QUÍMICA INORGÁNICA

Unidad VII: GRUPO DEL CARBONO

BIBLIOGRAFIA GENERAL • Atkins, P. ; Jones, L. (2006). “Principios de Química. Los caminos del descubrimiento”. Editorial Médica PANAMERICANA S. A. Argentina. • Atkins, P. ; Jones, L. (1998).”Química. Moléculas. Materia. Cambio”. Omega S.A. Barcelona. España. • Brown, T.; LeMay, H.; Bursten, B. (1998) ”Química la Ciencia Central”. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México. • Geoff Rayner-Canham.(2000) Química Inorgánica Descriptiva. Prentice-Hall. •Caterine E. Housecroft, A. G. Sharpe. (2006)., Química Inorgánica, Prentice -Hall, 2ª ed. • Petrucci, R. Harwood, W.(1999) Química General. Principios y Aplicaciones Modernas. Editorial Prentice Hall Iberia. • Whitten, K.W.; Gailey, K.D.; Davis, R.E.(1992) Química General. 3ra. Edición. México. Mc Graw-Hill Interamericana. • Shriver, D.F.; Atkins P.W.; Langford C.H. (1998) “Química Inorgánica” .Volumen I. Editorial Reverté S.A. • http://www.uv.es/~borrasj/docencia/apuntes/ • http://www.uclm.es/profesorado/afantinolo/Docencia/Inorganica/

Los dos primeros elementos de este grupo juegan un papel extraordinario: el C forma parte de todos los compuestos orgánicos (soporte de la vida) y el Si, en forma de silicatos, estructura la litosfera sobre la cual esta vida se asienta. En palabras del Prof. Atkins el carbono es uno de los elementos primordiales para la vida y la inteligencia mientras que Si (y Ge) lo son para la tecnología electrónica y la inteligencia artificial.

CARBONO

Estructura del diamante

En el diamante los enlaces entre los átomos de C son covalentes simples, cada par electrónico del enlace se halla ubicado en un OM  , por esta razón se dice que el par se halla localizado por que pertenece exclusivamente a los 2 átomos de C. La distribución espacial de los átomos de C hace que el diamante tenga estructura cristalina compacta.

Estructura del grafito

láminas hexagonales es un polímero bidimensional

el orbital  extendido o deslocalizado contribuye a la estabilidad del grafito

Diferencias entre el diamante y el grafito La longitud del enlace en el diamante (1,54 Å )es mayor, por que la longitud corresponde a un enlace covalente simple, en cambio, en el grafito la longitud del enlace es menor por que 2 átomos de C están unidos por una longitud correspondiente a un enlace covalente simple + 1/3 de doble enlace. El grafito es mas estable que el diamante, porque el enlace C-C tiene una menor energía debido a la existencia del orbital  deslocalizado.

El diamante es una sustancia dura por tener una estructura cristalina compacta debido a la distribución tetraédrica de los átomos, en cambio, el grafito es blando por estar formado por laminas hexagonales superpuestas, unidos por débiles fuerzas de van der Waals. Las láminas pueden deslizarse entre si, por esto al grafito se lo utiliza como lubricante.

El grafito conduce la corriente eléctrica debido a que al aplicarse una diferencia de potencial en el sentido de las laminas, los electrones ubicados en el OM pueden desplazarse como un flujo electrónico, en el sentido de las laminas, en cambio el diamante no conduce la corriente por que tiene pares electrónicos localizados entre los átomos de carbono.

Carburos son combinaciones binarias de C y un elemento de electronegatividad igual o inferior Clasificación: • carburos iónicos • carburos moleculares • carburos intersticiales (o metálicos).

CARBUROS IÓNICOS Los forman los elementos más electropositivos (alcalinos y alcalinotérreos) así como Cu, Ag, Au. Estas estructuras se pueden describir como empaquetamientos de cationes metálicos y aniones acetiluro. Se hidrolizan dando acetileno

Si en la descomposición de un carburo iónico por acción del agua se desprende gas metano el carburo es un metánido

Algunos elementos de los grupos IA, IIA, IIIA, como así también el Cu+, Ag+ y Zn2+ forman carburos metánidos.

Si en la reacción del carburo con el agua se desprende gas acetileno (C2H2) el carburo es un acetiluro.

