Química Aplicada a la Industria 179585

Tabla Periódica de Los Elementos QUIMICOS

Tabla Periódica De los elementos Primeras Clasificaciones :

- Triadas de Löbereiner 1829.- Octavas De Newlads 1864.- Tabla de Mendeleev 1869.- Tabla Periódica Moderna, Henry G.J. Moseley 1913

Ley Periódica :”las propiedades físicas y químicas de los elementos son función periódica de sus números atómicos”.

Tabla Periódica De los elementos La tabla periódica moderna presenta

un ordenamiento de 118 elementos que se conocen actualmente, ordenándolos según su numero atómico (z). Los elementos se disponen en filas horizontales llamadas periodos y columnas que se denominan grupos o familias

Grupo 14 o IV A

Grupo 14 o IV A

Los grupos indican el numero de electrones que tienen los elementos en su capa mas externa o nivel de valencia, por lo que se representan propiedades químicas similares.

Grupo 14 o IV A

Carbonoides: Forman el grupo 14 de la Tabla Periódica. Son:

carbono, silicio, germanio, estaño, plomo y ununquadio.Constituyen más del 27% en peso de la corteza, siendo el silicio el que aporta prácticamente todo a ese valor, le sigue el carbono; el germanio es el menos abundante. El silicio es el responsable de toda la estructura inorgánica y el carbono de la vida orgánica de la superficie terrestre. Se presentan en estado nativo carbono, estaño y plomo; aunque los minerales más corrientes son los óxidos y sulfuros.

Las propiedades físicas y químicas varían mucho desde el primero (carbono, no metal, forma compuestos covalentes con los no metales e iónicos con los metales) al último (plomo, metal): el carbono es muy duro (diamante) y el plomo rayado con las uñas. El silicio y germanio son metaloides de dureza intermedia. Al descender en el grupo desciende la fuerza de enlace entre los átomos y como consecuencia los puntos de fusión y ebullición.

Grupo 14 o IV A

Carbono (c)

formas alotrópicas

Carbono

Símbolo: C Clasificación: Elementos Carbonoides Grupo 14  

Número Atómico: 6Masa Atómica: 12,0107Número de protones/electrones: 6Número de neutrones (Isótopo 12-C): 6 Estructura electrónica: [He] 2s2 2p2

Electrones en los niveles de energía: 2, 4Números de oxidación: -4, +2 (CO), +4

Electronegatividad: 2,55

Radio atómico (pm): 77

Punto de Ebullición (ºC): 4827 (sublima)Densidad (kg/m3): 2260 (grafito), 3513 (diamante) y 1650 (fullerita); (20ºC)Volumen atómico (cm3/mol): 3,42Estructura cristalina: Hexagonal Color: Puede ser negro

Carbono

Fuentes: Depósitos de combustibles fósiles y minerales ampliamente distribuidos en la naturaleza. Kimberlita (diamantes).

Usos: El acero es una aleación de hierro y carbono; en todos los combustibles fósiles (petróleo, carbón, gas natural) hay compuestos de carbono. Continuamente se usa el carbono: grafito (lápices, filtros, lubricantes, electrodos,...), diamantes (de perforación, tallado, pulido, joyería,...).

Carbono

El carbono es conocido desde tiempos prehistóricos y se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza: constituye el 0,02% en peso de la corteza. La vida en la Tierra está basada en el carbono. Es un elemento abundante en el Sol, las estrellas, cometas y atmósfera de muchos planetas (en forma de CO2)

Silicio(Si)

Silicio

Símbolo: Si Clasificación: Elementos carbonoides Grupo 14 

Número Atómico: 14Masa Atómica: 28,0855Número de protones/electrones: 14Número de neutrones (Isótopo 28-Si): 14 Estructura electrónica: [Ne] 3s2 3p2

Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 4Números de oxidación: -4, +2, +4

Electronegatividad: 1,90

Radio atómico (pm): 118Punto de Fusión (ºC): 1414Punto de Ebullición (ºC): 3265Densidad (kg/m3): 2329; (20 ºC) Volumen atómico (cm3/mol): 12,06Estructura cristalina: Cúbica Color: El silicio cristalino es gris con brillo metálico. El amorfo es marrón

Silicio

Fuentes: El silicio, a diferencia del carbono, no existe libre en la naturaleza. Como dióxido se encuentra en varias formas de cuarzo: Cristal de roca, Amatista, Cuarzo ahumado, Cuarzo rosa, y cuarzo lechoso. La arena es en gran parte dióxido de silicio (sílice). El ópalo es una variedad hidratada de cuarzo. La mayoría de las rocas corrientes, salvo calizas o dolomitas, contiene silicio: por ejemplo, el feldespato Si3O8KAl; el asbesto (SiO3)4Mg3Ca; la mica (SiO4)3H2KAl3; etc.

