1. GRUPOS DE LA TABLA PERIODICA (CARBONO,
NITROGENO, OXIGENO, ALOGENO)
VALENTINA MEDINA PEDROZA
INSTITUCION EDUCATIVA EXALUMNAS DE LA PRESENTACION
IBAGUE
2017
3. 2
INTRODUCCION
En el siguiente informe se dará a conoceraspectos generales de algunas familias o
grupos correspondientes a la tabla periódica. Esta categoría de “grupos”
corresponde a cada una de las dieciocho columnas verticales que componen la
Tabla. Están ordenados en base al criterio de la valencia, es decir, todos los
elementos de un grupo cuentan conla mismavalencia, es decir,contienenel mismo
número de electrones en la última capa, condición que les otorga propiedades
químicas similares, y les concede en título de familia de Elementos. Con este
informe se busca estudiar las características tales como propiedades químicas y
físicas, aplicaciones y compuestos.
4. 3
OBJETIVOS
Proponeruna estrategia didácticapara el procesode enseñanza aprendizaje
de la química,específicamente en el tema de los grupos 4A, 5A, 6A, 7A
Fortalecerlos conocimientos previos que se tienen a cerca de la tabla
periódicay su composiciónresaltando los grupos específicos que se trataran
Conocerel criterio de clasificaciónde cada grupo
Reforzar los conocimientospara una mayor participación en la clase de
química
5. 4
PREAMBULO
A continuación, se dará una breve descripciónde algunos familias o grupos de la
tabla periódica:
Grupo 14 (IVA) Familia delos Carbonoideos
Este grupo está conformado porlos Elementos Carbono(C), Silicio (Si),
Germanio(Ge), Estaño (Sn) y Plomo (Pb). Se distinguen por ser de valencia 4,
es decir que cuentan con cuatro electrones en su última capa. Igualmente son
bastante conocidosdentro del ámbito industrial y cotidiano. Igualmente, en la
medidaque aumenta su número atómico, se van convirtiendo cada vez más en
elementos metálicos,pasando del Carbono que es un no metal al Plomo que es
un Metal.
Grupo 15 (VA) Familia de los Nitrogenados
Se encuentran conformados porlos elementos Nitrógeno (N), Fósforo (P),
Arsénico (As), Antimonio (Sb), Bismuto (Bi) y el Ununpentio (Uup)elaborado
sintéticamente. Se caracterizan por ser de valencia cinco y ser bastante reactivos.
Grupo 16 (VIA) Familia delos Calcógenos
También conocidacomo la Familia del oxígeno,se encuentra conformadapor
el Oxígeno (O),el Azufre (S), el Selenio (Se), el Telurio (Te)y el Polonio (Po).
Algunos de sus elementos cuentan con las propiedadesde formar compuestosde
carácter básico o ácido. Todos son de valencia seis.
Grupo 17 (VIIA) Familia delos Halógenos
Este grupo se encuentra conformadopor los Elementos Flúor (F), Cloro (Cl),
Bromo (Br), Yodo (I), stato (At) y Ununseptio (Uus). Se caracterizan por ser de
valencia seis y por ser elementos oxidantes.
6. 5
MARCO TEORICO
4A CARBONO
El grupo de carbono es un grupo de la tabla periódicaintegrado por los
elementos: carbono (C), silicio (Si), germanio (Ge), estaño (Sn), plomo (Pb) En la
notación moderna de la IUPAC se lo llama Grupo 14. En el campo de la física de
los semiconductores, todavía es universalmente llamado Grupo IV.
Características
Propiedades químicas:
Al igual que otros grupos, los miembros de esta familia poseen similitudes en su
configuración electrónica, ya que poseen la misma cantidad de electrones en el
último nivel o subnivel de energía. Eso explica las similitudes en sus
comportamientos químicos.
7. 6
Cada uno de los elementos de este grupo tiene 4 electrones en su capa más
externa. En la mayoría de los casos, los elementos comparten sus electrones; la
tendenciaa perderelectronesaumentaa medidaque eltamaño delátomo aumenta.
El carbono es un no metal que forma iones negativos bajo forma de carburos (4-).
