El grup del carboni, o grup 14 de la taula periòdica, és constituït pels elements químics que tenen configuració electrònica ns² np², i conté els següents sis elements: carboni (C), silici (Si), germani (Ge), estany (Sn), plom (Pb) i flerovi (Fl). Excepte el germani i el flerovi produït artificialment, tots aquests elements els trobem normalment, ja sigui com a element pur o en forma de compostos, encara que, excepte el silici, cap d'ells és particularment abundant en l'escorça terrestre.
Grup 14 Període 2 C 3 Si 4 Ge 5 Sn 6 Pb 7 Fl
Història miniatura|Carregant carbó a Amsterdam. El carboni (l'origen llatí del mot prové del carbó, carbo -ōnis), fou descobert a la prehistòria, i ja era conegut a l'antiguitat en la que es manufacturava mitjançant la combustió incompleta de materials orgànics, és a dir, partir de la crema de llenya en manca d'oxigen. L'objectiu de l'ofici de carboner era l'obtenció de carbó. Els diamants, també coneguts des de fa molt temps, són considerats la pedra preciosa per excel·lència, atesa la seva gran duresa i lluentor. L'anglès Isacc Newton, el 1704, intuí que podien ser combustibles, però no s'aconseguí cremar un diamant fins a l'any 1772, any en què el químic francès Antoine Laurent Lavoisier demostrà que en la reacció de combustió es produïa diòxid de carboni. L'anglès Smithson Tennant demostrà que el diamant era carboni pur l'any 1797. miniatura|Canonades romanes de plom al Museo Foro Caesaragusta a Saragossa. Per la seva fàcil utilització, el plom fou un dels primers metalls usats per l'home, i se sap que prop de l'any 4000 aC a l'antic Egipte ja l'usaven en cosmètica. Els xinesos foren els primers a utilitzar-lo en el seu sistema monetari. A l'antiga Grècia l'usaren a les seves colònies i els fenicis a les seves factories explotaren prop de l'any 2000 aC mines de plom a tota la península Ibèrica, que posteriorment, durant la dominació de la Península pels romans se seguiren explotant, degut a l'ampli ús que se'n donava a l'antiga Roma. El plom s'utilitzava per elaborar vaixelles, varetes per escriure, en el sistema monetari, en les mesures de pes, en el refinatge de l'argent i principalment, en canonades per desplaçar l'aigua pels aqüeductes. El plom és esmentat diverses vegades a la Bíblia i a Babilònia, on fou emprat en làmines soldades per aguantar la terra i la humitat dels famosos jardins suspesos. miniatura|Bou de Costitx, en bronze. L'extracció i la utilització de l'estany pot ser datada en els inicis de l'edat del bronze, al voltant del 3000 aC, quan s'observà que els objectes de coure fabricats a partir de menes constituïdes per minerals amb diferents continguts de metalls no tenien les mateixes propietats físiques. Els primers objectes de bronze tenien un contingut d'estany o arsènic inferior al 2 %, per això es pensa que són el resultat d'un aliatge no intencional causat pel contingut de diferents metalls en el mineral de coure. Aviat es descobrí que l'addició d'estany o d'arsènic al coure augmentava la seva duresa i feia la fosa molt més fàcil, això revolucionà les tècniques de treballar el metall i portà a la humanitat de l'Edat del coure o Eneolític a l'Edat del bronze al voltant del 3000 aC. La primera explotació de l'estany sembla haver-se centrat en dipòsits de cassiterita de tipus placer (detrític).
El silici (del llatí sílex, sílice) fou identificat per primera vegada pel químic francès Antoine Lavoisier el 1787, i posteriorment identificat com a element per l'anglès Humphry Davy el 1800. El 1811, els francesos Joseph-Louis Gay-Lussac i Louis-Jacques Thénard, probablement, prepararen silici amorf impur escalfant potassi amb tetrafluorur de silici. El 1824, el químic suec Jöns Jacob Berzelius preparà silici amorf emprant un mètode semblant al de Gay-Lussac, purificant després el producte mitjançant rentats successius fins a aïllar l'element. miniatura|Preparacions originals de Winkler que li permeteren descobrir el germani. La propietats del germani (del llatí Germania, Alemanya) foren predites el 1871 per Dmitri Mendeléiev en funció de la seva posició a la taula periòdica, element que anomenà eka-silici. L'alemany Clemens Alexander Winkler demostrà el 1886 l'existència d'aquest element, descobriment que serví per a confirmar la validesa de la taula periòdica tenint en compte les similituds entre les propietats predites i les observades.
