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AÑO DEL CENTENARIO DE MACHU PICCHU”
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERU
FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA QUIMICA GENERAL I GRUPO IV A - CARBONOIDES
CATEDRÁTICO: ING. GLADIZ GLADIZ MARITEA ÁVILA CARHUALLANQUI
PRESENTADO POR: CARHUAZ LOZANO, Jonatán CHANCO JAVIER, Edison NINAMANGO ROMERO, Jhon RAMIRES ALFARO, Valentino. ALUMNOS DEL 1er SEMESTRE SECCIÓN A
Huancayo – Perú Perú -20111
DEDICATORIA A Nuestros Padres
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RESUMEN La tabla periódica actual, diseñada por WERNER esta organizada según sus propiedades y semejanzas entre elementos, es así que cada grupo tiene diferentes propiedades que hacen la diferencia entre grupos. En este trabajo nos enfocaremos en el grupo IV A de la tabla periódica actual que es integrada por el carbono. Silicio, germanio, estaño y plomo, este grupo. Los Carbonoides son importantes en la tabla periódica pues sus elementos son generalmente esenciales para la vida humana, tales como el carbono que representa el segundo más abundante en los seres vivos y que gracias a éste elemento se ha creado una rama de la química, la Química orgánica. O como el silicio que después del oxigeno es el elemento mas abundante en la corteza terrestre y que por ser tan importante la geoquímica se basa en su estudio. La utilización de estos elementos es variado pues se utiliza en varios campos, como el plomo en la artillería, y en la industria eléctrica, como el germanio y el silicio que se utiliza en la industria tecnológica para fabricar transistores por su propiedad de semiconductores, como el estaño que se utiliza en la soldadura o en la metalurgia en revestimientos de minerales. El carbono en la joyería, en la industria farmacéutica y el silicio en la industria del vidrio o cuarzo. Pues explicar detalladamente a estos elementos seria necesario varios meses, ya que cada uno tiene diversas características, propiedades y aplicaciones que son importantes.
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INDICE CARATULA
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DEDICATORIA
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RESUMEN
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INDICE
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OBJETIVOS
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INTRODUCCION
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FUNDAMENTO TEÓRICO GRUPO IV A
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1. EL CARBONO
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1.1 CARACTERISTICAS DEL CARBONO
2
1.2 APLICACIONES DEL CARBONO
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2 EL SILICIO
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2.1 CARACTERISTICAS.
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2.2 PROPIEDADES
4
2.3 APLICACIONES
4
3. EL GERMANIO
5
3.1 PROPIEDADES
5
3.2 APLICACIONES
6
4. EL ESTAÑO
6
4.1 CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES
7
4.2 APLICACIONES
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5. EL PLOMO
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5.1 CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES
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5.2 APLICACIONES
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BIBLIOGRAFIA
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ANEXOS
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OBJETIVOS Objetivos Generales.
Conocer detalladamente la tabla periódica actual Conocer los grupos y periodos de la tabla periódica actual Conocer el grupo IV A de la tabla periódica actual.
Objetivos Específicos.
Aprender las propiedades de los elementos del grupo IV A Conocer las características de los elementos del grupo IV A Conocer los usos y aplicaciones de los elementos del grupo IV A
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INTRODUCCION Mas de la mitad de los elementos químicos de descubrieron entre 1800 y 1900, durante este periodo los químicos observaron que muchos elementos mostraban grandes semejanzas entre ellos, es así que se diseñaron varias tablas periódicas según sus propiedades y semejanzas. La tabla periódica actual diseñada por J. Werner en base a la ley periódica de Henry Moseley y la configuración electrónica de los átomos de los elementos En la tabla hay muchos elementos importantes en la vida del planeta entre ellos los del grupo IV A llamados “Carbonoides” que lo integran el Carbono (C), Silicio (Si), Germanio (Ge), Estaño
(Sn) y Plomo (Pb), elementos asombrosos e importantes para la vida del planeta. Conocer estos elementos es fundamental para el estudiante, pues son claves para la química y para entender la relación que hay entre los hombres y el planeta. En este informe explicaremos las definiciones de éstos elementos, las propiedades de los elementos del grupo 4 A, sus características, usos y aplicaciones de estos elementos.
