GRUPO DEL CARBONO

Punto de fusión (°C)

Punto de ebullición(°C)

C 3550 4830

Si 1410 2355

Ge 837 2270

Sn 232 2623

Pb 327 1175

Configuraciones electrónicas: ns2np2C y Si sólidos covalentes, Ge semimetal, Sn y Pb metales. La estabilidad de las especies divalentes aumenta con el número atómico del elemento (par inerte). 

I1 I2 I3 I4 Suma

C 1086 2360 4620 6220 14286

Si 786 1575 3220 4350 9931

Ge

760 1540 3310 4420 10030

Sn 707 1415 2950 3930 9002

Pb 715 1450 3090 4080 9335

 Energías de ionización (química acuosa)

Todos muestran el estado de oxidación +4, que implica enlace covalente incluso para los miembros más metálicos.

Los tres primeros (C, Si, Ge) también tienen el estado -4 cuando se unen a elementos más electropositivos. El estaño y

plomo muestran asimismo el estado +2, con el cual forman compuestos iónicos (efecto del par inerte).

Se sabe que el estado +4 es el más estable que el +2 para el C y Ge, mientras que para el Sn y Pb el estado +2 es el termodinámicamente más estable. Para el Si el más estable es el +4. El estado +2 del carbono es reductor (CO). Los hidruros (-4), son tanto más reductores cuanto más descendemos en el grupo.

El carbono forma cadenas de un número de átomos prácticamente ilimitado, el silicio de hasta 16

átomos y el germanio y plomo hasta 6 y 2 respectivamente.

C Si Ge Sn Pb

rcov ., Å 0,77 0,71 1,22 1,41 1,47

rion ., Å 0,29 0,40 0,670,86(+4) 1,22(+2)

0.79(+4)1,33(+2)

Electronegatividad

2.5 1.74 2.02 1.72 1.55

E. Oxidación IV II, IV II, IV II, IV II, IV

Alótropos:Propiedades de

Diamante y grafito

El diamante es un sólido covalente: el C forma cuatro enlaces covalentes extendidos en una red tridimensional (sp3). Estructura isotrópica.

Características Consecuencia deLa sustancia más dura que se conoce (10 escala de Mohs), elevado punto

de fusión, bajo coeficiente de expansión térmica. Elevado punto de

fusión (3500 °C).

Enlace C-C covalente muy fuerte extendido en una red tridimensional

Frágil. Posibilita el tallado según unas direcciones perfectamente definidas

(joyería)Direccionalidad del enlace covalente

Inerte químicamenteRobustez del enlace y de la ausencia de orbitales del C disponibles para

ataques nucleofílicos.

Aislante eléctrico(Banda de valencia, llena, y

conducción, vacía, muy separadas). No posee electrones deslocalizados.

Excelente conductor térmico (5 veces más elevada que el Cu).

Rigidez de la estructura 3D. Explica por qué las herramientas de corte al

diamante no se calientan.

Incoloro (no siempre…)No posee electrones susceptibles de

ser excitados por la desviación visible.

DIAMANTE

El diamante es metaestable a presión y temperaturas ordinarias. Su densidad, 3.52 g cm-3, es mayor que la del grafito (2.2 g cm-3) por tanto es de esperar que se puedan obtener en condiciones de alta presión.

En la actualidad se obtienen diamantes artificiales (de color negro) en cantidad suficiente para satisfacer la demanda industrial.

En cantidades razonables fueron fabricados por primera vez por la General Electric Company a 1600°C y 5GPa (50000atm). Los diamantes arden produciendo dióxido de carbono. Este primer experimento lo hizo Humphrry Davy con un diamante de su esposa. 

DIAMANTES ARTIFICIALES

Su estructura es diferente a la del diamante. Consiste en capas de carbono en las cuales los átomos se unen covalentemente en anillos hexagonales (estructura anisotrópica) con un enlace C-C de 141pm, más corto que el del diamante (154pm) y similar al existente en el benceno (140pm).

