INTRODUCCIÓN
En esta entrada estudiaremos los grupos 4, 5, 6 y 7 de la tabla periódica, en la actualidad se llaman 14, 15, 16 y 17. En este blog los llamaremos 4, 5, 6 y 7 por motivos de facilidad de mi entendimiento.
Para entender de lo hablaremos en este blog, necesitaremos tener en cuenta estos puntos:
1.¿Que es la tabla periódica?
Es una disposición de los elementos químicos en forma de tabla, ordenados por su número atómico (número de protones), por su configuración de electrones y sus propiedades químicas. Este ordenamiento muestra tendencias periódicas, como elementos con comportamiento similar en la misma columna.1.¿Que es la tabla periódica?
2,¿Que son los grupos en la tabla periódica?
Un grupo es una columna de la tabla periódica de los elementos. Hay 18 grupos en la tabla periódica estándar.
No es coincidencia que muchos de estos grupos correspondan a conocidas familias de elementos químicos, ya que la tabla periódica se ideó para ordenar estas familias de una forma coherente y fácil de ver. La explicación moderna del ordenamiento en la tabla periódica es que los elementos de un grupo tienen configuraciones electrónicas similares en los niveles de energía más exteriores; y como la mayoría de las propiedades químicas dependen profundamente de las interacciones de los electrones que están colocados en los niveles más externos los elementos de un mismo grupo tienen propiedades físicas y especialmente químicas parecidas.
Estos elementos componen más del 28% en masa de la corteza, siendo el silicio el más abundante, luego seguido del carbono. El germanio es el elemento menos abundante.
El silicio es el elemento principal de toda la estructura inorgánica y el carbono es el responsable de la vida orgánica de la superficie terrestre.
Los elementos metálicos de este grupo están clasificados en la tabla periódica como “otros metales” junto a los grupos 13 y 15. Poseen cuatro electrones en su nivel energético más externo y presentan la siguiente configuración electrónica: ns2np2 (2 electrones s y 2 electrones p), exhibiendo los siguientes estados de oxidación: +4, +2 y -4: los compuestos con +4 y la mayoría de los de número de oxidación +2 son covalentes. El único ion -4 es el carburo.
Por ejemplo, el primer elemento del grupo, el carbono es un no metal duro y sólido a temperatura ambiente. Este elemento puede encontrarse en la naturaleza en forma de carbono amorfo (grafito) y en forma de diamante. Ambas formas alotrópicas poseen coloraciones distintas, siendo el grafito de color negro y el diamante incoloro.
Los elementos silicio y germanio, son los metaloides del grupo, y presentan una dureza intermedia. El silicio posee propiedades intermedias entre el carbono y el germanio. Su forma cristalina es bastante dura y muestra un brillo metálico de color grisáceo.
El metaloide germanio es de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo y conserva el brillo a temperaturas normales. Este elemento exhibe la misma estructura cristalina que el diamante.
Los metales de este grupo son el estaño y el plomo. El estaño es de color plateado y maleable. Por su parte, el plomo es un metal pesado que rara vez se encuentra en estado elemental. Es de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.
Los puntos de fusión y ebullición son menores a medida de que se desciende en el grupo. Esto debido a que se pierde la fuerza de enlace entre los átomos.
Estaño blanco se convierte en estaño gris después de enfriarse a menos de 13 °C
El carbono es el 15.º elemento más abundante en la corteza terrestre y el cuarto elemento más abundante en el universo en masadespués del hidrógeno, el helio y el oxígeno. La abundancia de carbono, su diversidad única de compuestos orgánicos y su inusual capacidad para formar polímeros a las temperaturas comúnmente encontradas en la Tierra, permite que este elemento sirva como un elemento común de toda la vida conocida. Es el segundo elemento más abundante en el cuerpo humano en masa (aproximadamente el 18,5%) después del oxígeno.
Los átomos de carbono pueden unirse de diferentes maneras, denominadas alótropos del carbono, reflejo de las condiciones de formación. Los más conocidos que ocurren naturalmente son el grafito, el diamante y el carbono amorfo. Las propiedades físicas del carbono varían ampliamente con la forma alotrópica. Por ejemplo, el grafito es opaco y negro, mientras que el diamante es altamente transparente. El grafito es lo suficientemente blando como para formar una raya en el papel (de ahí su nombre, del verbo griego "γράφειν" que significa 'escribir'), mientras que el diamante es el material natural más duro conocido. El grafito es un buen conductor eléctrico mientras que el diamante tiene una baja conductividad eléctrica. En condiciones normales, el diamante, los nanotubos de carbono y el grafeno tienen las conductividades térmicas más altas de todos los materiales conocidos. Todos los alótropos del carbono son sólidos en condiciones normales, siendo el grafito la forma termodinámicamente estable. Son químicamente resistentes y requieren altas temperaturas para reaccionar incluso con oxígeno.
El estado de oxidación más común del carbono en los compuestos inorgánicos es +4, mientras que +2 se encuentra en el monóxido de carbono y en complejos carbonilos de metales de transición. Las mayores fuentes de carbono inorgánico son las calizas, dolomitasy dióxido de carbono, pero cantidades significativas se producen en depósitos orgánicos de carbón, turba, petróleo y clatratos de metano. El carbono forma un gran número de compuestos, más que cualquier otro elemento, con casi diez millones de compuestos descritos hasta la fecha6 (con 500.000 compuestos nuevos por año), siendo sin embargo ese número sólo una fracción del número de compuestos teóricamente posibles bajo condiciones estándar. Por esta razón, a menudo el carbono se ha descrito como el rey de los elementos
El carbono presenta dos formas alotrópicas el carbono amorfo que es el grafito y el carbono cristalino que es el diamante. Ambos presentan usos bastantes importantes.
El grafito se mezcla con la arcilla para elaborar las puntas de los lápices. Otra aplicación es como aditivo en lubricantes. También se emplea en la preparación de pinturas anti-radar usadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares.
Por su parte, el diamante se utiliza para la elaboración de joyas y como material de corte ya que este presenta una dureza 10 en la escala de Mohs.
Pendientes con diamantes
El carbono presenta múltiples aplicaciones siendo la más importante como componente de hidrocarburos, principalmente los combustibles fósiles, es decir, petróleo y gas natural. Del petróleo se pueden obtener, después del refino en plantas petroquímicas, los siguientes derivados:
Gases: Empleados para combustible doméstico y de transporte.
Gasolinas: Usados como combustible para motores industriales y automóviles.
Querosén: Combustible de aviación.
Gas-oil: Usado como combustible en motores diesel.
Aceites lubricantes: Empleados en la industria química como engrasado de máquinas o explosivos.
Asfaltos: Para la pavimentación de carreteras.
Parafinas y carbón de coque: Empleados en altos hornos.
Vaselina: Utilizada para pomadas y ungüentos.
Otros subproductos son: alcoholes y bencenos utilizados en la elaboración de fibras textiles, plásticos, lacas, colorantes y disolventes.
Entre otros usos, el carbono también se emplea en aleaciones para obtener acero. El acero es una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su composición, dependiendo del grado.
En el campo de la medicina se utiliza las pastillas de carbón activado para absorber las toxinas del sistema digestivo en caso de intoxicación, tanto en personas como animales. También se usa como medicina para los problemas digestivos o de flatulencia. Dentro de otras aplicaciones tenemos que se emplea en la extracción de metales, la esterilización de agua potable, en el tratamiento de aguas residuales, purificación de jarabe de azúcar y de glicerina, en mascarillas antigás, en filtros purificadores y en controladores de emisiones de coches, entre otros.
El hollín es un pigmento formado principalmente de carbono, que se adquiere mediante la combustión incompleta de diferentes materiales, como aceites, grasas, brea, hulla, maderas resinosas, plantas o gas. Este se agrega a la goma para optimizar sus propiedades mecánicas. Además se utiliza en la producción de electrodos para las baterías.
La fibra de carbono se emplea para mejorar la resistencia mecánica en resinas de poliéster, pero sin aumentar la masa de las mismas.
El silicio es un semimetal y por lo tanto un semiconductor. Este elemento puede controlar el flujo eléctrico mediante el uso de partes de silicio; lo que lo hace indispensable en la industria eléctrica. Se utiliza en los ordenadores, radios, células solares, pantallas LCD y otros aparatos semiconductores.
Se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un agente reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico.5 El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto de fusión de 1.411 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y una densidad relativa de 2,33(g/ml). Su masa atómica es 28,086 u (unidad de masa atómica).
Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por los ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado inhibe la reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es atacado por el aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que impide que continúe la reacción. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro de silicio, respectivamente.
