FAMÍLIA 14 – ANTIGA 4A

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macro photography of sparkling diamonds
Photo by Татьяна Чернышова🍒 on Pexels.com

AS FAMÍLIAS, NA QUÍMICA DA TABELA PERIÓDICA , SÃO CLASSIFICADAS DE ACORDO COM CERTAS PROPRIEDADES FÍSICAS E QUIMICAS. NÓS JÁ POSTAMOS POR AQUI AS TRÊS FAMÍLIAS ANTERIORES, DANDO A DEVIDA IMPORTÂNCIA PARA CADE ELEMENTO QUÍMICO, PARA QUE VOCÊ ENTENDA COMO ELES SÃO IMPORTANTES!!

família do carbono, grupo 14 ou família IVA, é a décima quarta coluna vertical da tabela periódica dos elementos químicos  e possui os seguintes representantes:

  • Carbono (C), número atômico 6;
  • Silício (Si), número atômico 14;
  • Germânio (Ge), número atômico 32;
  • Estanho (Sn), número atômico 50;
  • Chumbo (Pb), número atômico 82;
  • Fleróvio (Fl), número atômico 114;

Por tratar-se de uma das famílias A, a família do carbono apresenta apenas elementos representativos nome que é dado a qualquer elemento químico pertencente à família A.

CARACTERÍSTICAS

  • família do carbono apresenta um total de dois elementos ametais, que são o carbono e o silício;
  • O germânio é considerado um elemento semimetálico, porém com características mais próximas dos ametais;
  • Os elementos estanho, chumbo e fleróvio são METAIS ;
  • Os ametais apresentam maior caráter eletronegativo quando comparados com elementos à esquerda da tabela periódica, ou seja, elementos das famílias IA, IIA, IIIA, e B;
  • Os metais apresentam maior caráter eletropositivo quando comparados com os elementos das famílias VA, VIA, VIIA e VIIIA;
  • O fleróvio é elemento radioativo e artificial (transurânico). Os outros elementos da família do carbono são naturais e não radioativos;
  • Apresentam o subnível p como o mais energético, sempre com dois elétrons;
  • O subnível mais externo também é o p;
  • Possuem dois orbitais do subnível incompleto;
  • O número de níveis de energia variam de dois a sete;
  • O fleróvio é o elemento de maior raio atômico, maior eletropositividade e maior caráter metálico;
  • O carbono é o elemento mais eletronegativo.

CARBONO

Carbono – Wikipédia, a enciclopédia livre
carbono diamante e carbono grafite imagem: Wikipédia

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA:

Distribuição eletrônica do carbono
O carbono tem número atômico 6 e possui 4 elétrons na sua camada de valência, que também é a última camada – imagem: https://mundoeducacao.uol.com.br

Certamente o carbono é o elemento mais conhecido da Tabela Periódica. Sua importância e a quantidade de aplicações que parecem não ter fim.

Vamos entender algumas dessas maravilhas!

O carbono é um elemento não metálico, localizado no 2° período na família 14 (família do carbono), possui número atômico 6 e massa atômica aproximadamente igual a 12. Assim como outros elementos da mesma família, o carbono é tetravalente, ou seja, forma quatro ligações com outros elementos. Seu símbolo é C.

O carbono é um elemento indispensável para a manutenção da vida terrestre, pois está presente em todos os seres vivos e em diversos compostos naturais ou sintéticos que fazem parte do nosso cotidiano.

Por ter uma enorme facilidade de ligar-se quimicamente com outros elementos, podendo ser eles metálicos ou não, o carbono compõe uma gama enorme de compostos químicos, que vão desde estruturas complexas como o nosso DNA até substâncias mais simples, como uma simples molécula de gás carbônico.

carbono é um dos elementos mais versáteis que encontramos na natureza, em razão de sua larga aplicação industrial e, principalmente, pela presença em composições celulares e compostos naturais. Apesar da associação negativa com o aquecimento global, o carbono é o elemento-base da Química Orgânica, sendo responsável pela maioria dos compostos existentes na natureza.

