Grupo de carbono

Al igual que otros grupos, los miembros de esta familia muestran patrones en la configuración electrónica , especialmente en las capas más externas, lo que da lugar a tendencias en el comportamiento químico:

Cada uno de los elementos de este grupo tiene 4 electrones en su capa externa . Un átomo aislado y neutro del grupo 14 tiene la ^{configuración} ns²np² en su estado fundamental. Estos elementos, especialmente ^el carbono y el silicio , tienen una fuerte propensión a formar enlaces covalentes , lo que generalmente lleva la capa externa a ocho electrones . Los enlaces en estos elementos a menudo conducen a la hibridación,  donde se borran los caracteres s y p distintivos de los orbitales. Para los enlaces simples , una disposición típica tiene cuatro pares de electrones ^sp³ , aunque también existen otros casos, como tres pares sp² ^en el grafeno y el grafito. Los enlaces dobles son característicos del carbono ( alquenos , CO₂ _... ); lo mismo ocurre con los sistemas π en general. La tendencia a perder electrones aumenta a medida que aumenta el tamaño del átomo , al igual que sucede con el aumento del número atómico.

El carbono por sí solo forma aniones monoatómicos , en forma de carburo (C ⁴⁻ , también llamado metanuro); los demás elementos del grupo del carbono forman iones de Zintl con metales electropositivos como el magnesio . El silicio y el germanio , ambos metaloides , pueden formar iones +4. El estaño y el plomo son metales , mientras que el flerovio es un elemento sintético y radiactivo (su vida media es muy corta, solo 1,9 segundos) que puede tener algunas propiedades similares a las de los gases nobles , aunque lo más probable es que sea un metal de postransición. El estaño y el plomo son capaces de formar iones +2. Aunque el estaño se considera típicamente un metal, su alótropo α se parece más al germanio que a un metal y es un mal conductor eléctrico.

Entre los derivados alquílicos del grupo principal (grupos 1, 2, 13–17) QR _n , donde n es el número de enlace estándar para Q ( véase la convención lambda ), los derivados del grupo 14 QR ₄ se destacan por su precisión electrónica: no son ni deficientes en electrones (tienen menos electrones que un octeto y tienden a ser ácidos de Lewis en Q y suelen existir como cúmulos oligoméricos o aductos con bases de Lewis) ni excesivos en electrones (tienen pares solitarios en Q y tienden a ser básicos de Lewis en Q). Como resultado, los alquilos del grupo 14 tienen baja reactividad química en relación con los derivados alquílicos de otros grupos. En el caso del carbono, la alta energía de disociación del enlace C–C y la falta de diferencia de electronegatividad entre el átomo central y los ligandos alquílicos hacen que los derivados alquílicos saturados, los alcanos , sean particularmente inertes. ^{[ 3 ]}

El carbono forma tetrahaluros con todos los halógenos . El carbono también forma muchos óxidos, como el monóxido de carbono , el subóxido de carbono y el dióxido de carbono . El carbono forma un disulfuro y un diselenuro . ^{[ 4 ]}

_El silicio forma varios hidruros; dos de ellos son SiH₄ y Si₂H₆ . El silicio forma tetrahaluros con flúor ( SiF₄ ₎ , cloro ( SiCl₄ ), bromo ( ^SiBr₄ ₎ y yodo ( _SiI₄ ) . _El silicio también forma un dióxido y un disulfuro _. [ ^{5 ] El} _nitruro de silicio tiene la _{fórmula Si₃N₄} . ^[ 6 ^]

_El germanio forma cinco hidruros. Los dos primeros hidruros de germanio son _GeH₄ y Ge₂H₆ . El germanio forma tetrahaluros con todos los halógenos excepto el astato y _{forma dihaluros con todos los halógenos excepto el bromo y el astato. El germanio se enlaza con todos los calcógenos naturales simples excepto} ^el polonio, y forma dióxidos, disulfuros y diselenuros. El nitruro de germanio tiene la fórmula _Ge₃N₄ . ^[ ₇ ^]