El silicio constituye un 28 % de la corteza terrestre. No existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos. Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del 40 % de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90 % de los minerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxido de silicio es el componente principal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio y magnesio) son los componentes principales de las arcillas, el suelo y las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y zeolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.
Silicio como base bioquímica[editar]
Sus características compartidas con el carbono, como estar en la misma familia 14, no ser metal propiamente dicho, poder construir compuestos parecidos a las enzimas (zeolitas), otros compuestos largos con oxígeno (siliconas) y poseer los mismos cuatro enlaces básicos, le confiere cierta oportunidad en llegar a ser base de seres vivos, aunque no sea en la Tierra, en una bioquímica hipotética.
El silicio se usa como semiconductor
El silicio también se emplea ampliamente en aleaciones con el aluminio para elaborar piezas fundidas. Dichas se emplean habitualmente en la industria automovilística para producir piezas para autos.
De los compuestos importantes del silicio está el óxido de silicio (IV) o dióxido de silicio (SiO2) o como se le conoce también sílice. Este compuesto se puede encontrar en la arena. La sílice se emplea para elaborar vidrio artificial, cerámicas, ladrillos, cemento, entre otros. El gel de sílice es un desecante, es decir que absorbe la humedad del lugar en que se halla.
Botellas de vidrio
Las siliconas son materiales que se encuentran dentro del grupo de los polímeros y es un derivado del silicio. Poseen un sin número de aplicaciones como por ejemplo: como selladores en la fabricación de acuarios, en la industria automotriz como lubricante para los frenos, como recubrimiento en telas, en el campo de la medicina para la elaboración de implantes quirúrgicos, en utensilios de cocina, juguetes y como componente activo en los antiespumas.
Implantes mamarios hechos de silicona
Forma gran número de compuestos organometálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría de semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja intensidad
El germanio es usado en electrónica debido a que es un semiconductor
También se emplea en aleaciones con galio y arsénico para elaborar transistores y todo tipo de aparatos tecnológicos.
Los cristales de germanio al mezclarse con elementos como fosforo, arsénico, antimonio, boro, aluminio y galio se comportan como rectificadores y por lo tanto es empleado desde la segunda guerra mundial como detectores para ultra alta frecuencia (UHF) en señales de radar y radio. Estos cristales también son utilizados como transistores y diodos.
El óxido de germanio es empleado en el campo de la medicina como remedio en el tratamiento de algunos tipos de anemia. También se utiliza en la producción de vidrio óptico.
Cápsulas de germanio orgánico
Es un metal blanco, maleable, que se oxida fácilmente, a temperatura ambiente, cambiando de color a un gris más opaco, y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Al doblar una barra de este metal se produce un sonido característico llamado grito del estaño, producido por la fricción de los cristales que la componen. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones sufre la peste del estaño. Por debajo de los -18°C empieza a descomponerse y a convertirse en un polvo gris; a este proceso se lo conoce como peste del estaño. 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 °C, 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 °C.
Recipiente de bronce (Cobre-Estaño)
Este elemento es usado, de igual manera, como capa protectora en el revestimiento de latas de hierro y cobre.
Se emplea para disminuir la fragilidad del vidrio.
El sulfuro de estaño se utiliza para dorar la madera.
Algunos compuestos de estaño también se usan en fungicidas, tintes, pastas dentales y tintes.
El plomo es un metal pesado de densidad relativa o gravedad específica 11,4 a 16 °C, de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad. Su fusión se produce a 327,4 °C y hierve a 1725 °C. Las valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque del ácido sulfúrico y del ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas. El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico. Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos.
Batería
También se emplea en aleaciones, como por ejemplo con estaño para usarse en soldadura, revestimiento y utensilios de radiaciones. Aleado con arsénico para la insonorización de edificaciones, elaboración de perdigones, entre otros.
Algunos de los compuestos de plomo se utilizan en la industria del vidrio como aditivo y pigmento, en la industria electrónica para tubos de televisión, en la industria del plástico como estabilizante, entre otros.
Algunos labiales contienen plomo
De igual manera, se utilizan como antidetonantes en la gasolina y en pinturas y barnices pero actualmente se han ido reemplazando su uso por la toxicidad del mismo.
Hasta la fecha se han observado alrededor de 80 desintegraciones de átomos de flerovio, 50 de ellas directamente y 30 de la desintegración de los elementos más pesados Livermorio y Oganesón. Todas las desintegraciones han sido asignados a los cuatro isótopos vecinos con números de masa 286-289. El isótopo de más larga vida conocido actualmente es el 289Fl114 con una vida media de aproximadamente 2,6 s, aunque hay evidencias de un isómero, 289bFl114, con una vida media de aproximadamente 66 s, que sería uno de los núcleos más longevos en la región de los elementos superpesados.
Experimentos químicos muy recientes han indicado fuertemente que el elemento 114 no posee propiedades 'eka'-plomo y parece comportarse como el primer elemento superpesado, que presenta propiedades similares a los gases nobles debido a efectos relativistas.6Al igual que muchos elementos radiactivos y sintéticos, al producirse en pequeñas cantidades, no posee uso comercial. Por lo tanto, es empleado en menor medida en la investigación científica.
El grupo del nitrógeno está compuesto por los elementos químicos del grupo 15 de la tabla periódica, que son: nitrógeno (N), fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb), bismuto(Bi) y el elemento sintético moscovio (Mc), cuyo descubrimiento ya ha sido confirmado. Estos elementos también reciben el nombre de pnicógenos1 o nitrogenoideos.No es coincidencia que muchos de estos grupos correspondan a conocidas familias de elementos químicos, ya que la tabla periódica se ideó para ordenar estas familias de una forma coherente y fácil de ver. La explicación moderna del ordenamiento en la tabla periódica es que los elementos de un grupo tienen configuraciones electrónicas similares en los niveles de energía más exteriores; y como la mayoría de las propiedades químicas dependen profundamente de las interacciones de los electrones que están colocados en los niveles más externos los elementos de un mismo grupo tienen propiedades físicas y especialmente químicas parecidas.
EL GRUPO 4 (14): Familia carbonoides
El grupo 14 de la tabla periódica de los elementos (antiguo grupo IV A), también conocido como grupo del carbono o de los carbonoideos, está formado por los siguientes elementos: carbono (C), silicio (Si), germanio (Ge), estaño (Sn), plomo (Pb), flerovio (Fl).
La mayoría de los elementos de este grupo son muy conocidos y difundidos, especialmente el carbono, elemento fundamental de la química orgánica. A su vez, el silicio es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre (28%), y de gran importancia en la sociedad a partir del siglo XX, ya que es el elemento principal de los circuitos integrados.
Al bajar en el periodo, estos elementos van teniendo características cada vez más metálicas: el carbono es un no metal, el silicio y el germanio son semimetales, y el estaño, el plomo y el flerovio son metales.
El grupo 14 está formado por los siguientes elementos: carbono (C), silicio (Si), germanio (Ge), estaño (Sn), plomo (Pb) y flerovio (Fl).La mayoría de los elementos de este grupo son muy conocidos y difundidos, especialmente el carbono, elemento fundamental de la química orgánica. A su vez, el silicio es uno de los elementos más abundantes en la corteza terrestre (28%), y de gran importancia en la sociedad a partir del siglo XX, ya que es el elemento principal de los circuitos integrados.
Al bajar en el periodo, estos elementos van teniendo características cada vez más metálicas: el carbono es un no metal, el silicio y el germanio son semimetales, y el estaño, el plomo y el flerovio son metales.
Estos elementos componen más del 28% en masa de la corteza, siendo el silicio el más abundante, luego seguido del carbono. El germanio es el elemento menos abundante.
El silicio es el elemento principal de toda la estructura inorgánica y el carbono es el responsable de la vida orgánica de la superficie terrestre.
Los elementos metálicos de este grupo están clasificados en la tabla periódica como “otros metales” junto a los grupos 13 y 15. Poseen cuatro electrones en su nivel energético más externo y presentan la siguiente configuración electrónica: ns2np2 (2 electrones s y 2 electrones p), exhibiendo los siguientes estados de oxidación: +4, +2 y -4: los compuestos con +4 y la mayoría de los de número de oxidación +2 son covalentes. El único ion -4 es el carburo.
Propiedades físicas
Las propiedades físicas de este grupo varían mucho en cada elemento y el carácter metálico aumenta a medida que se desciende en el mismo.Por ejemplo, el primer elemento del grupo, el carbono es un no metal duro y sólido a temperatura ambiente. Este elemento puede encontrarse en la naturaleza en forma de carbono amorfo (grafito) y en forma de diamante. Ambas formas alotrópicas poseen coloraciones distintas, siendo el grafito de color negro y el diamante incoloro.