ORIGEM

O carbono está presente, em maior parte, em compostos orgânicos, que são compostos derivados desse elemento, sejam eles naturais (como na composição de PROTEÍNAS, na estrutura do DNA nos minerais e ainda em combustíveis fósseis e nos biocombustíveis), sejam sintéticos (por exemplo, fibras sintéticas de tecidos, fármacos, plásticos, borracha etc.).

O carbono também aparece ligado ao oxigênio na composição do gás carbônico (CO2), presente na atmosfera e dissolvido na água. Apesar da associação negativa com o efeito estufa o carbono faz parte de ciclos vitais, como da fotossíntese e da respiração celular.

O carbono apresenta alótropos, que são substâncias simples diferentes formadas pelo mesmo elemento químico. Existem pelo menos sete alótropos do carbono. Os mais conhecidos e que aparecem com mais frequência no nosso cotidiano é a grafite (alfa e beta) e o diamante. Mas ainda existem os fulerenos e os nanotubos, que são materiais sintéticos feitos exclusivamente de carbono.

Diferença nas estruturas dos principais alótropos do carbono: grafite, diamante, fulereno e grafeno.
alótropos do carbono – imagem: https://mundoeducacao.uol.com.br

Devido à facilidade em formar compostos, o carbono possui várias utilizações, que vão desde usinas de produção de energia até a fabricação de joias. Na forma de combustíveis fósseis, o carbono é utilizado para abastecer máquinas em indústrias e usinas, além de abastecer meios de transporte.

Na metalurgia, o carbono é adicionado a ligas metálicas de aço. O isótopo C-14, por sua vez, é utilizado na datação de materiais orgânicos antigos encontrados em sítios arqueológicos.

Seus alótropos também possuem diversas utilizações: o diamante é utilizado na fabricação de joias e também em máquinas de corte devido à sua dureza. O grafite é utilizado na fabricação de lápis e objetos de escrita e na fabricação de eletrodos e de lubrificantes sólidos. Os nanotubos e fulerenos são objetos de estudos com o intuito de produção de novos materiais.

VEJA O QUE TEM DE CARBONO NO SEU AÇÚCAR:

SILÍCIO

Pedra mineral de carbeto de silício cartazes para a parede • posters  metálico, metal, multi-color | myloview.com.br
pedra mineral de carbeto de silício – imagem: myloveview

CONFIGURÇÃO ELETRÔNICA : O átomo Si possui distribuição eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2.

O silício é o elemento de número atômico 14, do terceiro período da família do carbono e, devido a isso, ele possui várias propriedades parecidas com o carbono. Por exemplo, ele é um sólido duro, cuja estrutura cristalina é parecida com a do diamante, que é formado somente por ligações entre carbonos. As suas reações químicas também são semelhantes às deste elemento.

Esse sólido possui cor cinza e um brilho metálico, sendo que seu nome vem de sílex ou silicis, que significa “pedra dura”.

Ele é muito abundante na natureza, no universo inteiro ele é o 7º mais abundante, ficando atrás dos seguintes elementos: hidrogênio, hélio, neônio, oxigênio, nitrogênio e carbono. Na crosta terrestre, ele é o segundo em maior quantidade (27,7%), perdendo apenas para o oxigênio.

Entretanto, ele nunca é encontrado naturalmente na forma isolada, ele sempre está combinado com algum outro elemento.

Ele está presente em praticamente toda areia, rocha, barro e solo. Pode ser encontrado também em todas as águas naturais, na atmosfera (como poeira), em muitas plantas e nos esqueletos, tecidos e fluidos orgânicos de alguns animais.

