Carbonoideos

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 electróns en su capa externa. Un átomo neutro aislado del grupo 14 tiene la configuración s² p² en el estado fundamental. Estos elementos, especialmente el carbono y el silicio, tienen una gran propensión a los enlaces covalentes, que suelen llevar la a ocho electrones de la capa externa. Los enlaces en estos elementos a menudo conducen a la hibridación donde se borran los caracteres s y p de los orbitales. Para enlace simple, 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 dobles enlaces son característicos del carbono (alquenos, CO₂...); lo mismo para los π-sistemas en general. La tendencia a perder electrones aumenta al aumentar el tamaño del átomo, al igual que al aumentar el número atómico. Sólo el carbono forma iones negativos, en forma de carburo (C^4-). El silicio y el germanio, ambos metaloides, pueden formar iones +4 cada uno. El estaño y el plomo son metales, mientras que el flerovio es un elemento sintético, radiactivo (su vida media es muy corta, sólo 1,9 segundos) que puede tener algunas propiedades parecidas a las de los gases nobles, aunque lo más probable es que siga siendo un metal postransicional. Tanto el estaño como el plomo son capaces de formar iones +2. Aunque el estaño es químicamente un metal, su alótropo α se parece más al germanio que a un metal y es un mal conductor eléctrico.

El carbono forma tetrahaluros con todos los halógenos. El carbono también forma muchos óxidos de carbono como el monóxido de carbono, subóxido de carbono y dióxido de carbono. El carbono forma disulfuros y diselenuros.[1]

El silicio forma varios hidruros; dos de ellos son el SiH₄ y el Si₂H₆. El silicio forma tetrahaluros con flúor, cloro, bromo y yodo. El silicio también forma un dióxido y un disulfuro.[2] Nitruro de silicio tiene la fórmula Si₃N₄.[3]

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 une a todos los calcógenos simples naturales excepto al polonio, y forma dióxidos, disulfuros y diselenuros. El nitruro de germanio tiene la fórmula Ge₃N₄.[4].

El estaño forma dos hidruros: SnH₄ y Sn₂H₆. El estaño forma dihaluros y tetrahaluros con todos los halógenos excepto el astato. El estaño forma calcogenuros con uno de cada uno de los calcogenuros naturales excepto el polonio, y forma calcogenuros con dos de cada uno de los calcogenuros naturales excepto el polonio y el telurio.[5]

El plomo forma un hidruro, que tiene la fórmula PbH₄. El plomo forma dihaluros y tetrahaluros con flúor y cloro, y forma un dibromuro y un diioduro, aunque el tetrabromuro y el tetraioduro de plomo son inestables. El plomo forma cuatro óxidos, un sulfuro, un seleniuro y un telururo.[6]

No se conocen compuestos de flerovio.[7]

Los puntos de ebullición del grupo del carbono tienden a disminuir con los elementos más pesados. El carbono, el elemento más ligero del grupo del carbono, 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 prevé que el flerovio hierva a -60 °C.[8][9] Los puntos de fusión de los elementos del grupo del carbono tienen aproximadamente la misma tendencia que sus puntos de ebullición. El silicio funde a 1414 °C, el germanio funde a 939 °C, el estaño funde a 232 °C, y el plomo funde a 328 °C.[10]

La estructura cristalina del carbono es hexagonal; a altas presiones y temperaturas forma diamante (véase más adelante). El silicio y el germanio tienen estructuras cristalinas cúbicas diamantinas, 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 la cara.[10]

La densidad de los elementos del grupo del carbono tiende a aumentar con el incremento del número atómico. El carbono tiene una densidad de 2,26 gramos por centímetro cúbico, el silicio tiene una densidad de 2,33 gramos por centímetro cúbico, el germanio tiene una densidad de 5,32 gramos por centímetro cúbico. El estaño tiene una densidad de 7,26 gramos por centímetro cúbico, y el plomo tiene una densidad de 11,3 gramos por centímetro cúbico.[10]