El silicio y el germanio son metaloides con número de oxidación +4. El estaño y el
plomo sonmetales que también tienen un estado de oxidación+2. El carbono forma
tetrahaluros con los halógenos.El carbono se puede encontrar bajo la formade tres
óxidos: dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO) y dióxido de
tricarbono (C3O2).El carbono forma disulfuros y diselenios.
Propiedades físicas:
Los puntos de ebullición en el grupo del carbono tienden a disminuir a medida que
se desciende enel grupo. El carbono es el más ligero del grupo, el mismo sublima
a 3825°C.Elpunto de ebullición del silicio es 3265°C,el del germanio es 2833°C,el
del estaño es 2602°C y el del plomo es 1749°C. Los puntos de fusión tienen la
mismatendenciaque su punto de ebullición. Elpunto de fusióndelsilicio es 1414°C,
el del germanio 939°C, para el estaño es 232°C y para el plomo 328°C.3
La estructura cristalina del carbono es hexagonal, a altas presiones y temperaturas
se encuentra bajo la forma de diamante.
La densidad de los elementos del grupo del carbono tiende a aumentar con el
aumento del número atómico. El carbono tiene una densidad de 2,26 g/cm3
, la
densidad del silicio es de 2,33 g/cm3
y la densidad del germanio es de 5,32 g/cm3
.
El estaño tiene una densidad de 7,26 g/cm3
mientras que la del plomo es de 11,3
g/cm3
.3
El radio atómico de los elementos delgrupo delcarbono tiende aaumentar a medida
que aumenta el número atómico.El radio atómico del carbono es de 77 picometros,
el del silicio es de 118 picómetros, el del germanio es de 123 picómetros, el del
estaño es de 141 picómetros, mientras que el del plomo es de 175 picómetros
8. 7
Aplicaciones:
El carbono es comúnmente utilizado en su forma amorfa. En esta forma el carbono
se utiliza para la fabricación de acero, como relleno en los neumáticos, y como
carbón activado. El carbono grafito se utiliza en los lápices. El diamante, otra de las
formas del carbono, se utiliza comúnmente en la joyería. Las fibras de carbono se
utilizan en numerosas aplicaciones, tales como puntales de satélite, debido a que
las fibras son muy fuertes pero elásticas.8
El dióxido de silicio tiene una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo pasta de
dientes,materiales de construcción, y la sílice es un uno de los componentes
principales delvidrio.Un 50% delsilicio puro se dedicaala fabricaciónde aleaciones
de metales. Mientras que un 45% se dedica a la fabricación de siliconas. El silicio
también se usa comúnmente en los semiconductores desde la década de 1950.
El germanio se utilizó en los semiconductoreshasta la décadade 1950,cuando fue
sustituido porel silicio.Los detectoresde radiación contienen germanio.El óxido de
germanio se utiliza en la fibra óptica.
El uso más importante del estaño es en soldaduras; 50% de todo el estaño
producido se destina a esta aplicación. Un 20% del estaño producido se utiliza en
la hojalata. Otro 20% delestaño se utiliza en la industria química.El óxido de estaño
(IV) se utiliza comúnmente en la cerámica desde hace miles de años.
Alguna de las aplicaciones del plomo son las pesas, pigmentos y como protección
contra materiales radioactivos. El plomo fue utilizado históricamente en la gasolina
en forma de tetraetilo de plomo, pero este uso se ha interrumpido debido a su alta
toxicidad
Producción:
Carbono en forma de diamante se produce sobre todo por parte de Rusia,
Botswana, Congo, Canadá y Sudáfrica. Un 80% de todos los diamantes sintéticos
son producidos por Rusia. China produce un 70% de grafito en el mundo. Otros
países que producen grafito son Brasil, Canadá y México.
El silicio se puede producir por calentamiento de sílice con carbono.
9. 8
En Rusia y China, el germanio también se separa de los yacimientos de carbón.
Minerales que contienen germanio son tratados primero con el cloro para formar
tetraclururo de germanio, que se mezcla con el gas hidrógeno.