CARACTERÍSTICAS:

Quando está combinado com o oxigênio, ele forma a sílica (dióxido de silício – SiO2), e quando está combinado com o oxigênio e outros elementos, ele forma silicatos, sendo que os principais são o quartzo, asbestos, zeolita e mica. A sílica quase pura é conhecida como quartzo ou simplesmente cristal. Os quartzos de cor púrpura ou lilás são conhecidos como ametista, os cristais de coloração amarela são conhecidos como citrinos.

introducao_ao_vidro_e_sua_producao:elaboracao [Wikividros]
várias formas de sílica- imagem: Wikividros

USOS

Por possuir várias propriedades físico-químicas importantes, como alta resistência mecânica a altas temperaturas, ser isolante, flexível, resistir ao ataque de ácidos, bactérias, álcalis, etc., isso faz com que essa fibra seja utilizada na fabricação de telhas, tanques, em diversos produtos da construção civil e para isolar termicamente máquinas e equipamentos.

Em escala industrial, o silício é produzido pela reação do óxido com coque. Mas, para obter um silício ultrapuro, realiza-se a decomposição do silano (SiH4) ou de tetrahaletos de silício a altas temperaturas.

Esse silício ultrapuro é importante para a fabricação de semicondutores para uso em equipamentos eletrônicos, tais como:

Diodos: componente eletrônico que é um excelente condutor quando submetido à tensão no sentido direto, mas péssimo condutor quando submetido à tensão no sentido oposto;
Transistores: componente eletrônico que amplifica sinais elétricos;
Microprocessadores: componente eletrônico que interpreta um conjunto de instruções e realiza operações lógicas e matemáticas.
Com o silício puro é possível obter lâminas extremamente finas, que são utilizadas na produção de chips com dimensões cada vez menores, usados em circuitos integrados de computadores e outros.

O silício forma também polímeros de condensação semelhantes aos formados pelo carbono. Um dos polímeros de silício mais usados é o silicone : brinquedos, bicos de mamadeiras, toucas de natação, polidores de carro, borrachas de alta resistência, plásticos para equipamentos cirúrgicos, colas de silicone para vedação, próteses usadas para implantes em cirurgias plásticas, dentre outros.

A principal matéria-prima do vidro é a sílica ou dióxido de silício (SiO), que está presente na areia. Mas nas fábricas costuma-se utilizar outra forma cristalina do dióxido de silício, que é o quartzo.

FABRICAÇÃO DO VIDRO:

GERMÂNIO

Germânio onde é encontrado e aplicado? - Clube da Química
germânio – imagem : Clube da Química

germânio (símbolo Ge) é hoje considerado um metal: ocupando a terceira posição do grupo 14 (mesmo do carbono e silício), possui número atômico igual a 32 e massa atômica ponderada aproximadamente igual a 72,6 uma (unidades de massa atômica).

Nas condições ambiente é sólido, duro (dessa forma, quebradiço), de brilho intenso e coloração branco-acinzentada. E, na natureza (assim como outros metais) praticamente não é encontrado sob forma elementar, mas como componente de minérios complexos (a germanita, e a ranierita. E obtido como subproduto do processamento de minerais de zinco, de cobre e do carvão. A principal substância em que se encontra presente é o dióxido de germânio (Ge02).

CARACTERÍSTICAS

Apresenta estrutura cristalina semelhante ao do diamante (cúbica) quando em estado natural (apenas átomos de germânio).

Caracteriza-se como um semicondutor (sendo, inclusive, empregado na produção de circuitos integrados) e pode ser considerado um bom condutor de calor (é 30% menos eficiente que o ferro, mas é 70 vezes mais condutor que o vidro ou 100 vezes que a água). Os valores respectivos de ponto de fusão e ebulição são 938°C e 2832°C.

DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA: O átomo Ge possui distribuição eletrônica 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4 s2 3 d10 4 p2. Família 4 ou 14 – com 4 elétrons na camada de valência .

