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La fisica y quimica

22.10: Los otros elementos del Grupo 14: Si, Ge, Sn y Pb

                 

 

Objetivos de aprendizaje

 

  • Comprender las tendencias en propiedades y reactividad de los elementos del grupo 14.
  •  

 

 

Los óxidos y sulfuros de estaño y plomo se reducen fácilmente al metal al calentarlos con carbón, un descubrimiento que debe haber ocurrido por accidente cuando los humanos prehistóricos usaron rocas que contenían sus minerales para un fuego de cocina. Sin embargo, debido a que los minerales de estaño y cobre a menudo se encuentran juntos en la naturaleza, su aleación, el bronce, probablemente se descubrió antes de cualquier elemento, un descubrimiento que condujo a la Edad del Bronce. El elemento más pesado del grupo 14, el plomo, es un metal tan blando y maleable que los antiguos romanos usaban láminas de plomo delgadas como tabletas de escritura, así como utensilios de cocina de plomo y tuberías de plomo para la plomería. (Recuerde que los símbolos atómicos para el estaño y el plomo provienen de sus nombres latinos: Sn para stannum y Pb para plumbum.)

 

Aunque los primeros vasos se prepararon a partir de sílice (óxido de silicio, SiO 2 ) alrededor de 1500 a. C., el silicio elemental no se preparó hasta 1824 debido a su alta afinidad por el oxígeno. Jöns Jakob Berzelius finalmente pudo obtener silicio amorfo reduciendo Na 2 SiF 6 con potasio fundido. El elemento cristalino, que tiene un brillo azul grisáceo brillante, no se aisló hasta 30 años después. El último miembro del grupo de 14 elementos que se descubrió fue el germanio, que fue encontrado en 1886 en un mineral plateado recién descubierto por el químico alemán Clemens Winkler, quien nombró el elemento en honor a su país natal.

 

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Figura ( PageIndex {1} ): Los grandes cristales individuales de silicio altamente purificado son la base de la industria electrónica moderna. Se cortan en obleas muy finas que están muy pulidas y luego se cortan en trozos más pequeños para usarlas como astillas.

 

Preparación y propiedades generales de los elementos del Grupo 14

 

La abundancia natural de los elementos del grupo 14 varía enormemente. Aunque el oxígeno es el elemento más abundante en la Tierra, el siguiente más abundante es el silicio, el siguiente miembro del grupo 14. El silicio puro se obtiene haciendo reaccionar silicio impuro con Cl 2 para dar SiCl 4 [19459012 ], seguido de la destilación fraccionada del SiCl impuro 4 y reducción con H 2 :

 

[ mathrm {SiCl_4 (l)} + mathrm {2H_2 (g)} xrightarrow { Delta} mathrm {Si (s)} + mathrm {4HCl (g)} label {3} ]

 

Varios millones de toneladas de silicio se producen anualmente con este método. Las cantidades residuales de hidrógeno que contienen silicio amorfo se usan en dispositivos fotovoltaicos que convierten la luz en electricidad, y las celdas solares a base de silicio se usan para alimentar calculadoras de bolsillo, barcos y señales de carretera, donde el acceso a la electricidad por métodos convencionales es difícil o costoso. El silicio y el germanio ultrapuros constituyen la base de la industria electrónica moderna (Figura ( PageIndex {1} )).

 

A diferencia del silicio, las concentraciones de germanio y estaño en la corteza terrestre son solo de 1 a 2 ppm. La concentración de plomo, que es el producto final de la desintegración nuclear de muchos radionucleidos, es de 13 ppm, lo que hace que el plomo sea, con mucho, el elemento más abundante del grupo pesado 14. No se conocen minerales concentrados de germanio; Al igual que el indio, el germanio generalmente se recupera de los polvos de combustión obtenidos al procesar los minerales de metales como el zinc. Debido a que el germanio es esencialmente transparente a la radiación infrarroja, se usa en dispositivos ópticos.

