Углерод и кремний

Это элементы IV группы главной подгруппы, то есть, на внешнем электронном уровне имеют по четыре электрона. Атом углерода имеет два электронных слоя, поэтому находится во II периоде, а атом кремния имеет три слоя и является элементом III периода. Электронные конфигурации, соответственно, C: 1s²2s²2p², Si: 1s²2s²2p⁶3s²3p²3d⁰. Как видно из электронного строения, одно из различий заключается в том, что у атома кремния есть свободный d–электронный подуровень, что позволяет ему при определенных обстоятельствах быть акцептором электронной плотности. На внешнем электронном уровне атома углерода имеется всего четыре атомных орбитали. В невозбужденном состоянии два электрона находятся на s-орбитали, а два других – на двух р-орбиталях. Одна р-орбиталь остается свободной, и атом углерода также может выступать в роли акцептора. Эта ситуация действительно имеет место при образовании оксида углерода (II), строение которого мы рассмотрим позже. Обычно при образовании химических связей оба атома (углерода и кремния) легко переходят в возбужденное состояние, при котором на каждой из четырех s- и р-орбиталей имеется по одному электрону. При этом валентность, то есть, число связей у атома углерода только четыре, а у атома кремния сохраняется способность участвовать в донорно-акцепторных взаимодействиях, хотя наиболее часто он также имеет валентность IV. При этом в соединениях оба атома могут иметь степени окисления от –4 до +4. Радиус атома у кремния больше, чем у углерода, поэтому его электроотрицательность меньше, а длина связей с любым атомом, в том числе и длина связи Si-Si больше. Увеличение длины связи соответствует уменьшению ее прочности, поэтому кремний образует менее прочные связи, чем углерод. Важной особенностью атома углерода, как элемента II периода, является способность образовывать кратные связи, так как при маленьких радиусах атомов боковое перекрывание р-орбиталей является эффективным. Для кремния образование π-связей нехарактерно.

Свойства простых веществ и соединений, образуемых тем или иным элементом, зависят от электронного строения атома. Разобрав особенности строения электронных оболочек атомов углерода и кремния, коротко сформулируем их основные сходства и различия.