USOS

As aplicações do germânio estão limitadas ao seu alto custo e, em muitos casos, estuda -se sua substituição por materiais mais econômicos. Atualmente, o germânio é usado:

  • Em fibras ópticas.
  • Na eletrônica – radares, amplificadores de guitarras elétricas e ligas metálicas de SiGe em circuitos integrados de alta velocidade.
  • Na óptica de infravermelhos – espectroscópios, sistemas de visão noturna e outros equipamentos.
  • Em lentes com alto índice de refração, de ângulo amplo e para microscópios.
  • Em joias, em uma liga metálica de ouro com 12% de germânio.
  • Como elemento endurecedor do alumínio, do magnésio e do estanho.
  • Em quimioterapia.
  • Na fabricação de ligas com berílio, para aumentar a ductilidade deste elemento, ou com cobre, para melhorar a resistência química do cobre.
  • Como óxido (Ge02), o germânio é um importante constituinte de vidros industriais com elevada transmissão de infravermelho.
  • Ligas de germânio, nióbio e alumínio são empregadas na fabricação de ímãs. Uma liga de germânio com silício vem encontrando aplicações em circuitos integrados de alta velocidade.
  • O germânio desempenhou um papel vital no desenvolvimento da tecnologia, a partir da descoberta do transistor, em 1948.
  • Os primeiros transistores usavam germânio como semicondutor

ESTANHO

Estanho - Elemento Químico Estanho (Sn) - InfoEscola
Estanho imagem: Infoescola

O estanho é um metal representativo da tabela periódica, de massa atômica igual a 118,7 u e número atômico 50. Possui 4 elétrons na camada de valência, portanto é do mesmo grupo do carbono. Em sua forma metálica, tem coloração branca prateada com leve tonalidade amarela. Seu símbolo é Sn. Na natureza, é encontrado principalmente no mineral “cassiterita”, com composição SnO2, de onde é extraído pela redução desse minério em alto forno com carvão.

CARACTERÍSTICAS

  • Possui distribuição eletrônica, conforme o diagrama de Linus Pauling, de 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p2;
  • Seu ponto de fusão é de 231,85 °C e o de ebulição é de 2601,85 °C;
  • Tem duas formas alotrópicas principais, o estanho branco e o estanho cinza, sendo a forma branca a mais comum, visto que acontece em temperaturas acima de 13 °C;
  • Sua densidade é de 7,31 g/mL;
  • Os estados de oxidação mais comuns são o +2 e +4, sendo o último o mais estável de todos;
  • Tem dureza baixa, de 1,5 na escala de Mohs, que vai até 10, sendo que valores mais altos indicam materiais extremamente resistentes (como o diamante que tem a maior dureza, de 10 Mohs).

Além disso, o estanho é o elemento químico que possui o maior número de isótopos estáveis, com um total de 10 isótopos. Porém, ao considerar os que não são estáveis, o Sn apresenta ao todo 28 isótopos. 

USOS

Latas de alimento
Latas revestidas com estanho – imagem: brasilescola.uol.com.br

 No recobrimento de outros metais para prevenir desgaste e corrosão; tais como em latas ou aços
– em ligas metálicas; principalmente com aplicação em soldagem por conferir um baixo ponto de fusão estes materiais
– na produção de vidros; que são feitos planos pela flutuação em estanho líquido
– sais de estanho podem ser aplicados em vidro para tornar a superfície condutora
– óxido de estanho (IV) é usado em cerâmica e sensores de gases
– estanato de zinco é um retardador de chama que pode ser usado em plásticos
– alguns compostos com zinco foram usados em composições de tintas para evitar incrustação de animais marinhos em navios e estruturas no mar; a toxicidade do composto afeta a biodiversidade e por isso este tipo de uso foi banido na maioria dos países
– uma liga cristalina de estanho-nióbio é supercondutora em baixas temperaturas
– o cloreto (SnCl2.H2O) é usado como agente redutor e tem uso como mordente em colorações de tecidos (chitas)
– camadas de óxido de índio e estanho são transparentes e condutoras; com principal aplicação em telas de toque em celulares e tablets
– fluoreto de estanho (II) é adicionado em alguns produtos odontológicos

Outra utilização do estanho é em soldas. Isso porque o estanho possui um baixo ponto de fusão e uma boa tendência em formar ligas com outros metais, algo que aumenta a demanda do metal, já que é utilizado na soldagem de dispositivos eletrônicos.