 

El estaño y el plomo son metales blandos que son demasiado débiles para aplicaciones estructurales, pero como el estaño es flexible, resistente a la corrosión y no tóxico, se usa como recubrimiento en el envasado de alimentos. Una “lata”, por ejemplo, es en realidad una lata de acero cuyo interior está recubierto con una capa delgada (1–2 µm) de estaño metálico. El estaño también se usa en imanes superconductores y aleaciones de bajo punto de fusión, como soldadura y peltre. El plomo puro se obtiene calentando galena (PbS) en aire y reduciendo el óxido (PbO) al metal con carbono, seguido de deposición electrolítica para aumentar la pureza:

 

[ mathrm {PbS (s)} + frac {3} {2} mathrm {O_2 (g)} xrightarrow { Delta} mathrm {PbO (s)} + mathrm {SO_2 ( g)} label { ( PageIndex {4} )} ]

 

[ mathrm {PbO (s)} + mathrm {C (s)} xrightarrow { Delta} mathrm {Pb (l)} + mathrm {CO (g)} label { ( PageIndex {5} )} ]

 

o

 

[ mathrm {PbO (s)} + mathrm {CO (g)} xrightarrow { Delta} mathrm {Pb (l)} + mathrm {CO_2 (g)} label { ( PageIndex {6} )} ]

 

Con mucho, el uso más grande de plomo es en las baterías de almacenamiento de plomo. Todos los elementos del grupo 14 tienen ns 2 np 2 configuraciones de electrones de valencia. Todos forman compuestos en los que pierden formalmente los dos electrones de valencia np y los dos ns o solo los dos electrones de valencia np, dando un estado de oxidación +4 o +2, respectivamente. Debido a que los enlaces covalentes disminuyen en fuerza con el aumento del tamaño atómico y las energías de ionización para los elementos más pesados ​​del grupo son más altas de lo esperado debido a un mayor Z eff , la estabilidad relativa del estado de oxidación +2 aumenta suavemente desde Carbono a plomo.

 

 

La estabilidad relativa del estado de oxidación +2 aumenta, y la tendencia a formar compuestos catecados disminuye, de carbono a plomo en el grupo 14.

 

 

Recuerde que muchos compuestos de carbono contienen enlaces múltiples formados por la superposición π de orbitales 2p ocupados individualmente en átomos adyacentes. Sin embargo, los compuestos de silicio, germanio, estaño y plomo con la misma estequiometría que los del carbono tienden a tener diferentes estructuras y propiedades. Por ejemplo, CO 2 es un gas que contiene moléculas discretas de O = C = O, mientras que la forma más común de SiO 2 es el sólido de alto punto de fusión conocido como cuarzo, el principal componente de arena. En lugar de moléculas discretas de SiO 2 , el cuarzo contiene una red tridimensional de átomos de silicio que es similar a la estructura del diamante pero con un átomo de oxígeno insertado entre cada par de átomos de silicio. Por lo tanto, cada átomo de silicio se une a otros cuatro átomos de silicio al unir los átomos de oxígeno.

 

La tendencia a catear, a formar cadenas de átomos similares, disminuye rápidamente a medida que bajamos el grupo 14 porque las energías de enlace para los enlaces E – E y E – H disminuyen al aumentar el número atómico (donde E es cualquier elemento del grupo 14 ) En consecuencia, la inserción de un grupo CH 2 en un hidrocarburo lineal como el n-hexano es exergónico (ΔG ° = −45 kJ / mol), mientras que la inserción de un grupo SiH 2 en el silicio análogo de n-hexano (Si 6 H 14 ) realmente cuesta energía (ΔG ° ≈ +25 kJ / mol). Como resultado de esta tendencia, la estabilidad térmica de los compuestos cateados disminuye rápidamente del carbono al plomo.

 

En la Tabla ( PageIndex {1} ) vemos, una vez más, que hay una gran diferencia entre el elemento más ligero (C) y los otros en tamaño, energía de ionización y electronegatividad. Como en el grupo 13, el segundo y el tercer elemento (Si y Ge) son similares, y hay una inversión en las tendencias de algunas propiedades, como la energía de ionización, entre el cuarto y el quinto elemento (Sn y Pb). En cuanto al grupo 13, estos efectos pueden explicarse por la presencia de subcapas llenas (n – 1) d y (n – 2) f, cuyos electrones son relativamente pobres para detectar los electrones más externos de la carga nuclear más alta.

