Familia Del Carbono 5j2nv

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

GRUPO IVA – FAMILIA DEL CARBONO CURSO:  Química Inorgánica DOCENTE:  Ing. Benigno Heráclides Hilario Romero INTEGRANTES:  Cornejo Díaz, Alejandra

1516120401

 Castro Vásquez, Kevin

1426125507

 Flores Castilla, Jhonatan

1516110026

2017-A

INDICE I.

INTRODUCCIÓN ....................................................................................................................... 4

II. MARCO TEÓRICO ..................................................................................................................... 5 2.1.

GRUPO IV A: FAMILIA DEL CARBONO ............................................................................. 5

a)

Características Generales: ........................................................................................... 5

b)

Características físicas más importantes: ..................................................................... 6

c)

Formas Alotrópicas de los elementos del grupo IVA: ................................................. 7

d)

Reacciones Químicas ................................................................................................... 7

2.2.

CARBONO ........................................................................................................................ 8

a)

Estado natural, alotropía y abundancia: ..................................................................... 9

b)

Obtención .................................................................................................................... 9

c)

Compuestos Oxigenados del carbono:...................................................................... 10

d)

Usos y Aplicaciones del carbono ............................................................................... 15

2.3.

SILICIO ........................................................................................................................... 17

a)

Compuestos del Silicio:.............................................................................................. 18

b)

Usos y Aplicaciones del silicio ................................................................................... 25

2.4.

GERMANIO .................................................................................................................... 27

2.5.

ESTAÑO.......................................................................................................................... 27

2.6.

PLOMO .......................................................................................................................... 27

III. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ............................................................................................. 28

I.

INTRODUCCIÓN

En el presente trabajo, se desarrollará todo lo relacionado al grupo IV A de la tabla periódica, en el que se encuentran los siguientes elementos: carbono (C), silicio (Si), germanio (Ge), estaño (Sn), plomo (Pb) y flerovio (Fl).

Estos elementos componen más del 28% en masa de la corteza, siendo el carbono el más abundante. El germanio es el elemento menos abundante. El silicio es el elemento principal de toda la estructura inorgánica y el carbono es el responsable de la vida orgánica de la superficie terrestre, es un elemento esencial de toda materia viva cualquier forma de vida conocida hasta la fecha está basada en la química del carbono; de ahí, incluso, que a dicha rama de la Química se la denomine Química Orgánica, por su relación con los organismos vivos.

II.

MARCO TEÓRICO

2.1. GRUPO IV A: FAMILIA DEL CARBONO El grupo IVA del Sistema Periódico, o familia del carbono, está formado por los elementos: carbono (C), silicio (Si), germanio (Ge), estaño (Sn), plomo (Pb) y flerovio (Fl) (antes llamado ununcuadio). a) Características Generales: 

Poseen cuatro electrones en su nivel energético más externo y presentan la siguiente configuración electrónica: ns2 np2 (2 electrones s y 2 electrones p), exhibiendo los siguientes estados de oxidación: +4, +2 y -4.



El primer elemento del grupo, es el carbono es un no metal duro y sólido a temperatura ambiente. Este elemento puede encontrarse en la naturaleza en forma de carbono amorfo (grafito) y en forma de diamante. Ambas formas alotrópicas poseen coloraciones distintas, siendo el grafito de color negro y el diamante incoloro.



Los elementos silicio y germanio, son los metaloides del grupo, y presentan una dureza intermedia. El silicio posee propiedades intermedias entre el carbono y el germanio. Su forma cristalina es bastante dura y muestra un brillo metálico de color grisáceo.



El metaloide germanio es de color blanco grisáceo lustroso, quebradizo y conserva el brillo a temperaturas normales. Este elemento exhibe la misma estructura cristalina que el diamante.



Los metales de este grupo son el estaño y el plomo. El estaño es de color plateado y maleable. Por su parte, el plomo es un metal pesado que rara vez se encuentra en estado elemental. Es de color plateado con tono azulado, que se empaña para adquirir un color gris mate. Es flexible, inelástico y se funde con facilidad.



Los puntos de fusión y ebullición son menores a medida que se desciende en el grupo. Esto debido a que se pierde la fuerza de enlace entre los átomos.



