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Zur vierten Hauptgruppe gehören die Elemente Kohlenstoff, Silicium, Germanium, Zinn und Blei.

Der Metallcharakter der Elemente nimmt mit steigender Ordnungszahl zu. Kohlenstoff ist ein typisches Nichtmetall, Germanium ein typisches Halbmetall, Blei ein typisches Metall.
Kohlenstoff besitzt von allen Elementen die ausgeprägteste Tendenz zur Bildung von Ketten und Ringen und bildet zahlreiche Verbindungen mit C-C - oder C-Element-Mehrfachbindungen. Daraus resultiert eine Vielzahl von Verbindungen, die die Grundlage für das Leben auf der Erde bilden und Thema der organischen Chemie sind.

Kohlenstoff als Element der IV. Hauptgruppe bildet fast ausschließlich polare Atombindungen zu anderen Partnern aus. Dabei entsteht eine Vielzahl von Molekülverbindungen, angefangen von den Kohlenwasserstoffen über die ungeheure Vielfalt der anderen organischen Verbindungen bis hin zu den anorganischen Kohlenstoffoxiden. Kohlenstoffverbindungen spielen eine wichtige Rolle in der Natur (z. B. Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße als Grundbausteine des Lebens), in der Umweltchemie (z. B. das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid), im Alltag (z. B. organische Säuren als Konservierungsmittel) und in der Technik (z. B. Erdölprodukte oder Werkstoffe).

Die Salze der Kohlensäure sind die Carbonate und die Hydrogencarbonate. Leitet man Kohlenstoffdioxid unter Druck in Wasser ein, so bildet sich eine schwach sauer reagierende Lösung, die formal als Kohlensäure bezeichnet wird. Die Kohlensäure ist instabil und zerfällt in Wasser und Kohlenstoffdioxid.
Auch in der Natur kommen zahlreiche Carbonate vor, die häufig als Spate bezeichnet werden. Sowohl bei Gebirgen wie den Dolomiten als auch bei den Korallenriffen handelt es sich um Formationen verschiedener Carbonate.

Im Kohlenstoffkreislauf wird der Weg des Elements Kohlenstoff in Form von Kohlenstoffdioxid auf der gesamten Erde betrachtet.

Bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe werden u. a. Schwefel- und Stickstoffoxide an die Atmosphäre abgegeben. Diese Gase sind als Smogbestandteile einerseits selbst schädlich für die Natur. Zum anderen bilden sie durch chemische Reaktionen in der Atmosphäre Säuren, die zu einer deutlichen Absenkung des pH-Werts des Regens führen.
Der saure Regen führt zu einer Versauerung der Gewässer und der Böden und schädigt langfristig die Vegetation. Auch Bauwerke unterliegen einer verstärkten Korrosion, da Metalle, Kalk und Beton durch die Säuren angegriffen werden.
Durch verschiedene Maßnahmen zur Verringerung der Emission stieg der pH-Wert des Regens in Deutschland seit 1990 wieder langsam an. Weltweit ist der Eintrag saurer Gase in die Atmosphäre jedoch nach wie vor extrem hoch.