 

 

Tabla ( PageIndex {1} ): Propiedades seleccionadas de los elementos del Grupo 14
Propiedad Carbono Silicio Germanio Estaño Plomo
* La configuración que se muestra no incluye subcapas d y f rellenas.
Los valores citados son para iones +4 de seis coordenadas en el estado de oxidación más común, excepto C 4 + y Si 4 + , para los cuales se estiman los valores para el ion de cuatro coordenadas.
X es Cl, Br o I. La reacción con F 2 da los tetrafluoruros (EF 4 ) para todos los elementos del grupo 14, donde E representa cualquier elemento del grupo 14.
símbolo atómico C Si Ge Sn Pb
número atómico 6 14 32 50 82
masa atómica (amu) 12.01 28.09 72,64 118,71 207,2
configuración electrónica de valencia * 2s 2 2p 2 3s 2 3p 2 4s 2 4p 2 5s 2 5p 2 6s 2 6p 2
punto de fusión / punto de ebullición (° C) 4489 (a 10.3 MPa) / 3825 1414/3265 939/2833 232/2602 327/1749
densidad (g / cm 3 ) a 25 ° C 2.2 (grafito), 3.51 (diamante) 2,33 5,32 7.27 (blanco) 11.30
radio atómico (pm) 77 (diamante) 111 125 145 154
primera energía de ionización (kJ / mol) 1087 787 762 709 716
estado de oxidación más común +4 +4 +4 +4 +4
radio iónico (pm) ≈29 ≈40 53 69 77,5
afinidad electrónica (kJ / mol) −122 −134 −119 −107 −35
electronegatividad 2,6 1,9 2,0 2,0 1,8
potencial de reducción estándar (E °, V) (para EO 2 → E en solución ácida) 0,21 −0,86 −0,18 −0,12 0,79
producto de reacción con O 2 CO 2 , CO SiO 2 GeO 2 SnO 2 PbO
tipo de óxido ácido (CO 2 ) ácido neutro (CO) anfótero anfótero anfótero
producto de reacción con N 2 ninguno Si 3 N 4 ninguno Sn 3 N 4 ninguno
producto de reacción con X 2 CX 4 SiX 4 GeX 4 SnX 4 PbX 2
producto de reacción con H 2 CH 4 ninguno ninguno ninguno ninguno

 

 

Los elementos del grupo 14 siguen el mismo patrón que los elementos del grupo 13 en sus propiedades periódicas.

 

 

Reacciones y compuestos de los elementos del Grupo 14 más pesados ​​

 

Aunque el silicio, el germanio, el estaño y el plomo en sus estados de oxidación +4 a menudo forman compuestos binarios con la misma estequiometría que el carbono, las estructuras y propiedades de estos compuestos suelen ser significativamente diferentes de las de los análogos de carbono. El silicio y el germanio son semiconductores con estructuras análogas al diamante. El estaño tiene dos alótropos comunes: el estaño blanco (β) tiene una red metálica y propiedades metálicas, mientras que el estaño gris (α) tiene una estructura similar a un diamante y es un semiconductor. La forma β metálica es estable por encima de 13,2 ° C, y la forma α no metálica es estable por debajo de 13,2 ° C. El plomo es el único elemento del grupo 14 que es metálico en estructura y propiedades en todas las condiciones.

 

Video ( PageIndex {1} ) : Tiempo de reacción de la plaga de estaño.

