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Toda la materia está formada a partir de unas
unidadeselementales que existen en un número limitado. estas unidades no pueden
serdivididas en partes más sencillas mediante los métodos físicos o químicosusuales.
en la naturaleza existe 92 elementos químicos, aunque los físicos hancreado 20
elementos más mediante procesos que implican reacciones nucleares.los elementos
químicos fueron clasificados por primera vez por Mendelejevsiguiendo unas
pautas determinadas. Estos elementos están divididos en tres categorías:metales,
no metales y metaloides, aquí destacaremos los elementos metálicos yno metálicos. De los 112 elementos que se conocen, sólo 25 son no metálicos;su
química a diferencia de los no metales, es muy diversa, a pesar de
querepresenta un número muy reducido, la mayoría de ellos son esenciales para
lossistemas biológicos (O, C, H, N, P y S). En el grupo de los no metales
seincluyen los menos reactivos: los gases nobles. Las propiedades únicas del H
loapartan del resto de los elementos en la tabla periódica. Los metales en su mayoría provienen de los minerales.
Losmetales más abundantes en la corteza terrestre que existen en forma
mineralson: aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, titanio, y
manganeso.El agua de mar es una rica fuente de iones metálicos como Na+,
Mg+y Ca+. La obtención del elemento puro como el
hierro,aluminio, entre otros se logra mediante procesos metalúrgicos. A continuación se desarrollaran algunos aspectos
importantesque engloban los elementos químicos: metales y no metales. CARÁCTER GENERAL DE LOS METALES Y
NOMETALES Metales La mayor parte de los elementos metálicos exhibe el
lustrebrillante que asociamos a los metales. Los metales conducen el calor y
laelectricidad, son maleables (se pueden golpear para formar láminas delgadas)
ydúctiles (se pueden estirar para formar alambres). Todos son sólidos
atemperatura ambiente con excepción del mercurio (punto de fusión =-39 ºC),que
es un líquido. Dos metales se funden ligeramente arriba de la
temperaturaambiente: el cesio a 28.4 ºC y el galio a 29.8 ºC. En el otro
extremo, muchosmetales se funden a temperaturas muy altas. Por ejemplo, el cromo
se funde a1900 ºC. Los metales tienden a tener energías de ionización bajas
ypor tanto se oxidan (pierden electrones) cuando sufren reacciones químicas.
Losmetales comunes tienen una relativa facilidad de oxidación. Muchos metales
seoxidan con diversas sustancias comunes, incluidos 02 Y los ácidos. Se utilizan con fines estructurales, fabricación
derecipientes, conducción del calor y la electricidad. Muchos de los iones metálicoscumplen
funciones biológicas importantes: hierro, calcio, magnesio, sodio,potasio,
cobre, manganeso, cinc, cobalto, molibdeno, cromo, estaño, vanadio, níquel,.... NO METALES Los no metales varían mucho ensu
apariencia no son lustrosos y por lo general son malos conductores del calory la
electricidad. Sus puntos de fusión son más bajos que los de los metales(aunque
el diamante, una forma de carbono, se funde a 3570 ºC). Varios nometales
existen en condiciones ordinarias como moléculas diatómicas. En estalista están
incluidos cinco gases (H2, N2, 02,F2
y C12), un líquido (Br2) y un sólido volátil(I2).
El resto de los no metales son sólidos que pueden ser duroscomo el diamante o
blandos como el azufre. Al contrario de los metales,son
muy frágiles y no pueden estirarse en hilos ni en láminas. Se encuentranen los
tres estados de la materia a temperatura ambiente: son gases (como el oxígeno),líquidos
(bromo) y sólidos (como el carbono). No tienen brillo metálico y noreflejan la
luz. Muchos no metales se encuentran en todos los seres vivos:carbono, hidrógeno,
oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre en cantidadesimportantes. Otros son
oligoelementos: flúor, silicio, arsénico, yodo, cloro. Comparación DE LOS METALES Y NO METALES
* Excepto hidrógeno y helio
LOCALIZACIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA Metales Corresponde a los elementossituados a la izquierda y centro de la TablaPeriódica (Grupos 1 (excepto hidrógeno)al 12, y en los siguientes se sigue una línea quebrada que, aproximadamente,pasa por encima de Aluminio (Grupo 13), Germanio (Grupo 14), Antimonio (Grupo15) y Polonio (Grupo 16) de forma que al descender aumenta en estos grupos elcarácter metálico). No Metales Los no metales son los elementossituados a la derecha en la Tabla Periódica por encima de la línea quebrada delos grupos 14 a 17 y son tan solo 25 elementos. (Incluyendo el Hidrógeno). Colocadosen orden creciente de número atómico, los elementos pueden agruparse, por elparecido de sus propiedades, en 18 familias o grupos (columnas verticales).Desde el punto de vista electrónico, los elementos de una familia poseen lamisma configuraciónelectrónica en la última capa, aunquedifieren en el número de capas (periodos). Los grupos o familias son 18 y secorresponden con las columnas de la Tabla Periódica.