También podemos mencionar que estos elementos presentan formas o modificaciones alotrópicas.

b) Características físicas más importantes:

Propiedades

C

Si

Ge

Sn

Pb

2s2p2

3s2p2

4s2p2

5s2p2

6s2p2

1086,4

786,5

762,2

708,6

715,5

2352,6

1577,1

1537,2

1411,8

1450,4

4620,5

3231,6

3302

2943,1

2081,5

6222,6

4355,5

4410

3930,3

4083

2,55

1.8

1.8

1.8

1.9

-122,3

-133,6

-120

-121

-110

Pto. de fusión (°C)

3827

1414

938

232

327

Pto. de ebullición (°C)

4197

3265

2833

2602

1749

Radio Atómico (pm)

77

117

122

140

154

Radio Iónico (pm)

15

41

53

71

84

Densidad (g/cm3)

2.27

2.33

5.32

7.28

11.4

Vol. Atómico(cm3/mol)

6.30

12.05

13.64

16.3

18.27

C.E. externa en su estado basal

E.I. (KJ/mol) Primera Segunda Tercera Cuarta Electronegatividad Afinidad electrónica (KJ/mol)

c) Formas Alotrópicas de los elementos del grupo IVA:

Elemento

Forma Alotrópica

Propiedades ρ = 8.51 g/cm3

Diamante d (C-C) =1.54 Å C

ρ = 2.22 g/cm3 Grafito d (C-C) =1.42 Å ρ = 2.32 g/cm3

Si

Diamante d (Si-Si) =2.34 Å ρ = 5.38 g/cm3

Ge

Diamante d (Ge-Ge) =2.44 Å ρ = 5.75 g/cm3 Estaño gris diamante d (Sn-Sn) =2.81 Å

Sn Estaño blanco

ρ = 7.39 g/cm3

Octaedro distorsionado

d (Sn-Sn) =3.022 Å ρ = 11.48 g/cm3

Pb

Empaquetamiento cúbico compacto d (Pb-Pb) =3.5 Å

d) Reacciones Químicas 1)

M + O2  MO2

( M = C, Si, Ge, Sn )

Ejem: 2Pb + O2  2PbO 2)

M + 2X2  MX4

( M = Si, Ge, Sn )

Ejem: Si + 2Cl2  SiCl4 Pb + Cl2  PbCl2

3)

El Si y Ge reaccionan a altas temperaturas con el HCl(g) para generar MHCl3 (cloro hidruros). Ejem:





Si + 3HCl(g) 4)

SiHCl3 + H2

El Sn y Pb reaccionan con el HNO3(cc) y H2SO4(cc) generando las sales correspondientes (nitratos y sulfatos).

5)

Las

soluciones

acuosas

de

NaOH(ac),

disuelven

el

Si

con

desprendimiento de H2(g) y la formación del silicato correspondiente: Ejem: Si(s) + 2NaOH + H2O  Na2SO3 + 2H2O Nota: El Ge, Sn, y Pb no reaccionan con las soluciones básicas. 6)

Reacciones del Carbono:  C + 4HNO3(cc)  CO2 + 4NO2 + 2H2O  2Al2O3(s) + 3C  C + 2H2

alta T°



4Al + 3CO2

catalizador



CH4

2.2. CARBONO Es un elemento químico de número atómico 6, es un sólido a temperatura ambiente. Es el pilar básico de la química orgánica; se conocen cerca de 16 millones de compuestos de carbono, aumentando este número en unos 500.000 compuestos por año, y forma parte de todos los seres vivos conocidos. Forma el 0,2 % de la corteza terrestre.

El carbono es un elemento que posee formas alotrópicas, un caso fascinante lo encontramos en el grafito y en el diamante, el primero corresponde a uno de las sustancias más blandas y el segundo a uno de los elementos más duros y otro caso con el carbón y el diamante, el carbón es tienen un precio comercial bastante bajo en cambio el diamante es conocido por ser una de las piedras mas costosas del mundo.