Silicio

El silicio elemental crudo y sus compuestos intermetálicos se emplean como integrantes de aleaciones para dar mayor resistencia al aluminio, magnesio, cobre y otros metales. el silicio metalúrgico con pureza del 98-99% se utiliza como materia prima en la manufactura de compuestos organosilícicos y resinas de silicona, elastómeros y aceites. Los chips de silicio se emplean en circuitos integrados. Las células fotovoltaicas para la conversión directa de energía solar en eléctrica utilizan obleas cortadas de cristales simples de silicio de grado electrónico. El dióxido de silicio se emplea como materia prima para producir silicio elemental y carburo de silicio.

Germanio(Sn)

Germanio

Símbolo: Ge Clasificación: Elementos carbonoides Grupo 14 

Número Atómico: 32Masa Atómica: 72,61Número de protones/electrones: 32Número de neutrones (Isótopo 73-Ge): 41 Estructura electrónica: [Ar] 3d10 4s2 4p2

Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 4

Números de oxidación: +2, +4 Electronegatividad: 2,01Radio atómico (pm): 122

Fusión (ºC): 938,25Punto de Ebullición (ºC): 2833Densidad (kg/m3): 5323; (25 ºC)Volumen atómico (cm3/mol): 13,64Estructura cristalina: Cúbica Color: Grisáceo

Germanio

Obtención: Los únicos minerales rentables para la extracción del germanio son la germanita (69% de Ge) y ranierita (7-8% de Ge); además está presente en el carbón, la argirodita y otros minerales. La mayor cantidad, en forma de óxido (GeO2), se obtiene como subproducto de la obtención del zinc o de procesos de combustión de carbón

Usos: El primer dispositivo de estado sólido, el transistor, fue hecho de germanio. Semiconductores y transistores. En forma de mono cristales para la fabricación de elementos ópticos (lentes, prismas y ventanas) para espectroscopia infrarroja: Espectroscopios, detectores de infrarrojos. El alto índice de refracción del óxido de germanio lo hace útil para la fabricación de lentes gran angular de cámaras fotográficas y objetivos de microscopio.

Germanio

El germanio tiene una apariencia metálica, pero exhibe las propiedades físicas y químicas de un metal sólo en condiciones especiales, dado que está localizado en la tabla periódica en donde ocurre la transición de metales a no metales. A temperatura ambiente hay poca indicación de flujo plástico y, en consecuencia, se comporta como un material quebradizo.

Estaño (Sn)

Estaño

Símbolo: Sn Número Atómico: 50 Clasificación: Elementos carbonoides Grupo 14  o: 50Masa Atómica: 118,710Número de protones/electrones: 50Número de neutrones (Isótopo 119-Sn): 69 Estructura electrónica: [Kr] 4d10 5s2 5p2

Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 18, 4Números de oxidación: +2, +4

Electronegatividad: 1,96

Radio atómico (pm): 158

Punto de Ebullición (ºC): 2602Densidad (kg/m3): 5750 (a), 7310 (b); (20 ºC)Volumen atómico (cm3/mol): 20,65Estructura cristalina: Tetragonal (forma b) y cúbica (forma a)Color: Blanco-plateado

Estaño

Obtención: El estaño se obtiene del mineral casiterita (óxido de estaño (IV))en donde se presenta como óxido. y también en el cobre. Dicho mineral se muele y se enriquece en dióxido de estaño por flotación, después se tuesta y se calienta con coque en un horno de reverbero con lo cual se obtiene el metal.Usos: Debido a su estabilidad y falta de toxicidad se utiliza como recubrimiento de metales: recubrimiento de hierro (hojalata) para la industria conservera, lo que se hace por electrólisis o inmersión (consumo aproximado de 40% del estaño).