ESTADO FÍSICO DE LOS NO METALES MÁSIMPORTANTE Grupo 1 A: Hidrógeno Grupo7A: Flúor,cloro,bromo,yodo. Hidrógeno Es un gas incoloro, inodoro e insípido.Poco soluble en agua (2,5 volúmenes/%): la molécula de hidrógeno es muyapolar. Se absorbe muy bien por los metales: el paladioabsorbe hasta 850 veces su volumen de hidrógeno. El hidrógeno gas difunde fácilmentea través de los metales y del cuarzo. Es relativamente inerte, pero con unligero aporte energético se disocia y el hidrógeno monoatómico resultante esmuy reactivo: con el oxígenolo hace de forma explosiva y llama azul pálida. Reacciona con otros muchoselementos: metales alcalinos,alcalinotérreos(excepto berilio),algunos metales del grupo d para formar hidruros metálicos; con los del grupodel nitrógenoforma amoníaco, fosfina; con los halógenosforma los halogenuros de hidrógeno. Carbono El carbono es un no metal inodoroe insípido, Es insoluble en la mayoría de los disolventes. Se encuentra en lanaturaleza en cuatro formas alotrópicas: nanotubos,fullerenos,grafitoy diamante. El diamante es uno de los materiales más duros (10 en laescala de Mohs), aunque es quebradizo. Es incoloro. Su conductividad térmica esalta. No conduce la corriente. Es insoluble en disolventes líquidos. El grafito es muy blando y quebradizo, de tacto resbaladizo.Su color va del gris mate al acerado. Es la forma más abundante. Es insolubleen disolventes líquidos. Los fullerenos son nuevas formas sólidas de un númerofinito de átomos de carbono. Realmente es la única forma de carbono puro. Los nanotubos son materiales frágiles, dependiendo de laestructura unos pueden conducir la corriente como los metales y otros no;semiconductor o metal según la geometría. Tienen un alta conductividad térmicaa lo largo del tubo y muy baja en dirección perpendicular. Nitrógeno A temperatura ambiente, es un gas incoloro, inodoro e insípido,no combustible, diamagnético, en estado líquido también es incoloro e inodoroy se parece al agua. El nitrógeno sólido es incoloro y presenta dos formasalotrópicas. Fósforo Hay por lo menos 6 clases de fósforo (alótropos); los másimportantes son: blanco (o amarillo), rojo, negro y violeta. El fósforo ordinario es un sólidoblanco céreo; cuando es puro es incoloro y transparente. En corte recienteparece amarillento. Es insoluble en agua y soluble en disulfuro de carbono.Arde espontáneamente en el aire con llama blanco-amarillenta, produciendovapores blancos de pentaóxido de difósforo (P2O5). El fósforo blanco es un aislante. Brilla en la oscuridad alaire debido a la transformación del P2O3 de su superficieen P2O5, más estable. El fósforo rojo, es insoluble en agua. Por encima de 700ºCaparece la forma P2, es muy venenoso. El fósforo violeta (color rojo-violeta) no es una formaimportante. Tiene una estructura en capas. No es venenoso. El fósforo negro tiene un colorgris oscuro con brillo metálico. Es escamoso como el grafitoy, como éste, conduce la corriente y el calor. Oxigeno El oxígeno es el elemento más abundante de la corteza:50,3% en peso (incluyendo agua y atmósfera). El O2 es la forma alotrópicamás abundante del oxígeno. El oxígeno es incoloro, inodoro e insípido. Enestado líquido y sólido es azul pálido y fuertemente paramagnético. Lasolubilidad en agua disminuye con el aumento de la temperatura. El ozono (O3) (la otra forma alotrópica del oxígeno).Es un gas diamagnético azulado, de olor característico (el que se percibedespués de las tormentas con importante aparato eléctrico). Es débilmentesoluble