6.1 Physical properties of Group 14 elements
Unit ini menerangkan trend takat lebur dan kekonduksian elektrik unsur Kumpulan 14 (C, Si, Ge, Sn, Pb) berdasarkan struktur, ikatan dan teori jalur.
SP 6.1.1Explain the trend of melting points in terms of structure and bonding;
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)
Calon perlu menerangkan trend takat lebur unsur Kumpulan 14 (C hingga Pb) berdasarkan struktur dan ikatan: kovalen gergasi bagi C, Si, Ge dan ikatan logam bagi Sn, Pb.
- IsiC, Si, Ge: kovalen gergasiHuraian
Melebur memerlukan pemecahan banyak ikatan kovalen. Menuruni kumpulan, atom lebih besar, ikatan lebih panjang dan lemah, maka takat lebur menurun.
ContohIntan kira-kira 3550 °C > Si 1410 °C > Ge 937 °C.
- IsiSn, Pb: ikatan logamHuraian
Ikatan logam jauh lebih lemah daripada rangkaian kovalen gergasi, maka takat lebur menurun dengan ketara.
ContohSn melebur pada 232 °C dan digunakan sebagai pateri; Pb pada 327 °C.
JadualSifat fizik unsur Kumpulan 14
| Unsur | Struktur dan ikatan | Takat lebur / °C | Kekonduksian |
|---|---|---|---|
| C (intan) | Kovalen gergasi | kira-kira 3550 | Penebat (jurang jalur besar) |
| Si | Kovalen gergasi (struktur intan) | 1410 | Semikonduktor |
| Ge | Kovalen gergasi (struktur intan) | 937 | Semikonduktor |
| Sn | Logam | 232 | Konduktor |
| Pb | Logam | 327 | Konduktor |
Peta alirTrend takat lebur menuruni Kumpulan 14
- C, Si dan Ge mempunyai struktur kovalen gergasi; melebur memerlukan pemecahan banyak ikatan kovalen.
- Menuruni kumpulan, jejari atom bertambah, maka panjang ikatan kovalen bertambah.
- Tenaga ikatan C–C > Si–Si > Ge–Ge, maka takat lebur menurun dari C ke Ge.
- Sn dan Pb mempunyai ikatan logam yang jauh lebih lemah daripada ikatan kovalen gergasi, maka takat lebur jauh lebih rendah.
- Pb sedikit lebih tinggi daripada Sn kerana perbezaan susunan kekisi logam; trend keseluruhan tetap menurun.
Peta buih bergandaSilikon vs timah
SP 6.1.2Explain the trend of electrical conductivities by applying the concept of band theory.
Huraian SPApa yang perlu dikuasai
Untuk guru: kata tugas Explain (Menerangkan)
Calon perlu menerangkan trend kekonduksian elektrik unsur Kumpulan 14 dengan menggunakan teori jalur (jurang jalur berkurang menuruni kumpulan).
- IsiJurang jalur berkurangHuraian
Intan mempunyai jurang besar (penebat); Si dan Ge jurang kecil (semikonduktor); Sn dan Pb jalur bertindih (konduktor).
ContohJurang jalur intan kira-kira 5.5 eV, Si 1.1 eV, Ge 0.7 eV.
- IsiPerubahan sifat logamHuraian
Kekonduksian bertambah menuruni kumpulan selaras dengan perubahan bukan logam → metaloid → logam.
ContohGermanium dan silikon digunakan dalam transistor; plumbum digunakan sebagai elektrod bateri.
Poin utamaKekonduksian elektrik dan teori jalur
- Kekonduksian bertambah menuruni kumpulan kerana jurang jalur berkurang apabila saiz atom bertambah.
- Intan: jurang jalur sangat besar (kira-kira 5.5 eV), semua elektron disetempatkan dalam ikatan kovalen, maka penebat. (Grafit mengkonduksi kerana elektron dinyahsetempat antara lapisan, tetapi trend kumpulan dibincangkan menggunakan intan.)
- Si (kira-kira 1.1 eV) dan Ge (kira-kira 0.7 eV): jurang jalur kecil, semikonduktor; kekonduksian bertambah apabila suhu naik.
