elementos del grupo 14

Tema 6

Elementos del Grupo 14

Bibliografía recomendada: Housecroft, C.E. y Sharpe, A.G. “Inorganic Chemistry” 2.ed. Pearson Higher
Education. Harlow, 2005 . Traducida: “Química Inorgánica”. 2.ed. Pearson–Prentice Hall. 2006.

1. Introducción

1. Introducción

 La configuración electrónica externa del grupo es: ns2p2 . Normalmente se originan 4 enlaces covalentes pero
con laexcepción del C el resto puede expandir el octete (Efecto par inerte en Sn y Pb dificulta max. Est. Oxida.).
 El carbono es el elemento más abundante en la naturaleza. Es un elemento esencial de toda materia viva.
 La química orgánica trata esencialmente de la química de compuestos que contienen C e H junto con algunos
hetreroátomos
 Los compuestos de carbono inorgánicos son: sus formasalotrópicas, óxidos, ácidos y sales, carburos, urea,
cianamidas,…y los organometálicos
 El Si es un elemento tecnológicamente relevante que se produce en gran tonelaje para la industria
microelectrónica. También es constituyente principal de vidrios, cerámicos, siliconas,…
 El Ge es poco utilizado pero Sn y Pb son elementos conocidos y utilizados desde tiempos remotos
 La clave de la química delcarbono es la tendencia a la catenación, que es consecuencia del fuerte enlace C-C
que puede ser múltiple por solapamiento p-p, esta es la base de la química orgánica.
 Las propiedades generales del carbono y respecto al resto del grupo son muy distintas dado que el C es el
único elemento estrictamente no metálico:
No metal: C
Semimetal: Si
Metales: Sn y Pb

2. Alotropía

Grafito-Carbono a presión normal, cristaliza

formando capas de hexágonos.
-Existen dos formas: grafito alfa (hexagonal)
y beta (romboédrica)
-Conductor eléctrico (a lo largo de las capas)
y semiconductor (dirección perpendicular a
las capas)
- Material blando, capas unidas por enlaces
de Van der Waals
•

Disposición
geométrica orbitales
sp2

•

Estructuras del
grafito hexagonal
(ABAB) ydel grafito
romboédrico (ABCA)

Diamante
- carbono a altas presiones
- cristaliza en el sistema cúbico: red de diamante
(orbitales sp3)
- alta dureza y conductividad térmica
- baja tenacidad (se rompe sin dificultad)

Disposición orbitales sp3

Red de diamante

Fulerenos
-tercera forma mas estable del
carbono
-estructura similar al grafito con
combinación de hexágonos ypentágonos formas esféricas
(balón de fútbol), elipsoidales y
cilíndricas.
-muy estable C60, aunque hay
muchos más.
-poco reactivos (estabilidad de
sus enlaces)
-solubles en disolventes como el
tolueno o el CS2

Nanotubos
- Varios tipos, se distinguen según:
• Monocapa: con estructura de lamina de grafito
enrollada sobre si misma.
• Multicapa: combinación alternada de láminas grafito.
-En función de su estructura: diferentes propiedades.
-Conductividad térmica y eléctrica a tª
ambiente, excelentes propiedades
mecánicas, muy estables.
- Múltiples Aplicaciones.

El Grafeno:
Material de Espesor
Monoatómico

Propiedades Extraordinarias
• Espesor monoatómico: Material 2D real !!
• Propiedades de Transporte
Transporte Balistico en micras
Alta movilidad electrónica
 ~105 cm2/Vs
100 veces mayor que la del silicio

• Propiedades Mecánicas
Gran fortaleza del enlace C-C
Films 2D flexibles pero duros

Aplicaciones: Dispositivos
Transistor

Novoselov, Science 2004

Electrodos Transparentes
Wang, Nanoletters 2008

Gas sensors

Schein, Nature Materials 2007

Dispositivo de Cristal Liquido basado
en electrodos de Grafeno

Resonadorelectromecánico

Bunch, Science 2007

Novolesov, Nanoleters 2008

3. Propiedades

3. Propiedades

 Puntos de Fusión y Ebullición. En los puntos de fusión hay notables diferencias entre los tres
primeros y Sn y Pb como consecuencia del tipo de enlace que pasa de covalente a metálico. Las
variaciones se pueden explicar claramente en función de la fortaleza de los enlaces que se tienen que...