Los elementos silicio y germanio, son los metaloides del grupo, y presentan una dureza intermedia. El silicio posee propiedades intermedias entre el carbono y el germanio. Su forma cristalina es bastante dura y muestra un brillo metálico de color grisáceo.
El metaloide germanio es de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo y conserva el brillo a temperaturas normales. Este elemento exhibe la misma estructura cristalina que el diamante.
Los metales de este grupo son el estaño y el plomo. El estaño es de color plateado y maleable. Por su parte, el plomo es un metal pesado que rara vez se encuentra en estado elemental. Es de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.
Los puntos de fusión y ebullición son menores a medida de que se desciende en el grupo. Esto debido a que se pierde la fuerza de enlace entre los átomos.
Estaño blanco se convierte en estaño gris después de enfriarse a menos de 13 °C
Propiedades químicas
Los elementos del grupo 14 poseen algunas propiedades químicas similares, entre estas tenemos:- No reaccionan con el agua.
- El germanio, estaño y plomo son atacados por los ácidos.
- Son atacados por disoluciones alcalinas desprendiendo hidrógeno, a excepción del elemento carbono.
- Reaccionan con el oxígeno formando óxidos. Siendo los óxidos de carbono y silicio ácidos, el de estaño anfótero (es decir, que reacciona con ácidos y bases calientes) y lo mismo sucede con el plomo.
- Al formar hidruros presentan la habilidad de formar concatenación. La concatenación es la propiedad que poseen algunos elementos de unirse con otro átomo del mismo elemento para formar cadenas ya sea lineales ramificadas o cíclicas. Esta predisposición disminuye al descender en el grupo. La concatenación se le atribuye al elemento carbono, aunque también es un fenómeno suscitado en el silicio. Este fenómeno es la raíz de la química orgánica.Ubicación del grupo 14 en la tabla periódica
Carbono
El carbono (del latín, carbo, 'carbón') es un elemento químico con símbolo C, número atómico 6 y masa atómica 12,01. Es un no metal y tetravalente, disponiendo de cuatro electrones para formar enlaces químicos covalentes. Tres isótopos del carbono se producen de forma natural, los estables 12C y 13C y el isótopo radiactivo 14C, que decae con una vida media de unos 5730 años.1 El carbono es uno de los pocos elementos conocidos desde la antigüedad.2 y es el pilar básico de la química orgánica. Está presente en la Tierra en el estado de cuerpo simple (carbón y diamantes), de compuestos inorgánicos (CO2 y CaCO3) y de compuestos orgánicos(biomasa, petróleo y gas natural). También se han sintetizado muchas nuevas estructuras basadas en el carbono: carbón activado, negro de humo, fibras, nanotubos, fullerenos y grafeno.El carbono es el 15.º elemento más abundante en la corteza terrestre y el cuarto elemento más abundante en el universo en masadespués del hidrógeno, el helio y el oxígeno. La abundancia de carbono, su diversidad única de compuestos orgánicos y su inusual capacidad para formar polímeros a las temperaturas comúnmente encontradas en la Tierra, permite que este elemento sirva como un elemento común de toda la vida conocida. Es el segundo elemento más abundante en el cuerpo humano en masa (aproximadamente el 18,5%) después del oxígeno.
Los átomos de carbono pueden unirse de diferentes maneras, denominadas alótropos del carbono, reflejo de las condiciones de formación. Los más conocidos que ocurren naturalmente son el grafito, el diamante y el carbono amorfo. Las propiedades físicas del carbono varían ampliamente con la forma alotrópica. Por ejemplo, el grafito es opaco y negro, mientras que el diamante es altamente transparente. El grafito es lo suficientemente blando como para formar una raya en el papel (de ahí su nombre, del verbo griego "γράφειν" que significa 'escribir'), mientras que el diamante es el material natural más duro conocido. El grafito es un buen conductor eléctrico mientras que el diamante tiene una baja conductividad eléctrica. En condiciones normales, el diamante, los nanotubos de carbono y el grafeno tienen las conductividades térmicas más altas de todos los materiales conocidos. Todos los alótropos del carbono son sólidos en condiciones normales, siendo el grafito la forma termodinámicamente estable. Son químicamente resistentes y requieren altas temperaturas para reaccionar incluso con oxígeno.
El estado de oxidación más común del carbono en los compuestos inorgánicos es +4, mientras que +2 se encuentra en el monóxido de carbono y en complejos carbonilos de metales de transición. Las mayores fuentes de carbono inorgánico son las calizas, dolomitasy dióxido de carbono, pero cantidades significativas se producen en depósitos orgánicos de carbón, turba, petróleo y clatratos de metano. El carbono forma un gran número de compuestos, más que cualquier otro elemento, con casi diez millones de compuestos descritos hasta la fecha6 (con 500.000 compuestos nuevos por año), siendo sin embargo ese número sólo una fracción del número de compuestos teóricamente posibles bajo condiciones estándar. Por esta razón, a menudo el carbono se ha descrito como el rey de los elementos
Características
El carbono es un elemento notable por varias razones. Sus formas alotrópicas incluyen, una de las sustancias más blandas (el grafito) y una de las más duras (el diamante) y, desde el punto de vista económico, es de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Más aún, presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas (ver ciclo del carbono); con el hidrógeno forma numerosos compuestos denominados genéricamente hidrocarburos, esenciales para la industria y el transporte en la forma de combustibles fósiles; y combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida, y los ésteres que dan sabor a las frutas; además es vector, a través del ciclo carbono-nitrógeno, de parte de la energía producida por el Sol.
Usos
El carbono presenta dos formas alotrópicas el carbono amorfo que es el grafito y el carbono cristalino que es el diamante. Ambos presentan usos bastantes importantes.
Por su parte, el diamante se utiliza para la elaboración de joyas y como material de corte ya que este presenta una dureza 10 en la escala de Mohs.
Pendientes con diamantes
El carbono presenta múltiples aplicaciones siendo la más importante como componente de hidrocarburos, principalmente los combustibles fósiles, es decir, petróleo y gas natural. Del petróleo se pueden obtener, después del refino en plantas petroquímicas, los siguientes derivados:
Gases: Empleados para combustible doméstico y de transporte.
Gasolinas: Usados como combustible para motores industriales y automóviles.
Querosén: Combustible de aviación.
Gas-oil: Usado como combustible en motores diesel.
Aceites lubricantes: Empleados en la industria química como engrasado de máquinas o explosivos.
Asfaltos: Para la pavimentación de carreteras.
Parafinas y carbón de coque: Empleados en altos hornos.
Vaselina: Utilizada para pomadas y ungüentos.
Otros subproductos son: alcoholes y bencenos utilizados en la elaboración de fibras textiles, plásticos, lacas, colorantes y disolventes.
Entre otros usos, el carbono también se emplea en aleaciones para obtener acero. El acero es una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su composición, dependiendo del grado.
En el campo de la medicina se utiliza las pastillas de carbón activado para absorber las toxinas del sistema digestivo en caso de intoxicación, tanto en personas como animales. También se usa como medicina para los problemas digestivos o de flatulencia. Dentro de otras aplicaciones tenemos que se emplea en la extracción de metales, la esterilización de agua potable, en el tratamiento de aguas residuales, purificación de jarabe de azúcar y de glicerina, en mascarillas antigás, en filtros purificadores y en controladores de emisiones de coches, entre otros.
Pastillas de carbón activado
El hollín es un pigmento formado principalmente de carbono, que se adquiere mediante la combustión incompleta de diferentes materiales, como aceites, grasas, brea, hulla, maderas resinosas, plantas o gas. Este se agrega a la goma para optimizar sus propiedades mecánicas. Además se utiliza en la producción de electrodos para las baterías.
La fibra de carbono se emplea para mejorar la resistencia mecánica en resinas de poliéster, pero sin aumentar la masa de las mismas.
Silicio
El silicio (del latín: sílex) es un elemento químico metaloide, número atómico 14 y situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos de símbolo Si.1 Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (25,7 % en peso)2 después del oxígeno. Se presenta en forma amorfa y cristalizada; el primero es un polvo parduzco, más activo que la variante cristalina, que se presenta en octaedros de color azul grisáceo y brillo metálico.El silicio es un semimetal y por lo tanto un semiconductor. Este elemento puede controlar el flujo eléctrico mediante el uso de partes de silicio; lo que lo hace indispensable en la industria eléctrica. Se utiliza en los ordenadores, radios, células solares, pantallas LCD y otros aparatos semiconductores.