Presenta una gran afinidad para enlazarse químicamente con otros átomos pequeños, incluyendo otros átomos de carbono con los que puede formar largas cadenas, y su pequeño radio atómico le permite formar enlaces múltiples. Así, con el oxígeno forma el dióxido de carbono, vital para el crecimiento de las plantas, con el hidrógeno

forma

numerosos

compuestos

denominados

genéricamente

hidrocarburos. a) Estado natural, alotropía y abundancia: Aunque no muy frecuente en la corteza terrestre (<0,1 %), es el segundo elemento por su abundancia en el organismo humano, donde alcanza el 17,5 %. Se halla en todos los tejidos animales y vegetales combinado con el hidrógeno y el oxígeno; también se encuentra en los derivados geológicos de la materia viva (petróleos y carbones), unido sobre todo al hidrógeno, con el que forma hidrocarburos. Combinado con el oxígeno se halla en la atmósfera como dióxido de carbono y en las rocas, formando carbonatos, caliza principalmente. Libre, el carbono es poco abundante, presentándose en dos estados alotrópicos: diamante y grafito. Otras formas con poca cristalinidad son carbón vegetal, coque y negro de humo. En el diamante, el material más duro que se conoce, cada átomo está unido a otros cuatro en una estructura tridimensional, mientras que el grafito consiste en láminas débilmente unidas de átomos dispuestos en hexágonos. Existen alrededor de 4,5 millones de sustancias y alrededor de 4 millones de ellas presentan en su composición al carbono. b) Obtención 

El carbono se encuentra - frecuentemente muy puro - en la naturaleza, en estado elemental, en las formas alotrópicas diamante y grafito. El material natural más rico en carbono es el carbón (del cual existen algunas variedades).



Grafito: Se encuentra en algunos yacimientos naturales muy puro. Se obtiene artificialmente por descomposición del carburo de silicio en un horno eléctrico.



Diamante: Existen en la naturaleza, en el seno de rocas eruptivas y en el fondo del mar. En la industria se obtiene tratando grafito a 3000 K de temperatura y a una presión entre 125 - 150 katm. Por ser la velocidad de transformación de

grafito en diamante muy lenta, se utilizan metales de transición, en trazas, como catalizadores (hierro, níquel, platino). 

Carbón de coque: muy rico en carbono, es el producto residual en la destilación de la hulla.



Carbono amorfo: Negro de humo y carbón activo: Son formas del carbono finamente divididas. El primero se prepara por combustión incompleta de sustancias orgánicas; la llama deposita sobre superficies metálicas, frías, partículas muy finas de carbón. El carbón activo se obtiene por descomposición térmica de sustancias orgánicas.



Estas sustancias se encuentran en el humo de los fuegos y en las estrellas gigantes rojas. Se obtienen, artificialmente, haciendo saltar un arco entre dos electrodos de grafito o sublimando grafito por acción de un láser.

c) Compuestos Oxigenados del carbono: 

Carburos

La interacción directa del carbono con los metales o los óxidos metálicos a elevadas temperaturas da compuestos llamados carburos. 2Los metales muy electropositivos se comportan como si tuvieran los iones C4 o C 2 dando carburos iónicos o salinos, los cuales reaccionan con el agua para dar hidrocarburos, por ejemplo: Al4C3(s) + 12H2O 

4Al(OH)3(s) + 3CH4(g)

CaC2(s) + 2H2O 

Ca(OH)2(s) + HC CH(g)

Los metales de transición producen carburos intersticiales en los cuales los átomos de carbono ocupan huecos octaédricos en los empaquetamientos compactos de los átomos metálicos. Tales materiales son generalmente muy duros, conductores eléctricos, y tienen puntos de fusión muy elevados (30004800 °C). Los metales de transición más pequeños, Cr, Mn, Fe, Co y Ni, dan carburos que son intermedios entre los carburos químicamente iónicos y los

intersticiales y que hidrolizan con el agua o los ácidos diluidos. Las fórmulas de estos carburos intersticiales dependen mucho del tamaño del átomo metálico y de la facilidad con la cual el átomo de carbono se pueda insertar en el retículo. Así, el carburo de tungsteno es W2C, mientras que el carburo de hierro tiene la fórmula Fe3C. El silicio y el boro forman los carburos covalentes SiC y B4C, los cuales también son muy duros, infusibles y químicamente inertes. El carburo de silicio tiene la estructura del diamante en la cual cada átomo está rodeado tetraédricamente por cuatro átomos del otro tipo. Se le usa como abrasivo o en herramientas cortantes bajo el nombre comercial de carborundum. 