Estaño

Es un metal plateado, maleable, que no se oxida fácilmente y es resistente a la corrosión. Se encuentra en muchas aleaciones y se usa para recubrir otros metales protegiéndolos de la corrosión. Una de sus características más llamativas es que bajo determinadas condiciones forma la peste del estaño. 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.

Plomo (Pb)

Plomo

Símbolo: Pb Clasificación: Elementos carbonoides Grupo 14 

Número Atómico: 82Masa Atómica: 207,2Número de protones/electrones: 82Número de neutrones (Isótopo 207-Pb): 126 Estructura electrónica: [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2

Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 18, 32, 18, 4Números de oxidación: +2, +4

Electronegatividad: 2,33

Radio atómico (pm): 175

Punto de Fusión (ºC): 327,46Punto de Ebullición (ºC): 1749Densidad (kg/m3): 11342; (20 ºC)Volumen atómico (cm3/mol): 18,27Estructura cristalina: Cúbica Color: Blanco azulado, brillante.

Plomo

Obtención: El plomo rara vez se encuentra en su estado elemental. Se presenta comúnmente como sulfuro de plomo en la galena (Pb Otros minerales de importancia comercial son los carbonatos (cerusita, PbCO3) y los sulfatos (anglesita, PbSO4). Los fosfatos (piromorfita, pb5Cl(PO4)3), los vanadatos (vanadinita, Pb5Cl(VO4)3),3 los arseniatos (mimelita, Pb5Cl(AsO4)3), los cromatos (crocoita, PbCrO4) y los molibdatos (vulferita, PbMoO4),3 los wolframatos (stolzita, PbWO4)3son mucho menos abundantes. También se encuentra plomo en varios minerales de uranio y de torio, ya que proviene directamente de la desintegración radiactiva (decaimiento radiactivo). Los minerales comerciales pueden contener tan poco plomo como el 3%, pero lo más común es un contenido de poco más o menos del 10%. Los minerales se concentran hasta alcanzar un contenido de plomo de 40% o más antes de fundirse o ceder ante la presencia de fuentes de calor extremo. S)

Plomo

Usos : Industrialmente, sus compuestos más importantes son los óxidos de plomo y el tetraetilo de plomo. El plomo forma aleaciones con muchos metales y, en general, se emplea en esta forma en la mayor parte de sus aplicaciones. Todas las aleaciones formadas con estaño, cobre, arsénico, antimonio, bismuto, cadmio y sodio tienen importancia industrial.

Se utiliza industrialmente en las redes de tuberías, tanques y aparatos de rayos x. Debido a su elevada densidad y propiedades nucleares, se usa como blindaje protector de materiales radioactivos; entre las numerosas soldaduras, el metal tipográfico y diversos cojinetes metálicos. Una gran parte del plomo se emplea en forma de compuestos, sobretodo en pinturas y pigmentos.

Es un metal blanco azulado, brillante, muy blando, muy maleable, dúctil y un pobre conductor de la electricidad y el calor. Al aire forma rápidamente una capa protectora de color gris de carbonato básico que impide la corrosión posterior: las tuberías de plomo usadas por los romanos para sus baños todavía están en uso; por eso mismo se usa en recipientes para líquidos corrosivos (ácido sulfúrico). Finamente dividido se inflama espontáneamente al aire. El agua ataca al plomo en presencia de oxígeno; sin embargo las aguas duras forman un recubrimiento de carbonato básico insoluble. Fenómenos de pasivación se producen con los ácidos sulfúrico y fluorhídrico diluidos. El ácido sulfúrico concentrado, nítrico diluido, clorhídrico, ácidos orgánicos y las bases en caliente atacan el plomo. Pasivado se utiliza para el transporte de ácido sulfúrico concentrado. En caliente se combina con el azufre y los halógenos.

Bibliografia

http://www.lenntech.es/periodica/elementos/

http://www.uam.es/docencia/elementos/spV21/sinmarcos/elementos/familias.html#cb

http://www.textoscientificos.com/quimica/silicio

http://redescolar.ilce.edu.mx/redescolar/publicaciones/publi_rocas/plomo.htm