Características
Sus propiedades son intermedias entre las del carbono y el germanio. En forma cristalina es muy duro y poco soluble y presenta un brillo metálico y color grisáceo. Aunque es un elemento relativamente inerte y resiste la acción de la mayoría de los ácidos, reacciona con los halógenos y álcalis diluidos. El silicio transmite más del 95 % de las longitudes de ondade la radiación infrarroja.
Se prepara en forma de polvo amarillo pardo o de cristales negros-grisáceos. Se obtiene calentando sílice, o dióxido de silicio (SiO2), con un agente reductor, como carbono o magnesio, en un horno eléctrico.5 El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio, de dureza de 5 a 7. El silicio tiene un punto de fusión de 1.411 °C, un punto de ebullición de 2.355 °C y una densidad relativa de 2,33(g/ml). Su masa atómica es 28,086 u (unidad de masa atómica).
Se disuelve en ácido fluorhídrico formando el gas tetrafluoruro de silicio, SiF4 (ver flúor), y es atacado por los ácidos nítrico, clorhídrico y sulfúrico, aunque el dióxido de silicio formado inhibe la reacción. También se disuelve en hidróxido de sodio, formando silicato de sodio y gas hidrógeno. A temperaturas ordinarias el silicio no es atacado por el aire, pero a temperaturas elevadas reacciona con el oxígeno formando una capa de sílice que impide que continúe la reacción. A altas temperaturas reacciona también con nitrógeno y cloro formando nitruro de silicio y cloruro de silicio, respectivamente.
El silicio constituye un 28 % de la corteza terrestre. No existe en estado libre, sino que se encuentra en forma de dióxido de silicio y de silicatos complejos. Los minerales que contienen silicio constituyen cerca del 40 % de todos los minerales comunes, incluyendo más del 90 % de los minerales que forman rocas volcánicas. El mineral cuarzo, sus variedades (cornalina, crisoprasa, ónice, pedernal y jaspe) y los minerales cristobalita y tridimita son las formas cristalinas del silicio existentes en la naturaleza. El dióxido de silicio es el componente principal de la arena. Los silicatos (en concreto los de aluminio, calcio y magnesio) son los componentes principales de las arcillas, el suelo y las rocas, en forma de feldespatos, anfíboles, piroxenos, micas y zeolitas, y de piedras semipreciosas como el olivino, granate, zircón, topacio y turmalina.
Silicio como base bioquímica[editar]
Sus características compartidas con el carbono, como estar en la misma familia 14, no ser metal propiamente dicho, poder construir compuestos parecidos a las enzimas (zeolitas), otros compuestos largos con oxígeno (siliconas) y poseer los mismos cuatro enlaces básicos, le confiere cierta oportunidad en llegar a ser base de seres vivos, aunque no sea en la Tierra, en una bioquímica hipotética.
Usos
El silicio se usa como semiconductor
El silicio también se emplea ampliamente en aleaciones con el aluminio para elaborar piezas fundidas. Dichas se emplean habitualmente en la industria automovilística para producir piezas para autos.
De los compuestos importantes del silicio está el óxido de silicio (IV) o dióxido de silicio (SiO2) o como se le conoce también sílice. Este compuesto se puede encontrar en la arena. La sílice se emplea para elaborar vidrio artificial, cerámicas, ladrillos, cemento, entre otros. El gel de sílice es un desecante, es decir que absorbe la humedad del lugar en que se halla.
Botellas de vidrio
Las siliconas son materiales que se encuentran dentro del grupo de los polímeros y es un derivado del silicio. Poseen un sin número de aplicaciones como por ejemplo: como selladores en la fabricación de acuarios, en la industria automotriz como lubricante para los frenos, como recubrimiento en telas, en el campo de la medicina para la elaboración de implantes quirúrgicos, en utensilios de cocina, juguetes y como componente activo en los antiespumas.
Implantes mamarios hechos de silicona
Germanio
El germanio (antiguamente llamado eka-silicio) es un elemento químico con número atómico 32, y símbolo Ge perteneciente al período 4 de la tabla periódica de los elementos.1
Características
Es un semimetal, de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo, que conserva el brillo a temperaturas ordinarias. Presenta la misma estructura cristalina que el diamante y resiste a los ácidos y álcalis.
Forma gran número de compuestos organometálicos y es un importante material semiconductor utilizado en transistores y fotodetectores. A diferencia de la mayoría de semiconductores, el germanio tiene una pequeña banda prohibida (band gap) por lo que responde de forma eficaz a la radiación infrarroja y puede usarse en amplificadores de baja intensidad
Usos
El germanio al igual que el silicio es un semiconductor ampliamente utilizado en la industria electrónica.El germanio es usado en electrónica debido a que es un semiconductor
También se emplea en aleaciones con galio y arsénico para elaborar transistores y todo tipo de aparatos tecnológicos.
Los cristales de germanio al mezclarse con elementos como fosforo, arsénico, antimonio, boro, aluminio y galio se comportan como rectificadores y por lo tanto es empleado desde la segunda guerra mundial como detectores para ultra alta frecuencia (UHF) en señales de radar y radio. Estos cristales también son utilizados como transistores y diodos.
El óxido de germanio es empleado en el campo de la medicina como remedio en el tratamiento de algunos tipos de anemia. También se utiliza en la producción de vidrio óptico.
Cápsulas de germanio orgánico
Estaño
El estaño es un elemento químico de símbolo Sn (del latín stannum) y número atómico 50. Está situado en el grupo 14 de la tabla periódica de los elementos. Se conocen 10 isótopos estables. Su principal mena es la casiterita.Características
Uso
El estaño es usado abundantemente en aleaciones con otros elementos como por ejemplo, con el cobre para obtener bronce, con el plomo en la soldadura, con el titanio para la industria aeroespacial. Por su parte, la aleación estaño-plomo-antimonio se usa para producir el metal de imprenta. Aleado con el niobio es usado en semiconductores y en el galvanizado de hilos conductores.
Recipiente de bronce (Cobre-Estaño)
Este elemento es usado, de igual manera, como capa protectora en el revestimiento de latas de hierro y cobre.
Se emplea para disminuir la fragilidad del vidrio.
El sulfuro de estaño se utiliza para dorar la madera.
Algunos compuestos de estaño también se usan en fungicidas, tintes, pastas dentales y tintes.
Plomo
El plomo es un elemento químico de la tabla periódica, cuyo símbolo es Pb (del latín plumbum) y su número atómico es 82según la tabla actual, ya que no formaba parte en la tabla periódica de Mendeleiev. Este químico no lo reconocía como un elemento metálico común por su gran elasticidad molecular. Cabe destacar que la elasticidad de este elemento depende de la temperatura ambiente, la cual extiende sus átomos.El plomo es un metal pesado de densidad relativa o gravedad específica 11,4 a 16 °C, de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad. Su fusión se produce a 327,4 °C y hierve a 1725 °C. Las valencias químicas normales son 2 y 4. Es relativamente resistente al ataque del ácido sulfúrico y del ácido clorhídrico, aunque se disuelve con lentitud en ácido nítrico y ante la presencia de bases nitrogenadas. El plomo es anfótero, ya que forma sales de plomo de los ácidos, así como sales metálicas del ácido plúmbico. Tiene la capacidad de formar muchas sales, óxidos y compuestos organometálicos.
Características
Los compuestos de plomo más utilizados en la industria son los óxidos de plomo, el tetraetilo de plomo y los silicatos de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales, y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Es un metal pesado y tóxico, y la intoxicación por plomo se denomina como saturnismo o plumbosis.Uso
El plomo posee una gran cantidad de aplicaciones siendo la más destacada en la elaboración de baterías.Batería
También se emplea en aleaciones, como por ejemplo con estaño para usarse en soldadura, revestimiento y utensilios de radiaciones. Aleado con arsénico para la insonorización de edificaciones, elaboración de perdigones, entre otros.
Algunos de los compuestos de plomo se utilizan en la industria del vidrio como aditivo y pigmento, en la industria electrónica para tubos de televisión, en la industria del plástico como estabilizante, entre otros.
Algunos labiales contienen plomo
De igual manera, se utilizan como antidetonantes en la gasolina y en pinturas y barnices pero actualmente se han ido reemplazando su uso por la toxicidad del mismo.
