Элементы IV группы – это углерод, кремний, германий, олово и свинец. Более подробно рассмотрим свойства углерода и кремния. В таблице приведены важнейшие характеристики этих элементов.
Почти во всех своих соединениях, углерод и кремний четырёхвалентны, их атомы находятся в возбуждённом состоянии. Конфигурация валентного слоя атома углерода при возбуждении атома меняется:
Аналогично меняется конфигурация валентного слоя атома кремния:
На внешнем энергетическом уровне атомов углерода и кремния находится 4 неспаренных электрона. Радиус атома кремния больше, на его валентном слое имеются вакантные 3d–орбитали, это обусловливает отличия в характере связей, которые образуют атомы кремния.
Степени окисления углерода меняются в интервале от –4 до +4.
Характерной особенностью углерода является его способность образовывать цепи: атомы углерода соединяются друг с другом и образуют устойчивые соединения. Аналогичные соединения кремния неустойчивы. Способность углерода к цепеобразованию обусловливает существование огромного числа органических соединений.
К неорганическим соединениям углерода относятся его оксиды, угольная кислота, карбонаты и гидрокарбонаты, карбиды. Остальные соединения углерода являются органическими.
Химические свойства углерода
Реакционная способность углерода зависит от аллотропной модификации. Углерод в виде алмаза и графита довольно инертен, устойчив к действию кислот, щелочей, что позволяет изготавливать из графита тигли, электроды и т. д. Более высокую реакционную способность углерод проявляет в виде угля и сажи.
Рассмотрим химические свойства угля, который, как мы уже отметили, является разновидностью графита. Для угля характерна окислительно-восстановительная двойственность. По отношению к большинству неметаллов уголь выступает в роли восстановителя. При нагревании (600–700 °С) уголь сгорает в кислороде или на воздухе:
Углерод реагирует со фтором, но ни уголь, ни углерод в любой другой аллотропной модификации непосредственно не реагирует с другими галогенами.
При температуре примерно 700–800 °С уголь взаимодействует с серой с образованием сероуглерода.
Уголь является хорошим восстановителем и по отношению ко многим сложным веществам. С помощью угля можно восстанавливать некоторые металлы из их оксидов при нагревании (карботермия): 
Уголь взаимодействует с водяным паром при t° 800–1000 °С (реакция обратима): 
При нагревании уголь взаимодействует с концентрированными серной и азотной кислотами: 
Уголь может также выступать и в роли окислителя, обычно по отношению к металлам и водороду. Уголь взаимодействует с водородом при высоких давлениях (примерно 10 МПа), повышенной температуре и при наличии катализатора. Образуются метан и другие углеводороды: 
При температуре 1200–1300 °С графит взаимодействует с кремнием, образуя карборунд: 
При высоких температурах уголь (графит) взаимодействует с металлами, образуя карбиды: 