Почему углерод считается четырехвалентным?

Углерод, как водород, кислород, свинец и любой другой элемент периодической таблицы, является химическим элементом. Углерод – распространенный элемент. Алмазы и графит являются примерами чистого или почти чистого углерода, хотя они также могут смешиваться с другими элементами с образованием молекул. Люди, животные, растения, деревья и почвы имеют молекулы на основе углерода в качестве основных строительных компонентов. Некоторые парниковые газы, такие как CO ₂ и метан, а также ископаемое топливо, которые в основном состоят из углеводородов, включают соединения на основе углерода (молекулы, состоящие из водорода и углерода).

Углекислый газ, самый крупный парниковый газ, создаваемый людьми, обычно называют «углеродом» в контексте изменения климата. Однако это технически неверно. Только когда каждый атом углерода объединяет два атома кислорода, он становится двуокисью углерода (отсюда и химическая формула двуокиси углерода, CO ₂ ).

Carbon is one of the most essential elements of the survival of life on Earth. Carbon consists of 0.025 % of the Earth. Although, this amount is less Carbon combines with many different elements and forms a huge number of compounds. Nearly all living and non-living things are made up of Carbon. Carbon has fifteen different isotopes ranging from C-8 to C-22.

Углерод с атомным номером 6 имеет атомную конфигурацию 2, 4. Углерод находится в начале группы 14 в периодической таблице. Элементы группы 14 также называют элементами семейства углерода.

Свойства углерода

• Карбон бывает разных форм и размеров. Уголь и сажа — два примера углерода в чистом виде.
• Цвет гладкий, тускло-серый или черный.
• Древесный уголь является одним из наиболее важных соединений углерода, который образуется при сжигании углерода в отсутствие воздуха.
• Его можно найти в различных аллотропных формах. Аллотропы — это различные типы элементов, обладающие различными физическими и химическими характеристиками.
• Плотность различных видов углерода различается в зависимости от их происхождения. Существуют чистые формы углерода и нечистые формы углерода, такие как уголь, представляющий собой комбинацию углерода и водорода.
• Реакция горения — одна из четырех реакций, протекающих в соединениях углерода: реакция окисления, реакция присоединения и реакция замещения.
• Углерод, как мы все знаем, требует кислорода, тепла и света, чтобы сделать углекислый газ. Горение — это процесс сжигания чего-либо в воздухе с образованием углекислого газа.

Валентность углерода

Атомный номер 6 (2,4) атома углерода имеет четыре валентных электрона, это означает, что углерод имеет комбинированную способность четыре и имеет валентность четыре. Четыре неспаренных электрона углерода объединяются с четырьмя другими атомами, образуя связи. Углерод и другие атомы делят электроны, образуя связи. Для достижения стабильности формирование связи до полного октета очень необходимо.

Углерод может образовывать катион с валентностью +4 и анион с валентностью -4. И то, и другое нестабильно. Крайне нестабильная природа углерода в виде катиона и аниона не поддерживает образование ионных связей в углероде.

Углерод с четырьмя валентными электронами

Углеродный катион

Углеродный анион

Why is Carbon considered as Tetravalent?

The main reason for calling Carbon tetravalent is because carbon has 4 valence electrons in its valence shell. This tetravalent nature of having 4 valence electrons in the outer shell of Carbon leads to carbon to share electrons and form covalent bonds to attain the nearest noble gas configuration of Neon.  Four covalent bonds are formed by Carbon for attaining stability or nearest noble gas configuration. The covalent bond nature of Carbon is thus because of the tetravalent nature of Carbon.

The bond formation which therefore takes place in Carbon is Covalent in Nature.

Covalent bonding is the bond formation that takes place when there is no give or takes of electrons to form noble gas configuration and electrons are shared between two atoms to provide each other stability. 

An example of Covalent Bond Formation observed in CO₂ between atoms of Carbon and Oxygen is as below:

Covalent Bond Formation

Примеры вопросов

Вопрос 1: Дайте определение гомологическим рядам.

Отвечать:

A homologous series is a collection of compounds having comparable chemical characteristics and the same functional group, with the first member varying by −CH₂  from the next. The same general formula may be used to describe members of a homologous series.

Вопрос 2: Какие два свойства углерода приводят к тому огромному количеству углеродных соединений, которые мы видим вокруг себя?

Отвечать:

Carbon has two qualities that lead to a large variety of compounds.

• Catenation: Catenation is the tendency of carbon atoms to bond together through covalent bonds to form chains and rings.
• Tetravalency: Carbon has a valency of four, which means it may bind with four additional carbon atoms or atoms of another element.

Вопрос 3: Каков атомный номер углерода?

Отвечать:

The atomic number of Carbon is 6

Вопрос 4: Назовите оболочечную конфигурацию атома углерода.

Отвечать:

The shell configuration of Carbon with atomic number 6 is 1s² 2s² 2p².

Вопрос 5: Сколько ковалентных связей образует атом углерода?

Отвечать:

The carbon atom can share its four available electrons to form four covalent bonds.