碳族元素包括C，Si，Ge，Sn，Pb。价层电子构型为ns2np2，其中碳和硅是非金属元素，其余三种是金属元素。碳以化合物形态存在于动、植物界的量很大。没有一种有机体不含有碳的化合物。硅在矿物界的重要性相当于碳在生物界。锗早已是著名的半导体材料。锡和铅在地壳内的量虽然稀少，但由于它们容易从富矿中提炼，很早就有广泛的用途。
就它们价态的稳定性来说，碳和硅的主要价态是+4，而锗、锡、铅的稳定价态则随原子序数的增加，逐渐由+4变到+2，这是惰性电子对效应。
碳、硅有很强的成链能力，C--C键能大，碳原子间成链趋势大。Si--O键能大,自然界中大量存在着以硅氧链组成的各种硅酸盐。
碳是第二周期的元素，最多只能形成配位数为4的配合物。其它元素有d轨道可以动用，通常能形成配位数位为6的配合物。
13.3.2碳族元素单质
碳的单质有三种同素异形体:金刚石、石墨和无定形碳，由于它们的晶体结构不同，所以性质上有差别。
金刚石是原子晶体。在金刚石中，C采用sp3杂化，原子间以极强的共价键相联系，因此有很高的熔点和很大的硬度。在工业用作钻头、摩擦剂和拉丝模具等。
石墨是层状晶体，前面已作了介绍。无定形碳是指木炭、焦碳、碳黑等。它们实际上是石墨的微晶体，和石墨一样，无定形碳也具有六角形网状平面的层状结构，不过重叠情况与石墨不同，是不规则的，层间距离也较大。用特殊方法制备的多空性碳黑是一种无定形碳，也称为活性碳，有较大的吸附能力，用于脱色和选择性分离中，也可用于催化剂的载体等
把无定形碳隔绝空气加热到3000K左右，碳原子的排列变为有规则的石墨层状结构，这就是人造石墨。工业上用的大量石墨都是人造的。将石墨在高温(2000℃)、高压(50万kPa)及催化剂作用下可以转变为金刚石，这是工业金刚石的生产方法。
无定形碳(隔绝空气,2700℃)→人造石墨(2000℃,50万kPa)→人造金刚石
单质硅有无定形和晶体两种形态。晶体硅具有金刚石类似的结构，属原子晶体。高纯硅（杂质少于百万分之一）具有良好的半导体性能被用作半导体材料。硅还用于制造硅钢，硅钢具有高的导磁性，用作变压器的铁芯。
锗是一种灰白色的脆性金属，也具有金刚石型晶体结构。高纯度的锗也是良好的半导体材料。
锡有三种同素异形体(见p399)，由于锡的低熔点和一定的抗腐蚀性,所以被用来制作各种特殊用途的合金及罐头盒用的马口铁（镀锡薄铁）
铅是软的金属,表面有金属光泽,但受空气中O2,H2O,CO2的作用迅速生成一层致密的碱式碳酸盐保护层而呈暗灰色。由于铅的稳定性以及质软，常用它方便的制作铅皮、铅管以保护电缆线。印刷厂的铅字是一种含铅合金，铅既起着调节合金硬度的作用而又不影响所需合金的低熔点。铅是铅蓄电池的电极材料。铅板和铅砖用于x射线和放射性实验中对射线的防护
13.3.3碳的化合物
1、碳的氧化物
(1)一氧化碳
CO是异核双原子分子，和N2是等电子体。根据分子轨道理论，分子中有一根2电子的σ键，2根2电子π键，键级为3。由于O比C对分子轨道所贡献的电子多2个，其中1个π键为配位键，是O原子的一对孤对电子填入C原子的一个空轨道所形成的。从原子电负性来看，CO分子中形成的共价键的电子云偏向O原子，可是形成配位键的电子对是O原子单方提供的，致使C原子略呈负电性，而O原子略呈正电性，抵消了C与O之间的由于电负性差引起的极性，所以CO的偶极矩近于零。
CO的特征化学性质是还原性和加合性。CO中的C的氧化值为+2，所以有强还原性，是金属冶炼的重要还原剂。
例:Fe2O3+3CO=2Fe+3CO2
由于CO分子中C原子上有负电荷。所以CO中C原子的孤对电子容易进入其它原子的空轨道而发生加合反应。一定条件下，CO能与许多过渡金属如Fe、Ni、Cr、V、W等生成羰基配合物。羰基配合物一般是剧毒的。CO对动物和人类的高度毒性亦是因为它的加合作用，它能与血液中的血[1] [2] [3] 下一页
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