Vorlesung Chemie der Metalle
5.Tetrele (4. Hauptgruppe, Kohlenstoff-Gruppe: Si, Ge, Sn, Pb)
5.1. Überblick
Die Tetrele (Elemente der 4. Hauptgruppe) haben alle die Valenz-Elektronenkonfiguration
s2p2 und zwar im Einzelnen:
- C (Kohlenstoff): 2 s2 2 p2
- Si (Silicium): 3 s2 3 p2
- Ge (Germanium): 3 d10 4 s2 4 p2
- Sn (Zinn): 4 d10 5 s2 5 p2
- Pb (Blei): 5 d10 6 s2 6 p2
Die Metalle bilden daher vierwertige Ionen.
| |
Si |
Ge |
Sn |
Pb |
| Elektronegativität |
2.5 |
1.8 |
1.8 |
1.9 |
| r(M4+) (CN 6) [pm] |
|
53 |
69 |
78 |
| Elemente |
glänzende bis graue luftstabile Halbleiter/Metalle |
| Schmelzpunkt [oC] |
|
945 |
232 |
327 |
| Struktur |
Diamant |
Diamant, ß-Sn |
f.c.c. |
| Darstellung |
Reduktion mit H2
| Reduktion mit C oder Röstreaktion |
| Legierungen |
mit ähnlichen Metallen: niedrig schmelzende Mischkristalle (Lote) |
| mit Alkali- und Erdalkali-Metallen: 'Metallide' d.h. Zintl-Phasen |
| Hydride |
MH4 zunehmend instabil |
| Halogenide MX4 |
X=F: hochschmelzende Festkörper; X=Cl: Moleküle |
| Chalkogenide |
SiO2, SiO |
GeO2, GeO |
MO: PbO-Struktur, SnO2 (Zinnstein) |
Pb3O4 (Mennige) |
Tab. 5.1.1. Übersicht Tetrele
Innerhalb der Reihe der Tetrele liegen ähnliche Tendenzen wie bei den Elementen der 3. Hauptgruppe
vor: Ungewöhnliche Eigenschaftsänderung (z.B. im Gang in den Ionisieriungsenergien)
ergeben sich vom Si zum Ge durch die d-Block-Kontraktion sowie vom Sn zum Pb durch die f-Block-Kontraktion.
Sowohl die d- als auch die f-Blockkontraktion haben allerdings nicht so deutliche
Auswirkungen wie bei Trielen (Erdmetallen), so daß
insgesamt die Tendenzen in der Gruppe einheitlicher sind als in der Bor-Gruppe.
So sind die Elektronegativitäten (bis auf die Ausnahme, das Nichtmetall Kohlenstoff mit
einem Wert von 2.5) praktisch konstant bei einem Wert von ca. 1.8.
Wieder liegt ein Übergang zwischen den Nichtmetallen (C), den Halbleitern (Si, Ge) und den
echten Metallen (Sn und Pb) vor.
Zusätzlich gibt es einen Übergang in der stabilen Oxidationsstufe in
Verbindungen von überwiegend 4-wertig (Si, Ge) zu vorwiegend 2-wertigen (Sn, Pb) Elementen.
Erstmals (im Rahmen dieser Vorlesung) haben wir es mit Elementen rechts der Zintl-Linie zu
tun, d.h. sie sind in der Lage, mit elektropositiven Partnern auch Anionen (d.h. Silicide, Germanide,
Stannide und Plumbide) auszubilden.
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