Flerovio
Flerovio (anteriormente llamado Ununquadio, Uuq o Erristeneo, Eo)4 es el nombre de un elemento químico radiactivo con el símbolo Fl y número atómico 114. Nombrado en honor a Gueorgui Fliórov.5Hasta la fecha se han observado alrededor de 80 desintegraciones de átomos de flerovio, 50 de ellas directamente y 30 de la desintegración de los elementos más pesados Livermorio y Oganesón. Todas las desintegraciones han sido asignados a los cuatro isótopos vecinos con números de masa 286-289. El isótopo de más larga vida conocido actualmente es el 289Fl114 con una vida media de aproximadamente 2,6 s, aunque hay evidencias de un isómero, 289bFl114, con una vida media de aproximadamente 66 s, que sería uno de los núcleos más longevos en la región de los elementos superpesados.
Experimentos químicos muy recientes han indicado fuertemente que el elemento 114 no posee propiedades 'eka'-plomo y parece comportarse como el primer elemento superpesado, que presenta propiedades similares a los gases nobles debido a efectos relativistas.6Al igual que muchos elementos radiactivos y sintéticos, al producirse en pequeñas cantidades, no posee uso comercial. Por lo tanto, es empleado en menor medida en la investigación científica.
EL GRUPO 5 (15): Familia nitrogenoideos
El grupo 15 de la tabla periódica es también llamado como la familia del nitrógeno o los nitrogenoideos.
El grupo 15 está formado por los siguientes elementos: nitrógeno (N), fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb), bismuto (Bi) y el elemento sintético moscovium (Mc). Estos elementos componen el 0,33% en masa de la corteza terrestre y muy pocas veces se hallan nativos en la naturaleza y generalmente se encuentran en forma de compuestos ya sea óxidos, sulfuros, fosfatos, entre otros. Mediante la reducción de los óxidos con carbono o por calcinación y reducción de los sulfuros, se pueden obtener los mismos.
El único elemento metálico del grupo, el bismuto, está clasificado en la tabla periódica como “otros metales” junto a los metales de los grupos 13 y 14 . Poseen cinco electrones en su nivel energético más externo y presentan la siguiente configuración electrónica: ns2np3 (2 electrones s y 3 electrones p), exhibiendo los siguientes estados de oxidación: +3, +5 y -3. A medida que crece el número atómico, prevalecerá el estado de oxidación +3.
Propiedades físicas
Las propiedades físicas de este grupo varían mucho en cada elemento y el carácter metálico aumenta a medida que se desciende en el mismo.El nitrógeno es un gas diatómico inerte que forma el 78,1 % en volumen del aire atmosférico. Además es un no metal incoloro. Por su parte, el fósforo es un no metal sólido de color blanco, pero puro es incoloro. En sus formas alotrópicas presentan diferentes coloraciones y propiedades. Los más comunes son el fósforo blanco el más tóxico e inflamable, el fósforo rojo es mucho más estable y menos volátil y por último el fósforo negro, el cual presenta una estructura similar al grafito y conduce la electricidad. Además es más denso que las otras dos formas y no se inflama.
Los metaloides o semimetales de este grupo son el arsénico y antimonio. Estos elementos se asemejan a los metales en sus propiedades físicas, pero se comportan químicamente como un no metal. El arsénico es metaloide sólido y tóxico de color gris metálico que presenta tres formas alotrópicas:
- El arsénico gris metálico: es la forma más estable de las tres y es un buen conductor del calor pero bastante malo conductor de electricidad.
- El arsénico amarillo: Es enormemente volátil y más reactivo que el arsénico gris metálico y manifiesta fosforescencia a temperatura ambiente.
- El arsénico negro: Presenta propiedades intermedias entre las formas anteriores.
- De igual manera, el antimonio es un semimetal que en su forma elemental es un sólido cristalino de color blanco plateado, fundible, frágil, con una escasa conductividad de calor y electricidad que se evapora a bajas temperaturas. Este metaloide presenta cuatro formas alotrópicas:
- Antimonio puro gris plateado
- Antimonio blanco azulado: es su forma más estable y metálica
- Antimonio negro: Inestable y no metálico
- Antimonio amarillo: Inestable y no metálico
El elemento metálico de este grupo es el bismuto, el cual es cristalino, blanco grisáceo, lustroso, duro y quebradizo. Es uno de los pocos metales que se expanden al solidificarse. Su conductividad térmica es menor que la de cualquier otro metal, con excepción del mercurio.
De manera resumida, las propiedades metálicas de este grupo van incrementando a medida que se desciende en la tabla periódica, desde el nitrógeno al bismuto. Por lo que ocurre una disminución de los puntos de fusión a partir del arsénico, ya que disminuye el carácter covalente de los enlaces y aumenta el carácter metálico.
Propiedades químicas
Los elementos del grupo 15 poseen algunas propiedades químicas similares, entre estas tenemos:
Son muy reactivos a altas temperaturas
- No reaccionan con el agua
- No reaccionan con ácidos no oxidantes
- Reaccionan con ácidos oxidantes a excepción del nitrógeno.
- Forman óxidos con número de oxidación +3 y +5, a excepción del nitrógeno que forma óxidos entre los rango +1 y +5.
- Los hidróxidos que forman disminuyen su acidez a medida que se desciende en el grupo, siendo básico el hidróxido de bismuto (III).
- El bismuto reacciona con el oxígeno y con halógenos, produciendo bismita y bismutina entre otros compuestos.
Nitrógeno
El nitrógeno es un elemento químico de número atómico 7, símbolo N, su peso atómico es de 14,006 y que en condiciones normalesforma un gas diatómico (nitrógeno diatómico o molecular) que constituye del orden del 78 % del aire atmosférico.1 En ocasiones es llamado ázoe (antiguamente se usó también Az como símbolo del nitrógeno).Uso
El nitrógeno es un gas diatónico que presenta una gran cantidad de aplicaciones industriales.El gas nitrógeno se emplea usualmente en la parte superior de los explosivos líquidos para evitar que estallen. En menor escala se utiliza para inflar los neumáticos o llantas de los aviones y los automóviles. Aunque, en los automóviles comerciales es usual emplear aire normal.
El gas nitrógeno se utiliza como un gas aislador, cuando se seca y se presuriza, para equipos de alta tensión.
El nitrógeno también se emplea en la elaboración de bombillas como una opción más económica en comparación con el gas noble argón.
Entre otros usos del gas nitrógeno tenemos:
- En la fabricación de piezas eléctricas tales como transistores, diodos y circuitos integrados.
- En la elaboración de acero inoxidable.
- Para disminuir el peligro de incendio en los sistemas militares de combustible de aeronaves.
- Se emplea como una alternativa al dióxido de carbono en la presurización de cerveza.
- En la industria alimentaria se emplea para conservar los alimentos envasados al interrumpir la oxidación de los mismos. Por ejemplo, para inflar los envoltorios que contienen alimentos, como los de frituras, y así mantenerlos frescos más tiempo.
- En medicina el nitrógeno es un elemento importante de casi todas las drogas farmacológicas. El óxido nitroso comúnmente llamado “gas de la risa” se utiliza como un anestésico.
En el campo de la medicina y la biología, se utiliza también el nitrógeno líquido en una técnica llamada criopreservación. Esta técnica consiste en la congelación a muy bajas temperaturas (entre -80 ºC y -196 ºC) de células o tejidos para reducir las funciones vitales de una célula o un organismo y poder conservarlo en ambientes de vida suspendida por mucho tiempo.
De igual manera es usado el nitrógeno líquido para enfriar los detectores de rayos X y las unidades centrales de procesamiento en las computadoras cuando están calientes.
Fósforo
El fósforo es un elemento químico de número atómico 15 y símbolo P. El nombre proviene del griego φώς [fos] ‘luz’ y φόρος [foros] ‘portador’. Es un no metal multivalente perteneciente al grupo del nitrógeno (Grupo 15 (VA): nitrogenoideos) que se encuentra en la naturaleza combinado en fosfatos inorgánicos y en organismos vivos pero nunca en estado nativo. Es muy reactivo y se oxidaespontáneamente en contacto con el oxígeno atmosférico emitiendo luz.
El fósforo como molécula de Pi («fosfato inorgánico»), forma parte de las moléculas de ADN y ARN, las células lo utilizan para almacenar y transportar la energía mediante el adenosín trifosfato (ATP). Además, la adición y eliminación de grupos fosfato a las proteínas, fosforilación y desfosforilación, respectivamente, es el mecanismo principal para regular la actividad de proteínas intracelulares, y de ese modo el metabolismo de las células eucariotas tales como los espermatozoides.
