Al bajar en el grupo, 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 y el plomo son metales.
CARACTERÍSTICAS:
Características generales de los elementos del Grupo IV A. Los elementos de este grupo son: carbono, silicio, germanio, estaño y plomo. Los dos primeros elementos son fundamentalmente no metálicos, pero el germanio, estaño y plomo se comportan física y químicamente como metales y tanto más cuanto mayor es su número atómico. Al aumentar éste, no sólo incrementa el carácter metálico sino también la densidad, volumen atómico, radio atómico y iónico y, naturalmente, el peso atómico.
La estructura electrónica del último nivel es ns2, np2, siendo n igual a 2, 3, 4, 5 y 6,
correspondientemente al número del Período en el que se encuentra el elemento. Esta estructura sugiere un estado de oxidación de +4 y de +2, existentes en estos elementos con excepción de la valencia +2 en el silicio. Puede también considerarse la tendencia a formar el octeto por ganancia de electrones con un estado de oxidación de -4, pero ello es muy difícil y se presenta casi únicamente en el carbono, el cual forma el metano CH4, y carburos, algunos de los cuales son electrovalentes, tal como el de berilio, Be2C, y el de aluminio, Al4C3, en los que puede suponerse la existencia del ion C 2-.
Los átomos de estos elementos tienden a unirse entre sí por enlaces covalentes, siendo esta tendencia muy importante en el carbono (hidrocarburos y derivados), mucho menor en el silicio (hidruros), prácticamente nula en el germanio y nula en el estaño y plomo.
La unión covalente de los átomos en una red tridimensional explica los elevados puntos de fusión y de ebullición de estos elementos si bien, al disminuir la posibilidad de esta unión al aumentar el número atómico, dichas temperaturas disminuyen al ir del carbono al plomo.
El germanio, estaño y plomo forman cationes sencillos en su estado diva-lente de oxidación, pero cuando éste es +4 forman compuestos covalentes y de carácter más ácido. En este caso, y fundamentalmente en el carbono, las cuatro valencias son iguales y están dirigidas hacia los vértices de un tetraedro debido a la hibridación de orbitales. Un electrón s pasa al orbital p vacante y, entonces, los cuatro orbitales s, px, py, pz, se hibridizan en cuatro orbitales sp3 tetracordios.
EL ATOMO DE CARBONO
: El átomo de carbono constituye el elemento esencial de toda la química orgánica, y dado que las propiedades químicas de elementos y compuestos son consecuencia de las características electrónicas de sus átomos y de sus moléculas, es necesario considerar la configuración electrónica del átomo de carbono para poder comprender su singular comportamiento químico.
Se trata del elemento de número atómico Z = 6. Por tal motivo su configuración electrónica en el estado fundamental o no excitado es 1s2 2s2 2p2. La existencia de cuatro electrones en la última capa sugiere la posibilidad bien de ganar otros cuatro convirtiéndose en el ion C4- cuya configuración electrónica coincide con la del gas noble Ne, bien de perderlos pasando a ion C4+ de configuración electrónica idéntica a la del He. En realidad una pérdida o ganancia de un número tan elevado de electrones indica una dosis de energía elevada, y el átomo de carbono opta por compartir sus cuatro electrones externos con otros átomos mediante enlaces covalentes. Esa cuádruple posibilidad de enlace que presenta el átomo de carbono se denomina tetravalencia.
Enlaces
Los cuatro enlaces del carbono se orientan simétricamente en el espacio de modo que considerando su núcleo situado en el centro de un tetraedro, los enlaces están dirigidos a lo largo de las líneas que unen dicho punto con cada uno de sus vértices. La formación de enlaces covalentes puede explicarse, recurriendo al modelo atómico de la mecánica cuántica, como debida a la superposición de orbitales o nubes electrónicas correspondientes a dos átomos iguales o diferentes.
Así, en la molécula de metano CH4 (combustible gaseoso que constituye el principal componente del gas natural), los dos electrones internos del átomo de C, en su movimiento en torno al núcleo, dan lugar a una nube esférica que no participa en los fenómenos de enlace; es una nube pasiva.
Sin embargo, los cuatro electrones externos de dicho átomo se mueven en el espacio formando una nube activa de cuatro lóbulos principales dirigidos hacia los vértices de un tetraedro y que pueden participar en la formación del enlace químico.
Cuando las nubes electrónicas de los cuatro átomos de hidrógeno se acercan suficientemente al átomo de carbono, se superponen o solapan con los lóbulos componentes de su nube activa, dando lugar a esa situación favorable energética-mente que denominamos enlace.
Los cuatro enlaces del carbono están orientados en el espacio a lo largo de las líneas que unen el centro geométrico de un tetraedro regular con sus cuatro vértices.
Todos los enlaces C ---H en el metano tienen la misma longitud 1,06 Å (1 Å = 10-10 m) y forman entre, sí ángulos iguales de 109
Tal situación define la geometría tetraédrica característica de los enlaces del carbono. La propiedad que presentan los átomos de carbono de unirse de forma muy estable no sólo con otros átomos, sino también entre sí a través de enlaces C --- C, abre una enorme cantidad de posibilidades en la formación de moléculas de las más diversas geometrías, en forma de cadenas lineales, cadenas cíclicas o incluso redes cúbicas. Éste es el secreto tanto de la diversidad de compuestos orgánicos como de su elevado número.
GRUPO VI A
El Grupo VIA recibe también el nombre de Grupo del Oxígeno por ser este el primer elemento del grupo. Tienen seis electrones en el último nivel con la configuración electrónica externa ns2 np4. Los tres primeros elementos, el oxígeno, azufre y selenio son no metales y los dos últimos el telurio y polonio son metaloides.
Propiedades atómicas
La configuración electrónica de los átomos de los elementos del grupo VIA en la capa de valencia es: ns2 np2+1+1. El oxígeno, cabeza de grupo, presenta, igual que en el caso del flúor, unas características particulares que le diferencian del resto (Principio de singularidad). Posibles formas de actuación:
El oxígeno es un gas diatómico. El azufre y el selenio forman moléculas octa-atómicas S8 y Se8
El telurio y el polonio tienen estructuras tridimensionales.
El oxígeno, azufre, selenio y telurio tienden a aceptar dos electrones formando compuestos iónicos. Estos elementos también pueden formar compuestos moleculares con otros no metales, en especial el oxígeno.
El polonio es un elemento radioactivo, difícil de estudiar en el laboratorio.
Azufre
El azufre se encuentra: nativo (en zonas volcánicas y en domos de sal) ó combinado, en sulfatos, sulfuros (sobre todo pirita, FeS2) y sulfuro de hidrógeno (acompañando al petróleo).
Variedades alotrópicas y sus propiedades físicas:
En estado sólido.
Variedades rómbica y monoclínica (anillos S8), azufre plástico (cadenas Sn).
En estado líquido.
Anillos S8 y cadenas de longitud variable.
En fase gas.
Cicloazufre, cadenas Sn (n = 3-10), S2
Selenio
El selenio presenta tres formas alotrópicas:
Se rojo: constituido por moléculas Se8.
Se negro: anillos Sen con n muy grande y variable (forma amorfa).
Se gris: de estructura similar a la del azufre plástico. Este alótropo presenta aspecto metálico (es un semimetal) y es fotoconductor.
Teluro
Presenta una única variedad alotrópica, el Te gris, similar al Se gris. Tiene un carácter más metálico que el anterior.
Polonio
Presenta dos alótropos: cúbico simple y romboédrico, en los que que cada átomo está directamente rodeado por seis vecinos a distancias iguales (d0=355pm). Ambos alótropos tienen carácter metálico.
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