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FUNDAMENTO TEORICO La tabla periódica actual diseñada por J. Werner en base a la ley periódica de Henry Moseley y la configuración electrónica de los átomos de los elementos
Grupo IV A.- Denominados “Carbonoides” su configuración electrónica termina en ns2 p2 Está integrado por carbono, silicio, germanio, estaño, plomo. ( Anexo 1) PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IV A: E
RADIO ATOMICO (pm)
1era ENERGIA DE IONIZACION (KJ/mol)
DENSIDAD (g/mL)
ELECTRONEGATIVIDAD
C Si Ge Sn Pb
77 118 122 140 146
1086 786 761 708 715
2.27 2.34 5.32 7.26 11.34
2.5 1.8 1.8 1.8 1.9
La configuración electrónica del grupo es ns2np2 al bajar en el grupo, el número de estado de oxidación disminuye, y el estado de oxidación menor (+2) se convierte en el más común. Al bajar en el grupo el tamaño aumenta mientras que la EI y EN generalmente disminuyen. La disminución de las durezas y el punto de fusión se deben a los cambios en los tipos de enlaces dentro del solido, como enlace covalente en el C, Si, Ge, y metálico en el Sn, Pb. El bajar en el grupo, la densidad aumenta, debido a varios factores entre ellos su estructura cristalina.
EL CARBONO.- elemento químico no metálico perteneciente al grupo IV A de la tabla periódica actual, su símbolo es el C, su numero atómico 6 y su masa atómica es 12.01. El carbono se encuentra libre en la naturaleza en forma de grafito y diamante, y en forma amorfa como coque, antracita etc. Es el segundo elemento más abundante en los organismos vivos, se halla en forma de dióxido de carbono en la atmosfera y en algunos compuestos minerales. Sus principales compuestos son el petróleo, la piedra caliza, el gas natural entre otros. ( Anexo 2)
Grafito
Diamante
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El carbono tiene 7 isotopos conocidos de masas comprendidas entre el 9 y 15, siendo estables el C12 y el C 13 los demás son todos radioisótopos inestables, siendo el C 14 que posee una vida media de 5560 años, el único que presenta interés por su aplicación, éste que presenta gran interés en el campo de la medición de edades geológicas como la geocronología. El carbono se combina con otros elementos para formar compuestos covalentes, además el carbono destaca en la química por su propiedad de unirse a si mismo, un proceso conocido como catenación y su habilidad para formar enlaces múltiples. Además se ha creado una rama de la química para su estudio, la Química Orgánica. En el punto de vista económico, uno de los materiales más baratos (carbón) y uno de los más caros (diamante). Combinado con oxígeno e hidrógeno forma gran variedad de compuestos como, por ejemplo, los ácidos grasos, esenciales para la vida.
CARACTERISTICAS Y PROPIEDADES. Estado ordinario: sólido no magnético Punto de fusión: diamante (3823º K), grafito (3800º K) Punto de ebullición: grafito (5100º K) Estructura cristalina: hexagonal Electronegatividad: 2.55 Calor específico: 710 J/K.kg
APLICACIONES DEL CARBONO.- Se utiliza el diamante en la joyería y en diversos campos de la tecnología, cuando no alcanza un elevado grado de pureza, en perforadoras, abrasivos por su gran dureza. El grafito se utiliza como lubricantes, aditivos en plásticos y en la fabricación de crisoles, además sus derivados y compuestos forman alcoholes, éteres, benceno, y demás compuestos orgánicos. El principal uso industrial del carbono es como componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural). Del primero se obtienen, por destilación en las refinerías, gasolinas, keroseno y aceites, siendo además la materia prima empleada en la obtención de plásticos. El segundo se está imponiendo como fuente de energía por su combustión más limpia
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EL SILICIO.- No existe libre en la naturaleza pero son muy abundantes su oxido (sílice) y sus silicatos, entre los sílices podemos citar a la arena, cuarzo y sus cristales de roca. Después del oxigeno es el elemento mas abundante en la corteza terrestre.
