Groupe 4A

Éléments du groupe 4A

Commençons par examiner ce que sont les éléments du groupe 4A.

Les éléments du groupe 4A constituent la quatrième colonne si l'on ne tient pas compte des métaux de transition. On les appelle aussi la "famille du carbone" car le carbone est le premier de ces éléments.

Tu trouveras ci-dessous l'emplacement de ces éléments dans le tableau périodique :

Fig.1- Tableau périodique avec le groupe 4A marqué

Les éléments du groupe 4A sont :

• Carbone (C)-élément 6
• Silicium (Si) - Élément 14
• Germanium (Ge) - Élément 32
• Etain (Sn)-élément 50
• Plomb (Pb) - Élément 82

Il existe un autre élément appelé flérovium (Fl). Il s'agit d'un élément fabriqué par l'homme qui est hautement radioactif. Bien que ses propriétés et sa réactivité aient été étudiées, les résultats ne sont pas totalement concluants, c'est pourquoi nous n'en parlerons pas beaucoup.

Propriétés du groupe 4A

Le groupe 4A contient des éléments des trois types : non-métal, métalloïde/semimétal et métal. C'est pourquoi nous allons diviser notre discussion en plusieurs sections. Cependant, nous allons d'abord parler de certaines propriétés générales des éléments du groupe 4A.

1. Configuration des électrons et état d'oxydation

• Tous les éléments du groupe 4A ont la même configuration électronique générale pour leurs 4 électrons de valence : ^ns2np2.

• Pour cette raison, ils ont tous l'état d'oxydation commun de +4 (perte de 4 électrons). Cependant, l'étain et le plomb peuvent avoir un état d'oxydation +2, où ils perdent leurs électrons p.

2. Points d'ébullition

• Le point d'ébullition de chaque élément diminue à mesure que l'on descend dans le groupe 4A.

3. Rayon atomique

• Le rayon atom ique est la distance entre le centre du noyau et le(s) électron(s) le(s) plus à l'extérieur.

• Le rayon atomique augmente à mesure que tu descends dans le groupe 4A.

4. Énergie d'ionisation (énergie nécessaire pour enlever un électron)

• L'énergie d'ionisation diminue au fur et à mesure que l'on descend dans le groupe 4A. Cependant, l'énergie d'ionisation du plomb est légèrement supérieure à celle de l'étain

5. Affinité des électrons

• L'affinité des électrons diminue à mesure que l'on descend dans le groupe 4A.

5. Réactions avec l'hydrogène

• Tous les éléments du groupe 4A réagissent avec l'hydrogène. Ils ont généralement la forme _EH4, où "E" est un élément du groupe 4A.

6. Réactions avec l'oxygène

• Tous les éléments du groupe 4A réagissent avec l'oxygène. Ils ont tous la forme générale de EO2. Le plomb et le carbone peuvent également former des composés EO.

7. Réactions avec les éléments du groupe 17 (halogènes)

• Tous les éléments du groupe 4A réagissent avec les éléments du groupe 17 (F, Cl, Br, etc.). Les éléments forment des composés _EX4, où "X" est l'un des halogènes.

Les non-métaux du groupe 4A

Le carbone est le premier des éléments du groupe 4A et le seul non-métal du groupe.

Le carbone est un élément incroyablement important. À tel point qu'une branche entière de la chimie lui est consacrée, la chimie organique. Le carbone est le quatrième élément le plus abondant et il est essentiel à la vie.

Comme il ne s'agit pas d'un métal, il forme surtout des liaisons covalentes. Ce sont des liaisons où les électrons sont partagés entre les éléments au lieu d'être transférés de l'un à l'autre (c'est-à-dire des liaisons ioniques). Le carbone peut se présenter sous de nombreuses formes, telles que le graphite et le diamant, comme indiqué ci-dessous.

Fig.2 - Le carbone sous forme de graphite (à gauche) et de diamant (à droite)

Il forme aussi couramment des composés contenant de l'hydrogène (H₂), de l'azote (_N2) et de l'oxygène (_O2).

En raison de ses nombreuses formes et composés, le carbone a une pléthore d'utilisations, telles que :

• La fabrication de l'acier.
• Crayons (graphite)
• Bijoux (diamant)
• Matières plastiques
• Fibres solides

Les semi-métaux du groupe 4A

Il y a deux métalloïdes/sémimétaux dans le groupe 4A. Il s'agit du silicium et du germanium.

Le silicium est un élément grisâtre à l'éclat métallique (voir ci-dessous).

Fig.3 - Un morceau de silicium purifié (domaine public).

Le germanium a un aspect très similaire, puisqu'il s'agit également d'un solide grisâtre avec un éclat métallique.

Fig.4 - Échantillon de germanium cristallin

Comme ce sont des métalloïdes, ils ont tendance à former des liaisons covalentes comme le carbone.

Ces deux éléments sont couramment utilisés comme semi-conducteurs, qui servent d'intermédiaires entre les conducteurs et les isolants. C'est pourquoi ils sont souvent utilisés dans les ordinateurs.

Ces deux éléments réagissent également avec l'hydrogène (H₂) et l'azote (_N2). Ces deux éléments peuvent former plusieurs hydrures (composés d'hydrogène) différents, dont deux des plus courants sont _GH2 et _G2H4, où "G" représente le silicium ou le germanium. Quant aux composés azotés, ils peuvent tous deux former des nitrures dont la formule est _G3N4.

Métaux du groupe 4A

Enfin, nous avons nos métaux : l'étain et le plomb L'étain et le plomb sont tous deux des métaux doux et malléables.

L'étain est blanc argenté :

Fig.5 - Échantillon d'étain (Domaine public)

Cependant, l'étain est gris avec une teinte bleutée :

Fig.6-Cube de plomb (Domaine public)

En raison de leur nature métallique, ils forment des liaisons ioniques.

Ils réagissent tous deux couramment avec l'hydrogène et les halogènes (groupe 17). Comme ils ont des états d'oxydation de +2 et +4, ils peuvent former soit _MH2 et _MH4 pour les composés d'hydrogène (où M est l'étain ou le plomb) et soit _MX2 ou _MX4 pour les composés d'halogénure (où X est un halogène).

En outre, ils réagissent également avec l'oxygène pour former soit MO soit _MO2, en fonction de l'état d'oxydation.

L'étain est principalement utilisé dans les alliages, qui sont des mélanges de métaux. Parmi ces alliages, on peut citer le bronze (95 % de cuivre et 5 % d'étain) et le placage dentaire (60 % d'argent, 27 % d'étain et 13 % de cuivre).

Les applications du plomb ont été largement abandonnées. Le plomb est un poison qui peut s'accumuler dans l'organisme au fil du temps et causer de nombreux problèmes de santé tels que l'anémie (manque de globules rouges) et l'infertilité. Auparavant, il était utilisé dans des articles tels que les peintures, les crayons et les piles.