Familia de elementos del carbono

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Una forma de clasificar los elementos es por la familia a la que pertenecen. Una familia de elementos consta de elementos homólogos al que le da el nombre, es decir, átomos que tienen el mismo número de electrones de valencia y por lo tanto, propiedades químicas similares. Algunos ejemplos de familias de elementos son: la familia de nitrógeno, la familia del oxígeno y la familia del carbono. En este artículo, hablaremos especialmente sobre la familia del carbono.

¿Qué es la familia de carbono?

La familia del carbono es el grupo 14 de la tabla periódica. Consta de cinco elementos: carbono, silicio, germanio, estaño y plomo. Es probable que el elemento 114, el flerovium, también se comporte en algunos aspectos como miembro de esta familia. La familia del carbono se encuentra prácticamente en mitad de la tabla periódica, con los no metales a la derecha y los metales a la izquierda. También es conocida como grupo de carbono, grupo de elementos cristalógenos, grupo 14 o grupo IV. 

Características de la familia del carbono

A continuación, se muestran algunos datos sobre la familia del carbono:

  • Los elementos de la familia del carbono contienen átomos que tienen 4 electrones en su nivel de energía exterior. Dos de estos electrones se encuentran en la subcapa s, mientras que los otros 2 están en la subcapa p. Solo el carbono tiene la configuración exterior s2, lo que explica el porqué de algunas de las diferencias entre el carbono y otros elementos de la familia.
  • A medida que avanza en la tabla periódica la familia de carbono, el radio atómico y el radio iónico aumentan, mientras que la electronegatividad y la energía de ionización disminuyen. El tamaño del átomo aumenta al descender por el grupo, porque se agrega una capa de electrones adicional. 
  • La densidad de los elementos aumenta al descender por el grupo.
  • La familia del carbono consta de un no metal (carbono), dos metaloides (silicio y germanio) y dos metales (estaño y plomo). En otras palabras, los elementos ganan metalicidad a medida que se desciende en el grupo.
  • Estos elementos se encuentran en una amplia variedad de compuestos. El carbono es el único elemento del grupo que se puede encontrar puro en la naturaleza.
  • Los elementos de la familia del carbono tienen propiedades físicas y químicas muy variables.
  • En general, los elementos de la familia del carbono son estables y tienden a ser poco reactivos.
  • Los elementos tienden a formar compuestos covalentes, aunque el estaño y el plomo también forman compuestos iónicos.
  • A excepción del plomo, todos los elementos de la familia del carbono existen en diferentes formas o alótropos. El carbono, por ejemplo, se encuentra en los diamantes, el grafito, el fulereno y los alótropos de carbono amorfo. El estaño se presenta como estaño blanco, estaño gris, y estaño rómbico. El plomo se encuentra únicamente como un metal denso de color gris azulado.
  • Los elementos del grupo 14 (familia del carbono) tienen puntos de fusión y de ebullición mucho más altos que los elementos del grupo 13. Los puntos de fusión y ebullición en la familia de carbono tienden a disminuir al descender en el grupo. Esto se debe principalmente a que las fuerzas atómicas adentro de las moléculas más grandes no son tan intensas. El plomo, por ejemplo, tiene un punto de fusión tan bajo que se licua fácilmente con fuego, y esto lo hace útil como base para soldar.

Usos de los elementos y compuestos de la familia del carbono

Los elementos de la familia del carbono son importantes en la vida diaria y en la industria ya que el carbono es la base de la bioquímica y la vida orgánica. Su grafito alótropo se utiliza en lápices y cohetes. Los organismos vivos, las proteínas, los plásticos, los alimentos y los materiales de construcción orgánicos contienen carbono. Las siliconas, que son compuestos de silicio, se utilizan para fabricar lubricantes y para bombas de vacío. El silicio se utiliza como óxido para fabricar vidrio. El germanio y el silicio son semiconductores importantes. El estaño y el plomo se utilizan en aleaciones y para fabricar pigmentos.

Datos de los elementos de la familia de carbono (Grupo 14)

doSiGeSnPb
Punto de fusión (° C)3500 (diamante)1410937,4231.88327.502
Punto de ebullición (° C)48272355283022601740
Densidad (g / cm 3 )3,51 (diamante)2.335.3237.2811.343
Energía de ionización (kJ / mol)1086787762709716
Radio atómico (pm)77118122140175
Radio iónico (pm)260 (C 4- )118 (Sn 2+ )119 (Pb 2+ )
Número de oxidación habitual3, -442, 42, 42, 3
Dureza (Mohs)10 (diamante)6.56.01.51.5
Estructura cristalinacúbica(diamante)cúbicacúbicatetragonalfcc

Referencias

Claramunt, R. (2013). Principales compuestos químicos. Editorial UNED. Disponible en: https://books.google.co.ve/books?id=K45iAgAAQBAJ&dq

Gutiérrez, E. (1984). Química. Reverte. Disponible en: https://books.google.co.ve/books?id=6h32OtElkAsC&dq

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Isabel Matos (M.A.)
(Master en en Inglés como lengua extranjera.) - COLABORADORA. Redactora y divulgadora.

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