Grupo IV A de la Tabla Periódica

1. Grupo IV A de la Tabla Periódica Características generales CARBONO GERMANIO PLOMO SILICIO ESTAÑO UNUNCUADIO

2. Características generales • El grupo IV A también es llamado: Familia del Carbono o Carbonoideos. • El carácter metálico aumenta considerablemente conforme se desciende en el grupo, siendo el carbono un no-metal, el silicio y el germanio semimetales y el estaño, el plomo y el Ununcuadio típicos metales. • Todos los elementos de este grupo poseen estado de oxidación +4, pero el estado de oxidación +2 aumenta en estabilidad al bajar en el grupo. • Configuración electrónica: np2.

3. Carbono • Símbolo: C Número atómico: 6 Período: 2 • Bloque: p (elemento representativo). • Configuración electrónica: [He] 2s22p2 • Color: Puede ser negro. • Es esencial para la vida en la Tierra y la mayor parte de sus compuestos están dentro de la competencia de la Química Orgánica. También existen compuestos de Carbono que se clasifican como inorgánicos. • Se encuentra en la naturaleza en dos variedades de alótropos cristalinos importantes: Diamante y grafito. • Se encuentra en la naturaleza en sus formas amorfas: Negro de Humo y carbón activo. • También existe en otra variedad alotrópica llamada Fullerenos: C60, C70, C76, C78, C80 y C84. • Está presente en el gas Dióxido de Carbono que constituye el 0,04% de la atmósfera terrestre.

4. Métodos de obtención de Carbono • El carbono se encuentra - frecuentemente muy puro - en la naturaleza, en estado elemental, en las formas alotrópicas diamante y grafito. El material natural más rico en carbono es el carbón (del cual existen algunas variedades). • Grafito: Se encuentra en algunos yacimientos naturales muy puro. Se obtiene artificialmente por descomposición del carburo de silicio en un horno eléctrico. • Diamante: Existen en la naturaleza, en el seno de rocas eruptivas y en el fondo del mar. En la industria se obtiene tratando grafito a 3000 K de temperatura y a una presión entre 125 - 150 katm. Por ser la velocidad de transformación de grafito en diamante muy lenta, se utilizan metales de transición, en trazas, como catalizadores (hierro, níquel, platino). • Carbón de coque: muy rico en carbono, es el producto residual en la destilación de la hulla. • Carbono amorfo: Negro de humo y carbón activo: Son formas del carbono finamente divididas. El primero se prepara por combustión incompleta de sustancias orgánicas; la llama deposita sobre superficies metálicas, frías, partículas muy finas de carbón. El carbón activo se obtiene por descomposición térmica de sustancias orgánicas. • Fullerenos: Estas sustancias son alótropos moleculares del carbono. Se encuentran en varios depósitos de Australia, Nueva Zelanda y Norteamérica, sin embargo la síntesis de laboratorio sigue siendo el principal medio para acceder a estos alótropos. Se obtienen, artificialmente, haciendo saltar un arco entre dos electrodos de grafito o sublimando grafito por acción de un láser.

5. Usos y aplicaciones del Carbono (1) • Grafito: • Construcción de reactores nucleares. • Construcción de electrodos para la industria electrolítica, por su conductividad eléctrica. • Lubricante sólido, por ser blando y untuoso. • Construcción de minas de lapiceros, la dureza de la mina se consigue mezclando el grafito con arcilla. • Construcción de crisoles de alta temperatura, debido al elevado punto de fusión del grafito. • Diamante: • Tiene valor comercial como piedra preciosa. • Tallados en brillantes. se emplean en joyería • (son la piedras más duras). • Cojinetes de ejes en aparatos de precisión. • Carbón de coque: • Se utiliza como combustible. • Se utiliza para la reducción de óxidos metálicos en metalurgia extractiva.

6. Usos y aplicaciones del Carbono (2) • Negro de humo: • Colorante. • Fabricación de tintas de imprenta. • Llantas de automóviles. • Carbón activo: • Adsorbente de gases. • Catalizador. • Decolorante. • Purificación de aguas potables. • En máscaras de gases. • En filtros de cigarrillos. • Fullerenos: • Propiedades conductoras, semiconductoras o aislantes, en función del metal con que se contaminen. • Lubricante. • Inhibición de la proteasa del virus del SIDA. • Fabricación de fibras.