Los radios atómicos de los elementos del grupo del carbono tienden a aumentar con el incremento del 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.[10]

El carbono tiene múltiples alótroposs. El más común es el grafito, que es carbono en forma de láminas apiladas. Otra forma de carbono es el diamante, pero es relativamente raro. El carbono amorfo es un tercer alótropo del carbono; es un componente del hollín. Otro alótropo del carbono es el fullereno, que tiene forma de láminas de átomos de carbono plegadas en una esfera. Un quinto alótropo del carbono, descubierto en 2003, se llama grafeno, y tiene forma de capa de átomos de carbono dispuestos en forma de panal.[3][11][12]

El silicio tiene dos alótropos conocidos que existen a temperatura ambiente. Estos alótropos se conocen como alótropo amorfo y alótropo cristalino. El alótropo amorfo es un polvo marrón. El alótropo cristalino es gris y tiene un lustre metálico.[13]

El estaño tiene dos alótropos: α-estaño, también conocido como estaño gris, y β-estaño. El estaño se encuentra típicamente en la forma β-estaño, un metal plateado. Sin embargo, a presión estándar, el β-estaño se convierte en α-estaño, un polvo gris, a temperaturas inferiores a 13,2 grados Celsius (55,8 °F). Esto puede hacer que los objetos de estaño en temperaturas frías se desmoronen hasta convertirse en polvo gris en un proceso conocido como plaga del estaño o putrefacción del estaño.[3][14] Hay 16 kg de carbono en el cuerpo de un humano típico de 70 kg.[15]

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.

El silicio como sílice en forma de cristal de roca era familiar para los egipcios predinásticos, que lo usaban para hacer cuentas y pequeños jarrones; a los primeros chinos; y probablemente a muchos otros de los antiguos. La fabricación de vidrio que contiene sílice fue llevada a cabo tanto por los egipcios, al menos ya en el año 1500 a. C., como por los fenicios . Muchos de los compuestos naturales o minerales de silicato se utilizaron en varios tipos de mortero para la construcción de viviendas por parte de los primeros habitantes.

Los orígenes del estaño parecen perderse en la historia. Parece que los bronces, que son 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 Mesopotamia temprana, 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, donde la extracción del metal data de aproximadamente 300-200 a. C. Las minas de estaño estaban operando en las áreas inca y azteca de América del Sur y Central antes de la conquista española.

El plomo se menciona a menudo en los primeros relatos bíblicos. Los babilonios utilizaron el metal como placas en las que grabar inscripciones. Los romanos lo usaban para tabletas, pipas de agua, monedas e incluso utensilios de cocina; de hecho, como resultado del último uso, el envenenamiento por plomo se reconoció en la época de Augusto César. El compuesto conocido como plomo blanco aparentemente se preparó como un pigmento decorativo al menos ya en el año 200 a. C.

El silicio elemental amorfo se obtuvo por primera vez 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 predijo en 1869 el químico ruso Dmitri Mendeleev cuando ideó por primera vez su tabla periódica. Sin embargo, el elemento no se descubrió realmente durante algún tiempo. En septiembre de 1885, un minero descubrió una muestra de mineral en una mina de plata y se la dio al gerente de la mina, quien determinó que era un mineral nuevo y envió el mineral a Clemens A. Winkler . Winkler se dio cuenta de que la muestra era 75% de plata, 18% de azufre y 7% de un elemento no descubierto. Después de varios meses, Winkler aisló el elemento y determinó que era el elemento 32.

El primer intento de descubrir el flerovium (entonces denominado "elemento 114") fue en 1969, en el Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares , pero no tuvo éxito. En 1977, los investigadores del Instituto Conjunto de Investigación Nuclear bombardearon átomos de plutonio-244 con calcio-48 , pero nuevamente no tuvieron éxito. Esta reacción nuclear se repitió en 1998, esta vez con éxito.