Monóxido de Carbono (CO):

Gas incoloro, inodoro, inflamable y muy venenoso, cuando las concentraciones son muy elevadas la exposición al CO puede ser letal, y ocasionar la muerte en pocos minutos. El monóxido de carbono es un gas asfixiante, lo que significa que desplaza el oxígeno y causa síntomas que incluyen la muerte por asfixia o falta de oxígeno en el torrente sanguíneo y por lo tanto el cerebro. Cuando se inhala monóxido de carbono, impide que la sangre de una persona lleve suficiente oxígeno para mantener la vida en el cuerpo y el cerebro, la cual es la razón de por qué es tan letal a niveles altos. Se produce por la combustión incompleta de sustancias como gas, gasolina, keroseno, carbón, petróleo, tabaco o madera. Pf = -205.06 °C Peb = -191.5 °C ρ= 1.25 g/L (0°C, condiciones estándar)

 Obtención: 1. El CO es el anhídrido del ácido fórmico. Por esta razón, puede obtenerse también mediante la deshidratación del ácido fórmico, por ejemplo, con el ácido sulfúrico. H2SO4 (cc)



HCOOH

CO

- H2O

2. Por descomposición térmica del níquel 

Ni(CO)4 3. 2C + O2



4. C + CO2 



Ni + 4CO

2CO ,  H= -2,43 KJ/mol 2CO , H= +162 KJ/mol

5. El gas de síntesis, también llamado gas de agua se produce por medio de una reacción endotérmica entre el vapor de agua y el carbón: C + H2O  CO + H2 , H=+120 KJ/mol 6. Combustión incompleta de los hidrocarburos: 

Gas natural: CH4 + ½ O2  CO + 2H2 

H = 71 KJ/mol

Gasolina: CnH2n+2 + n/2 O2  nCO + (n+1) H2  Reacciones Químicas: 1. En la síntesis de hidrocarburos alifáticos nCO + 2nH2  (CH2)n +nH2O 2. En preparación del metanol CO + 2H2  CH3OH 3. CO +H2O(v)  CO2 + H2

(Hidrogenación)

= -42KJ/mol

4. 2CO(g) + O2(g)  2CO2(g) 5. CO + Cl2  COCl2

(Halogenación) (dicloruro de carbonilo o fosgeno)



6. CO + C2H4 + H2  CH3CH2CHO 

7. Fe2O3 + 3CO  2Fe + 3CO2 8. 2CO + B2H6  2H3BCO

(ácido bórico de carbonilo)

9. Formación de carbonilos metálicos:   Fe(CO)5

i)

Fe + 5CO

ii)

Mo + 6CO  Mo(CO)6

iii)

Ni(s) + 4CO  Ni(CO)4



10. NaOCH3 + CO  NaCH3COO CO + NaOH  NaCOOH

 Aplicaciones: La aplicación más importante del CO en la industria involucra su reacción con vapor a temperatura elevada para obtener "syngas" el que se utiliza, por ej. para producir metanol. El monóxido de carbono también su usa en la reducción de óxidos para separar los metales puros, pero, en general, en muy pequeña escala.

 Procedencia/fabricación: El monóxido de carbono es un subproducto no deseado de numerosos procesos térmicos. Se genera durante todos los procesos de combustión del carbono y sus compuestos cuando no hay saturación de oxígeno. Las fuentes naturales de monóxido de carbono son responsables de más del 90% de la emisión global; el 10% restante se distribuye entre los gases de escape de vehículos (55%), la industria (11%) y otros emisores (HORN, 1989). El monóxido de carbono es un componente del gas de alumbrado.



Dióxido de Carbono (CO2):

El Dióxido de carbono es una gas a temperatura ambiente incoloro, inodoro y con un ligero sabor ácido, aproximadamente 1,5 veces más denso que el Aire. El Dióxido de Carbono es un gas que se encuentra presente en el aire en una proporción aproximada de .04% en volumen. Las fuentes que contribuyen a la esencia del Dióxido de Carbono en el aire son la respiración de las plantas y animales, la combustión de compuestos de carbono y la descomposición de sustancias de origen animal y vegetal. La molécula se compone de un átomo de carbono unido a dos átomos de oxígeno CO2, es soluble en agua. Se solidifica en forma de cristales cúbicos a la temperatura de -190°C. Pf= -56.6 °C a 526 KPa Psub= -78.5 °C ρ= 1,977 g/L (0°C, condiciones estándar)  Obtención:  1. C(s) + O2(g)  CO2(g)  2. CaCO3(s)  CaO2 + CO2 (descomposición térmica) 3. CaCO3(s) + 2HCl(ac)  CO2(g) + CaCl2(ac) + H2O(l) 

4. (NH4)2CO3  2NH3(g) + CO2(g) + H2O(g)  5. 2NaHCO3(s)  Na2CO3 + CO2(g) + H2O(g)