7. Usos y aplicaciones del Carbono (3) • Compuestos de carbono: • El dióxido de carbono se utiliza para carbonatación de bebidas, en extintores de fuego y como enfriador (hielo seco, en estado sólido). • El monóxido de carbono se emplea como agente reductor en procesos metalúrgicos. • El tetracloruro de carbono y el disulfuro de carbono se usan como disolventes industriales importantes. • El freón se utilizaba en aparatos de refrigeración, hecho que está desapareciendo, debido a lo dañino de este compuesto para la capa de ozono. • El carburo cálcico se emplea para preparar acetileno y para soldar y cortar metales. • Los carburos metálicos se emplean como refractarios. • El carbono junto al hierro forma el acero.

8. SILICIO • Símbolo: Si Número atómico: 14 Período: 3 • Bloque: p (elemento representativo). • Configuración electrónica:[Ne] 3s2 3p2 • Color:Gris con brillo metálico. (Pero es un semimetal). • No se encuentra en estado elemental, pero constituye un 25,7 % de la corteza terrestre, en forma de arena, cuarzo, cristal de roca, sílex, ágata y silicatos minerales y en el carbón. • Es el segundo elemento más abundante después del O. • Descubridor:  Jöns Jacob Berzelius. • Lugar de descubrimiento: Suecia. • Año de descubrimiento: 1824. • Origen del nombre: El nombre "silicio" deriva del latín "silex" (pedernal). Este nombre proviene de que los compuestos de silicio eran de gran importancia en la prehistoria: las herramientas y las armas, hechas de pedernal, una de las variedades del dióxido de silicio, fueron los primeros utensilios del hombre.

9. Métodos de obtención del Silicio • Mediante aluminotermia a partir de la sílice (SiO2), óxido de silicio, y tratando el producto con ácido clorhídrico en el cual el silicio es insoluble. • Reducción de sílice con carbono o carburo de calcio en un horno eléctrico con electrodos de carbono. • Reducción de tetracloruro de silicio (SiCl4) con hidrógeno (para obtenerlo de forma muy pura). • El silicio hiperpuro se obtiene por reducción térmica de triclorosilano, HSiCl3, ultrapuro en atmósfera de hidrógeno y posterior fusión por zonas a vacío.

10. Usos y aplicaciones del Silicio • Utilizado para producir chips para ordenadores. • Las células fotovoltaicas para conversión directa de energía solar en eléctrica utilizan obleas cortadas de cristales simples de silicio de grado electrónico. • El silicio hiperpuro puede doparse con boro, galio, fósforo o arsénico, aumentando su conductividad; se emplea para la fabricación de transistores, rectificadores y otros dispositivos de estado sólido ampliamente empleados en electrónica. • Se utiliza como integrante de aleaciones para dar mayor resistencia a aluminio, magnesio, cobre y otros metales. • La arena y arcilla (silicatos) se usan para fabricar ladrillos y hormigón; son un material refractario que permite trabajar a altas temperaturas. • Al acidificar el ortosilicato de silicio se obtiene un precipitado gelatinoso de sílice (sílica gel) que se emplea como agente desecante, soporte para catalizadores, cromatografía y aislante térmico. • La sílice (arena) es el principal ingrediente del vidrio, uno de los materiales más baratos con excelentes propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y eléctricas. • Las siliconas son derivados poliméricos del silicio. Se utilizan para juguetes, lubricantes, películas impermeables, implantes para cirugía estética, ... • El carburo de silicio se utiliza como abrasivo importante, para componentes refractarios.

11. GERMANIO • Símbolo: Ge Número atómico: 32 Período: 4 • Bloque: p (elemento representativo). • Configuración electrónica: [Ar] 3d10 4s2 4p2 • Color: Grisáceo  • Propiedades de semimetal. • Constituye solo 1,8 ppm de la corteza terrestre. Esta presente en cantidad de trazas en una variedad de minerales (por ejemplo, menas de Zinc) y en el carbón. • Descubridor:  Clemens Winkler. • Lugar de descubrimiento: Alemania. • Año de descubrimiento: 1886. • Origen del nombre: De la palabra latina "Germania", que significaba "Alemania".