Es un ciclo sedimentario, su reservorio es la corteza terrestre. El elemento se almacena en rocas fosfatadas y a medida que estas son erosionadas se van liberando compuestos fosfatados hacia el suelo y el agua. Luego son absorbidos por las plantas, a través de las raíces, incorporándose a los componentes vivos del sistema, a medida que pasan por los distintos niveles tróficos. Una vez que los organismos (plantas o animales) mueren, se descomponen y se libera el fósforo contenido en la materia orgánica.Al igual que el nitrógeno, el fósforo presenta un sinfín de aplicaciones. De hecho el fósforo es un componente importante del ADN y ARN y es un nutriente fundamental para las plantas, por lo cual se agrega a los fertilizantes para su elaboración.
El fósforo rojo se emplea en la fabricación de cerillos, fósforos de seguridad, cohetes y en la elaboración de acero.
En su forma alotrópica blanca, es usado en bombas incendiarias, bombas de humo y en munición trazadora.
Los isótopos radiactivos de fósforo son utilizados en laboratorios como trazadores radiactivos para ayudar a comprender las reacciones e interacciones químicas.
Los compuestos de fósforo también son ampliamente utilizados, por ejemplo los fosfatos se emplean para fabricar un vidrio especial que se usa en las lámparas de sodio.
El tributilfosfato se emplea el proceso purex para extraer uranio.
El fosfato de calcio es usado para elaborar porcelana fina.
El tripolifosfato de sodio se emplea en algunos países como detergentes para ropa. Sin embargo, se ha prohibido en otros países debido a que provoca la muerte de los peces cuando pasa hacia las vías fluviales
Otros compuestos de fósforo son empleados en la elaboración de pesticidas, fertilizantes, aditivos alimentarios y pasta dentales.
Arsénico
El arsénico en su forma metálica es usado en aleaciones con cobre y plomo en la fabricación de baterías para automóviles, ya que le proporciona dureza y fortalecimiento a la misma. También se emplea en la industria electrónica en dispositivos semiconductores para elaborar láseres.
Otro tipo de aleación es mezclado en pequeñas cantidades con el alfa latón para que sea más duro y resistente a la lixiviación de zinc. El alfa latón se emplea para elaborar piezas de tuberías u otros artículos que están en contacto constante con el agua.
Este metaloide es ampliamente usado en la fabricación de pesticidas, herbicidas e insecticidas, aunque actualmente se ha estado prohibiendo por su alta toxicidad.
Debido a su toxicidad, es usado como conservante de madera y así evitar el contacto con insectos, bacterias y hongos.
En medicina fue usado en el tratamiento de algunas enfermedades como la sífilis, mucho antes del descubrimiento de la penicilina.
Actualmente es utilizado como aditivo en pequeñas cantidades en los alimentos de animales para prevenir enfermedades y ayudar a su desarrollo.
También se emplea en el tratamiento de un tipo de cáncer llamado leucemia promielocítica aguda.
Así mismo es empleado en la preparación de soluciones médicas de Fowler para el tratamiento de la psoriasis.
Por su parte, el isótopo arsénico-74 usa como una manera de ubicar tumores en el cuerpo. De hecho se origina imágenes más claras que empleando yodo.
Antimonio
El antimonio al igual que el arsénico, es ampliamente utilizado en la electrónica como semiconductor en la fabricación de láseres, dispositivos de efecto Hall y detectores infrarrojos.
También es usado en aleaciones con otros elementos como por ejemplo, con estaño para obtener un metal antifricción; igualmente en el peltre, metal inglés, entre otros. De igual manera, se alea con el plomo para fabricar baterías y acumuladores para así proporcionar resistencia a la corrosión y dureza. Esta misma aleación es utilizada para elaborar piezas de imprenta.
Los compuestos de antimonio poseen una gran cantidad de aplicaciones industriales, dentro de los cuales se pueden nombrar:
- El trifluoruro de antimonio se utiliza para la fluoración
- El pentacloruro de antimonio se emplea en la cloración
- El tricloruro de antimonio se aprovecha como un catalizador para reacciones de polimerización, craqueo y en la cloración. También es un reactivo utilizado en la prueba de Carr-Price para determinar la vitamina A y otros carotenoides.
- El óxido de antimonio III es usado como retardante de la llama de plásticos, catalizador para fibras plásticas, pigmentos, fritas cerámicas y ciertos minerales.
- El doble tartrato de antimonio y potasio se utiliza en el campo de la medicina
- El sulfuro de antimonio rojo se emplea en equipos de seguridad y en el vulcanizado del caucho.
- El isótopo radiactivo Sb-124 se utiliza como trazador en los oleoductos.
- La mezcla de óxido y sulfuro de antimonio se usa como tinte amarillo para el vidrio y la cerámica.
Bismuto
Este metal es usado en aleaciones debido a que presentan baja temperatura de fusión por lo cual lo hace idóneo para ser empleado abundantemente en la detección de incendios y dispositivos de supresión del sistema de seguridad.
Sus aleaciones también son usadas en esmaltes cerámicos, plomadas de pesca, aparatos de procesamiento de alimentos, en plomería, soldaduras, entre otros.
Las aleaciones de bismuto han tenido un auge comercial importante ya que se emplea como reemplazo del tóxico plomo.
Los compuestos de bismuto poseen una variedad de usos en cosméticos, por ejemplo el oxicloruro de bismuto, usualmente es empleado como pigmento en sombras de ojos, espray para el cabello y esmalte para uñas.
En el campo de la medicina es utilizado en la elaboración de varios medicamentos para el tratamiento de gripes, alergias y diarreas. El subsalicilato de bismuto es empleado para tratar la diarrea, acidez estomacal y malestar estomacal.
Moscovium
Al igual que muchos elementos radiactivos y sintéticos, al producirse en pequeñas cantidades y conocerse muy poco sobre ellos, no posee uso comercial. Por lo tanto, es empleado en menor medida en la investigación científica.
EL GRUPO 6 (16): Familia anfígenos y calcógenos
El grupo 16 de la tabla periódica es también llamado como anfígenos, calcógenos o la familia del oxígeno. El término anfígeno procede del griego y significa formador de ácidos y bases. Por su parte, el término calcógeno proviene del griego y significa formador de minerales.
El grupo 16 está formado por los siguientes elementos: Oxígeno (O), Azufre (S), Selenio (Se), Telurio (Te), Polonio (Po) y el elemento sintético Livermorio (Lv).
El oxígeno se halla en la naturaleza siendo el elemento más abundante de la tierra con un 50,5% en masa de la corteza, encontrándose en el aire y combinado con hidrógeno para producir agua. También se encuentra formando óxidos, hidróxidos y algunas sales. Por su parte, el azufre también se muestra en cantidad en estado elemental y combinado formando compuestos. El selenio y el telurio se hallan libres y combinados, no obstante con menos abundancia que los elementos anteriores. En último lugar, tenemos al polonio, el cual es un elemento radiactivo que se halla difícilmente en la naturaleza, generalmente en forma de sales.
En cuanto a su configuración electrónica, poseen cinco electrones en su nivel energético más externo y presentan la siguiente configuración electrónica: ns2np4 (2 electrones s y 4 electrones p), exhibiendo los siguientes estados de oxidación: -2, +2, +4 y +6; los dos últimos se debe a la existencia de orbitales d a partir del azufre.
Propiedades físicas
Las propiedades físicas de este grupo varían mucho en cada elemento y el carácter metálico aumenta del selenio al polonio.El oxígeno en ambientes estándar de presión y temperatura se encuentra formando el dioxígeno, un gas diatómico incoloro, inodoro e insípido con fórmula O2. Otro alótropo importante es el trioxígeno (O3) o como normalmente se le conoce, el ozono. El ozono es un gas de olor picante y habitualmente incoloro, pero en altas concentraciones puede tornarse levemente azulado.
El azufre es un no metal sólido de color amarillo limón que presenta un olor característico. Se presenta en varias formas alotrópicas, por ejemplo en estado sólido se pueden apreciar las variedades rómbica y monoclínica (anillos S8), azufre plástico (cadenas Sn). Por su parte, en estado líquido formando anillos S8 y cadenas de longitud variable y en fase gaseosa formando cicloazufre, que son cadenas Sn (n = 3-10), S2.
El selenio es un metaloide que presenta, al igual que el azufre, varias formas alotrópicas. Primero el selenio rojo coloidal, el cual está compuesto por moléculas Se8. El selenio negro vítreoformado por anillos Sen con n muy grande y variable (forma amorfa) y por último el selenio gris cristalino de estructura hexagonal, la cual es la forma más común y análoga a la del azufre plástico. Este alótropo exhibe aspecto metálico, de hecho es un semimetal y es fotoconductor.
El telurio es un metaloide sólido de color gris plateado similar a la forma alotrópica del selenio gris, pero con un carácter más metálico.