NaHCO3(s)  NaOH(s) + CO2(g) 6. Por deshidratación de ácido carbónico H2CO3

-

H2O



CO2

 Reacciones Químicas: 1000°C

1. 2CO2(g) 

2CO(g) + O2(g)

2. Como agente oxidante: i)

4M + CO2  2M2O + C

ii)

2Mg + CO2

(M = alcalino)

>500 °C



2MgO + C

3. CO2(g) + H2O(l)  H2CO3 4. CO2(g) + Ca(OH)2  CaCO3(s) + H2O(l) En exceso de CO2: CO2 + CaCO3(s) + H2O Ca(HCO3)2(ac) d) Usos y Aplicaciones del carbono El carbono presenta dos formas alotrópicas el carbono amorfo que es el grafito y el carbono cristalino que es el diamante. Ambos presentan usos bastantes importantes. El grafito se mezcla con la arcilla para elaborar las puntas de los lápices. Otra aplicación es como aditivo en lubricantes. También se emplea en la preparación de pinturas anti-radar usadas en el camuflaje de vehículos y aviones militares.

Por su parte, el diamante se utiliza para la elaboración de joyas y como material de corte ya que este presenta una dureza 10 en la escala de Mohs.

Pendientes con diamantes El carbono presenta múltiples aplicaciones siendo la más importante como componente de hidrocarburos, principalmente los combustibles fósiles, es decir, petróleo y gas natural. Del petróleo se pueden obtener, después del refino en plantas petroquímicas, los siguientes derivados: 

Gases: Empleados para combustible doméstico y de transporte.



Gasolinas: Usados como combustible para motores industriales y automóviles.



Querosén: Combustible de aviación.



Gas-oil: Usado como combustible en motores diesel.



Aceites lubricantes: Empleados en la industria química como engrasado de máquinas o explosivos.



Asfaltos: Para la pavimentación de carreteras.



Parafinas y carbón de coque: Empleados en altos hornos.



Vaselina: Utilizada para pomadas y ungüentos.



Otros subproductos son: alcoholes y bencenos utilizados en la elaboración de fibras textiles, plásticos, lacas, colorantes y disolventes.

Entre otros usos, el carbono también se emplea en aleaciones para obtener acero. El acero es una mezcla de hierro con una cantidad de carbono variable entre el 0,03 % y el 2,14 % en masa de su composición, dependiendo del grado. En el campo de la medicina se utiliza las pastillas de carbón activado para absorber las toxinas del sistema digestivo en caso de intoxicación, tanto en personas como animales. También se usa como medicina para los problemas digestivos o de flatulencia. Dentro de otras aplicaciones tenemos que se emplea en la extracción

de metales, la esterilización de agua potable, en el tratamiento de aguas residuales, purificación de jarabe de azúcar y de glicerina, en mascarillas antigás, en filtros purificadores y en controladores de emisiones de coches, entre otros.

Pastillas de carbón activado El hollín es un pigmento formado principalmente de carbono, que se adquiere mediante la combustión incompleta de diferentes materiales, como aceites, grasas, brea, hulla, maderas resinosas, plantas o gas. Este se agrega a la goma para optimizar sus propiedades mecánicas. Además, se utiliza en la producción de electrodos para las baterías. La fibra de carbono se emplea para mejorar la resistencia mecánica en resinas de poliéster, pero sin aumentar la masa de las mismas.

2.3. SILICIO El silicio es un elemento químico metaloide o semimetálico cuyo símbolo es "Si" su número atómico es 14, pertenece al grupo 14 (IVA) de la tabla periódica de los elementos y forma parte de la familia de los carbonoideos. Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre después del oxígeno. El nombre Silicio deriva del latín silex (pedernal). Los compuestos del silíceo fueron ya de gran importancia en la prehistoria Las herramientas y las armas hechas de pedernal; una de las variedades del dióxido de silicio fueron los primeros utensilios del hombre, Aunque Davy creyó que la sílice no era un elemento, no pudo descomponerlo. En 1823