China, Indonesia, Perú, Bolivia y Brasil son los principales productores de estaño.
El método porelcual se produce estaño es al frente de la caserita mineral de estaño
(SnO2) con coque.
El mineral de plomo más extraído es la galena (sulfuro de plomo). 4 millones de
toneladas métricas de plomo se extraen cada año, la mayoría en China, Australia,
Estados unidos y perú. La cantidad total de plomo nunca minada por los humanos
es aproximadamente de 350 millones de toneladas métricas.
10. 9
5A NITROGENO
El grupo del nitrógeno está compuesto por los elementos químicos
del grupo 15 de la tabla periódica, que
son: nitrógeno (N), fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb), bismuto(Bi) y el
elemento sintético moscovio (Mc), cuyo descubrimiento ya ha sido confirmado.
Estos elementos también reciben el nombre de pnicógenos1
o nitrogenoideos.
Propiedades
A alta temperatura son muy reactivos y a veces formarse enlaces covalentes entre
el N y el P y enlaces iónicos entre Sb y Bi y otros elementos.Elnitrógeno reacciona
con O2 y H2a altas temperaturas.
Ejemplo de reacción con H2:
N2 + 3H2 → 2NH3
El bismuto reacciona con O2 y con halógenos, formando bismita y bismutina entre
otros compuestos.
A continuación, se muestra una tabla con las características generales de estos
elementos.
11. 10
6A OXIGENO
El grupo del oxígeno, se encuentra formado
por los elementos oxígeno, azufre, selenio,
teluro y polonio, con números atómicos de 8,
16, 34,52, y 84, respectivamente.
A los elementos del grupo del oxígeno se les conoce también con el nombre
de calcógenos,que significa, productores de cobre, así, el sulfuro de cobre es una
mena para la extracción del cobre. Incluso el selenio y el teluro se encuentran con
el cobre, la plata y el oro, sin embargo, el polonio, es un elemento altamente
radiactivo y pesado así como lo es el francio y el radio de los alcalinos y
alcalinotérreos, respectivamente. El oxígeno sin embargo, es el elemento cabeza
de grupo pero no por ello el más representativo de éste,y debe ser tratado a parte
a consecuencia de su diversidad química, de donde podemos destacar su alta
electronegatividad,supequeño tamaño ysu capacidad parala formaciónde enlaces
pi.
El grupo 16 de la tabla periódica es también llamado como anfígenos, calcógenos
o la familia del oxígeno. El término anfígeno procede delgriego y significaformador
de ácidos y bases.Porsu parte, el término calcógeno proviene delgriego y significa
formador de minerales.
El grupo 16 está formado por los siguientes elementos: Oxígeno (O), Azufre (S),
Selenio (Se), Telurio (Te), Polonio (Po) y el elemento sintético Livermorio (Lv).
El oxígeno se halla en la naturaleza siendo el elemento más abundante de la tierra
con un 50,5% en masa de la corteza, encontrándose en el aire y combinado con
12. 11
hidrógeno para producir agua. También se
encuentra formando óxidos, hidróxidos y
algunas sales.Por su parte, el azufre tambiénse
muestra en cantidad en estado elemental y
combinado formandocompuestos.Elselenio yel
telurio se hallan libres y combinados, no
obstante con menos abundancia que los
elementos anteriores. En último lugar, tenemos
al polonio, el cual es un elemento radiactivo que
se halla difícilmente en la naturaleza,
generalmente en forma de sales.
En cuanto a su configuración electrónica,
poseen cinco electrones en su nivel energético
más externo y presentan la siguiente
configuración electrónica: ns2
np4
(2 electrones s y 4 electrones p), exhibiendo los
siguientes estados de oxidación: -2, +2, +4 y +6; los dos últimos se debe a la
existencia de orbitales d a partir del azufre.
Propiedades físicas
Las propiedades físicas de este grupo varían mucho en cada elemento y el carácter
metálico aumenta del selenio al polonio.