 

Según su posición en la tabla periódica, esperamos que el silicio sea anfótero. De hecho, se disuelve en una base acuosa fuerte para producir hidrógeno gaseoso y soluciones de silicatos, pero el único ácido acuoso con el que reacciona es el ácido fluorhídrico, presumiblemente debido a la formación del SiF estable 6 2− ion. El germanio es más metálico en su comportamiento que el silicio. Por ejemplo, se disuelve en ácidos oxidantes calientes, como HNO 3 y H 2 SO 4 , pero en ausencia de un oxidante, no se disuelve en base acuosa Aunque el estaño tiene un carácter aún más metálico que el germanio, el plomo es el único elemento en el grupo que se comporta puramente como un metal. Los ácidos no lo atacan fácilmente porque el sólido adquiere una capa externa protectora delgada de una sal Pb 2 + , como PbSO 4 .

 

Todos los dicloruros del grupo 14 son conocidos, y su estabilidad aumenta dramáticamente a medida que aumenta el número atómico del átomo central. Por lo tanto, CCl 2 es diclorocarbeno, un producto intermedio altamente reactivo y de corta duración que puede prepararse en solución pero no puede aislarse en forma pura utilizando técnicas estándar; SiCl 2 puede aislarse a temperaturas muy bajas, pero se descompone rápidamente por encima de -150 ° C, y GeCl 2 es relativamente estable a temperaturas inferiores a 20 ° C. En contraste, SnCl 2 es un sólido polimérico que es indefinidamente estable a temperatura ambiente, mientras que PbCl 2 es un sólido cristalino insoluble con una estructura similar a la del SnCl 2 [ 19459012].

 

 

La estabilidad de los dicloruros del grupo 14 aumenta dramáticamente de carbono a plomo.

 

 

Aunque los primeros cuatro elementos del grupo 14 forman tetrahaluros (MX 4 ) con todos los halógenos, solo el flúor puede oxidar el plomo al estado de oxidación +4, dando PbF 4 [19459012 ] Los tetrahaluros de silicio y germanio reaccionan rápidamente con agua para dar óxidos anfóteros (donde M es Si o Ge):

 

[MX_ {4 (s, l)} + 2H_2O _ {(l)} rightarrow MO_ {2 (s)} + 4HX _ {(aq)} label {1} ​​]

 

En contraste, los tetrahaluros de estaño y plomo reaccionan con agua para dar iones metálicos hidratados. Debido a la estabilidad de su estado de oxidación +2, el plomo reacciona con oxígeno o azufre para formar PbO o PbS, respectivamente, mientras que calienta los otros elementos del grupo 14 con exceso de O 2 o S 8 [19459012 ] da los dióxidos o disulfuros correspondientes, respectivamente. Los dióxidos de los elementos del grupo 14 se vuelven cada vez más básicos a medida que avanzamos por el grupo.

 

 

Los dióxidos de los elementos del grupo 14 se vuelven cada vez más básicos en el grupo.

 

 

Debido a que el enlace Si – O es aún más fuerte que el enlace C – O (~ 452 kJ / mol versus ~ 358 kJ / mol), el silicio tiene una fuerte afinidad por el oxígeno. Las fuerzas relativas de los enlaces C – O y Si – O contradicen la generalización de que las fuerzas de enlace disminuyen a medida que los átomos unidos se hacen más grandes. Esto se debe a que hasta ahora hemos asumido que un enlace único formal entre dos átomos siempre se puede describir en términos de un solo par de electrones compartidos. Sin embargo, en el caso de los enlaces Si – O, la presencia de orbitales d vacíos de energía relativamente baja en Si y pares de electrones no enlazantes en los orbitales híbridos p o sp n O produce un enlace π parcial (Figura ( PageIndex {3} )). Debido a su carácter de doble enlace π parcial, el enlace Si – O es significativamente más fuerte y más corto de lo que se esperaría. Una interacción similar con el oxígeno también es una característica importante de la química de los elementos que siguen al silicio en el tercer período (P, S y Cl). Debido a que el enlace Si-O es inusualmente fuerte, los compuestos de silicio-oxígeno dominan la química del silicio.

 

22.7.jpg
Figura ( PageIndex {3} ): ( pi ) Enlace entre silicio y oxígeno. El silicio tiene orbitales 3d vacíos de energía relativamente baja que pueden interactuar con orbitales híbridos 2p llenos de oxígeno. Esta interacción da como resultado un enlace π parcial en el que ambos electrones son suministrados por el oxígeno, lo que le da al enlace Si-O un carácter de enlace doble parcial y lo hace significativamente más fuerte (y más corto) de lo esperado para un enlace simple.