en agua. En estado líquido es azul oscuro y en estado sólido esvioleta oscuro. Azufre El azufre es un sólido amarillo pálido, inodoro, frágil,insoluble en agua y soluble en disulfuro de carbono. En todos los estados, elazufre elemental se presenta en varias formas alotrópicas o modificaciones; éstaspresentan una multitud de formas confusas cuyas relaciones no están todavíacompletamente aclaradas. La flor de azufre es un polvo fino amarillo que se forma enlas superficies frías en contacto con vapor de azufre. El azufre es un malconductor del calor y de la electricidad. Flúor Es un gas corrosivo amarilloclaro (incoloro en finas capas), venenoso y de olor penetrante. Es inflamable yel fuego no hay forma de apagarse. El flúor es el más electronegativo yreactivo de todos los elementos. Si están finamente divididos, metales,vidrios, cerámicas, carbonoe incluso agua y amoníaco, arden con el flúor con llama brillante. Consustancias orgánicas las reacciones son muy violentas. Cloro Es un gas amarillo-verdoso deolor asfixiante, muy tóxico. Es muy activo y reacciona directamente con lamayoría de los elementos (excepto nitrógeno,oxígenoy carbono).En algunos casos (hidrógeno)la reacción es lenta en la oscuridad o a temperatura ambiente, pero enpresencia de luz (reacción fotoquímica) o por encima de 250 ºC se da de modoexplosivo. Húmedo ataca a todos los metales (excepto tántalo)dando cloruros. Sustituye fácilmente al hidrógeno en las combinacioneshidrocarbonadas mediante reacciones muy vigorosas. Es soluble en agua. Bromo Es el único no metal líquido. De color rojo oscuro, pesado(cinco veces más denso que el aire), fluido, que se volatiliza fácilmente atemperatura ambiente, produciendo un vapor rojo de olor muy desagradable, queasemeja al cloro. En estado sólido es rojo oscuro, y al disminuir latemperatura su color se va aclarando hasta anaranjado rojizo. En estado gaseosoes color naranja a marrón oscuro, persistiendo las moléculas diatómicas hastalos 1500ºC. Yodo Es un sólido cristalino,escamoso, de color negro violeta, de brillo metálico, que sublima a temperaturaambiente a gas azul-violeta con olor irritante. El iodo presenta algunaspropiedades metálicas. Forma compuestos con muchos elementos (excepto gasesnobles, azufrey selenio),aunque es menos activo que los otros halógenos,que lo desplazan de los yoduros. Es un oxidante moderado. En estado líquido esmarrón. ELECTRONEGATIVIDAD, VALENCIA, TIPO DEENLACE DE LOS NO METALES EN FUNCIÓN DE SU CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
*Gases nobles, no se incluye en la escala deelectronegatividad. Configuración electrónica:
7º nivel 6º nivel 5º nivel 4º nivel 3º nivel 2º nivel 1º nivel Cloro: con 17 electrones, 17Cl: 1 s2 2 s2 2 p6 3 s2 3 p5 1º nivel: 2 electrones 2º nivel: 8 electrones 3º nivel: 7 electrones REACCIÓN DE LOS METALES Y SUSCOMPUESTOS MÁS IMPORTANTES Algunas reacciones de los metales del grupo IA
El sodio (Na): Oxido de Sodio: 4Na + O2 2Na2O Peróxido de sodio: 2Na(s) + O2 (g) Na2O2(s) Hidruro de sodio: 2Na + H2 2NaH Cloruro de sodio: 2Na + Cl2 2NaCl Sulfuro sódico: 2Na + S Na2S Fosfuro de sodio: 12Na + P4 4Na3P Hidróxido de sodio: 2Na + 2H2O 2NaOH + H2 Amina de sodio: 2Na + 2NH3 2NaNH2 + H2 Compuestos más importantes: Sodio (Na): NaCl La sal común (alimentación, y materia prima paraobtener sodio y el resto de los compuestos), el Na2CO3(base), NaHCO3 (base, alimentación), NaOH (base fuerte, usada en lafabricación de jabones, colorantes, celulosa, detergentes, seda