12. Método de obtención del Germanio • Se obtiene como subproducto en los procesos de obtención de cobre, zinc y en las cenizas de ciertos carbones. Para la purificación ulterior se utiliza el proceso llamado fusión por zonas. Usos y aplicaciones del Germanio • Se utiliza como semiconductor. • El germanio dopado con arsénico, galio, u otros elementos se utiliza como transistor. • Por ser transparente a la radiación infrarroja se emplea en forma de monocristales en espectroscopios infrarrojos (lentes, prismas y ventanas) y otros aparatos ópticos entre los que se encuentran detectores infrarrojos extremadamente sensibles. • El óxido de germanio se aplica en lentes gran angular de cámaras y en objetivos de microscopio. • El germanio se utiliza como detector de la radiación gamma. • Los compuestos organogermánicos se están utilizando en quimioterapia, pues tienen poca toxicidad para los mamíferos y son eficaces contra ciertas bacterias.

13. ESTAÑO • Símbolo: Sn Número atómico: 50 Período: 5 • Bloque: p (elemento representativo). • Configuración electrónica:[Kr] 4d10 5s2 5p2 • Color: Blanco plateado. • Es un metal maleable que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. • La principal mena de Estaño es la casiterita (SnO2). • El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: El estaño gris, polvo no metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas inferiores a 13,2 ºC, que es muy frágil y tiene un peso específico más bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima de 13,2 ºC. • Es el elemento químico del que se conocen más isótopos estables, diez. Además se han carcterizado 15 estados metaestables y una treintena de radioisótopos.

14. Método de obtención de Estaño El estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño (IV)). Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal. Usos y aplicaciones del Estaño • Debido a su estabilidad y falta de toxicidad se emplea como recubrimiento de metales: recubrimiento de hierro (hojalata) para la industria conservera; esto se hace por electrólisis o por inmersión. • Junto a otros metales forma aleaciones de importancia industrial.: bronce (cobre y estaño), estaño de soldar (64 % de estaño y 36 % de plomo), metal de imprenta, para fabricar cojinetes 30 % estaño, antimonio y cobre) y la aleación niobio-estaño, superconductora a bajas temperaturas. • El cloruro de estaño (II) se emplea como agente reductor. • Las sales de estaño pulverizadas sobre vidrio se utilizan para producir capas conductoras que se usan en paneles luminosos y en calefacción de cristales de coche.

15. PLOMO • Símbolo: Pb Número atómico: 82 Período: 6 • Bloque: p (elemento representativo). • Configuración electrónica:[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 • Color: Blanco azulado • Las menas más importantes de Plomo son: galena (PbS), anglesita (PbSO4) y cerusita (PbCO3). También se encuentra plomo en varios minerales de uranio y de torio, ya que proviene directamente de la desintegración radiactiva (decaimiento radiactivo). • El plomo es un metal pesado. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad. No es buen conductor de la electricidad. Es resistente a las radiaciones. Es bastante resistente a la corrosión. • Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos. Los cuatro isótopos naturales son, por orden decreciente de abundancia, 208, 206, 207 y 204.

16. Método de obtención de Plomo • El metal se obtiene a partir de los sulfuros minerales; el cual, tras un previo enriquecimiento es tostado y sinterizado en un horno, obteniéndose así el óxido de plomo (II), el cual se reduce con carbón de coque a plomo metal impuro (plomo de obra). El plomo se purifica por métodos pirometalúrgicos o electrolíticos. Usos y aplicaciones del Plomo • El plomo y el dióxido de plomo se utilizan para baterías de automóviles. • Se utiliza para fontanería, aparatos químicos y municiones. • Se emplea para la insonorización de máquinas, pues es muy efectivo en la absorción del sonido y de vibraciones. • Se usa como blindaje para la radiación en reactores nucleares y en equipos de rayos X. • El óxido de plomo (II) se utiliza para la producción de vidrios de alto índice de refracción para fabricar lentes acromáticas. • El carbonato y el cromato de plomo (II) se usan como pigmentos en las pinturas. • El nitrato de plomo se utiliza en pirotecnia. • El minio (óxido de plomo) mezclado con aceite de linaza se usa como pintura antioxidante. • El sulfuro de plomo (II) presenta propiedades semiconductoras por lo cual se utiliza en células fotoeléctricas. • El arseniato de plomo (II) se emplea como insecticida.

17. Bibliografía: • …….Química Inorgánica • www.quimicaweb.net • www.wikipedia.org FIN NOTA 12