Carbonoideos para niños

Los carbonoideos son un grupo de elementos químicos que se encuentran en la tabla periódica, específicamente en el grupo 14. Estos elementos son el carbono (C), el silicio (Si), el germanio (Ge), el estaño (Sn), el plomo (Pb) y el flerovio (Fl).

Son menos reactivos que otros grupos cercanos, pero no se encuentran solos en la naturaleza, sino formando parte de otros compuestos. Muchos de ellos son muy conocidos y se usan mucho en nuestra vida diaria. Por ejemplo, el carbono es esencial para la química orgánica, que estudia los compuestos de los seres vivos. El silicio es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre y es clave para la tecnología moderna, como los circuitos de los ordenadores.

A medida que bajamos en la tabla periódica dentro de este grupo, los elementos cambian sus propiedades. El carbono es un no metal, el silicio y el germanio son semimetales (tienen propiedades intermedias), y el estaño, el plomo y el flerovio son metales.

¿Qué hace especiales a los carbonoideos?

Propiedades químicas de los carbonoideos

Los elementos de este grupo tienen algo en común: todos tienen 4 electrones en su capa más externa. Esto les da una forma particular de unirse con otros elementos.

Aquí puedes ver cómo se distribuyen los electrones en sus capas:

Estos elementos, especialmente el carbono y el silicio, suelen formar enlaces covalentes. Esto significa que comparten sus electrones con otros átomos para completar su capa externa, buscando tener ocho electrones, lo que se conoce como la regla del octeto.

A medida que los átomos son más grandes (al bajar en el grupo), les resulta más fácil perder electrones. Solo el carbono puede formar iones negativos. El silicio y el germanio pueden formar iones con carga +4. El estaño y el plomo, que son metales, pueden formar iones con carga +2. El flerovio es un elemento creado en laboratorio, muy inestable y radiactivo.

Compuestos importantes

• Carbono: Forma muchos compuestos con otros elementos. Por ejemplo, se une con el oxígeno para crear el dióxido de carbono (CO₂), que es vital para las plantas. También forma compuestos con halógenos y azufre.
• Silicio: Forma compuestos con hidrógeno, como el silano (SiH₄). También se une con halógenos, oxígeno (formando dióxido de silicio), y azufre. El nitruro de silicio (Si₃N₄) es otro compuesto importante.
• Germanio: Forma hidruros, como el germano (GeH₄). También se une con halógenos y con elementos como el oxígeno, azufre y selenio. El nitruro de germanio (Ge₃N₄) es conocido.
• Estaño: Forma hidruros como el estannano (SnH₄) y se une con halógenos. También forma compuestos con oxígeno, azufre y selenio.
• Plomo: Forma un hidruro llamado plumbano (PbH₄). Se une con flúor y cloro, y también forma óxidos, sulfuros, seleniuros y telururos.
• Flerovio: No se conocen compuestos estables de este elemento debido a su corta vida.

Propiedades físicas de los carbonoideos

Las propiedades físicas de estos elementos cambian de forma interesante a medida que aumenta su número atómico:

• Puntos de ebullición y fusión: Generalmente, los puntos de ebullición y fusión bajan a medida que el elemento es más pesado. El carbono necesita temperaturas muy altas para sublimarse (pasar de sólido a gas sin pasar por líquido), mientras que el plomo tiene un punto de ebullición mucho más bajo.
• Estructura cristalina: El carbono puede tener varias estructuras, como el grafito (en lápices) o el diamante (muy duro). El silicio y el germanio tienen una estructura cúbica similar al diamante. El estaño puede cambiar su estructura con la temperatura, y el plomo tiene una estructura cúbica centrada en la cara.
• Densidad: La densidad de los elementos de este grupo tiende a aumentar a medida que el número atómico es mayor. El carbono es el menos denso y el plomo es el más denso.
• Radios atómicos: El tamaño de los átomos (su radio atómico) también aumenta a medida que el número atómico es mayor.

Formas diferentes de un mismo elemento (Alótropos)

Algunos elementos pueden existir en diferentes formas, llamadas alótropos, que tienen propiedades distintas.

• Carbono: Tiene muchos alótropos. El grafito es el más común, formado por capas de átomos de carbono. El diamante es otra forma, muy dura y brillante. El carbono amorfo se encuentra en el hollín. Los fullerenos son esferas huecas de carbono, y el grafeno es una capa muy delgada de carbono con forma de panal.
• Silicio: Tiene dos alótropos a temperatura ambiente: uno amorfo (un polvo marrón) y otro cristalino (gris y brillante).
• Estaño: Tiene dos alótropos principales: el estaño gris (α-estaño) y el estaño blanco (β-estaño). El estaño blanco es el metal plateado que conocemos. Pero si la temperatura baja de 13.2 °C, el estaño blanco puede convertirse en estaño gris, un polvo que hace que los objetos de estaño se desmoronen. Esto se conoce como la "plaga del estaño".

Un viaje por la historia de los carbonoideos

Descubrimientos y usos antiguos

El carbono, el estaño y el plomo son elementos que la humanidad conoce y ha usado desde hace miles de años.

• Silicio: Los antiguos egipcios y chinos ya usaban sílice (un compuesto de silicio) para hacer cuentas y vasijas. Los egipcios y fenicios también fabricaban vidrio con sílice desde el año 1500 a.C.
• Estaño: Se usaba en la Edad del Bronce para hacer bronce, una aleación con cobre. Las minas de estaño en las islas británicas ya estaban activas hace más de 2000 años.
• Plomo: Se menciona en textos antiguos y fue usado por los babilonios y romanos para grabar inscripciones, hacer tuberías de agua y monedas.

Descubrimientos modernos

• Silicio: El silicio puro fue aislado por primera vez en 1824 por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius.
• Germanio: Su existencia fue predicha por el químico ruso Dmitri Mendeleev en 1869, cuando creó la tabla periódica. Fue descubierto en 1885 por Clemens A. Winkler.
• Flerovio: Este elemento sintético fue creado en un laboratorio en 1998 por investigadores del Instituto Conjunto de Investigaciones Nucleares.

Usos importantes de los carbonoideos

Los elementos de este grupo tienen muchísimas aplicaciones en la industria y la tecnología:

• Carbono: Se usa en la fabricación de acero, como negro de carbón en neumáticos, en filtros de aire y en carbón activado. El grafito se usa en los lápices, y el diamante en joyería y herramientas de corte. Las fibras de carbono son muy fuertes y ligeras, usadas en satélites y coches de carreras.
• Silicio: El dióxido de silicio se usa en pasta de dientes y materiales de construcción. El silicio puro se utiliza para hacer aleaciones metálicas y siliconas. Es fundamental en la fabricación de semiconductores para la electrónica, como los chips de los teléfonos y ordenadores.
• Germanio: Se usó en semiconductores y ahora se encuentra en detectores de radiación. El dióxido de germanio se usa en fibra óptica y lentes de cámaras. Una pequeña cantidad de germanio puede hacer que la plata sea más resistente a la oxidación.
• Estaño: Su uso más importante es en la soldadura, que une metales. También se usa para recubrir latas (hojalata) y en aleaciones como el peltre. El óxido de estaño (IV) se ha usado en cerámica por miles de años.
• Plomo: La mayor parte del plomo se usa en baterías de plomo-ácido (como las de los coches). También se utiliza para fabricar pesos, pigmentos y como protección contra materiales radiactivos. Históricamente, se usó en la gasolina, pero esta aplicación se detuvo por razones de seguridad.

Elementos del grupo del carbono

Véase también

En inglés: Group 14 element Facts for Kids