Grupo 4A

Elementos del grupo 4A

Empecemos por ver qué son los elementos del grupo 4A.

Los elementos del grupo 4A son los de la 4ª columna, si se ignoran los metales de transición. También se les denomina "familia del carbono", ya que el carbono es el primero de estos elementos.

A continuación puedes ver dónde se encuentran estos elementos en la tabla periódica:

Fig.1- Tabla periódica con el grupo 4A marcado

Los elementos del Grupo 4A son

• Carbono (C)-elemento 6
• Silicio (Si)-elemento 14
• Germanio (Ge)-elemento 32
• Estaño (Sn)-elemento 50
• Plomo (Pb)-elemento 82

Existe otro elemento llamado flerovio (Fl). Es un elemento artificial altamente radiactivo. Aunque se han estudiado sus propiedades y reactividad, los resultados no son del todo concluyentes, por lo que no hablaremos mucho de él.

Propiedades del Grupo 4A

El grupo 4A contiene elementos de los tres tipos: no metálicos, metaloides/semimetálicos y metálicos. Por ello, dividiremos nuestra discusión en secciones. Sin embargo, primero vamos a hablar de algunas propiedades generales de los elementos del grupo 4A.

1. Configuración electrónica y estado de oxidación

• Todos los elementos del grupo 4A tienen la misma configuración electrónica general para sus 4 electrones de valencia: ^ns2np2.

• Por ello, todos tienen el estado de oxidación común de +4 (pierden 4 electrones). Sin embargo, tanto el estaño como el plomo pueden tener estados de oxidación +2, en los que pierden sus electrones p.

2. Puntos de ebullición

• Los puntos de ebullición de cada elemento disminuyen a medida que se desciende en el grupo 4A.

3. Radio atómico

• El radio atómico es la distancia entre el centro del núcleo y el electrón o electrones más externos.

• A medida que desciendes en el grupo 4A, el radio atómico aumenta.

4. Energía de ionización (energía necesaria para eliminar un electrón)

• A medida que se desciende en el grupo 4A, la energía de ionización disminuye. Sin embargo, la energía de ionización del plomo es ligeramente mayor que la del estaño.

5. Afinidad de electrones

• La afinidad electrónica disminuye a medida que desciendes en el grupo 4A.

5. Reacciones con el hidrógeno

• Todos los elementos del grupo 4A reaccionan con el hidrógeno. Generalmente tienen la forma _EH4, donde "E" es un elemento del grupo 4A.

6. Reacciones con el oxígeno

• Todos los elementos del grupo 4A reaccionan con el oxígeno. Todos tienen el general de EO2. Tanto el plomo como el carbono también pueden formar compuestos EO.

7. Reacciones con elementos del grupo 17 (Halógenos)

• Todos los elementos del grupo 4A reaccionarán con los elementos del grupo 17 (F, Cl, Br, etc.). Los elementos forman compuestos _EX4, donde "X" es uno de los Halógenos.

Los no metales del grupo 4A

El carbono es el primero de los elementos del grupo 4A y es el único no metal del grupo.

El carbono es un elemento increíblemente importante. Tanto que hay toda una rama de la química dedicada a él, llamada Química Orgánica. El carbono es el 4º elemento más abundante y es un elemento esencial para la vida.

Como no es un metal, forma sobre todo enlaces covalentes. Que son enlaces en los que los electrones se comparten entre elementos en lugar de transferirse de uno a otro (es decir, enlaces iónicos). El carbono puede adoptar muchas formas, como el grafito y el diamante, como se muestra a continuación.

Fig.2-Carbono como grafito (izquierda) y diamante (derecha)

También suele formar compuestos que contienen hidrógeno (H₂), nitrógeno (_N2) y oxígeno (_O2).

Debido a sus múltiples formas y compuestos, el carbono tiene una plétora de usos, como por ejemplo

• Fabricación de acero
• Lápices (grafito)
• Joyería (diamante)
• Materiales plásticos
• Fibras resistentes

Semimetales del grupo 4A

Hay dos metaloides/semimetales en el grupo 4A. Son el silicio y el germanio.

El silicio es un elemento grisáceo con brillo metálico (se ve a continuación)

Fig.3-Un trozo de silicio purificado (Dominio público).

El germanio tiene un aspecto muy similar, ya que también es un sólido grisáceo con brillo metálico.

Fig.4-Una muestra de germanio cristalino

Al ser metaloides, tienden a formar enlaces covalentes como el carbono.

Ambos elementos se utilizan habitualmente como semiconductores, que actúan como intermedios entre conductores y aislantes. Por ello, se utilizan a menudo en ordenadores.

Ambos reaccionan también con el hidrógeno (H₂) y el nitrógeno (_N2). Ambos elementos pueden formar varios hidruros diferentes (compuestos de hidrógeno), siendo dos de los más comunes _GH2 y _G2H4, donde "G" es silicio o germanio. En cuanto a los compuestos de nitrógeno, ambos pueden formar nitruros con la fórmula _G3N4.

Metales del grupo 4A

Por último, tenemos nuestros metales: el estaño y el plomo Tanto el estaño como el plomo son metales blandos y maleables.

El estaño es de color blanco plateado:

Fig.5-Muestra de estaño (Dominio público)

Sin embargo, el estaño es gris con un tinte azulado:

Fig.6-Cubo de plomo (Dominio público)

Debido a su naturaleza metálica, forman enlaces iónicos.

Ambos reaccionan comúnmente con hidrógeno y halógenos (grupo 17). Como tienen estados de oxidación +2 y +4, pueden formar _MH2 y _MH4 para los compuestos de hidrógeno (donde M es estaño o plomo) y _MX2 o _MX4 para los compuestos de haluro (donde X es un halógeno).

Además, también reaccionan con el oxígeno para formar MO o _MO2, según el estado de oxidación.

El estaño se utiliza principalmente en aleaciones, que son mezclas de metales. Tales aleaciones incluyen el bronce (95% de cobre y 5% de estaño) y el revestimiento dental (60% de plata, 27% de estaño y 13% de cobre).

Las aplicaciones del plomo se han eliminado en gran medida. El plomo es venenoso y puede acumularse en el organismo con el tiempo, causando muchos problemas de salud, como anemia (falta de glóbulos rojos) e infertilidad. Antes se utilizaba en artículos como pinturas, lápices y pilas.