La primera síntesi del flerovi tingué lloc el 1998 a l'Institut de Recerca Nuclear de Dubnà a Rússia. Utilitzant un objectiu de plutoni 244, produït per Kenton Moody al Laboratori Nacional Lawrence Livermore a Califòrnia, l'equip dirigit per Iuri Oganessian i Vladimir Utyonkov a Dubna llançaren contra ell un flux de calci 48, un isòtop rar de calci però que es produeix de manera natural. El bombardeig durà 40 dies, durant els quals es dispararen a l'accelerador un 5 milions de bilions de cations calci 48. Es descobrir un sol àtom de l'isòtop 289 del flerovi, amb un període de semidesintegració de 30,4 s.^244_94Pu + ^48_20Ca -> ^289_114Fl + 3 ^1_0n
Propietats Les propietats dels elements del grup de carboni i les dels seus compostos es troben a mig camí de les propietats dels elements dels grups adjacents a la taula periòdica, el grup de bor (12 de la taula periòdica) i del nitrogen o dels pnicurs (14 de la taula periòdica). En tots els grups, les propietats metàl·liques, resultants de la tendència a mantenir els electrons de valència més fluixos, augmenten amb el nombre atòmic, això és, en davallar dins del grup. En el grup del carboni aquesta variació és particularment evident. El carboni, situat a damunt, és un no-metall típic i el plom, situat a baix, és un veritable metall. El silici és gairebé no-metall; l'estany és gairebé metall; i el germani té una aparença metàl·lica i té diverses altres propietats físiques, però les propietats de molts dels seus compostos són les de derivats de no-metalls. Aquests canvis són conseqüències de l'augment del volum atòmic amb un tamisatge substancial de la càrrega nuclear més gran mitjançant la intervenció de escorces electròniques, com ho demostren la disminució de l'energia de ionització (energia necessària per eliminar un electró) i la potència de l'electronegativitat per atreure electrons amb un nombre atòmic creixent.
Volum atòmic miniatura|Volums atòmics dels elements representatius de la taula periòdica La majoria de les variacions de les propietats des del carboni al plom augmenten paral·lelament amb el volum atòmic i són comparables a les dels elements dels altres grups del bloc p (12, 14, 15 i 16). Les tendències generals són aproximadament les mateixes que les que s'observen al grup del bor i al dels pnicurs, situats al costats del grup de carboni. Els punts de fusió i ebullició significativament més alts dels elements del grup del carboni reflecteixen la seva tendència a existir com a molècules gegants, a diferència de les tendències dels elements de les famílies adjacents a existir com a molècules discretes més petites.
Com és cert per a l'element més lleugers de cada grup d'elements, les propietats físiques del carboni difereixen substancialment de les dels altres membres de la seva família. En gran manera, aquestes diferències reflecteixen la concentració substancialment més alta de la càrrega positiva al nucli de carboni en relació amb el volum de l'àtom de carboni. És a dir, el nucli de carboni només conté sis electrons en dos nivells energètics (l'1 i el 2) i, per tant, els manté propers; el nucli de plom, en canvi, té 82 electrons distribuïts en sis nivells. L'atracció entre el nucli de plom i els seus electrons més externs és inferior a la del carboni, perquè els nivells interns del plom apantallen la càrrega nuclear positiva als electrons externs, els de valència. Les diferències estructurals entre el diamant i el grafit produeixen profundes diferències entre ells en termes de duresa, conductivitat elèctrica, densitat, capacitat calorífica i altres propietats. En la mesura que el grafit és una formació cristal·lina única entre els elements, les seves propietats no s'han de comparar directament amb les dels altres elements de la família.
Estructura cristal·lina miniatura|Estructura del diamant, amb carbonis enllaçats a quatre carbonis més segons les arestes d'un tetraedre miniatura|Estructura del grafit A l'estat sòlid, el carboni elemental, el silici, el germani i l'estany gris existeixen com a cristalls cúbics, basats en una disposició tridimensional d'enllaços. Cada àtom s'uneix covalentment a quatre àtoms veïns de manera que formen les cantonades d'un tetraedre. Un resultat pràctic és que no existeixen molècules discretes d'aquests elements, com el dinitrogen N2 o el tetrafòsfor P4; en lloc d'això, qualsevol fragment sòlid d'un d'aquests elements, independentment de la mida, s'uneix uniformement a tot arreu i, per tant, tot el fragment es pot considerar com una molècula gegant.
La disminució dels punts de fusió, els punts d'ebullició i la disminució de les energies calorífiques associades a la fusió, la sublimació i la vaporització entre aquests quatre elements, amb un nombre atòmic i un volum atòmica creixents, indiquen un debilitament paral·lel dels enllaços covalents en aquest tipus d'estructura. Sovint és impossible determinar la disposició real o probable dels electrons de valència i, en canvi, es tenen en compte els estats d'energia relativa dels electrons en l'estat fonamental, o menys energètic, de l'àtom. Per tant, la mateixa tendència de no metàl·lic cap a estats metàl·lics s'indica per la disminució de la duresa i la disminució de l'energia d'unió d'unió entre els àtoms.
El carboni cristal·litza en dues formes, com a diamant i com a grafit; el diamant es distingeix de totes les altres formes elementals en l'extrema estabilitat de la seva estructura cristal·lina, mentre que el grafit té una estructura de capes. Com és d'esperar, la divisió entre capes de grafit és molt més fàcil d'efectuar que la ruptura dins d'una capa. Les estructures cristal·lines de l'estany beta (β) blanc i el plom elemental són estructures clarament metàl·liques. En un metall, els electrons de valència es poden moure lliurement d'un àtom a un àtom i donen al metall la seva conductivitat elèctrica.
Configuracions electròniques miniatura|Configuracions electròniques