A utilização do estanho vem se tornando cada vez mais diversa também. Hoje é possível utilizar o metal na fabricação de tintas anti-incrustantes, como catalisador, na fabricação de painéis de celulares, computadores e televisores sensíveis ao toque. Os compostos conhecidos como organoestânicos são também agentes biocidas, ou seja, atuam como antimicrobianos, antitumorais, antifúngicos, antimaláricos e anti-inflamatórios.

CHUMBO

O perigo do chumbo nas operações de soldagem – Avatec
Chumbo imagem: Avatec

Chumbo é um elemento químico pertencente ao grupo 14 da tabela periódica, o grupo do carbono. Encontra-se no sexto período, possui massa atômica 207,21 u.a, número atômico 82 e é um METAL REPRESENTATIVO. Possui símbolo químico Pb devido à seu nome do latim, plumbum.

CARACTERÍSTICAS

O chumbo é um metal muito versátil pela sua maleabilidade, ductilidade, dureza e resistência à oxidação; é, no entanto, um metal tóxico e bioacumulativo, considerado um contaminante ambiental, além de ser ofensivo à saúde humana.

O chumbo é um metal pesado, com baixa dureza, por isso, sendo fácil de ser manipulado (maleável), não é um bom condutor de eletricidade. É um elemento anfótero, ou seja, reage em meio ácido e básico, possui resistência à corrosão dos ácidos clorídrico e sulfúrico diluídos, mas se dissolve em ácido nítrico, e, ainda, reage com o ácido acético, não sendo, portanto, indicado para fabricação de utensílios de uso culinário.

Em condições normais de temperatura e pressão, o chumbo possui aspecto sólido, de cor cinza azulado. O chumbo é também um metal tóxico e bioacumulativo, podendo provocar mudanças bioquímicas e funcionais nos organismos vivos.

Configuração eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 5d10 4f14 6p2 |Está no sexto período, família 14 ou 4 , tendo 4 elétrons na camada de valência.

Ponto de fusão: 327,46 °C

Ponto de ebulição: 1748,85 °C

Densidade: 11.340 kg/m3

Solubilidade em água (25 °C): 9580 mg/L

USOS

O chumbo é muito aplicado como ligas metálicas, que, misturadas a elementos como estanho, cobre, antimônio, arsênio, bismuto, cadmio e sódio, formam materiais com diversas aplicações. Utiliza-se também sais orgânicos, silicatos e carbonatos de chumbo como reagentes em processos químicos e aditivos:

.Baterias chumbo-ácido;

.Fabricação de forros para cabos de energia;

.Materiais utilizados na construção civil;

.Aditivo de gasolina (chumbo tetraetila – Pb(C2H5)4);

.Formulação de pigmentos para navios (inibe a fixação de crustáceos);

.Manta de blindagem contra radiação;

.Aditivos estabilizantes contra calor e luz, aplicados na fabricação de plásticos;

.Nitreto de chumbo Pb(N3)2, aplicado na fabricação de detonadores de explosivos.