Polvo de silicio
Poli cristal de silicio
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cristal de silicio
CARACTERISTICAS.
En forma cristalina es muy duro y poco soluble. presenta un brillo metálico y color grisáceo. 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 onda de la radiación infrarroja.
El silicio cristalino tiene una dureza de 7, suficiente para rayar el vidrio,
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.
PROPIEDADES.- Es un elemento no metálico que está formado por una mescla de 3 isótopos de masas 28, 29, 30. Tiene también 5 radioisótopos con masas 25, 26, 27, 31, 32. Se presenta en 2 formas alotrópicas: amorfa y cristalina. La forma amorfa es un polvo pardo oscuro y la cristalina forma agujas y hojas de color gris bastante duras . APLICACIONES.- El anhídrido silícico presenta diversas formas entre ellas el cuarzo, la sílice es utilizada en la fabricación de vidrio. También forman siliconas que son utilizados como lubricantes, anti adhesivos. También el silicio es importante en la industria del acero formando aleaciones. El silicio tiene gran aplicación en la industria electrónica como material semiconductor para fabricar transistores. Se utiliza en aleaciones, en la preparación de las siliconas, en la industria de la cerámica técnica y, debido a que es un material semiconductor muy abundante, tiene un interés especial en la industria electrónica y microelectrónica como material básico para la creación de obleas o chips que se pueden implantar en transistores, pilas solares y una gran variedad de circuitos electrónicos. El silicio es un elemento vital en numerosas industrias. El dióxido de silicio (arena y arcilla) es un importante constituyente del hormigón y los ladrillos, y se emplea en la producción de cemento portland
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EL GERMANIO.- Elemento metálico raro del grupo IV A quebradizo y de color gris, su símbolo es Ge, numero atómico 32 y su masa es 72.59. Se encuentra en minerales sulfurosos de cinc, cobre, plata.
Es un metaloide sólido duro, cristalino, de color blanco grisáceo lustroso 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 foto detectores. 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.
PROPIEDADES.- tiene propiedades similares al carbono, tiene algunas propiedades que no son metálicos, por ejemplo es mal conductor de la electricidad, presenta altos puntos de fusión y dureza, es un metal poco reactivo e insoluble en el agua, es estable respecto al aire. Sus Características Son:
Masa atómica : 72,64 u
Densidad : 5323 kg/m3
Estado ordinario : Sólido
Punto de fusión : 1211,4 K
Punto de ebullición : 3093 K
Presión de vapor : 0,0000746 Pa a 1210 K
Electronegatividad : 2.01
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APLICACIONES.- El germanio tiene gran aplicación en la electrónica como material semiconductor para fabricar transistores y rectificadores. También en:
Fibra óptica.
Electrónica: radares y amplificadores de guitarras eléctricas.
Lentes, con alto índice de refracción, de ángulo ancho y para microscopios.
En joyería se usa la aleación Au con 12% de germanio.
Como elemento endurecedor del aluminio, magnesio y estaño.
Quimioterapia.
El tetra cloruro de germanio es un ácido de Lewis y se usa como catalizador en la síntesis de polímeros (PET). Óptica de infrarrojos: Espectroscopios, sistemas de visión nocturna y otros equipos
Relojes de germanio
EL ESTAÑO.- Elemento metálico raro del grupo IV A, numero atómico 50 y peso atómico 118.69.