- Sn dan Pb: jalur valens dan jalur konduksi bertindih, elektron bergerak bebas, konduktor.
- Sifat berubah dari bukan logam (C) → metaloid (Si, Ge) → logam (Sn, Pb).
Ingat: mnemonik & kad imbas
Mnemonik
- CSGSP
- Cik Siti Gemar Sate Panas: C, Si, Ge, Sn, Pb mengikut turutan Kumpulan 14.
Kad imbas
- Unsur Kumpulan 14 bertakat lebur tertinggi
- Karbon (intan), kovalen gergasi dengan ikatan C–C terkuat
- Mengapa takat lebur menurun dari C ke Ge?
- Jejari atom bertambah, ikatan kovalen lebih panjang dan lemah
- Semikonduktor dalam Kumpulan 14
- Silikon dan germanium
- Mengapa Sn dan Pb mengkonduksi elektrik?
- Jalur valens bertindih dengan jalur konduksi
- Trend sifat logam menuruni Kumpulan 14
- Bukan logam, metaloid, logam
Semak kefahaman
Mengapakah takat lebur menurun dari karbon (intan) ke germanium? (SP 6.1.1)
Lihat jawapan
Menuruni kumpulan, atom lebih besar, maka ikatan kovalen lebih panjang dan lebih lemah; kurang tenaga diperlukan untuk memecahkan struktur kovalen gergasi.
Susun intan, Si dan Ge mengikut saiz jurang jalur (band gap) menurun. (SP 6.1.2)
Lihat jawapan
Intan > Si > Ge, dengan jurang jalur kira-kira 5.5 eV, 1.1 eV dan 0.7 eV.
10 soalan latihan pelbagai aras, kad imbas dan Kad Tahniah ada dalam mod interaktif.
Untuk guru: cadangan aktiviti ikut aras kognitif (4)
- Mengingat
Aktiviti: Murid menyenaraikan unsur Kumpulan 14 (C, Si, Ge, Sn, Pb) dengan struktur dan jenis ikatan.
Bukti hasil kerja: Lembaran kerja atau kuiz ringkas: ketepatan ingatan istilah dan fakta tentang sifat fizikal unsur Kumpulan 14.
SP disasar: 6.1.1 · Latihan sepadan: aras Mengingat - Memahami
Aktiviti: Berpasangan, murid menerangkan trend takat lebur dari karbon hingga plumbum berdasarkan struktur dan ikatan.
Bukti hasil kerja: Penerangan lisan dan lukisan murid tentang sifat fizikal unsur Kumpulan 14; semak ketepatan hubungan sebab dan akibat.
SP disasar: 6.1.1 · Latihan sepadan: aras Memahami - Mengaplikasi
Aktiviti: Murid menyusun kekonduksian elektrik unsur Kumpulan 14 daripada graf dan menerangkan peralihan bukan logam kepada logam menggunakan teori jalur.
Bukti hasil kerja: Jawapan lembaran kerja atau hasil pengiraan tentang sifat fizikal unsur Kumpulan 14; semak kaedah dan ketepatan jawapan.
SP disasar: 6.1.2 · Latihan sepadan: aras Mengaplikasi - Menganalisis
Aktiviti: Dalam kumpulan, murid menganalisis data takat lebur dan kekonduksian Kumpulan 14 dan menjelaskan anomali plumbum dan timah.
Bukti hasil kerja: Jadual atau peta pemikiran analisis sifat fizikal unsur Kumpulan 14; semak ketepatan kesimpulan berasaskan data atau bukti.
SP disasar: 6.1.1, 6.1.2 · Latihan sepadan: aras Menganalisis
Cadangan ini mengikut aras kognitif hasil pembelajaran (bukan TP DSKP kerana STPM tiada TP). Buka unit dan latihan
Siapkan unit ini dalam mod interaktif untuk mendapat bintang, anggaran TP dan Kad Tahniah. Siapkan semua 65 unit Kimia STPM untuk Sijil Penghargaan SistemGuru.My.