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Un modo per classificare gli elementi è in base alla famiglia a cui appartengono. Una famiglia di elementi è costituita da elementi omologhi a cui prende il nome, cioè atomi che hanno lo stesso numero di elettroni di valenza e quindi proprietà chimiche simili. Alcuni esempi di famiglie di elementi sono: la famiglia dell’azoto, la famiglia dell’ossigeno e la famiglia del carbonio. In questo articolo parleremo soprattutto della famiglia del carbonio.
Cos’è la famiglia del carbonio?
La famiglia del carbonio è il gruppo 14 della tavola periodica. Consiste di cinque elementi: carbonio, silicio, germanio, stagno e piombo. È probabile che anche l’elemento 114, flerovio, si comporti per certi aspetti come un membro di questa famiglia. La famiglia del carbonio si trova all’incirca al centro della tavola periodica, con i non metalli a destra e i metalli a sinistra. È anche noto come gruppo carbonio, gruppo di elementi cristallogeni, gruppo 14 o gruppo IV.
Caratteristiche della famiglia del carbonio
Ecco alcuni fatti sulla famiglia del carbonio:
- Gli elementi della famiglia del carbonio contengono atomi che hanno 4 elettroni nel loro livello energetico esterno. Due di questi elettroni sono nella subshell s , mentre gli altri 2 sono nella subshell p . Solo il carbonio ha la configurazione esterna s2, il che spiega alcune delle differenze tra il carbonio e gli altri articoli della famiglia.
- Man mano che si sale nella famiglia del carbonio sulla tavola periodica, il raggio atomico e il raggio ionico aumentano, mentre l’elettronegatività e l’energia di ionizzazione diminuiscono. La dimensione dell’atomo aumenta scendendo nel gruppo, perché viene aggiunto un guscio elettronico in più.
- La densità degli elementi aumenta man mano che si scende nel gruppo.
- La famiglia del carbonio è composta da un non metallo (carbonio), due metalloidi (silicio e germanio) e due metalli (stagno e piombo). In altre parole, gli elementi acquistano metallizzazione man mano che si scende nel gruppo.
- Questi elementi si trovano in un’ampia varietà di composti. Il carbonio è l’unico elemento del gruppo che può essere trovato puro in natura.
- Gli elementi della famiglia del carbonio hanno proprietà fisiche e chimiche molto variabili.
- In generale, gli elementi della famiglia del carbonio sono stabili e tendono a non essere reattivi.
- Gli elementi tendono a formare composti covalenti, sebbene anche stagno e piombo formino composti ionici.
- Ad eccezione del piombo, tutti gli elementi della famiglia del carbonio esistono in diverse forme o allotropi. Il carbonio, ad esempio, si trova nei diamanti, nella grafite, nel fullerene e negli allotropi del carbonio amorfo. Lo stagno si presenta come stagno bianco, stagno grigio e stagno rombico. Il piombo si trova solo come metallo denso, grigio-bluastro.
- Gli elementi del gruppo 14 (famiglia del carbonio) hanno punti di fusione e di ebollizione molto più alti rispetto agli elementi del gruppo 13. I punti di fusione e di ebollizione nella famiglia del carbonio tendono a diminuire man mano che si scende nel gruppo. Ciò è principalmente dovuto al fatto che le forze atomiche all’interno di molecole più grandi non sono così forti. Il piombo, ad esempio, ha un punto di fusione così basso che si liquefa facilmente al fuoco, rendendolo utile come base per saldatura.
Usi degli elementi e dei composti della famiglia del carbonio
Gli elementi della famiglia del carbonio sono importanti nella vita quotidiana e nell’industria poiché il carbonio è la base della biochimica e della vita organica. La sua grafite allotropica è utilizzata in matite e razzi. Organismi viventi, proteine, plastica, cibo e materiali da costruzione organici contengono tutti carbonio. I siliconi, che sono composti di silicio, sono usati per produrre lubrificanti e per pompe per vuoto. Il silicio è usato come ossido per fare il vetro. Il germanio e il silicio sono semiconduttori importanti . Lo stagno e il piombo sono usati nelle leghe e per produrre pigmenti.
Dati per gli elementi della famiglia del carbonio (Gruppo 14)
Fare | Sì | ge | sn | p.p | |
Punto di fusione (°C) | 3500 (diamante) | 1410 | 937,4 | 231,88 | 327.502 |
Punto di ebollizione (°C) | 4827 | 2355 | 2830 | 2260 | 1740 |
Densità (g/ cm3 ) | 3,51 (diamante) | 2.33 | 5.323 | 7.28 | 11.343 |
Energia di ionizzazione (kJ/mol) | 1086 | 787 | 762 | 709 | 716 |
Raggio atomico (pm) | 77 | 118 | 122 | 140 | 175 |
Raggio ionico (pm) | 260 ( Do4- ) | – | – | 118 (Sn2 + ) | 119 (Pb2 + ) |
solito numero di ossidazione | 3. 4 | 4 | 2, 4 | 2, 4 | 23 |
Durezza (Mohs) | 10 (diamante) | 6.5 | 6.0 | 1.5 | 1.5 |
struttura di cristallo | cubico (diamante) | cubo | cubo | tetragonale | fcc |
Riferimenti
Claramunt, R. (2013). Principali composti chimici. Editoriale UNED. Disponibile su: https://books.google.co.ve/books?id=K45iAgAAQBAJ&dq
Gutiérrez, E. (1984). Chimica. inversione. Disponibile su: https://books.google.co.ve/books?id=6h32OtElkAsC&dq