Berzelius obtuvo silicio amorfo al hacer reaccionar tetrafluoruro de silicio sobre potasio fundido. Al lavar el producto con agua, obtuvo un polvo pardo que era silicio amorfo. 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. El silicio amorfo es un polvo pardo, más activo químicamente que la variedad cristalina. Se une con el flúor a temperaturas ordinarias, y con oxígeno, cloro, bromo, azufre, nitrógeno, carbono y boro a temperaturas progresivamente más altas. Con ciertos metales, el silicio se combina formando siliciuros, por ejemplo, Mg2Si. El silicio cristalino puede obtenerse en masas aciculares cristalizando el elemento de su disolución en Aluminio fundido. Los cristales son bastante duros para rayar el vidrio. Ambas clases de Silicio funden a unos 1500ºC. La silicona es la descomposición de los haluros de alkisilicio en alcoholes. a) Compuestos del Silicio: 

Silanos o silicanos:

Análogamente al carbono, el silicio forma también innumerables compuestos con el hidrógeno. Pero siendo su carácter no metálico menos acusado que el de dicho elemento, da lugar a menos hidruros, y estos no son tan estables como los de carbono. El acido clorhídrico reacciona con el siliciuro de magnesio para producir el primer miembro de una serie de hidruros de silicio llamados silicanos o silanos. SiMg2 + 4HCl  2MgCl2 + SiH4

Otros de la serie son el disilano Si2H6; el trisilano Si3H3; y el tetrasilano Si4H10. Los silanos son venenosos. Los haluros de alkilsilicio se descomponen en los alcoholes dando siloxanos o siliconas. 

Dióxido de Silicio:

El dióxido de silicio (sílice), SiO2, se encuentra en la naturaleza en formas muy diversas de cuarzo, como un depósito cristalino. El color de los cristales proviene de impurezas. Formas amorfas de la sílice: son el ágata, el jaspe y el ónice. Las partes duras y brillantes de la paja y del ombú contienen sílice, y los esqueletos de algunos organismos marinos (esponjas y tierra de diatomeas) están compuestos en gran proporción de sílice. El cuarzo puro se funde en un homo eléctrico a unos 1700°C, para moldearlo en vasijas, cuino vasos, botellas y tubos, al igual que el vidrio. El «vidrio» resultante es lechoso y translúcido, por las diminutas burbujas de gas incluidas en el material. El cuarzo trasparente se obtiene por fusión en vacío para eliminar los gases. Las vasijas construidas de cuarzo tienen muchas ventajas; el material es menos soluble que el vidrio y tiene un coeficiente de dilatación térmica muy pequeño, lo que le permite sufrir cambios bruscos de temperatura sin romperse. Así, un cubo de cuarzo puede calentarse al rojo y sumergirse en agua sin que se rompa, mientras que el vidrio ordinario en las mismas condiciones se rompe en pequeños fragmentos. Como el cuarzo deja pasar mejor que el vidrio la luz ultravioleta, se usa en las lámparas de arco de vapor de mercurio. La estructura de los silicatos es muy compleja y solamente ha podido dilucidarse mediante estudios minuciosos con rayos X. Los silicatos de potasio y de sodio son solubles en agua, y se obtienen diluyendo juntos arena e hidróxido de sodio o de potasio, o fundiendo arena con carbonato de sodio o de potasio, con lo que se forma orto o metasilicato: SiO2 + 4OH-  SiO4 + 2H2O SiO2 +Na2CO3 Na2SiO3 + CO2

El silicato de sodio es el más importante; y, aunque sólido, se encuentra generalmente en el comercio en forma de disolución concentrada con el nombre de vidrio soluble. Se utiliza para hacer un incombustible la madera y los tejidos, como adhesivo en el cemento de China, como relleno o carga en jabones baratos, y para conservar huevos. Los silicatos de los demás metales son insolubles en agua, y se encuentran en la naturaleza formando minerales y son disoluciones sólidas o mezclas de dos o más silicatos simples. Algunas de estas son de gran importancia. Por ejemplo, el feldespato se altera por el agua y el dióxido de carbono, formándose carbonato potásico K2CO3, y arcilla. El carbonato potásico del suelo es utilizado por las plantas como alimento. La arcilla es generalmente arrastrada por corrientes de agua, y se deposita en niveles más bajos, formando yacimientos. 