CARBUROS INTERSTICIALES átomos de C en las cavidades octaédricas de las estructuras compactas de los metales de transición

CARBUROS COVALENTES Se forman cuando la electronegatividad del elemento es semejante a la del C (por ejemplo B o Si)

Carborundo: SiC

Compuestos oxigenados del carbono El C forma los siguientes óxidos: CO, CO2, C3O2. El subóxido de carbono, C3O2, es un gas lineal, inestable. ( O=C=C=C=O )

SILICIO

No se encuentra al estado libre

Se lo encuentra en forma combinada (silicatos y de sílice (SiO2). Los silicatos entran en la constitución de compuestos tales como la mica, arcilla, talco, granito, asbesto, feldespato. El Si al estado puro es un sólido color gris azulado brillante, con punto de fusión elevado , 1410°C. Desde un punto de vista químico se comporta como un no metal

Tiene propiedades semi-conductoras, por eso se lo usa en transistores. El Si es un polímero tridimensional, cada Si tiene una estructura tetraédrica , hibridación sp3 . El Si tiene una estructura similar a la del diamante.

Compuestos del silicio Hidruros : silanos

HALOSILANOS

En presencia de AlCl3 se puede reemplazar en forma controlada los H de los silanos por átomos de Cl o Br

HALOALQUILSILANOS

Por hidrólisis dan polímeros de elevada masa molecular denominados genéricamente SILICONAS.

OBTENCION DE SILICONAS

Propiedades de las siliconas Las siliconas tienen las siguientes propiedades: Se utilizan como aislantes por que no conducen la corriente eléctrica. Se utilizan como lubricante por que son resistentes al calor. Se utilizan en la impermeabilización de telas por que tienden a repeler el agua.

No reaccionan con los fluidos corporales por que tienen gran inercia fisiológica, por esto se usan en prótesis cardíacas, en tendones artificiales y en ciertos tratamientos estéticos.

COMPUESTOS OXIGENADOS

SiO2

polimorfismo

El cuarzo amorfo, es decir, el SiO2 impuro constituye la arena o sílice.

Cuarzo

Fórmula mínima del cuarzo: Si + 4 O . ½ = Si + 2 O = SiO2

Cada átomo de Si tiene hibridación sp3 El SiO2 no reacciona con el agua, en cambio, si es tratado con solución concentrada de NaOH, se produce la disolución lenta del SiO2 obteniéndose una mezcla de silicatos que en el comercio se vende con el nombre de vidrio soluble.

Oxoácidos: No han sido aislados. Sólo se los encuentra formando sales: metasilicatos, ortosilicatos, pirosilicatos

SILICATOS: clasificación

A. Silicatos de estructura finita tienen dimensiones definidas ( formula química ) I -ORTOSILICATOS: SiO44estructura tetraédrica.

II - PIROSILICATOS: Si2O76-

III- METASILICATOS o silicatos cíclicos

(SiO32-)n

con

n=3 y n=6

B. Silicatos de estructura infinita no tienen dimensiones definidas se repiten unidades de SiO4

I- PIROXENO Contienen cadenas de SiO32- paralelas entre si que se mantienen unidas por los cationes ubicados entre ellas

II- ANFÍBOLES: Se forma una cadena doble de aniones cuando los tetraedros alternos de dos cadenas simples comparten átomos de oxigeno

III- LAMINAS: Se forma una lamina infinita de aniones cuando gran numero de cadenas dobles ordenadas en un plano comparten átomos de oxigeno de los tetraedros alternos. Minerales: talco y mica

TRIDIMENSIONALES La característica de los silicatos tridimensionales es que algunos iones de Si4+ son reemplazados por Al3+. Debido a la estructura tridimensional, estos silicatos tienen estructura abierta por que existen huecos o conductos donde se ubican moléculas de agua y cationes. Dichos cationes pueden ser reemplazados con relativa facilidad . Entre estos tipos de silicatos están las zeolitas, las cuales también pueden ser preparadas sintéticamente, en este caso se denominan permutitas . También son ejemplos, los feldespatos que son los minerales mas comunes en la corteza terrestre, son duros y térmicamente estables.

Laboratorio: C

 CaCO + 2 HCl CO2 + H2O + CaCl2  3 equilibrio desplazado

se alcanza el K

Ps CO2 + H2O + Ca(OH)2   CaCO3  + 2 H2O