– em barreiras para proteção contra radioatividade e raios-X
– no passado foi usado para construir tubulações e partes destas; o uso foi abandonado devido à toxicidade do elemento
– em tintas específicas para tingimento de cabelos grisalhos; principalmente como acetato de chumbo
– em munição
– em baterias do tipo chumbo-ácido
– em pesos para pescaria (este em desuso), exercícios físicos, equipamento de mergulho e quilhas de embarcações
– seus óxidos podem ser utilizados na fabricação de vidros tipo cristal
– na fabricação de tintas; também abandonado devido à toxicidade
– como recipiente para líquidos corrosivos
– na fabricação de inseticidas
– telureto e seleneto de chumbo podem ser usados em células fotovoltaicas ou sensores de infravermelho

TOXICIDADE DO CHUMBO

O chumbo pode provocar uma série de efeitos tóxicos aos seres humanos, a depender da dose e da duração da exposição. 

As crianças são mais sensíveis aos efeitos tóxicos do chumbo no sistema nervoso central, enquanto os adultos apresentam desenvolvimento de neuropatia periférica e hipertensão.

Existe associação da exposição ao chumbo e distúrbios no metabolismo de carboidratos e neurotransmissores. Também há desmielinização e degeneração axonal no sistema nervoso periférico, prejudicando as funções psicomotoras e neuromusculares.

Assim, a exposição ao chumbo pode causar: 

  • Disfunções do sistema nervoso central e periférico; 
  • Elevação da pressão sanguínea; 
  • Cólica (dor abdominal, constipação, câimbras, náusea, vômito, anorexia, perda de peso); 
  • Anemia;
  • Insuficiência renal; 
  • Gota;
  • Infertilidade masculina;
  • Aumento de abortos e natimortos;
  • Distúrbios neurológicos na progênie (prole). ( https://www.chemicalrisk.com.br/toxicologia-do-chumbo/)
Toxicologia do Chumbo: os riscos à saúde e as aplicações da substância
Utilizações e sintomas de intoxicação pelo chumbo imagem: Chemikal Risk

FLERÓVIO

Fleróvio – imagem: http://professoralucianekawa.blogspot.com/
  • O Fleróvio é um elemento químico sintético, símbolo Fl, número atômico 114 (114 prótons e 114 elétrons), de massa atômica [289] u, pertencente ao grupo 14 ou IVA da tabela periódica .O nome foi adotado oficialmente pela IUPAC em 31 de maio de 2012.

É um elemento transurânico, radioativo, provavelmente metálico, sólido e de aspecto prateado. Foi sintetizado por uma equipe de cientistas russos da cidade russa (Dubna), em 1999.

CARACTERÍSTICAS

A obtenção do elemento se deu a partir do bombardeamento de alvos de plutônio-244 com núcleos de cálcio-48, sendo o isótopo obtido o fleróvio-290, com meia-vida de 19 segundos.

Até os dias de hoje, são conhecidos sete isótopos. Seu nome é uma homenagem ao físico nuclear Georgy Flyorov (1913-1990).

Distribuição eletrônica: 1s2 2s2 2p3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p6 7s25f14 6d10 7p2 sétimo período, família 14 ou 4 . Na camada de valência tem 4 elétrons.

USOS

Ainda não foram preparados substâncias usando fleróvio, devido ao fato de ser um elemento instável e de vida muito curta, de modo que não se conseguiu ainda verificar suas propriedades químicas na prática, mas pode-se inferir que as propriedades químicas e físicas sejam similares às dos compostos de chumbo: o fleróvio seria um metal denso, sólido (com ponto de fusão  baixo), relativamente mole, com  números de oxidação +2 e +4 (sendo que o +2 seria mais estável). Os respectivos sulfato e cloreto no estado +2 seriam pouco solúveis em água, assim como PbCl2 e PbSO4.

CURIOSIDADES:

Infográfico com Detalhes Sobre os Elementos Químicos da Família do Carbono, Família  4A da Tabela Periódica V… | Tabela periódica, Camada de valencia, Quimica  enem
pesquisa: Wikipédia, infoescola.com ; todamateria.com; mundoeducacao.uol.com.br; educamaisbrasil.com.br ; www.tabelaperiodica.org ; www.scielo.br ; www.chemicalriskes.com.br;

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