Теория:
Строение и свойства атомов
В \(IVA\)-группе находятся \(p\)-элементы:
- углерод \(C\), кремний \(Si\) — неметаллы;
- германий \( Ge\) — полуметалл;
- олово \(Sn\), свинец \(Pb\), флеровий \(Fl\) — металлы.
На внешнем электронном слое атомов всех этих элементов содержится по \(4\) электрона: \(2\) на \(s\)-орбитали и \(2\) на \(p\)-орбиталях. Имеется одна свободная орбиталь, на неё при переходе атома в возбуждённое состояние переходит один из \(s\)-электронов.
Строение электронных оболочек углерода и кремния в основном и возбуждённом состояниях представлено в таблице.
Углерод | Кремний | |
| Основное состояние | ||
 |  | |
| Возбуждённое состояние | ||
 |  |
В \(IVA\)-группе наблюдаются характерные для всех групп закономерности изменения свойств. С увеличением порядкового номера химических элементов (сверху вниз):
- радиусы атомов увеличиваются;
- электроотрицательность снижается;
- неметаллические свойства ослабевают, а металлические усиливаются.
У кремния по сравнению с углеродом больше радиус атома и ниже электроотрицательность.
Неметаллические свойства сильнее выражены у углерода.
Степени окисления
Атомы углерода и кремния могут принимать или отдавать по четыре электрона. Низшая степень окисления для них равна \(-4\), а высшая — \(+4\). Примеры соединений:
- \(-4\) — карбиды , ; силициды , ;
- \(+4\) — оксиды , ; соли , .
Углероду и кремнию характерна также промежуточная степень окисления \(+2\): , .
Обрати внимание!
Углерод в органических соединениях проявляет все возможные степени окисления от высшей до низшей, например: , .
Возможные валентности
В основном состоянии атомы углерода и кремния имеют по два неспаренных электрона и могут образовать две ковалентные связи, но соединения двухвалентных элементов неустойчивы.
Более характерно для углерода и кремния четырёхвалентное состояние за счёт перехода в возбуждённое состояние.
Обрати внимание!
Углерод трёхвалентен в оксиде \(CO\). Две ковалентные связи образуются по обменному механизму, а третья — по донорно-акцепторному: 
.
.Нахождение в природе
Углерод — основной элемент органических соединений и живой природы. Он входит в состав белков, жиров, углеводов, нуклеиновых кислот, из которых построены клетки всех живых организмов.
В земной коре он уступает по распространённости многим элементам и занимает \(13\) место (по массе). В неживой природе углерод встречается в виде простых веществ (графита, алмаза) и соединений (карбонатов, природного газа, нефти, каменного угля и др.).
 |  |  |
Рис. \(1\). Мрамор | Рис. \(2\). Каменный уголь | Рис. \(3\). Доломит |
Кремний — второй по распространённости после кислорода элемент земной коры. В природе он встречается только в виде соединений: оксида (песок, кварц, горный хрусталь и т. д.) и алюмосиликатов (полевого шпата, слюды, глины).
 |  |  |
Рис. \(4\). Песок | Рис. \(5\). Кварц | Рис. \(6\). Полевой шпат |
Источники:
Рис. 1. Мрамор. Автор: USGS. US Government. Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=212826. Дата обращения: 13.05.2023.
Рис. 2. Каменный уголь. Автор: I, Nostrifikator, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2429162. Дата обращения: 13.05.2023.
Рис. 3. Доломит, https://image.shutterstock.com/image-photo/dolomite-mineral-on-white-background-600w-1736928728.jpg. Дата обращения: 07.07.2021.
Рис. 4. Песок, https://www.shutterstock.com/ru/image-photo/lines-sand-beach-281314961. Дата обращения: 16.05.2023.
Рис. 5. Кварц, https://www.shutterstock.com/cs/image-photo/beautiful-clear-quartz-tower-fresh-pink-1396907681. Дата обращения: 16.05.2023.
Рис. 6. Полевой шпат. Автор: Dave Dyet. Собственная работа. Общественное достояние, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1956066. Дата обращения: 13.05.2023.