El
grupo 4 de la tabla está conformado por los siguientes
elementos: carbono, silicio, germanio, estroncio y plomo.
El
carbono y el silicio son los elementos más importantes. El primero por
ser componente fundamental de los organismos vivos; el segundo por ser
el más abundante de los componentes del suelo y las rocas.
El
carbono es el primer miembro del grupo IV; es el segundo elemento después
del hidrógeno, que constituye numerosos compuestos, debido a su facilidad
de combinación con otros carbonos y con otros elementos.
Las
distintas formas del mismo elemento que difieren en el enlazamiento se
llaman alótropos,
o formas alotrópicas;
el diamante, grafito
y el carbono amorfo
son alótropos. Los alótropos difieren en propiedades físicas y químicas.
Por ejemplo, la densidad del diamante (3.51 g/cm3)
es mayor que la del grafito (2.22 g/cm3).
El grafito es más estable que el diamante, en condiciones ordinarias.
Sin embargo, hay que romper demasiados enlaces carbono-carbono para que
el diamante se trasforme en grafito. Para romper los enlaces se requiere
energía, y para transformar el diamante en grafito se requeriría además
un tiempo extremadamente largo.
En
1985 se descubrió un cuarto alótropo del carbono, en la Universidad de
Rice, en Houston, Texas. Los cristales amarillos de este alótropo están
formados por moléculas esféricas de C60.
Como las moléculas de C60 tienen
la forma de domos geodésicos inventados por Buckminster Fuller, a este
alótropo se le dio el nombre de buckminsterfullereno.
Con frecuencia se abrevia como esferas bucky.
Algunos grupos de investigadores estadounidenses y alemanes encontraron
en 1990 un método para producir C60
en cantidades relativamente grandes.
Desde
entonces es uno de los temas más investigados. Resulta que las esferas
bucky son un miembro de una gran familia de moléculas de carbono llamadas
fullerenos,
que tienen muchas propiedades interesantes y potencialmente útiles. Por
ejemplo, un compuesto soluble en agua preparado a partir de las esferas
bucky tiene actividad antiviral y ha demostrado tener actividad in-vitro contra VIH. Sin embargo, las
esferas bucky aún son muy costosas; su precio era de 945 dólares por gramo
en 1997.
En
1991 se descubrió otra forma del carbono: los nanotubos.
Son cilindros formados por capas grafitoides de carbono, cerradas por
hemisferios de carbono de fullereno. Esos tubos sólo tienen nanómetros
de diámetro, pero pueden tener cientos de micras de longitud. Son muy
resistentes, 100 veces más que el acero, con sólo la sexta parte de la
masa. Dependiendo de su geometría, pueden comportarse como metales, semiconductores
o aisladores, y se espera encontrarles aplicaciones prácticas más pronto
que a los fullerenos.
El
carbono amorfo en contraste con el grafito y el diamante se le puede preparar
de diversas maneras, pero raras veces se obtiene puro; ejemplos de carbono
amorfo son: el carbón vegetal, el coque,
el carbón animal, el carbón de azúcar, el hollín y el negro de humo.
Los
átomos de carbono forman enlaces unos con otros originando largas cadenas
que pueden ser lineales, ramificadas o anillares. Gracias a esta pro piedad
existen más de 18 millones de compuestos del carbono mientras que en la
química inorgánica o mineral sólo existen unos 6 millones de compuestos.
La
causa de este elevado número de compuestos radica en las siguientes propiedades:
El carbono es tetravalente
Esta situado en la parte central de la tabla periódica, puede unirse con los elementos de la derecha o de la izquierda.
Puede unirse con otros átomos de carbono, formando compuestos en cadena.
Presenta numerosos isómeros a medida que aumenta el número de carbonos en los compuestos.