Grupo 14 inorgánica

•Características generales del grupo 14

3 horas

•Estudio del carbono:
- Isótopos
- Alotropía
•Combinaciones oxigenadas
- CO
- CO2
•Carbonatos e hidrogenocarbonatos
•El silicio: silicatos

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Elemento
Abundancia CT(ppm)

C

Si

Ge

Sn

Pb

180

272.000*

71,6

2,1

13

*Segundo elemento (O) CT
2

CARACTERÍSTICAS GENERALES DEL GRUPO
1.- Configuraciónelectrónica externa: ns2np2
C, carencia de orbitales d

nº de coordinación máximo = 4
mayor estabilidad cinética frente a la hidrólisis

2.- Variación del carácter metálico:
C, Si, elementos no metálicos; Ge semimetal; Sn y Pb, metales
3.- • Escasa química aniónica ( E-4 difícil de alcanzar).
• Química covalente: la más significativa (mayoritaria en C y Si).
• EO(+IV) importante en todo elgrupo.
• Estabilización del EO(+II) al bajar: efecto del par inerte.
4.- Tendencia del C a formar enlaces p-p.
5.- Gran capacidad de catenación del C.

H enlace (kJ/mol)
C-C

356

C-O

336

Si-Si

226

Si-O

368

S-S

266

S-O

330

3

El carbono natural está compuesto por 3 isótopos:
12

13

C

98,89 %

14

C

1,11 %

C

trazas

12C

:Base para determinación de masas atómicas (u.m.a.)

13C

: núcleo con spin nuclear I = ½  estudios de RMN de

14C

(radioactivo): datación carbónica: t1/2 = 5730 años

- proceso de formación:

14
7N

- proceso de desintegración:

+

1
0n

14
6C

14
 6C



14
7N

+

1
1H

+

0
-1e

13C

()

permite fechar objetos de entre 1000 y 20.000 años deantigüedad
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Grafito

Diamante

A
B

A

• Dos formas :  (ABAB) y  (ABC)
• En ambas  la estructura es laminar
• dC‐C (en la lámina) = 1,41 Å
• Enlace p‐p.  Orden de enlace = 1,5
• dC‐C (entre láminas) = 3,35 Å
• Exfoliable y conductor eléctrico
• Baja densidad:  d = 2,2 g/cc
• Hibridación sp2 . CCC = 120°

• Red tridimensional
• C  tetraédrico
• dC‐C = 1,54 Å.  
•Enlace sencillo.
• P.f. = 4000°C , dureza = 10
• Aislante ( e implicados en enlace)  
• Mas denso:  d = 3,5 g/cc
• Hibridación sp3 . CCC = 109,5°

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C(grafito)  ⇄ C(diamante)  G = + 2,9 kJ

1940, General Electric Company
diamantes artificiales

• Forma termodinámicamente estable: grafito
• Transformación endotérmica ( el diamante presenta un mayor
contenido energético). En el proceso seproduce una disminución
de volumen. Presiones elevadas y altas temperaturas desplazan el
equilibrio hacia la derecha.
• Condiciones de trabajo : 1600ºC, 50000 atm
• Utilización de catalizadores : Fe, Cr, Ni, Pt.
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Fullerenos: Atomos de carbono organizados en una estructura esférica o
elipsoidal. Anillos de 5 y 6 miembros.

C36

C60 - > C100 (sólo pares)

• Descubrimiento: Kroto,Smalley y col. (1985).
• Preparación: vaporización de grafito (>10.000°C ) en atmósfera inerte usando laser.
• C60 (buckminsterfulereno): 32 caras; 20 hexágonos y 12 pentágonos.
• Todos los carbonos son equivalentes (mismo entorno, misma señal en 13C).
• Carbonos con coordinación trigonal, sp2, no exactamente plana.
• Dobles enlaces localizados (no conductores)
d = 1,5 g/cc
• Solubles endisolventes no polares

C60

C70
7

Nanotubos de carbono
• Descubiertos en 1991
• Nanoparticulas y nanotecnología: objetos de dimensiones del orden de 10-9 m.
• Campo actual de investigación por sus propiedades como semiconductores y su
resistencia a la tracción.
• Preparación: por descargas eléctricas entre electrodos de carbón grafito.
• Pueden ser abiertos o cerrados.
• En los cerrados,los casquetes extremos son unidades de C60.

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Propiedades

Grafeno

• Alta conductividad térmica y eléctrica
• Alta elasticidad y dureza
• Resistencia 200 veces mayor que la del acero
• Es muy ligero, como la fibra de carbono, pero más flexible
• Se calienta menos al conducir los electrones
• Consume menos electricidad para una misma tarea que el silicio
• Puede reaccionar con...