7.9: Comparación entre silicio y carbono

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La comprensión de las diferencias entre carbono y silicio es importante para comprender la química relativa de estos elementos del Grupo 14.

Tamaño

Como se esperaba, el silicio es mayor que el carbono debido a la presencia de una segunda cubierta: es decir, C = 1 s ² ² s 2 p ² mientras que Si = 1 s ² 2 s ² 2 p ⁶ 3 s ² 3 p ². Una comparación de los tamaños relativos de carbono y silicio se dan en la Tabla\(\PageIndex{1}\).

Cuadro\(\PageIndex{1}\): Radios atómicos, covalentes y van der Waals de carbono y silicio.
Elemento	Radio atómico (Å)	Radio covalente sp ³ (Å)	radio de van der Waal (Å)
C	0.70	0.75	1.70
Si	1.10	1.14	2.10

Radios covalentes y van der Waal de la Real Sociedad de Química Tabla Periódica Online. Webelements tiene una discusión más detallada de los tres tipos de radios, los radios atómicos citados aquí son empíricos.

Número de coordinación

Se sabe que el carbono tiene un número de coordinación de 2, 3 y 4 en sus compuestos dependiendo de la hibridación. También se puede considerar un número de coordinación de 1 para CO y CN ^-. Se puede considerar que el carbono de cuatro coordenadas está saturado de manera coordinada. En contraste, en ausencia de bulto estérico abrumador, se observa que el silicio tiene números de coordinación de 3, 4, 5 y 6. Ejemplos de silicio de cinco y seis coordenadas incluyen Si (acac) ₂ Cl y SiF ₆ ² ^-, respectivamente. Los números de coordinación superiores a 4 se han atribuido al uso de orbitales d bajos; sin embargo, los cálculos muestran que estos no son significativos. En cambio, el silicio hipervalente se describe mejor por la formación de orbitales moleculares de 3 centros, p. ej., Figura\(\PageIndex{1}\).

Nota

Una molécula hipervalente es una molécula que contiene uno o más elementos típicos (Grupo 1, 2, 13-18) que portan formalmente más de ocho electrones en sus conchas de valencia.

Figura\(\PageIndex{1}\): Diagrama orbital molecular para SiF ₆ ² ^-.

Electronegatividad

Las electronegatividades del silicio y el carbono se dan en la Tabla junto con el hidrógeno. Dado que el carbono es más electronegativo que el hidrógeno, el enlace C-H se polariza hacia el carbono dando como resultado un hidrógeno más prótico (Figura\(\PageIndex{2}\) a). En contraste, la menor electronegatividad del silicio da como resultado un hidrógeno más hídrico (Figura\(\PageIndex{2}\) b). Esta diferencia se refleja en la química de reacción de SiH ₄ versus CH ₄.

Cuadro\(\PageIndex{2}\): Valores seleccionados de electronegatividad de Pauling. Real Sociedad de Química Tabla Periódica Online
Elemento	Escala Pauling
C	2.55
H	2.20
Si	1.90

Figura\(\PageIndex{2}\): Polarización relativa de enlaces C-H y Si-H.

Energías de enlace

Las energías de enlace E-E y E-O para carbono y silicio se dan en la Tabla\(\PageIndex{3}\). La energía de enlace para un enlace C-C es ligeramente mayor que para un enlace C-O, mientras que el enlace Si-O es significativamente más fuerte que el enlace Si-Si. Esta diferencia se refleja en la química de los compuestos de silicio versus carbono. La química del carbono está dominada por la catenación: la capacidad de un elemento químico para formar una estructura de cadena larga a través de una serie de enlaces covalentes. Aunque el silicio forma enlaces Si-Si, son mucho más reactivos que sus análogos C-C, y los polímeros de silicio están compuestos predominantemente por cadenas Si-O (como resultado del enlace muy fuerte).

Cuadro\(\PageIndex{3}\): Energías de enlace seleccionadas para carbono y silicio. Real Sociedad de Química Tabla Periódica Online
Elemento	Energía de enlace E-E (kJ/mol)	Energía de enlace E-O (kJ/mol)
C	345.6	357.7
Si	222	462

Bonos múltiples

Si bien los compuestos insaturados para carbono (es decir, alquenos y alquinos) son comunes, los compuestos análogos de silicio (disilenos) solo se reportaron en 1981, y los disilinos en 2004. Las longitudes de doble enlace Si=Si son 2.14 - 2.29 Å que es 5 - 10% más cortas que las longitudes de enlace simple Si-Si. Este acortamiento de enlaces es menor que ca. 13% en compuestos de carbono.

Nota

La tradicional falta de enlaces múltiples para los elementos del Período 3 e inferiores condujo a la formulación de la regla de doble enlace que establece que los elementos químicos con un número cuántico principal mayor que 2 no forman enlaces múltiples (por ejemplo, dobles enlaces y triples enlaces) con ellos mismos o con otros elementos. Esta regla quedó obsoleta a partir de 1981 con el descubrimiento de los dobles enlaces de silicio y fósforo. Los dobles enlaces que normalmente no se formarían pueden estabilizarse con grupos funcionales adecuados a través de la estabilización cinética, es decir, ya sea electrónica o estéricamente.

Bibliografía

R. West, M. J. Fink, y J. Michl, Science, 1981, 214, 1343.
A. Sekiguchi, R. Kinjo, y M. Ichinohe, Ciencia, 2004, 305, 1755.