Y finalmente el polonio, el cual es un metaloide altamente radiactivo, con una química equivalente al telurio y al bismuto. Este elemento muestra dos alótropos: el cúbico simple y el romboédrico, en los que cada átomo está directamente rodeado por seis vecinos a distancias iguales (d0=355pm). Ambos alótropos tienen carácter metálico.
Propiedades químicas
Los elementos del grupo 16 ostentan algunas propiedades químicas similares, entre estas tenemos:- No reaccionan con el agua.
- No reaccionan con las bases a excepción del azufre.
- Reaccionan con el ácido nítrico concentrado, excepto el oxígeno.
- Forman óxidos, sulfuros, seleniuros y telururos con los metales, y dicha estabilidad se ve reducida desde el oxígeno al teluro.
- Con el oxígeno componen dióxidos que con agua originan oxoácidos. El carácter ácido de los oxoácidos disminuye a medida que se desciende en el grupo.
- Los calcogenuros de hidrógeno son todos débiles en disolución acuosa y su carácter ácido aumenta a medida que se desciende en el grupo.
- Las combinaciones hidrogenadas de estos elementos (excepto el agua) son gases tóxicos de olor desagradable.
Oxígeno.
El oxígeno es uno de los elementos más importantes y por tal razón posee una gran cantidad de aplicaciones. Principalmente, es utilizado en medicina como terapia para las personas que tienen dificultad para respirar debido a alguna enfermedad como enfisema o neumonía. El oxígeno gaseoso es venenoso para las bacterias anaeróbicas que producen gangrena (muerte de tejidos orgánicos), por lo que se emplea para eliminarlos. El envenenamiento por monóxido de carbono se trata también con oxígeno gaseoso.
El alótropo ozono es empleado en una terapia denominada ozonoterapia para aliviar enfermedades como artritis, óseas, hepáticas y neurológicas entre otras. El ozono una vez introducido al organismo desencadena una serie de reacciones metabólicas positivas que ayudan a combatir a todos estos trastornos.
El oxígeno con un alto grado de pureza se emplea en los trajes espaciales para que los astronautas puedan respirar.
De igual manera, es usado en los tanques de buceo, no obstante, se suele combinar con aire normal. Los tanques de oxígeno son también utilizados frecuentemente en aviones y submarinos en caso de emergencias.
Igualmente, el oxígeno puro es usado para garantizar la combustión completa de los productos químicos.
Una gran cantidad del oxígeno producido para aplicaciones comerciales se emplea para convertir el mineral de hierro en acero.
Entre otros usos del oxígeno tenemos:
Para el tratamiento de agua
Cortar y soldar metales
Obtención de polímeros de poliéster y los anticongelantes. Los polímeros se usan para fabricar plástico y telas.
El oxígeno líquido es usado como comburente para el lanzamiento de cohetes espaciales, generalmente empleando RP-1 como combustible, en una mezcla llamada Kerolox.
Azufre.
Es un elemento químico fundamental y un componente principal de los aminoácidos cisteina y metionina y, por lo tanto, indispensable para la síntesis de proteínas presentes en todos los organismos vivos. Por tal razón, muchos agricultores que cultivan alimentos orgánicos emplean azufre como un pesticida y fungicida natural.
Pero la aplicación más destacada en el ámbito comercial de este elemento es en la obtención de ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico es sumamente necesario para una gran cantidad de industrias. Este compuesto se emplea en la elaboración de fertilizantes, tratamiento de aguas residuales, baterías de plomo para vehículos, extracción de mineral, eliminación de óxido de hierro, producción de nylon y obtención de ácido clorhídrico.
El azufre se usa para vulcanizar caucho. La vulcanización es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con la finalidad de tornarlo más duro y resistente al frío. El caucho vulcanizado se emplea para elaborar neumáticos para automóviles, mangueras, suelas de zapatos y discos de hockey sobre hielo.
Entre los compuestos de azufre más utilizados tenemos:
El sulfato de magnesio se emplea como laxante, en sales de baño y como un complemento de magnesio para las plantas.
El disulfuro de carbono se usa para elaborar celofán y rayón.
Los sulfitos se emplean para blanquear el papel y conservar la fruta.
Selenio.
Anteriormente estudiamos las formas alotrópicas del selenio. Estas diferentes formas le permiten al selenio tener múltiples aplicaciones dependiendo del alótropo. Por ejemplo, el selenio gris conduce la electricidad, sin embargo su conductividad varía con la intensidad luminosa, es decir, es buen conductor en la luz que en la oscuridad. Por tal razón, se emplea en dispositivos fotoeléctricos, como las células solares, cámaras de rayos x, fotocopiadoras, medidores de luz, diodos LED de color azul y blanco, entre otros.
Por su parte, el selenio rojo o como seleniuro de sodio se emplea para proporcionar un color rojo carmesí al vidrio, barnices y esmaltes. También se puede usar para eliminar las tintas de color verde o amarillo ocasionados por otras impurezas durante el proceso de elaboración de vidrio.
La aleación selenio con el bismuto se utiliza para elaborar un latón sin plomo.
El compuesto sulfuro de selenio es un componente habitual en el champú anticaspa que elimina el hongo que origina la descamación del cuero cabelludo. Asimismo se puede destinar para tratar algunos problemas de la piel producidos por otros hongos.
Telurio.
El telurio aleado con otros elementos es utilizado en la fabricación de discos compactos regrabables. La capa del CD-RW que contiene la información está constituida por una aleación cristalina de plata, indio, antimonio y telurio.
También se alea con cobre y plomo para mejorar la tenacidad y dureza a la hora de elaborar rectificadores y dispositivos termoeléctricos.
Al igual que el selenio, es utilizado para teñir el vidrio, en este caso de color azul.
El teluro coloidal se aprovecha para la preparación de insecticidas, germicidas y fungicidas.
Es usado como agente vulcanizador en el proceso de elaboración de caucho sintético y natural.
Polonio.
Los isótopos del polonio son una excelente fuente de radiación alfa pura. Aleado con berilio, es una fuente de neutrones.
También se usa en dispositivos destinados a la ionización el aire para la eliminación de cargas electrostáticas en cepillos específicos para limpiar el polvo almacenado en películas fotográficas e impresiones.
Por su parte, el isótopo Po-210 se emplea como fuente ligera de calor para proveer energía a las células termoeléctricas de ciertos satélites artificiales y sondas lunares.
El Po-210 está presente en el humo de tabaco. Desde los años 60, las empresas de producción de tabaco se comprometieron a eliminar esta sustancia de sus productos pero no lo han logrado.
Livermorio.
Al igual que muchos elementos radiactivos y sintéticos, al producirse en pequeñas cantidades, no posee uso comercial. Por lo tanto, es empleado en la investigación científica.
EL GRUPO 7 (17): Familia halógenos
El grupo 17 de la tabla periódica es también conocido como halógenos. El término halógeno procede del griego y significa formador de sales. Dicho término, surge por la propiedad que posee cada uno de los halógenos de formar, con el sodio, una sal similar a la sal común (cloruro de sodio).
El grupo 17 está formado por los siguientes elementos: flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (I), ástato (At) y tennessine (Ts).
Estos elementos se hallan en estado elemental formando moléculas diatómicas, aunque aún no está comprobado con el ástato), las cuales son químicamente activas y de fórmula X2. Posee la siguiente distribución electrónica: s2p5. Para llenar por completo su último nivel energético se necesita de un electrón más, por lo que poseen disposición a formar un ion mononegativo llamado haluro (X–).
Propiedades físicas.
Son elementos no metálicos.
El carácter metálico aumenta según se desciende en el grupo, es decir, a medida que aumenta el número atómico, por lo tanto, el yodo posee brillo metálico.
Los halógenos se presentan en moléculas diatómicas y sus átomos se mantienen unidos por enlace covalente simple y la fuerza de dicho enlace disminuye al descender en el grupo.
Los puntos de fusión y ebullición aumentan al descender en el grupo.
Estos elementos, a temperatura ambiente, se hallan en los tres estados de la materia: en estado sólido el iodo y ástato, en estado líquido: bromo y en estado gaseoso el flúor y cloro.
El flúor es un gas de color amarillo claro, levemente más pesado que el aire, corrosivo y de olor fuerte e irritante.
El cloro es un gas amarillo verdoso de olor irritante y fuerte.
El bromo es un líquido de color rojo oscuro, muchísimo más denso que el agua, que fácilmente se evapora originando un vapor rojizo venenoso.
El yodo es un sólido cristalino de color negro y brillante, que sublima originando un vapor violeta bastante denso, venenoso y con un olor fuerte e irritante semejante al cloro.
