Estructura cristalinas propiedades y aplicaciones

CARBONO
UNUNCUADIOSILICIO
GERMANIO PLOMO
ESTAÑO
Características
generales

El grupo IV A también es llamado: Familia del Carbono o
Carbonoideos.
El carácter metálico aumenta considerablemente
conforme se desciende en el grupo, siendo el carbono un
no-metal, el silicio y el germanio semimetales y el estaño,
el plomo y el Ununcuadio típicos metales.
Todos los elementos de este grupo poseen estado de
oxidación +4, pero el estado de oxidación +2 aumenta en
estabilidad al bajar en el grupo.
Configuración electrónica: np2
.

Carbono
Símbolo: C Número atómico: 6 Período: 2
Bloque: p (elemento representativo).
Configuración electrónica: [He] 2s2
2p2
Color: Puede ser negro.
Es esencial para la vida en la Tierra y la mayor parte de sus
compuestos están dentro de la competencia de la Química Orgánica.
También existen compuestos de Carbono que se clasifican como
inorgánicos.
Se encuentra en la naturaleza en dos variedades de alótropos
cristalinos importantes: Diamante y grafito.
Se encuentra en la naturaleza en sus formas amorfas: Negro de
Humo y carbón activo.
También existe en otra variedad alotrópica llamada Fullerenos: C60,
C70, C76, C78, C80 y C84.
Está presente en el gas Dióxido de Carbono que constituye el 0,04%
de la atmósfera terrestre.

El carbono se encuentra - frecuentemente muy puro - en la naturaleza, en estado elemental,
en las formas alotrópicas diamante y grafito. El material natural más rico en carbono es el
carbón (del cual existen algunas variedades).
Grafito: Se encuentra en algunos yacimientos naturales muy puro. Se obtiene
artificialmente por descomposición del carburo de silicio en un horno eléctrico.
Diamante: Existen en la naturaleza, en el seno de rocas eruptivas y en el fondo del mar.
En la industria se obtiene tratando grafito a 3000 K de temperatura y a una presión entre
125 - 150 katm. Por ser la velocidad de transformación de grafito en diamante muy lenta, se
utilizan metales de transición, en trazas, como catalizadores (hierro, níquel, platino).
Carbón de coque: muy rico en carbono, es el producto residual en la destilación de la
hulla.
Carbono amorfo: Negro de humo y carbón activo: Son formas del carbono finamente
divididas. El primero se prepara por combustión incompleta de sustancias orgánicas; la
llama deposita sobre superficies metálicas, frías, partículas muy finas de carbón. El carbón
activo se obtiene por descomposición térmica de sustancias orgánicas.
Fullerenos: Estas sustancias son alótropos moleculares del carbono. Se encuentran en
varios depósitos de Australia, Nueva Zelanda y Norteamérica, sin embargo la síntesis de
laboratorio sigue siendo el principal medio para acceder a estos alótropos. Se obtienen,
artificialmente, haciendo saltar un arco entre dos electrodos de grafito o sublimando grafito
por acción de un láser.
Métodos de obtención de Carbono

Usos y aplicaciones del Carbono (1)
Grafito:
•Construcción de reactores nucleares.
•Construcción de electrodos para la industria electrolítica, por su conductividad
eléctrica.
•Lubricante sólido, por ser blando y untuoso.
•Construcción de minas de lapiceros, la dureza de la mina se consigue mezclando
el grafito con arcilla.
•Construcción de crisoles de alta temperatura, debido al elevado punto de fusión
del grafito.
Diamante:
•Tiene valor comercial como piedra preciosa.
•Tallados en brillantes. se emplean en joyería
(son la piedras más duras).
•Cojinetes de ejes en aparatos de precisión.
Carbón de coque:
•Se utiliza como combustible.
•Se utiliza para la reducción de óxidos metálicos en metalurgia extractiva.

Negro de humo:
•Colorante.
•Fabricación de tintas de imprenta.
•Llantas de automóviles.
Carbón activo:
•Adsorbente de gases.
•Catalizador.
•Decolorante.
•Purificación de aguas potables.
•En máscaras de gases.
•En filtros de cigarrillos.
Fullerenos:
•Propiedades conductoras, semiconductoras o aislantes,
en función del metal con que se contaminen.
•Lubricante.
•Inhibición de la proteasa del virus del SIDA.
•Fabricación de fibras.

