Carbonoideos: elementos, características y usos
Los carbonoideos son todos aquellos elementos que constituyen la llamada familia del carbono, el grupo 14 (IVA) de la tabla periódica. El grupo está formado por un elemento no metal, carbono; dos elementos metaloides, silicio y germanio; y tres elementos metálicos: estaño, plomo y flevorio.
Estos elementos poseen en su capa electrónica más externa cuatro electrones, con la configuración ns2np2. Tienden a utilizar el estado de oxidación +4; a excepción del plomo, que debido al efecto del par de electrones inertes, utiliza el estado de oxidación +2.
Los elementos pertenecientes a esta familia son químicamente estables, poco reactivos. Pero son capaces de formar hidruros y halogenuros. Además, los elementos tienden a formar enlaces covalentes; aunque el estaño y el plomo (ambos metales) tienden a formar enlaces metálicos.
Los valores de los puntos de fusión, ebullición y de la energía de ionización tienden a disminuir a medida que aumenta el número atómico de los elementos del grupo. Asimismo, disminuyen las concatenaciones eficientes, liderando el carbono y sus múltiples enlaces C-C.
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Elemento no metálico con número atómico 6 y peso atómico 12,011 g/mol. El carbono es un elemento tan importante que se denomina a la química orgánica la química del carbono, ya que todos sus compuestos están formados por este elemento.
El carbono se encuentra presente en carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos; es decir, en todas las moléculas y macromoléculas responsables de la vida. Sin embargo, es el decimoséptimo elemento en abundancia en la corteza terrestre.
El carbono es el único elemento de la familia que se encuentra en la corteza terrestre en forma pura. Además, se combina con otros elementos para formar petróleo y carbonatos en rocas como la calcita (CaCO3), la magnesita (MgCO3) y la dolomita (MgCO3·CaCO3).
El carbono presenta 5 formas alotrópicas: el grafito, el cual se presenta como hojas apiladas. El diamante es un cristal de estructura cúbica, forma tetraédrica con los átomos de carbonos ubicados en sus vértices.
El carbono amorfo es polvo negro en forma de hollín. En el fullereno, los anillos de carbono forman arreglos moleculares semejantes a balones de futbol. Y en el grafeno, encontramos una capa de átomos de carbono dispuestos en forma de panal de abejas.
Es un metaloide de número atómico 14 y peso atómico 28,09 g/mol. Se encuentra en la corteza terrestre como sílice (SiO2), arena y cuarzo, así como en varios minerales y arcillas de silicatos.
El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre. Presenta dos formas alotrópicas: una amorfa de color marrón, y una forma cristalina de color gris, brillo metálico y cristales cúbicos de diamantes.
Es un metaloide de número atómico 32 y peso atómico 72,61 g/mol. El germanio es poco conocido en forma cotidiana. Solo se encuentra como traza en algunos minerales de plata y cinc, así como en algunos tipos de carbón y en la germanita.
Es de color blanco grisáceo y forma una estructura cristalina cúbica y de diamante.
Es un metal de número atómico 50 y peso atómico 118,71 g/mol. El estaño es un metal suave y moldeable, de bajo punto de fusión. Tiene dos formas alotrópicas: forma β, de estructura cristalina tetragonal a temperatura ambiente; y forma α, de color gris que se encuentra a temperaturas inferiores a 13 ºC.
El estaño es extraído del mineral casiterita (SnO2).
Es un metal de número atómico 82 y peso atómico 207,2 g/mol. Tiene una estructura cristalina centrada en las caras, color blanco azulado, y gran toxicidad para el hombre. El plomo se encuentra formando parte del mineral galena (PbS).
Es un metal de número atómico 114 y un peso atómico de 287 g/mol. El flevorio es un elemento artificial, radiactivo y de vida muy corta. Sus propiedades son semejantes a las de los gases nobles, aunque es posible que sea un metal posterior a los metales de transición.
Carbono: 3.500 ºC (diamante).
Silicio: 1.410 ºC.
Geranio: 937,4 ºC.
Estaño: 231,88 ºC.
Plomo: 327,50 ºC.
Carbono: 4.827 ºC (diamante).
Silicio: 2.355 ºC.
Germanio: 2.830 ºC.
Estaño: 2.260 ºC.
Plomo: 1.740 ºC.
Carbono: 3,51 g/cm3 (diamante).
Silicio: 2,33 g/cm3.
Germanio: 5,327 g/cm3.
Estaño: 7,28 g/cm3.
Plomo: 11,343 g/cm3.
Carbono: 1.086 kJ/mol.
Silicio: 787 kJ/mol.
Germanio: 762 kJ/mol.
Estaño: 709 kJ/mol.
Plomo: 716 kJ/mol.
Carbono: 77 pm.
Silicio: 118 pm.
Germanio: 122 pm.
Estaño: 140 pm.
Plomo: 175 pm.
Los valores de los puntos de fusión y ebullición de los elementos del grupo 14 tienden a disminuir a medida que aumentan su número y radio atómico.
Esto refleja una menor fuerza de atracción entre los átomos a medida que aumenta su tamaño. Igual tendencia es observada en los puntos de ionización de los elementos del grupo; cuanto mayor sea la distancia de un electrón al núcleo, menor será la energía necesaria para su separación.
Por lo contrario, a medida que aumenta el número atómico, hay una tendencia a aumentar la densidad del elemento. Esto quizás sea debido a un número mayor de protones y neutrones, los componentes nucleares de mayor masa.
El grafito se usa en forma fibrosa en la elaboración de plásticos. Además, se emplea en la elaboración de lápices. El diamante es una joya preciosa. Se aprovecha su gran dureza en los taladros de la industria petrolera y en la punta de los lápices para cortar vidrio.
El carburo de calcio se utiliza como intermediario en la producción de los solventes disulfuro de carbono y tetracloruro de carbono. El carbono se emplea en la síntesis del acero y relleno de neumáticos.
El silicio se emplea como un semiconductor, así como en varias funciones de la industria electrónica. Tiene aplicación como lubricante y agente impermeabilizante. La sílice (SiO2) se usa en elaboración de la cerámica y el vidrio, además de ser un componente del hormigón y el ladrillo.
El silicio es utilizado en las bombas de vacío. Es esencial en la nutrición de los pollos y las ratas; aunque se desconoce su esencialidad para el hombre. También es un agente reductor que se usa para liberar el magnesio de su óxido.
Se usó como semiconductor hasta el año 1950, cuando fue desplazado por el silicio; aunque sigue cumpliendo varias funciones en el campo de la electrónica. El germanio se emplea en los detectores de radiación. El óxido de germanio se emplea en las fibras ópticas y en los lentes de gran angular.
Se usa para recubrir objetos de hierro para protegerlos de la oxidación. El estaño es empleado en la soldadura y en la fabricación de hojalata para envasar alimentos. Los cloruros de estaño se usan en la reducción de los minerales de hierro.
Los compuestos de estaño tienen numerosas aplicaciones. Por ejemplo, el fluoruro de estaño se emplea en las pastas dentales; el óxido de estaño en la cerámica; y el estannato de cobalto como pigmento azul cerúleo. Además, el estaño forma aleaciones como el bronce y el peltre.
Se emplea en la fabricación de baterías de automóviles; en la protección contra radiaciones ionizantes; y en la soldadura.
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