Vidrio:

El vidrio ya se fabricaba en Egipto 1400 años A.C. Durante la Edad Media, Venecia y Bohemia fueron los centros importantes de la manufactura del vidrio. En 1608, un horno de vidrio instalado en Virginia, inicio la gran industria del vidrio en los EE.UU. El vidrio es una mezcla de silicatos. La composición de un vidrio típico de cal y sosa o vidrio de ventanas, Na2O-CaO-6SiO2. Este vidrio se fabrica fundiendo juntos Na2CO3, CaCO3, SiO2.Se añade un resto de vidrio de la misma composición procedente de una fundición anterior como fundente. Durante las primeras etapas de proceso de fusión se forma mucha espuma, pero al continuar calentando se desprende todo el CO 2 y resulta una fundición clara: Na2CO3 + SiO2  Na2SiO3 + CO2(g) CaCO3 + SiO2  CaSiO2 + CO2(g) El material viscoso y claro se vierte en moldes o se prensa en matrices, obteniéndose objetos de vidrio moldeado.

Tipos de vidrio 

Vidrio de cal y sosa: 75 % SiO2, 15%, Na2O, 8% CaO, 2% Al2O3



Vidrio Pyrex: 80% SiO2, 4% Na2O, 12% B2O3, 3% Al2O3, 0.4% CaO, 0.6% K2O 

Ácido Silícico:

El dióxido de silicio es el anhídrido del ácido ortosilícico, H4SiO4, pero la reacción no es reversible: H4SiO4  2H2O + SiO2 Cuando se deshidrata el ácido ortosilícico, son posibles teóricamente diversos ácidos que representan diversos grados de hidratación del SiO2. Algunos de ellos están indicados en la siguiente tabla:

Ácido Ortosilícico

H4SiO4 ( SiO2 2H2O)

Ácido Metasilícico

H2SiO3 ( SiO2 H2O )

Ácido Disilícico

H6Si2O7 ( 2SiO2 3H2O )

Ácido Trisilícico

H4Si3O8 ( 3SiO2 2H2O )

Si se añade ácido a una disolución de silicato de sodio se forma inmediatamente un precipitado gelatinoso de ácido silícico. Pero si el silicato se vierte sobre el Ácido no hay precipitación, y el Ácido silícico queda en suspensión coloidal. El precipitado primeramente obtenido corresponde a la formula H4SiO4

El ácido silícico incompletamente deshidratado que se obtiene calentando la sustancia precipitada en vacío a 300 ºC, contiene alrededor del 6% de agua, y se llama gel de sílice. Se emplea como desecante decolorante y adsorbente de vapores valiosos tales como los de gasolina y disolventes orgánicos.  Obtención del silicio * Proceso metalúrgico: Obtención de Si-GM El punto de partida imprescindible para producir Si-GS, es obtener silicio grado metalúrgico (Si = 97-98%). La tecnología más usada a escala mundial se basa en la reducción carbotérmica de los minerales de sílice (fundamentalmente cuarcita, arena sílice y cuarzo) empleando hornos de arco eléctrico con electrodo sumergido, que involucra una energía durante el proceso entre 10.8 y 12.0 kWh por kg de Si-GM (~11,4 GWh/t), pero se ha reportado más comúnmente consumos energético de 13 kWh/(kg de SiGM, 97-99%). Desde el punto de vista teórico la reducción del óxido de silicio (SiO2) con carbono (C) a temperaturas superotes a los 2000 ºC involucra una energía equivalente a 6,36 kWh/(kg de Si-GM). SiO2 +2C = Si + 2CO En la práctica, la energía empleada en la reducción carbotérmica es de 1.7 a 2.04 veces superior a la teórica. Los rendimientos en la producción de Si-GM reportados respecto al mineral de sílice (SiO2) oscilan entre 75 y 85% del teórico. En la figura se expone un esquema de los pasos del proceso de obtención de silicio grado metalúrgico a partir de del mineral de sílice. El consumo energético en todo el ciclo se calcula entre 15 y 18 MW por tonelada de silicio metalúrgico obtenido listo para ser transportado a la industria metalúrgica del aluminio o a la química o a la electrónica o fotovoltaica.