 

 

Debido a que los enlaces silicio-oxígeno son inusualmente fuertes, los compuestos silicio-oxígeno dominan la química del silicio.

 

 

Los compuestos con aniones que contienen solo silicio y oxígeno se denominan silicatos, cuyo componente básico es el SiO 4 4− unidad:

 

SiO44−.jpg

 

El número de átomos de oxígeno compartidos entre los átomos de silicio y la forma en que se unen las unidades varían considerablemente en los diferentes silicatos. La conversión de uno de los átomos de oxígeno de terminal a puente genera cadenas de silicatos, mientras que la conversión de dos átomos de oxígeno de terminal a puente genera cadenas dobles. En contraste, convertir tres o cuatro oxígenos en puentes genera una variedad de estructuras complejas en capas y tridimensionales, respectivamente.

 

silicate structures.jpg
Figura ( PageIndex {4} )). Debido a que los cationes en las zeolitas se intercambian fácilmente, las zeolitas se usan en detergentes para la ropa como agentes suavizantes de agua: los iones de Na + más sueltos dentro de las cavidades de zeolita son desplazados por el Mg 2 más cargado + y Ca 2 + iones presentes en agua dura, que se unen más fuertemente. Las zeolitas también se usan como catalizadores y para la purificación del agua.

 

22.8.jpg
Figura ( PageIndex {4} ): Las zeolitas son aluminosilicatos con grandes cavidades conectadas por canales. Las cavidades normalmente contienen cationes hidratados que se unen libremente a los átomos de oxígeno del marco cargado negativamente por interacciones electrostáticas. Los tamaños y disposiciones de los canales y cavidades difieren en los diferentes tipos de zeolitas. Por ejemplo, en la zeolita A, las jaulas de aluminosilicato están dispuestas de forma cúbica, y los canales que conectan las cavidades se cruzan en ángulo recto. Por el contrario, las cavidades en la faujasita son mucho más grandes y los canales se cruzan en ángulos de 120 °. En estos modelos idealizados, se han omitido los átomos de oxígeno que conectan cada par de átomos de silicio.

 

El silicio y el germanio reaccionan con el nitrógeno a alta temperatura para formar nitruros (M 3 N 4 ):

 

[3Si _ {(l)} + 2N_ {2 (g)} rightarrow Si_3N_ {4 (s)} label {2} ]

 

El nitruro de silicio tiene propiedades que lo hacen adecuado para aplicaciones de ingeniería de alta temperatura: es fuerte, muy duro y químicamente inerte, y conserva estas propiedades a temperaturas de aproximadamente 1000 ° C.

 

Debido a la relación diagonal entre boro y silicio, los siliciuros metálicos y los boruros metálicos exhiben muchas similitudes. Aunque los siliciuros metálicos tienen estructuras que son tan complejas como las de los boruros y carburos metálicos, pocos siliciuros son estructuralmente similares a los boruros correspondientes debido al tamaño significativamente mayor de Si (radio atómico 111 pm versus 87 pm para B). Los siliciuros de metales activos, como Mg 2 Si, son compuestos iónicos que contienen el ion Si 4− . Reaccionan con ácido acuoso para formar hidruros de silicio tales como SiH 4 :

 

[Mg_2Si _ {(s)} + 4H ^ + _ {(aq)} rightarrow 2Mg ^ {2 +} _ {(aq)} + SiH_ {4 (g)} label {3A} ]

 

A diferencia del carbono, los hidruros de silicio catenado se vuelven termodinámicamente menos estables a medida que la cadena se alarga. Así, los silanos de cadena lineal y ramificada (análogos a los alcanos) se conocen hasta solo n = 10; los análogos de germanio (germanes) se conocen hasta n = 9. En contraste, el único hidruro de estaño conocido es SnH 4 , y se descompone lentamente en Sn y H elementales 2 en temperatura ambiente. El hidruro de plomo más simple (PbH 4 ) es tan inestable que los químicos ni siquiera están seguros de que exista. Debido a que los enlaces E = E y E≡E se debilitan con el aumento del número atómico (donde E es cualquier elemento del grupo 14), los análogos simples de silicio, germanio y estaño de alquenos, alquinos e hidrocarburos aromáticos son inestables (Si = Si y Ge = Ge) o desconocido. Por lo tanto, es probable que las formas de vida basadas en silicio se encuentren solo en la ciencia ficción.