El ástato es muy raro, debido a que es producto intermedio de unas series de desintegración radiactiva.
Propiedades químicas
Los halógenos poseen 7 electrones en su capa más externa, lo que les proporciona un número de oxidación de -1, siendo considerablemente reactivos. Dicha reactividad disminuye según aumenta el número atómico.
De igual manera, también exhiben los estados de oxidación +1, +3, +5, +7, con excepción del flúor, el cual es el elemento más reactivo y más electronegativo del grupo y de la tabla periódica. Ubicación de los halógenos en la tabla periódica
Se disuelven en agua y reaccionan parcialmente con ella, a excepción del flúor que la oxida.
Reaccionan con el oxígeno produciendo óxidos inestables. Dicha reactividad disminuye a medida que se desciende en el grupo.
Reaccionan con el hidrógeno para originar haluros de hidrógeno, los cuales se disuelven en agua, generando los ácidos hidrácidos. El ácido más fuerte es el yoduro de hidrógeno (HI).
El flúor reacciona con hidrógeno en un globo.Reaccionan con algunos metales formando haluros metálicos, casi todos ellos iónicos.
Reacción química entre el yodo y el aluminio para generar yoduro de aluminio.Usos y aplicaciones de los elementos del grupo 17
Flúor
El elemento cabecera de grupo posee una gran cantidad de aplicaciones en la industria y cotidianidad. Por ejemplo, es usado para elaborar televisores de pantallas plasma, pantallas planas y sistemas microelectromecánicos.
En medicina es utilizado el flúor en ciertos antibióticos que intervienen en contra de una extensa gama de bacterias. Estos compuestos de flúor también son empleados en la preparación de anestésicos.
El flúor-18 es el radionúclido del flúor con el mayor período de semidesintegración: 109,771 minutos. Por lo cual es utilizado comercialmente como fuente de positrones. De hecho su aplicación primordial es en la obtención de fluorodesoxiglucosa radiofarmacéutica para su uso en la técnica clínica de tomografía por emisión de positrones.
Ciertos compuestos de flúor como fluoruro de sodio, fluoruro estañoso y monofluorofosfato de sodio, son agregados a las cremas dentales para prevenir las caries.
El fluoruro de sodio también es empleado como complemento de soldaduras, metalurgia, en la preparación de raticidas, en la industria del vidrio, en la fluoración del agua, entre otros.
El flúor es utilizado para obtener ácido fluorhídrico, el cual es empleado para grabar vidrio, habitualmente en las bombillas.
De igual manera, el flúor se usa para la elaboración de halones. Los halones son hidrocarburos halogenados utilizados como agentes extinguidores de incendios, como por ejemplo, el freón.
A partir del hexafluoruro de uranio se puede obtener uranio puro. Debido a que sus moléculas presentan una gran masa, es posible usar el centrifugado para separar los isótopos U-235 y U-238, adquiriéndose uranio puro.
El flúor es extensamente empleado en la producción de hexafluoruro de azufre, el cual es usado como dieléctrico, es decir, como aislante en la electrónica. Otro compuesto de flúor que es utilizado como aislante eléctrico es el politetrafluoruroetileno, un polímero mejor conocido como teflón. Este materia es utilizado comúnmente en utensilios de cocina, como sartenes y ollas, debido a su capacidad de rozamiento baja y facilidad de limpieza.
Cloro
El uso más comercial del cloro es en su forma de hipoclorito de sodio, cuya disolución en agua es llamada lejía.
Este compuesto es utilizado abundantemente para eliminar las bacterias en las piscinas y en el agua potable. Asimismo se emplea en los desinfectantes y blanqueadores. De hecho el cloro es muy efectivo contra la bacteria Escherichia coli.
El cloruro de polivinilo o PVC y otros plásticos son obtenidos a partir del cloro. El PVC se emplea para elaborar ropa, pisos, tejas del techo, cables eléctricos, tubos flexibles, tuberías, estatuas, camas de agua y estructuras inflables.
Otro uso de este elemento es en la obtención de bromo a partir de las salmueras, mediante la oxidación del bromuro con cloro:
2Br – + Cl2 → Br2 + 2Cl-
Es necesario utilizar un proceso de destilación para separarlo del Cl2.
Otro compuesto de cloro que posee importancia comercial es el cloruro de metilo, el cual es empleado en medicina como anestésico. De igual manera, se usa para fabricar algunos polímeros de silicona y para extraer grasas, aceites y resinas.
El cloroformo, triclorometano o tricloruro de metilo, es un compuesto químico de fórmula química CHCl3 que puede obtenerse por cloración como derivado del metano o del alcohol etílico. Este compuesto se emplea como disolvente habitual en los laboratorios de química y biología, por ejemplo en la extracción de vitaminas y sabores. Entre otras aplicaciones del cloroformo es en la extracción y purificación de la penicilina y otros antibióticos. Además para la purificación de diversos alcaloides.
El tricloroetileno es otro compuesto de cloro de suma importancia, que se usa primordialmente como solvente para eliminar grasa de partes metálicas, sin embargo también es un componente en adhesivos, líquidos decapantes de pintura, para corregir escritura a máquina y quitamanchas.
En el pasado se empleaba con más frecuencia el gas cloro en las fuerzas armadas debido a que es un gas venenoso. En la actualidad es más utilizado por grupos terroristas.
Bromo.
El bromo y sus compuestos son empleados en la medicina, específicamente el bromuro de potasio, el cual fue empleado en el siglo 19 como anticonvulsivo. En la actualidad es solo utilizado en animales, debido a que causa disfunciones neurológicas en los seres humanos.
El bromo se emplea ampliamente en la elaboración de retardantes de llama. Funciona de la siguiente manera: cuando esta sustancia se quema, el bromo bloquea el fuego del oxígeno produciendo que este se extinga.
El bromuro que se obtiene del calcio, sodio y zinc se emplea para preparar soluciones específicas para la perforación de sal. También en la elaboración de aceites vegetales bromados que se emplean como emulsión en ciertas marcas de bebidas gaseosas.
En menor medida, el bromo se usa en el mantenimiento de piscinas, específicamente en baños termales. Asimismo, en la desinfección de aguas industriales, como antiséptico e insecticida. El bromo para piscinas está alterado de forma tal que no afecte la salud del bañista
En la industria textil es empleado en la fabricación de colorantes para telas.
Un compuesto importante del bromo es el bromuro de etilo, el cual es una sustancia tóxica usada como antidetonante en la gasolina, que al igual que el plomo previene la degradación del motor. La mezcla de plomo (tetraetilplomo) y bromo es sumamente tóxica, ya que genera un compuesto volátil llamado bromuro de plomo, el cual se escapa con los gases quemados hacia el ambiente, contaminándolo. Esta aplicación perdió interés económico desde la década de los años 70, debido a los problemas ambientales que generó.
Sin embargo, se ha retomado el uso del bromo en automóviles, pero en este caso en baterías para vehículos eléctricos para ayudar que estos no provoquen ningún tipo de emisiones.
Yodo.
El uso principal que presenta el yodo es en el campo de la medicina. Por ejemplo, las soluciones de yodo- alcohol y complejos de yodo se emplean como antisépticos y desinfectantes. De hecho una gran cantidad de productos de esterilización usados en el cuerpo contienen yodo, ya que es un eficaz limpiador para las heridas. Además es utilizado en forma de tabletas o en estado líquido para purificar el agua.
Por su parte, los isótopos radiactivos del yodo se aprovechan en la medicina nuclear y en otros campos como trazadores.
También es utilizado en la prevención del bocio, que es la inflamación del área de la garganta y la glándula de la tiroides. La insuficiencia de yodo es la causa más frecuente del bocio. El cuerpo requiere de yodo para producir la hormona tiroidea.
Además, el yodo también presenta aplicaciones del tipo no médicas como por ejemplo, en la elaboración de emulsiones fotográficas, preparación de tintes y lámparas halógenas.
Otro uso significativo es para originar la lluvia con la finalidad de obtener mejoras en el campo de la agricultura. Esto se logra utilizando el yoduro de plata dispersado en las nubes.
Ástato.
El ástato tiene 31 isótopos elevadamente inestables, por lo que solo se han podido producir unos pocos microgramos en los laboratorios. Por esta razón, no presenta alguna aplicabilidad comercial, salvo en investigaciones científicas y médicas.
Tennessine.
Al igual que muchos elementos radiactivos y sintéticos, al producirse en pequeñas cantidades, no posee uso comercial. Por lo tanto, es empleado en menor medida en la investigación científica.
BUEN TRABAJO 4.5
ResponderEliminarJUEGO 5,0
DEFINITIVA 4.7