Compuestos de carbono:
•El dióxido de carbono se utiliza para carbonatación de bebidas, en
extintores de fuego y como enfriador (hielo seco, en estado sólido).
•El monóxido de carbono se emplea como agente reductor en procesos
metalúrgicos.
•El tetracloruro de carbono y el disulfuro de carbono se usan como
disolventes industriales importantes.
•El freón se utilizaba en aparatos de refrigeración, hecho que está
desapareciendo, debido a lo dañino de este compuesto para la capa de
ozono.
•El carburo cálcico se emplea para preparar acetileno y para soldar y
cortar metales.
•Los carburos metálicos se emplean como refractarios.
•El carbono junto al hierro forma el acero.

SILICIO
Símbolo: Si Número atómico: 14 Período: 3
Configuración electrónica: [Ne] 3s2
3p2
Color: Gris con brillo metálico. (Pero es un semimetal).
No se encuentra en estado elemental, pero constituye un 25,7 %
de la corteza terrestre, en forma de arena, cuarzo, cristal de roca,
sílex, ágata y silicatos minerales y en el carbón.
Es el segundo elemento más abundante después del O.
Descubridor: Jöns Jacob Berzelius.
Lugar de descubrimiento: Suecia.
Año de descubrimiento: 1824.
Origen del nombre: El nombre "silicio" deriva del latín "silex"
(pedernal). Este nombre proviene de que los compuestos de silicio
eran de gran importancia en la prehistoria: las herramientas y las
armas, hechas de pedernal, una de las variedades del dióxido de
silicio, fueron los primeros utensilios del hombre.

Mediante aluminotermia a partir de la
sílice (SiO2), óxido de silicio, y tratando
el producto con ácido clorhídrico en el
cual el silicio es insoluble.
Reducción de sílice con carbono o
carburo de calcio en un horno eléctrico
con electrodos de carbono.
Reducción de tetracloruro de silicio
(SiCl4) con hidrógeno (para obtenerlo de
forma muy pura).
El silicio hiperpuro se obtiene por
reducción térmica de triclorosilano,
HSiCl3, ultrapuro en atmósfera de
hidrógeno y posterior fusión por zonas a
vacío.
Métodos de obtención del Silicio

Utilizado para producir chips para ordenadores.
Las células fotovoltaicas para conversión directa de energía solar en eléctrica
utilizan obleas cortadas de cristales simples de silicio de grado electrónico.
El silicio hiperpuro puede doparse con boro, galio, fósforo o arsénico,
aumentando su conductividad; se emplea para la fabricación de transistores,
rectificadores y otros dispositivos de estado sólido ampliamente empleados en
electrónica.
Se utiliza como integrante de aleaciones para dar mayor resistencia a aluminio,
magnesio, cobre y otros metales.
La arena y arcilla (silicatos) se usan para fabricar ladrillos y hormigón; son un
material refractario que permite trabajar a altas temperaturas.
Al acidificar el ortosilicato de silicio se obtiene un precipitado gelatinoso de sílice
(sílica gel) que se emplea como agente desecante, soporte para catalizadores,
cromatografía y aislante térmico.
La sílice (arena) es el principal ingrediente del vidrio, uno de los materiales más
baratos con excelentes propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y eléctricas.
Las siliconas son derivados poliméricos del silicio. Se utilizan para juguetes,
lubricantes, películas impermeables, implantes para cirugía estética, ...
El carburo de silicio se utiliza como abrasivo importante, para componentes
refractarios.
Usos y aplicaciones del Silicio

GERMANIO
Símbolo: Ge Número atómico: 32 Período: 4
Configuración electrónica: [Ar] 3d10
4s2
4p2
Color: Grisáceo
Propiedades de semimetal.
Constituye solo 1,8 ppm de la corteza terrestre. Esta presente en
cantidad de trazas en una variedad de minerales (por ejemplo, menas de
Zinc) y en el carbón.
Descubridor: Clemens Winkler.
Lugar de descubrimiento: Alemania.
Año de descubrimiento: 1886.
Origen del nombre: De la palabra latina "Germania", que significaba
"Alemania".