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CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES.- De color blanco argentinizo, el estaño forma 0.001 % de la corteza terrestre y puede encontrarse libre o en combinaciones minerales, Entre sus propiedades físicas y químicas tenemos:
Estructura cristalina : Tetragonal
Estado ordinario : Sólido
Punto de fusión : 505,08 K
Punto de ebullición : 2875 K
Electronegatividad : 1.96
Calor específico : 228 J/ (K ·kg
Energía de ionización : 708,6 kJ/mol
Densidad : 7310 kg/m3
Dureza Mohs : 1.5
Apariencia : Gris plateado brillante
Masa atómica : 118,710 u
Grupo, período, bloque : 14, 5, p
Configuración electrónica : [Kr]4d 10 5s2 5 p2
APLICACIONES.- el estaño tiene numerosos aplicaciones industriales en metalurgia, construcción, protección de radiaciones radiactivas y otras, aleado con el cobre forma el bronce, es utilizado desde tiempos remotos y por ser resistente a la oxidación es utilizado para revestir otros metales tales como el acero y hierro que se utiliza para formar la hojalatería de los que se hacen envases para conservar alimentos, Se usa como material de aporte en soldadura blanda con cautín o pistola de soldar equipos electrónicos, también El estaño se utiliza en la industria de la cerámica para la fabricación de los esmaltes cerámicos bien puro o aleado entre demás propiedades tenemos a:
Se usa como revestimiento protector del cobre, del hierro y de diversos metales usados en la fabricación de latas de conserva.
Su uso también es de disminuir la fragilidad del vidrio.
Los compuestos de estaño se usan para fungicidas, tintes, dentífricos (SnF 2) y pigmentos.
Se usa para hacer bronce, aleación de estaño y cobre.
Se usa para la soldadura blanda, aleado con plomo.
Se usa en aleación con plomo para fabricar la lámina de los tubos de los órganos musicales.
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EL PLOMO.- Elemento químico del grupo IV A, numero atómico 82, masa atómica 207.19, su símbolo es el Pb, metal pesado, dúctil, maleable , blando, fusible, poco tenaz, de color gris, que con los ácidos forman sales venenosos, es once veces mas denso que el agua, se obtiene principalmente de la galena.
CARACTERÍSTICAS Y PROPIEDADES.- Es relativamente escaso en la naturaleza, se encuentra concentrado en altos posos de galena. Entre sus características tenemos:
Los compuestos de plomo más utilizados en la industria son los óxidos de plomo, el tetra etilo 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 tóxico, y la intoxicación por plomo se denomina saturnismo o plumbosis. Es relativamente resistente al ataque de ácido sulfúrico y 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. 8
Entre sus propiedades tenemos:
Densidad : 11340 kg/m3
Apariencia : gris azulado
Masa atómica : 207,2 u
Nombre, símbolo, número : Plomo, Pb, 82
Estados de oxidación (Óxido) : 4, 2 (anfótero
Estado de la materia : Sólido
Punto de fusión : 600,61 K
Punto de ebullición : 2022 K
Electronegatividad : 2,33
Calor específico : 129 J/(kg·K)
APLICACIONES.- Las aplicaciones del comercio se concentran en la fabricación de chapas y tubos, balas y granallas así como para preparar diversos compuestos de plomo o alteraciones como soldaduras, en la fabricación de materiales de imprenta, los tubos de plomo son de gran utilidad en las industrias químicas. Su utilización como cubierta para cables, ya sea la de teléfono, de televisión internet o de electricidad, sigue siendo una forma de empleo adecuada La ductilidad única del plomo lo hace particularmente apropiado para esta aplicación.
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BIBLIOGRAFIA Química general, Martin S. Silberberg, segunda edición, año 2002 Editorial Mc Graw Hill Química general, B. V. Nekrásov, cuarta edición, año 1981, Editorial Mir Moscú. Enciclopedia estudiantil Siglo XXI, Antonio López, primera edición, año 2002. Química, Raymond Chang, séptima edición, año 2002, Editorial Mc Graw Hill. www.iestiemposmodernos.com/depart/dtec/.../metalesnoferrosos.pdf confiep.org.pe/facipub/upload/publicaciones/.../informe_plomo_snmpe.pdf
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ANEXOS
Fusible de plomo
11
Gasolina de carbono
capsulas de germanio
Soldadura de estaño
vidrio de silicio
12