 

 

La estabilidad de los hidruros del grupo 14 disminuye en el grupo, y los enlaces E = E y E≡E se debilitan.

 

 

Los únicos derivados orgánicos importantes del plomo son compuestos como el tetraetilo de plomo [(CH 3 CH 2 ) 4 Pb]. Debido a que el enlace Pb – C es débil, estos compuestos se descomponen a temperaturas relativamente bajas para producir radicales alquilo (R ·), que pueden usarse para controlar la velocidad de las reacciones de combustión. Durante 60 años, cientos de miles de toneladas de plomo se quemaron anualmente en motores de automóviles, produciendo una neblina de partículas de óxido de plomo a lo largo de las carreteras que constituyeron un problema de salud pública potencialmente grave. El uso de convertidores catalíticos redujo la cantidad de monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno e hidrocarburos liberados a la atmósfera a través de los escapes de los automóviles, pero no hizo nada para disminuir las emisiones de plomo. Sin embargo, debido a que el plomo envenena los convertidores catalíticos, su uso como aditivo de gasolina ha sido prohibido en la mayor parte del mundo.

 

22.9.jpg
Figura ( PageIndex {5} ) Las siliconas son polímeros con cadenas largas de átomos de silicio y oxígeno alternos. La estructura de un polímero de silicona lineal es similar a la del cuarzo, pero dos de los átomos de oxígeno unidos a cada átomo de silicio son reemplazados por átomos de carbono de grupos orgánicos, como los grupos metilo (–CH 3 ) que se muestra aquí. Los átomos de silicio terminales están unidos a tres grupos metilo. Las siliconas pueden ser aceitosas, cerosas, flexibles o elásticas, dependiendo de la longitud de la cadena, el grado de reticulación entre las cadenas y el tipo de grupo orgánico.

 

Los compuestos que contienen enlaces Si – C y Si – O son estables e importantes. Los polímeros de alta masa molecular llamados siliconas contienen una cadena principal (Si – O–) n con grupos orgánicos unidos a Si (Figura ( PageIndex {5} )). Las propiedades de las siliconas están determinadas por la longitud de la cadena, el tipo de grupo orgánico y el grado de reticulación entre las cadenas. Sin reticulación, las siliconas son ceras o aceites, pero la reticulación puede producir materiales flexibles utilizados en selladores, juntas, abrillantadores de automóviles, lubricantes e incluso materiales elásticos, como la sustancia plástica conocida como Masilla Silly.

 

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Un niño que juega con Silly Putty, un polímero de silicona con propiedades mecánicas inusuales. La presión suave hace que Silly Putty fluya o se estire, pero no se puede aplanar cuando se golpea con un martillo. Esto se llama un “fluido no newtoniano”

 

 

Ejemplo ( PageIndex {2} )

 

Para cada reacción, explica por qué se forman los productos dados.

 

  1. Pb (s) + Cl 2 (g) → PbCl 2 (s)
  2. Mg 2 Si (s) + 4H 2 O (l) → SiH 4 (g) + 2Mg (OH) 2 [ 19459012] (s)
  3. GeO 2 (s) + 4OH (aq) → GeO 4 4− (aq) + 2H [19459011 ] 2 O (l)
  4.  

 

Dado: ecuaciones químicas equilibradas

 

Preguntado: por qué se forman los productos

 

Estrategia:

 

Clasifica el tipo de reacción. Usando tendencias periódicas en las propiedades atómicas, termodinámica y cinética, explique por qué se forman los productos de reacción observados.