Extracción del silicio puro del Si-GM

A partir del silicio de grado metalúrgico finamente triturado y mediante un proceso químico de varias etapas y bastante complicado se obtiene el Si-GS. Los procesos tecnológicamente más difundidos se basan primeramente en hacer reaccionar el Si-GM a altas temperatura (300 ºC) con cloruro de hidrógeno anhidro en presencia de un catalizador para obtener triclorsilano (SiHCl3) según la reacción (1) o a altas presiones con dihidrógeno (2) acorde a las reacciones:

Durante la reacción (1) se pueden formar otros compuestos como tetracloruro de silicio (SiCl4) o cloruros de las impurezas acorde a la ecuación (3). El triclorosilano es líquido a temperatura ambiente (25ºC), siendo su temperatura de ebullición de 31.7 °C, temperatura muy inferior a las temperaturas de ebullición de muchas impurezas presentes en el Si-GM. El SiHCl3 puede purificarse mediante

por un proceso iterativo de destilación, que consiste en calentar el líquido con control estricto de temperatura condensando y recogiendo el gas que se produce a un valor específico de temperatura. Si este proceso se realiza varias veces sucesivamente, incrementado así la pureza del líquido recolectado.

 Obtención de silicio de alta pureza (polisilicio = feedstock) El segundo paso consta en la descomposición térmica de triclorosilano (SiHCl 3) en una atmósfera de dihidrógeno, tecnología más difundida (reacción (4) inversa de la (3)), obteniéndose el silicio denominado "polisilicico" de grado electrónico (Si-GE) de alta pureza (0,001 ppm). La reacción de la descomposición sería:

El triclorosilano mezclado con hidrógeno se introduce en el reactor, en el cual es calentado eléctricamente entre 900 y 1100ºC, descomponiéndose catalíticamente. El silicio formado inicialmente sirve como centro de nucleación, es decir, que sobre su superficie de los granos (soporte semilla) se favorece la condensación posterior de silicio. El proceso puede durar varias horas para realizarse. Este proceso puede ser más eficiente, si en el reactor se coloca una varilla base silicio adhiriéndose sobre su superficie epítaxialmente a una velocidad de no mayor de 1 mm/h. El material obtenido por deposiciones reiteradas se denomina policilicio, que presenta

una alta pureza, pero todavía no puede ser usado para dispositivos electrovoltaicos, detectores de radiación, debido a que es policristalino. El polisilicio ultra puro 99.999999% (denominado en inglés "polysilicon" o "silicon feedstock") de estructura policristalina se muele a tamaños de guijarros para ser vendido a la industria de semiconductores, pero las piezas pequeñas o el polvo de silicio se venden a la industria solar, junto con el silicio depositado cerca de las partes internas de los equipos del proceso, así como el rechazo de la producción que

no

cumpla

con

las

especificaciones

de

la

industria

electrónica.

b) Usos y Aplicaciones del silicio El silicio es un semimetal y por lo tanto un semiconductor. Este elemento puede controlar el flujo eléctrico mediante el uso de partes de silicio; lo que lo hace indispensable en la industria eléctrica. Se utiliza en los ordenadores, radios, células solares, pantallas LCD y otros aparatos semiconductores.

El silicio se usa como semiconductor El silicio también se emplea ampliamente en aleaciones con el aluminio para elaborar piezas fundidas. Dichas se emplean habitualmente en la industria automovilística para producir piezas para autos.

De los compuestos importantes del silicio está el óxido de silicio (IV) o dióxido de silicio (SiO2) o como se le conoce también sílice. Este compuesto se puede encontrar en la arena. La sílice se emplea para elaborar vidrio artificial, cerámicas, ladrillos, cemento, entre otros. El gel de sílice es un desecante, es decir que absorbe la humedad del lugar en que se halla.

Botellas de vidrio

Las siliconas son materiales que se encuentran dentro del grupo de los polímeros y es un derivado del silicio. Poseen un sin número de aplicaciones como, por ejemplo: como selladores en la fabricación de acuarios, en la industria automotriz como lubricante para los frenos, como recubrimiento en telas, en el campo de la medicina para la elaboración de implantes quirúrgicos, en utensilios de cocina, juguetes y como componente activo en los antiespumas.

Implantes mamarios hechos de silicona

2.4. GERMANIO 2.5. ESTAÑO 2.6. PLOMO

III. 1.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Rayner-Canham, G., Química Inorgánica Descriptiva, México, Pearson Educación, 2000.

2.

Curso de Química Inorgánica, Laffitte, Marc; Ed. Alambra; 1ª Edición; 1977; páginas 351.

3.

Clasificación

de

los

elementos

químicos,

Zapata

Mariangel,

http://clasificacionelementos.blogspot.com/2010/04/grupo-iv-la-familia-delcarbono.html, consultado el 31 de mayo, 2017. 4.

La tabla Periódica, Chavez Ana, http://www.quimicaencasa.com/800/grupo14-la-tabla-periodica-familia-del-carbono/