Método de obtención del Germanio
Se obtiene como subproducto en los procesos de obtención de cobre, zinc y en
las cenizas de ciertos carbones. Para la purificación ulterior se utiliza el proceso
llamado fusión por zonas.
Usos y aplicaciones del Germanio
Se utiliza como semiconductor.
El germanio dopado con arsénico, galio, u otros elementos se utiliza como
transistor.
Por ser transparente a la radiación infrarroja se emplea en forma de
monocristales en espectroscopios infrarrojos (lentes, prismas y ventanas) y otros
aparatos ópticos entre los que se encuentran detectores infrarrojos
extremadamente sensibles.
El óxido de germanio se aplica en lentes gran angular de cámaras y en
objetivos de microscopio.
El germanio se utiliza como detector de la radiación gamma.
Los compuestos organogermánicos se están utilizando en quimioterapia, pues
tienen poca toxicidad para los mamíferos y son eficaces contra ciertas bacterias.

ESTAÑO
Símbolo: Sn Número atómico: 50 Período: 5
Configuración electrónica:[Kr] 4d10
5s2
5p2
Color: Blanco plateado.
Es un metal maleable que no se oxida fácilmente y es resistente a la
corrosión.
La principal mena de Estaño es la casiterita (SnO2).
El estaño puro tiene dos variantes alotrópicas: El estaño gris, polvo no
metálico, semiconductor, de estructura cúbica y estable a temperaturas
inferiores a 13,2 ºC, que es muy frágil y tiene un peso específico más
bajo que el blanco. El estaño blanco, el normal, metálico, conductor
eléctrico, de estructura tetragonal y estable a temperaturas por encima
de 13,2 ºC.
Es el elemento químico del que se conocen más isótopos estables,
diez. Además se han carcterizado 15 estados metaestables y una
treintena de radioisótopos.

Método de obtención de Estaño
El estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño
(IV)). Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de
estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con
coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el
metal.
Usos y aplicaciones del Estaño
•Debido a su estabilidad y falta de toxicidad se emplea como recubrimiento de
metales: recubrimiento de hierro (hojalata) para la industria conservera; esto se
hace por electrólisis o por inmersión.
•Junto a otros metales forma aleaciones de importancia industrial.: bronce (cobre y
estaño), estaño de soldar (64 % de estaño y 36 % de plomo), metal de imprenta,
para fabricar cojinetes 30 % estaño, antimonio y cobre) y la aleación niobio-estaño,
superconductora a bajas temperaturas.
•El cloruro de estaño (II) se emplea como agente reductor.
•Las sales de estaño pulverizadas sobre vidrio se utilizan para producir capas
conductoras que se usan en paneles luminosos y en calefacción de cristales de
coche.

PLOMO
Símbolo: Pb Número atómico: 82 Período: 6
Configuración electrónica:[Xe] 4f14
5d10
6s2
6p2
Color: Blanco azulado
Las menas más importantes de Plomo son: galena (PbS), anglesita
(PbSO4) y cerusita (PbCO3). También se encuentra plomo en varios
minerales de uranio y de torio, ya que proviene directamente de la
desintegración radiactiva (decaimiento radiactivo).
El plomo es un metal pesado. Es flexible, inelástico y se funde con
facilidad. No es buen conductor de la electricidad. Es resistente a las
radiaciones. Es bastante resistente a la corrosión.
Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos
organometálicos. Los cuatro isótopos naturales son, por orden
decreciente de abundancia, 208, 206, 207 y 204.

Método de obtención de Plomo
•El metal se obtiene a partir de los sulfuros minerales; el cual, tras un previo
enriquecimiento es tostado y sinterizado en un horno, obteniéndose así el óxido de
plomo (II), el cual se reduce con carbón de coque a plomo metal impuro (plomo de
obra). El plomo se purifica por métodos pirometalúrgicos o electrolíticos.
Usos y aplicaciones del Plomo
•El plomo y el dióxido de plomo se utilizan para baterías de automóviles.
•Se utiliza para fontanería, aparatos químicos y municiones.
•Se emplea para la insonorización de máquinas, pues es muy efectivo en la absorción del
sonido y de vibraciones.
•Se usa como blindaje para la radiación en reactores nucleares y en equipos de rayos X.
•El óxido de plomo (II) se utiliza para la producción de vidrios de alto índice de refracción para
fabricar lentes acromáticas.
•El carbonato y el cromato de plomo (II) se usan como pigmentos en las pinturas.
•El nitrato de plomo se utiliza en pirotecnia.
•El minio (óxido de plomo) mezclado con aceite de linaza se usa como pintura antioxidante.
•El sulfuro de plomo (II) presenta propiedades semiconductoras por lo cual se utiliza en
células fotoeléctricas.
•El arseniato de plomo (II) se emplea como insecticida.

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