Elementi del gruppo IVA: numero di ossidazione

Gli elementi del gruppo IVA o gruppo 14 sono Carbonio, Silicio, Germanio, Stagno e Piombo.

Proprietà periodiche

Scendendo dall’alto verso il basso lungo il gruppo tali elementi mostrano maggiore tendenza rispetto ai primi a formare composti in cui presentano numero di ossidazione +2.

In particolare i composti dello stagno e del piombo mostrano spesso il numero di ossidazione +2 come nel cloruro di stagno (II) SnCl₂, nell’ossido di piombo (II) PbO e in numerosissimi altri composti. Si tenga, tuttavia presente che il numero di ossidazione prevalente nei composti dello stagno è +4 mentre nel piombo, ultimo elemento del gruppo è +2.

Il numero di ossidazione caratteristico degli elementi del gruppo IVA è +4 come, ad esempio in CCl₄,SiCl₄ e SnO₂.
Si tenga presente, tuttavia che il carbonio, nel composti organici può presentare numeri di ossidazione sia positivi che negativi come, ad esempio, nel metano CH₄ in cui ha numero di ossidazione -4.

Carbonio

Fra i composti inorganici l’unico esempio in cui il carbonio ha numero di ossidazione +2 è il monossido di carbonio CO che è un energico riducente in quanto viene facilmente ossidato a biossido di carbonio CO₂ in cui il carbonio ha numero di ossidazione +4 termodinamicamente più stabile. Ad esempio il monossido di carbonio riduce molti ossidi metallici in molte reazioni a livello industriale come:

Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂

che consente l’isolamento del ferro.

Stagno

Lo stagno forma composti sia in cui è presente come stagno (II) che come stagno (IV); quest’ultimo numero di ossidazione è il più stabile tra i due e ciò implica che  i composti contenti stagno (II) possono essere ossidati spontaneamente a composti contenenti stagno (IV). Per esempio una soluzione contenente ioni Sn²⁺ riduce una soluzione contenente iodio a ioduro ossidandosi a Sn⁴⁺:

Sn²⁺ + I₂ → Sn⁴⁺ + 2 I^–

Analogamente lo stagno (II) riduce il ferro (III) a ferro (II): in tale reazione ioni Sn²⁺ sono ossidati a Sn⁴⁺ :

Sn²⁺ + 2 Fe³⁺ → Sn⁴⁺ + 2 Fe²⁺

Lo ione Sn²⁺ viene ossidato dal permanganato di potassio
in ambiente acido a Sn⁴⁺ e tale reazione può anche essere usata nell’ambito delle titolazioni permanganometriche per la determinazione della concentrazione di Sn²⁺

5 Sn²⁺ + 2 MnO₄^– + 16 H⁺ → 5 Sn⁴⁺ + 2 Mn²⁺ + 8 H₂O

Piombo

Per il piombo la situazione è diversa infatti per tale metallo il numero di ossidazione più stabile è +2 e quindi si ha una forte tendenza da parte dei composti in cui il piombo ha numero di ossidazione +4 a dare composti in cui il piombo ha numero di ossidazione +2. Ad esempio il cloruro di piombo (IV) si decompone a temperatura ambiente per dare cloruro di piombo (II) e cloro gassoso secondo la reazione:

PbCl₄ → PbCl₂ + Cl₂

e l’ossido di piombo (IV) si decompone per dare ossido di piombo (II) e ossigeno:

2 PbO₂ → 2 PbO + O₂

L’ossido di piombo (IV) reagisce con l’acido cloridrico concentrato per dare cloruro di piombo (II) e cloro gassoso secondo la reazione:

PbO₂ + 4 HCl → PbCl₂ + Cl₂ + 2 H₂O