30 grupo 14 1 06 05
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quimica general e inorganica facultad de farmacia y bioquimica (uba)TRANSCRIPT
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Grupo 14
Química General e InorgánicaClase 30
1 de junio de 2005Dr. Pablo Evelson
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C
Si
Ge
Sn
Pb
No metal
No metal
Metaloide
Metal
Metal
Grupo 14
El grafito conduce la corriente
Comportamiento químico de no metal, pero propiedades físicas y eléctricas de un metaloide.
Sus propiedades se parecen mucho a las de un metal.
Ambos poseen vestigios de carácter no metálico.
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Carbono (grafito) Carbono (diamante) Silicio
PlomoEstañoGermanio
Grupo 14
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11,31760328207,2PbPlomo82
7,32720232118,7SnEstaño50
5,3283093772,6GeGermanio32
2,32620141028,1SiSilicio14
1,9 a 2,3-3370 (sublima)
12,0CCarbono (grafito)
6
Densidad (g/mL)
Punto de ebullición
(°C)
Punto de fusión (°C)
Peso Molecular
SímboloNombreZ
Propiedades físicas
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•La energía de ionización para extraer 4 electrones es extremadamente alta: no se conocen iones sencillos 4+.
•La formación de iones 4- por ganancia de electrones no se observa.
•Ge, Sn, Pb pueden formar iones d10s2 por pérdida de 2 electrones (efecto par inerte). Sólo los compuestos PbCl2 y PbF2 son iónicos.Los compuestos del Ge2+ y Sn2+ son covalentes.
Configuración electrónica: ns2 np2
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•Los compuestos tipo AB4 son tetraédricos.
•En la mayoría de sus compuestos, los elementos del grupo 14 están unidos covalentemente.
Configuración electrónica:ns2 np2
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Metal lustroso blanco azulado
Plomo
Metal blanco lustrosoEstaño
Metaloide gris-blancoGermanio
Metaloide grisSilicio
No metal negroNo metal transparenteNo metal naranja
Carbono Grafito Diamante Fullerita
Forma normalElemento
Forma natural de los elementos del Grupo 14
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El grafito consiste en redes hexagonales de átomos de carbono con hibridación sp2 dispuestas en capas planas.
Enlaces Enlaces
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En el diamante, cada átomo de carbono tiene hibridación sp3 y se enlaza tetraédricamente a sus vecinos con todos sus
electrones situados en enlaces C-C de tipo .
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Sólido
Diamante
Grafito
Líquido
Gas
Temperatura (K)
Pre
sión
(at
m)
Diagrama de fases del carbono
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Superman: Y para las cámaras de TV, Podría comprimir un pedazo
de carbón y convertirlo en un diamante puro...
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Fullerenos
Buckminsterfullereno, C60
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Fullerenos
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NanotubosNanotubos
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Concatenación
El carbono tiene capacidad de formar compuestos en los
cuales se enlazan entre sí muchos átomos de carbono
en cadenas o anillos.
Se denomina concatenación y explica el gran número de
compuestos orgánicos.
H C H
H
H C H
H C H
H
H C H
H C H
H C H
n-hexano
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La tendencia a la autounión disminuye marcadamente con el número atómico.
PbH4Plomo
Sn2H6Estaño
Ge9H20Germanio
Si6H14Silicio
Hasta 50 carbonosCarbono
HidruroElemento
Por ejemplo, en los hidruros (EnH2n+2):
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151Sn―Sn
188Ge―Ge
226Si―Si
347C―C
Energía de enlace(kJ/mol)
Enlace
Energía de enlace
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326C―Cl
414C―H
335C―O
347C―C
Eenlace (kJ/mol)
Enlace
391Si―Cl
328Si―H
368Si―O
226Si―Si
Eenlace (kJ/mol)
Enlace
El enlace C-C es casi tan fuerte como cualquier enlace que forma el carbono con otro elemento.
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326C―Cl
414C―H
335C―O
347C―C
Eenlace (kJ/mol)
Enlace
391Si―Cl
328Si―H
368Si―O
226Si―Si
Eenlace (kJ/mol)
Enlace
El Si tiene más tendencia a unirse a otros elementos que a sí mismo.
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C N
C C
C O C S
C C
El carbono también posee gran capacidad de formar enlaces múltiples entre sí y con otros elementos no metálicos.
Ningún otro elemento del grupo 14 utiliza orbitales p para formar enlaces .
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Eteno (C2H4) Etino o acetileno (C2H2)
Tipos de unión
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Oxidos y oxiácidos del carbono
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:C O:
El monóxido de carbono es isoeletrónico con la molécula de nitrógeno:
El monóxido de carbono se forma por la combustión del carbono en presencia de una cantidad limitada de oxígeno a altas temperaturas (1000 °C):
2 C (s) + O2 (g) 2 CO (g)
Monóxido de carbono (CO)
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El dióxido de carbono se forma:
•por la combustión completa del carbono o hidrocarburos
2 CO (s) + O2 (g) 2 CO2 (g)
Dióxido de carbono (CO2) O C O: :
: :
•por reacción del CO con el oxígeno del aire:
•por reacción de los carbonatos o carbonatos ácidos con ácidos:
CaCO3 (s) + 2 H+ (ac) Ca2+ (ac) + CO2(g) + H2O(l)
•por calentamiento de carbonatos:
CaCO3 (s) OCa (s) + CO2(g)
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Ácido carbónico (H2CO3)
H2CO3 (ac) HCO3- (ac) + H+ (ac)
HCO3- (ac) CO3
2- (ac) + H+ (ac)
El ácido carbónico nunca se ha obtenido en estado puro. Las soluciones de dióxido de carbono en agua consisten principalmente en moléculas de CO2 disueltas (menos del
1% está en forma de moléculas de H2CO3).