El oxígeno en ambientes estándar de presióny temperatura se encuentra formando
el dioxígeno, un gas diatómico incoloro, inodoro e insípido con fórmula O2. Otro
alótropo importante es el trioxígeno (O3) o como normalmente se le conoce, el
ozono. El ozono es un gas de olor picante y habitualmente incoloro, pero en altas
concentraciones puede tornarse levemente azulado.
El azufre es un no metal sólido de color amarillo limón que presenta un olor
característico. Se presenta en varias formas alotrópicas, por ejemplo en estado
sólido se puedenapreciar las variedades rómbicay monoclínica(anillos S8), azufre
plástico (cadenas Sn).Por su parte, en estado líquido formando anillos S8 y cadenas
de longitud variable y en fase gaseosaformando cicloazufre,que soncadenas Sn (n
= 3-10), S2.
Elementos del grupo 16 en estado elemental
El selenio es un metaloide que presenta, al igual que el azufre, varias formas
alotrópicas. Primero el selenio rojo coloidal, el cual está compuesto por moléculas
Se8. El selenio negro vítreoformado por anillos Sen con n muy grande y variable
(forma amorfa) y porúltimo el selenio gris cristalino de estructura hexagonal, la cual
13. 12
es la forma más común y análoga a la del
azufre plástico. Este alótropo exhibe
aspecto metálico, de hecho es un
semimetal y es fotoconductor.
El telurio es un metaloide sólido de color
gris plateado similar a la forma alotrópica
del selenio gris, pero con un carácter más
metálico.
Y finalmente el polonio, el cual es un
metaloide altamente radiactivo, con una químicaequivalente al telurio y al bismuto.
Este elemento muestra dos alótropos:el cúbico simple y el romboédrico,enlos que
cada átomo está directamente rodeado por seis vecinos a distancias iguales
(d0=355pm). Ambos alótropos tienen carácter metálico.
Propiedades químicas
Los elementos delgrupo 16 ostentanalgunas propiedadesquímicas similares,entre
estas tenemos:
No reaccionan con el agua.
No reaccionan con las bases a excepción del azufre.
Reaccionan con el ácido nítrico concentrado, excepto el oxígeno.
Forman óxidos, sulfuros, seleniuros y telururos con los metales, y dicha
estabilidad se ve reducida desde el oxígeno al teluro.
Con el oxígeno componen dióxidos que con agua originan oxoácidos. El
carácter ácido de los oxoácidos disminuye a medida que se desciende en el
grupo.
Los calcogenuros de hidrógeno son todos débiles en disolución acuosa y su
carácter ácido aumenta a medida que se desciende en el grupo.
Las combinaciones hidrogenadas de estos elementos (excepto el agua) son
gases tóxicos de olor desagradable.
Ubicación del grupo 16 en la tabla periódica
14. 13
7A HALOGENOS
Los halógenos son los elementos químicos que forman el grupo 17 (XVII A,
utilizado anteriormente) o grupo VII A de la tabla
periódica:flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (I), astato (At) y téneso (Ts). Este
último también está en los metales del bloque f.
En estado natural se encuentran como moléculas diatómicas químicamente activas
[X2]. Para llenar por completo su último nivel energético (s2
p5
) necesitan
un electrón más, por lo que tienen tendencia a formar un ion mononegativo, X-
.
Este ion se denomina haluro; las sales que lo contienen se conocen como haluros.
Poseen una electronegatividad ≥ 2,5 según la escala de Pauling, presentando el
flúor la mayor electronegatividad, y disminuyendo ésta al bajar en el grupo. Son
elementos oxidantes (disminuyendo esta característica al bajar en el grupo), y el
flúor es capaz de llevar a la mayor parte de los elementos al mayor estado de
oxidación.
Muchos compuestos orgánicos sintéticos, y algunos naturales,y que contienen
halógenos;a estos compuestosse les llama compuestos halogenados.Lahormona
tiroidea contiene átomos de yodo. Los cloruros tienen un papel importante en el
funcionamiento del cerebro mediante la acción del neurotransmisor inhibidor de
la transmisión GABA (ácido gamma-amino butírico)...