El estaño forma dos hidruros: SnH₄ y _{Sn₂H₆ . El} estaño forma dihalogenuros y tetrahalogenuros con todos los halógenos excepto el astato. El estaño forma monocalcogenuros con los calcógenos presentes en la naturaleza , excepto el polonio, y forma dicalcogenuros con los calcógenos presentes en la naturaleza, excepto el polonio y el telurio. ^{[ 8 ]}

El plomo forma un hidruro, cuya fórmula es PbH₄ . Con flúor y cloro, el plomo forma dihaluros y tetrahaluros, y también _un dibromuro y un diyoduro , aunque el tetrabromuro y el tetrayoduro de plomo son inestables. El plomo forma cuatro óxidos : un sulfuro , un seleniuro y un telururo . ^{[ 9 ]}

No se conocen compuestos de flerovio. ^{[ 10 ]}

Los puntos de ebullición del grupo del carbono tienden a disminuir con los elementos más pesados. A presión estándar , el carbono, el elemento más ligero del grupo del carbono, se sublima a 3825  °C. El punto de ebullición del silicio es de 3265  °C, el del germanio es de 2833  °C, el del estaño es de 2602  °C y el del plomo es de 1749  °C. Se predice que el flerovio hierve a −60  °C. ^{[ 11 ] [ 12 ]} Los puntos de fusión de los elementos del grupo del carbono tienen aproximadamente la misma tendencia que sus puntos de ebullición. El silicio se funde a 1414  °C, el germanio a 939  °C, el estaño a 232  °C y el plomo a 328  °C. ^{[ 13 ]}

La estructura cristalina del carbono es hexagonal ; a altas presiones y temperaturas forma diamante (véase más abajo). El silicio y el germanio tienen estructuras cristalinas cúbicas de diamante , al igual que el estaño a bajas temperaturas (por debajo de 13,2  °C). El estaño a temperatura ambiente tiene una estructura cristalina tetragonal . El plomo tiene una estructura cristalina cúbica centrada en las caras . ^{[ 13 ]}

Las densidades de los elementos del grupo del carbono tienden a aumentar con el número atómico. El carbono tiene una densidad de 2,26 g·cm⁻³ ^; el silicio, 2,33 g·cm⁻³ ^; el germanio, 5,32 g·cm⁻³ ^; el estaño, 7,26 g·cm⁻³ ^; y el plomo, 11,3 g· ^cm⁻³ . ^{[ 13 ]}

Los radios atómicos de los elementos del grupo del carbono tienden a aumentar con el número atómico. El radio atómico del carbono es de 77 picómetros , el del silicio es de 118 picómetros, el del germanio es de 123 picómetros, el del estaño es de 141 picómetros y el del plomo es de 175 picómetros. ^{[ 13 ]}

Al menos dos de los elementos del grupo del carbono (estaño y plomo) tienen núcleos mágicos , lo que significa que estos elementos son más comunes y más estables que los elementos que no tienen un núcleo mágico. ^{[ 17 ]}

El carbono , el estaño y el plomo son algunos de los elementos bien conocidos en el mundo antiguo, junto con el azufre , el hierro , el cobre , el mercurio , la plata y el oro . ^{[ 20 ]}

El silicio, en forma de sílice cristalina, era conocido por los egipcios predinásticos, quienes lo utilizaban para fabricar cuentas y pequeños jarrones; por los antiguos chinos; y probablemente por muchos otros pueblos de la antigüedad. La fabricación de vidrio con sílice se practicaba tanto por los egipcios  —al menos desde el año 1500 a  . C.— como por los fenicios . Muchos de los compuestos naturales o minerales de silicato se utilizaban en diversos tipos de mortero para la construcción de viviendas por los primeros pobladores.

Los orígenes del estaño parecen haberse perdido en la historia. Al parecer, los bronces, aleaciones de cobre y estaño, fueron utilizados por el hombre prehistórico algún tiempo antes de que se aislara el metal puro. Los bronces eran comunes en la antigua Mesopotamia, el valle del Indo, Egipto, Creta, Israel y Perú. Gran parte del estaño utilizado por los primeros pueblos mediterráneos aparentemente provenía de las Islas Sorlingas y Cornualles en las Islas Británicas, ^{[ 21 ]} donde la extracción del metal data de alrededor del 300-200 a. C. Las minas de estaño estaban en funcionamiento tanto en las áreas incas como aztecas de América del Sur y Central antes de la conquista española.