 

Solución:

 

  1. El plomo es un metal, y el cloro es un no metal que es un oxidante fuerte. Por lo tanto, podemos esperar que ocurra una reacción redox en la que el metal actúa como reductor. Aunque el plomo puede formar compuestos en los estados de oxidación +2 y +4, Pb 4 + es un oxidante potente (el efecto de par inerte). Como el plomo prefiere el estado de oxidación +2 y el cloro es un oxidante más débil que el flúor, esperamos que el producto sea PbCl 2 .
  2. Esta es la reacción del agua con un siliciuro metálico, que contiene formalmente el ion Si 4− . El agua puede actuar como un ácido o una base. Debido a que el otro compuesto es una base, esperamos que ocurra una reacción ácido-base en la cual el agua actúa como un ácido. Sin embargo, debido a que Mg 2 Si contiene Si en su estado de oxidación más bajo posible, también es posible una reacción de oxidación-reducción. Pero el agua es un oxidante relativamente débil, por lo que es más probable una reacción ácido-base. El ácido (H 2 O) transfiere un protón a la base (Si 4− ), que puede aceptar cuatro protones para formar SiH 4 . La transferencia de protones del agua produce el ion OH , que se combinará con Mg 2 + para dar hidróxido de magnesio.
  3. Esperamos que el dióxido de germanio (GeO 2 ) sea anfótero debido a la posición del germanio en la tabla periódica. Debe disolverse en una base acuosa fuerte para dar una especie aniónica análoga al silicato.
  4.  

 

 

 

Ejercicio ( PageIndex {2} )

 

Predice los productos de las reacciones y escribe una ecuación química equilibrada para cada reacción.

 

  1. PbO 2 (s) ( xrightarrow { Delta} )
  2. GeCl 4 (s) + H 2 O (l) →
  3. Sn (s) + HCl (aq) →
  4.  

 

Respuesta:

 

  1. ( mathrm {PbO_2 (s)} xrightarrow { Delta} mathrm {PbO (s)} + frac {1} {2} mathrm {O_2 (g)} )
  2. GeCl 4 (s) + 2H 2 O (l) → GeO 2 (s) + 4HCl (aq)
  3. Sn (s) + 2HCl (aq) → Sn 2 + (aq) + H 2 (g) + 2Cl – [ 19459023] (aq)
  4.  

 

 

Resumen

 

Los elementos del grupo 14 muestran la mayor diversidad en el comportamiento químico de cualquier grupo; las fuerzas de enlace covalente disminuyen con el aumento del tamaño atómico, y las energías de ionización son mayores de lo esperado, aumentando de C a Pb. Debido a que la fuerza de enlace covalente disminuye al aumentar el tamaño atómico y las energías de ionización mayores a las esperadas debido a un aumento en Z eff , la estabilidad del estado de oxidación +2 aumenta de carbono a plomo. La tendencia a formar múltiples enlaces y cateatos disminuye a medida que aumenta el número atómico. De acuerdo con las tendencias periódicas, el comportamiento metálico aumenta en el grupo. El silicio tiene una tremenda afinidad por el oxígeno debido a la unión parcial de Si-O π. Los dióxidos de los elementos del grupo 14 se vuelven cada vez más básicos en el grupo y su carácter metálico aumenta. Los silicatos contienen aniones que consisten solo en silicio y oxígeno. Los aluminosilicatos se forman al reemplazar algunos de los átomos de Si en los silicatos por átomos de Al; Los aluminosilicatos con estructuras estructurales tridimensionales se denominan zeolitas. Los nitruros formados por reacción de silicio o germanio con nitrógeno son fuertes, duros y químicamente inertes. Los hidruros se vuelven termodinámicamente menos estables en el grupo. Además, a medida que aumenta el tamaño atómico, los enlaces múltiples entre o hacia los elementos del grupo 14 se debilitan. Las siliconas, que contienen una cadena principal Si-O y enlaces Si-C, son polímeros de alta masa molecular cuyas propiedades dependen de sus composiciones.