Algunos compuestos presentan propiedades similares a las de los halógenos, por
lo que reciben el nombre de pseudohalógenos.Puede existir el pseudohalogenuro,
pero no el pseudohalógeno correspondiente. Algunos
pseudohalogenuros: cianuro (CN-
), tiocianato (SCN-
), fulminato (CNO-
), etcétera.
Los fenicios y los griegos de la antigüedad utilizaron la sal común para la
conservación de alimentos, especialmente en la salazón del pescado.
Características
Los halógenos muestran tendencias en su energía de enlace de arriba abajo en la
tabla periódicacon fluoruro mostrando una desviaciónmínima. Muestran tener una
15. 14
energía de enlace fuerte con otros átomos pero interacciones débiles con la
molécula diatómicade F2. Lo cual significa que a medidaen que se desciendeenla
tabla periódica la reactividad del elemento disminuye por el aumento en el tamaño
del átomo.1
Los halógenos son altamente reactivos, por lo que pueden ser dañinos para
organismos biológicos en suficientes cantidades. Su alta reactividad se debe a la
alta electronegatividad que sus átomos presentan por sus cargas nucleares
altamente efectivas. Los halógenos tienen 7 electrones de valencia en su capa de
energía externa por lo que al reaccionar con otro elemento satisfacen la regla del
octeto. Fluoruro es el más reactivo de los elementos, ataca a materiales inertes
como elvidrio y formacompuestosconlos gases noblesinertes.Es ungas corrosivo
y altamente tóxico.
Compuestos
Los halógenos forman moléculas diatómicas homonucleares (no comprobado con
ástato). Debido a sus fuerzas intermoleculares relativamente débiles el cloro y el
fluór forman parte del grupo de “gases elementales”.
Entre los compuestos formados por halógenos se encuentran los haluros de
hidrógeno, haluros metálicos, interhalógenos.
Aplicaciones
Aparte de las ya citadas lámparas halógenas, existenmuchas otras aplicaciones de
los halógenos.
Los derivados del flúor tienen una notable importancia en el ámbito de la industria.
Entre ellos destacan los hidrocarburos fluorados, como el anticongelante freóny la
resina teflón, lubricante de notables propiedades mecánicas.
El cloro encuentra su principal aplicación como agente de blanqueo en las
industrias papelera y textil. Así mismo, se emplea en la esterilización del agua
potable y de las piscinas, y en las industrias de colorantes, medicamentos y
desinfectantes.
Los bromuros actúan médicamente como sedantes,y el bromuro de plata se utiliza
como un elemento fundamental en las placas fotográficas.El yodo, cuya presencia
en el organismo humano resulta esencial y cuyo defecto produce bocio,se emplea
como antiséptico en caso de heridas y quemaduras.
16. 15
Toxicidad:
Los Halógenos tienden a disminuir en toxicidad hacia los halógenos más pesados.
El gas de fluór es extremadamente tóxico, en concentraciones de 0.1% es letal en
minutos. El ácido hidrofluorhidrico también es tóxico, es capaz de penetrar la piel y
causar quemaduras muy profundas y dolorosas. Además los aniones de fluoruro
son tóxicos sin llegar a la toxicidad del fluór puro, el cual es letal alrededor de 5 a
10 gramos. Su consumo prolongado a concentraciones de 1.5 mg/L está asociado
a la fluorosis dental, una anomalía en la cavidad oral.16
A concentraciones mayores
a 4mg/L aumenta el riesgo de desarrollar fluorosis ósea, endurecimiento de los
huesos. Los niveles recomendados actualmente de floración del agua potable van
de 0.7 a 1.2 mg/L para evitar efectos adversos del fluór sin desperdiciar sus
beneficios. Personas con niveles entre los normales y los requeridos para
desarrollar fluorosis ósea tienden a desarrollar síntomas parecidos a la artritis.
El gas de cloro es altamente tóxico. Al inhalarlo a concentraciones de 3 partes por
millón ocurre una reacción tóxica de forma inmediata. Inhalarlo a 50 partes por
millón es extremadamente peligroso ysise llega a inhalar a concentraciones de 500
partes por millón por tan solo unos cuantos minutos es letal.15
El ácido clorhídrico
es un químico peligroso.