El plomo se menciona con frecuencia en los primeros relatos bíblicos. Los babilonios lo utilizaban para fabricar planchas con inscripciones. Los romanos lo empleaban en tablillas, tuberías de agua, monedas e incluso utensilios de cocina; de hecho, como consecuencia de este último uso, la intoxicación por plomo se reconoció en tiempos de Augusto . El compuesto conocido como blanco de plomo se preparaba, al parecer, como pigmento decorativo al menos desde el año 200 a. C.

El silicio elemental amorfo fue obtenido por primera vez en estado puro en 1824 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius ; el silicio impuro ya se había obtenido en 1811. El silicio elemental cristalino no se preparó hasta 1854, cuando se obtuvo como producto de la electrólisis.

El germanio es uno de los tres elementos cuya existencia fue predicha en 1869 por el químico ruso Dmitri Mendeléyev al elaborar su tabla periódica. Sin embargo, el elemento no fue descubierto hasta tiempo después. En septiembre de 1885, un minero encontró una muestra de mineral en una mina de plata y se la entregó al administrador, quien determinó que se trataba de un nuevo mineral y la envió a Clemens A. Winkler . Winkler se percató de que la muestra contenía un 75 % de plata, un 18 % de azufre y un 7 % de un elemento desconocido. Tras varios meses, Winkler aisló el elemento y determinó que era el elemento 32. ^{[ 18 ]}

El primer intento de descubrir el flerovio (entonces denominado "elemento 114") tuvo lugar en 1969 en el Instituto Conjunto de Investigación Nuclear , pero no tuvo éxito. En 1977, investigadores del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear bombardearon átomos de plutonio-244 con calcio-48 , pero nuevamente fracasaron. Esta reacción nuclear se repitió en 1998, esta vez con éxito. ^{[ 18 ]}

• La palabra carbono proviene del latín carbo , que significa "carbón vegetal".
• La palabra silicio proviene del latín silex (o silicis ), que significa "pedernal".
• El germanio proviene de la palabra latina Germania , el nombre latino de Alemania, que es el país donde se descubrió el germanio.
• Stannum proviene de la palabra latina stannum , que significa "estaño", de o relacionado con el celta staen .

- El nombre común de estaño en inglés es tin , heredado directamente del inglés antiguo . Posiblemente de origen común con stannum y staen .

• Plumbum proviene de la palabra latina plumbum, que significa plomo.

- El nombre común de plumbum en inglés es lead , heredado directamente del inglés antiguo. ^{[ 18 ]}

• El Flerovium recibió su nombre en honor a Georgy Flyorov y su instituto.

El carbono elemental no suele ser tóxico, pero muchos de sus compuestos sí lo son, como el monóxido de carbono y el cianuro de hidrógeno . Sin embargo, el polvo de carbono puede ser peligroso porque se aloja en los pulmones de forma similar al amianto . ^{[ 18 ]}

Los minerales de silicio no suelen ser venenosos. Sin embargo, el polvo de dióxido de silicio, como el que emiten los volcanes , puede causar efectos adversos para la salud si entra en los pulmones. ^{[ 17 ]}

El germanio puede interferir con enzimas como la lactato deshidrogenasa y la alcohol deshidrogenasa . Los compuestos orgánicos de germanio son más tóxicos que los inorgánicos. El germanio presenta una baja toxicidad oral en animales. Una intoxicación grave por germanio puede causar la muerte por parálisis respiratoria . ^{[ 24 ]}

Algunos compuestos de estaño son tóxicos si se ingieren, pero la mayoría de los compuestos inorgánicos de estaño se consideran no tóxicos. Los compuestos orgánicos de estaño, como el trimetilestaño y el trietilestaño , son altamente tóxicos y pueden alterar los procesos metabólicos dentro de las células. ^{[ 18 ]}

El plomo y sus compuestos, como los acetatos de plomo, son altamente tóxicos. La intoxicación por plomo puede causar dolores de cabeza , dolor de estómago, estreñimiento y gota . ^{[ 18 ]}

El flerovio es demasiado radiactivo como para comprobar si es tóxico o no, aunque su alta radiactividad por sí sola ya lo haría tóxico.