química comparativa
En la tabla periódica, los elementos con ocho electrones más externos forman el grupo conocido como los gases nobles (Grupo 18), el menor reactivo de los elementos. Los elementos del grupo de carbono (Grupo 14), con cuatro electrones, ocupan una posición intermedia. Los elementos a la izquierda del Grupo 14 tienen menos de cuatro electrones en la capa de valencia y tienden a perderlos (con sus cargas negativas) para convertirse en iones cargados positivamente, representados por el símbolo del elemento con un superíndice que indica el número y el signo del cargos; tales elementos se llaman metales. Los no metales (excepto el boro) están en los grupos a la derecha del Grupo 14; cada uno tiene más de cuatro electrones en su capa más externa y tiende a adquirir electrones para completar su octeto, formando iones con carga negativa.
Las reacciones químicas resultan del intercambio de electrones entre átomos. En general, si un metal pierde sus pocos electrones de valencia a un no metal, los iones resultantes cargados de manera opuesta se atraen entre sí y forman un enlace, clasificado como iónico o electrovalente. Dos no metales, ninguno de los cuales puede perder sus electrones de valencia en una reacción química, pueden, no obstante, compartirlos en pares de tal manera que resulte lo que se llama un enlace covalente. Los átomos de metal se unirán entre sí en un tercer tipo de enlace, que libera sus electrones de valencia de una manera que les permite conducir electricidad.
Todos los átomos del grupo de carbono, que tienen cuatro electrones de valencia, forman enlaces covalentes con átomos no metálicos; el carbono y el silicio no pueden perder ni ganar electrones para formar iones libres, mientras que el germanio, el estaño y el plomo forman iones metálicos, pero solo con dos cargas positivas. Incluso el plomo, el más metálico de los átomos del grupo de carbono, en realidad no puede perder sus cuatro electrones de valencia, porque, a medida que se elimina cada uno, el resto se retiene con más fuerza por el aumento de la carga positiva. Debido a que la distinción entre enlaces covalentes e iónicos (electrovalentes) es a menudo una cuestión de conveniencia para el químico, y debido a que la estructura de enlace real dentro de una molécula puede ser bastante complicada, a menudo es útil simplemente contar el número total de electrones de un elemento gana o pierde en la vinculación sin importar la naturaleza de los vínculos. Este número se llama número de oxidación, o estado de oxidación, del elemento; muchos elementos tienen más de un estado de oxidación posible, cada estado de oxidación se encuentra en diferentes compuestos. El estado de oxidación de un elemento se escribe convencionalmente como un número romano después del nombre del elemento en un compuesto; por ejemplo, plomo (II) significa plomo en el estado de oxidación +2. Un sistema alternativo de representación utiliza un número arábigo después del nombre del elemento; por tanto, el plomo en el estado +2 se escribe plomo (+2). Con el símbolo químico del elemento, el estado de oxidación puede escribirse como un superíndice, como en Pb2 +. Cuando los compuestos son iónicos, el estado de oxidación también es la carga iónica real. Generalmente se considera que los enlaces covalentes se forman por interacción de los orbitales (en la mayoría de los casos, solo los orbitales s, pyd) de formas específicas y variadas. Los más comunes se denominan enlaces sigma y pi, que se escriben σ y π, respectivamente. Los enlaces sigma son simétricos con respecto al eje del enlace, mientras que los enlaces pi no lo son. Se pueden encontrar ejemplos de enlaces sigma y pi, así como de enlaces iónicos, entre los compuestos de los elementos del grupo carbono.