CO2(g) + H2O(l) H2CO3 (ac)
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Carburos
•Carburos salinos: Se forman con los elementos de los grupos 1 y 2 y el aluminio.
•Carburos intersticiales: Los forman los elementos de los bloques d y f.
•Carburos covalentes: Compuestos covalentes formados por el carbono y un no metal.
Carburo de silicio (SiC)
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Silicio
El silicio se presenta en la naturaleza en forma de silicatos y también como sílice (dióxido de silicio, SO2).
Tres formas comunes de sílice
Cuarzo Cuarcita Cristobalita
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Ácidos del silicio
•No se ha podido aislar ningún ácido del silicio.
•El ácido metasilícico H2SiO3 es un ácido débil. La sal de sodio se añade a los detergentes para facilitar su acción.
•El ácido ortosilícico es también un ácido débil. Al acidificar una solución de ortosilicato de sodio se produce un precipitado gelatinoso.
4 H3O+ (ac) + SiO44-(g) + x H2O(l) SiO2(s) x H2O(gel) + 6 H2O(l)
silicagel
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Silicatos
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Silicatos
•El número de silicatos naturales ronda el millar.
•Las diferencias entre los diversos silicatos provienen del número de cargas negativas en cada tetraedro del número de átomos de O en los vértices enlazados con otros tetraedros y de la manera en que las cadenas y capas de tetraedros se colocan unas con respecto a otras.
• Se pueden mencionar: asbestos, mica, talco, feldespatos, granito, etc.
•Siliconas: Polímeros sintéticos.
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El vidrio es un producto de fusión de materiales
inorgánicos ópticamente transparente que se ha
enfriado a un estado rígido sin cristalizar.
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Está formado por una mezcla fundida de
dióxido de silicio (SiO2), con compuestos como
óxido de sodio, oxido de boro y óxidos de
metales de transición.
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•Debido a que el Sn y Pb tienen configuraciones ns2 np2 en los niveles de valencia, se observan dos estados de oxidación: +4 y +2 (especies con par inerte).
•El estado +4 pierde importancia y el estado +2 se hace más importante a los largo de la serie: Ge, Sn, Pb.
•El Sn2+ y Pb2+ son las únicas especies catiónicas del grupo que existen en agua.
Compuestos del estaño y plomo
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2 e- + 4 H+ (ac) + PbO2(g) Pb2+ (ac) + 2 H2O
El dióxido de plomo es un agente oxidante fuerte:
E° = + 1,46 V
Poder oxidante del óxido de plomo
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Carácter ácido del estaño y el plomo
Sn(H2O)62+ + H2O Sn(H2O)5(OH)+ + H3O+
Ka = 3 x 10-4
Pb(H2O)62+ + H2O Pb(H2O)5(OH)+ + H3O+
Ka = 2 x 10-8
![Page 36: 30 Grupo 14 1 06 05](https://reader036.vdocumento.com/reader036/viewer/2022062303/558566edd8b42a46298b4ce4/html5/thumbnails/36.jpg)
E (s) + 2 H2O (l) + 2 OH- (ac) — E(OH)42- (ac) + 2 H2 (g),
E = Sn, Pb
Base
E (s) + 2 H3O+ (ac) — E2+ (ac) + 2 H2O (l) + 2 H2 (g),
E = Sn, Pb
Ácido
C (s) + H2O (g) — CO (g) + H2 (g)
Si (s) + 2 H2O (l) — SiO2 (s) + 2 H2 (g)
Agua
E (s) + 2 X2 (g, l, s) — EX4 (s, l, g), E = C, Si, Ge, Sn
Pb (s) + X2 (g, l, s) — PbX2 (s)
Halógeno (X2)
E (s) + O2 (g) — EO2 (s), E = C, Si, Ge, Sn
2 Pb(s) + O2 (g) — 2 PbO (s)
Oxígeno
C (s) + 2 H2 (g) — CH4 (g) y otros hidrocarburosHidrógeno
Reacción con el elemento (E) del grupo 14Reactivo
Propiedades químicas
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Preguntas tipo
Preguntas 72 a 75
Pregunta 72: Carbono. Estados alotrópicos del carbono (grafito, diamante, fullereno). Clasificación de los carburos.
Pregunta 73: Dióxido de carbono. Revisión de los conceptos de equilibrio y termodinámica.
Pregunta 74: Sílice. Silicatos. Siliconas.
Pregunta 75: Estaño y plomo. Toxicidad del plomo (Clase 37).
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• Atkins P.W, Jones L. Química . 3ra edición. Ed Omega. 1999.
Capítulo 19.• Chang R. Química. Ed. MacGraw Hill.1998. Capítulo 20 y 21.
Consultas: [email protected] (Pablo Evelson)
BibliografíaBibliografía