Esto sugiere la existencia de enlace múltiple en las capas de grafito de modo similar al existente en el benceno.

Estructura del grafito

Características CausaConductividad metálica en los planos -conductor en dirección capas (3.104 S·cm -1 25°C)-aislante perpendicular a capas (5 S·cm -1 25°C)

Los electrones π deslocalizados son responsables de la conductividad eléctricas.

Es un material refractario (P.f. =3845, P.e. = 3927 °C) Fortaleza enlaces covalentes

Blando, lubricanteFuerzas intercapas van de Waals pequeñas.

Separación grande. Permite la inclusión de moléculas de agua o de O2.

Propiedades ópticas: Grafito es negroTránsitos electrónicos entre los niveles de energía

que forman la banda de valencia y conducción.

Propiedades químicas:-es resistente al ataque por parte de bases o ácidos no oxidantes.-pero puede formar compuestos de intercalación.

Debido a una cierta aromaticidad. La debilidad de estas fuerzas así como la gran separación entre las

capas.

Usos del grafito: moderador en reactores nucleares, como lubricante mezclado con aceites y como material para fabricar electrodos y minas para lápices.

PROPIEDADES DEL GRAFITO

Diagrama de fases

Los diagramas de fases del carbono se limitan generalmente a recoger las zonas de existencia del diamante y grafito (además de las fases líquida y vapor) sin incluir el resto de las fases sólidas.

Algunos diagramas muy detallados, como el de la figura 3, muestran como mucho las zonas de existencia de fases metaestables o transformaciones espontáneas, unas y otras derivadas de los esfuerzos de convertir grafito en diamante.

Fig. 3. Diagrama de fases del carbono. Las letras indican diferentes transformaciones entre grafito y diamante.

Un estado metaestable en química es, por así decirlo, el equivalente de un punto de equilibrio inestable en física. Esto es, un ligero cambio en las condiciones (en este caso presión y temperatura) pueden provocar un cambio en el sistema hacia la fase más estable. El proceso de transformación de carbono en grafito es espontáneo. Sin embargo, no se ha dado ningún caso hasta el momento de ningún millonario de turno que se haya comprado un diamante y se haya encontrado un cacho de mina de lápiz un día en el cajón, así de repente. Esto se debe a que la energía de activación de este proceso es extremadamente alta, tanto que, a pesar de ser espontáneo, el proceso es tan sumamente lento que no es observable a escalas temporales de una vida humana.

CLUSTERS DE

CARBONO

Fullerenos: una familia de estructuras en las cuales los átomos de C están dispuestos en forma esférica o elipsoidal.La primera de la serie (1985) fue la conocida con el nombre de Buckminsterfullerene C60.

12 pentágonos unidos a 20 hexágonos. Cada C forma parte de 1 pentágono y dos hexágonos.Se han sintetizado otros clusters con mayor número de átomos, C70, C76, C84, etc. Los químicos teóricos piensan que pueden existir superfullerenos compuestos por centenares de átomos.

R.F. Curl, H.W. Kroto y R.E. Smalley, P. Nobel de Química de 1996.

Fotografía de los cristales formados por el C-60

Clusters de Carbono

BIBLIOGRAFÍA:

• http://www.materiales-sam.org.ar/sitio/biblioteca/laserena/111.pdf

• http://campus.usal.es/~Inorganica/zona-alumnos/erf-inorganica/tema%2011%20y%2012/Tema_11_carbono.pdf

 • http://webs.um.es/gsg/Qui_Inorg-IQ/Tema%2014/P.pdf • http://webpages.ull.es/users/jcruiz/pdf/TEMA6_GRUPO_C_28032009c.pdf

• http://books.google.com.ec/books?id=LQ3yebCDwWEC&pg=PA284&dq=diagrama+de+fases+carbono&hl=es&ei=hMAtTouxNcOXtwf1prHXAg&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=1&ved=0CCgQ6AEwAA#v=onepage&q=diagrama%20de%20fases%20carbono&f=false