artificial,industria del vidrio), nitrato de chile (NaNO3) (fertilizantenitrogenado), fosfatos di y trisódicos (Na2HPO4 y Na3PO4)(abonos), tiosulfato sódico (Na2S2O3.5H2O)(blanqueante, fotografía) y bórax (Na2B4O7.10H2O)(blanqueo), peróxido de sodio (Na2O2) (detergentes yblanqueantes). Litio (Li): LiCl (cloruro de litio) es uno delos materiales más higroscópicos que se conocen y, junto con el LiBr (bromurode litio) se emplea en sistemas de aire acondicionado y desecadores, el LiI(yoduro de litio) preparado con 6-Li sirve de detector de neutrones según lareacción anterior, el estearato de litio se emplea como lubricante de altastemperaturas.el peróxido se emplea en aparatos respiratorios de ciclocerrado.el LiH (hidruro de litio) es un combustible de cohetes el LiClO4 (percloratode litio) se emplea como portador de oxígenoen combustibles de cohetes, el LiOH (hidróxido de litio) es una base fuerte quese utiliza para purificar el aire (submarinos, etc.) ya que 1 gramo de hidróxidoconsume 0,51 gramos de CO2, el LiCO3 (carbonato de litio)en pequeñas dosis parece efectivo en el tratamiento de síndromesmaniacodepresivos. Potasio (K): KNO3 (nitrato de sodio) comúnmente conocido comonitro o salitre, se usa como fertilizante potásico y nitrogenado. Entre susaplicaciones (en muchas puede ser sustituido por sodio más barato y abundante). Algunas reacciones de los metales del grupo IIA:
Compuestos más importantes: Calcio (Ca): CaO, (óxido de calcio) la cal,utilizada en la obtención del cemento, metalurgia (hierro), Ca(OH)2(hidróxido de calcio) cal apagada, base barata con incontables usos, CaSO4(sulfato de calcio) Su forma hidratada (CaSO4.2H2O) es elyeso, el carburo de calcio CaC2 empleado en la fabricación deacetileno, cianamida y desazufrado del acero;la cianamida Ca(CN)2 es un fertilizante nitrogenado, CaCl2 clorurode calcio, muy higroscópico, empleado en mezclas frigoríficas, desecante,aglomerante de arena, aditivo de cemento, hidroxiapatito (Ca5(PO4)3OH,esmalte de los dientes. Magnesio: Mg(OH)2 (hidróxido de magnesio) leche demagnesia; antiácido estomacal y laxante, MgCl2 (cloruro de magnesio)fundido, es buen conductor de la corriente, MgSO4 (sulfato demagnesio) se emplea en la industria textil, papelera, como laxante y como abono.MgCO3 (magnesita) obtención de aislantes, vidrios y cerámica. Bario: BaSO4 (Sulfato de Bario) Se usa en pinturas(blanco
permanente), goma, papel, cristal. Perforación de petróleo y gas,Ba(OH)2 (hidróxido
de Bario) y BaO2 (óxido de bario) seemplea como desecante. Metalurgia La metalurgia es la ciencia y la tecnología de la extracciónde metales de sus fuentes naturales y de su preparación para usos prácticos.La metalurgia implica varios pasos: (1) explotación de las minas, (2)concentración de la mena o su preparación por algún otro medio para eltratamiento posterior, (3) reducción del mineral para obtener el metal libre,(4) refinación o purificación del metal, y (5) mezclado del metal con otroselementos para modificar sus propiedades. Este último proceso produce unaaleación, es decir, un material metálico compuesto de dos o más elementos. Después de su extracción de la mina, por lo general la menase tritura, se muele y luego se trata para concentrar el metal deseado. La etapade concentración se apoya en las diferencias de propiedades entre el mineral yel material indeseable que lo acompaña, que se conoce como ganga. Por ejemplo,los gambusinos buscadores de oro usaban una batea para enjuagar la ganga ysepararla de las pepitas de oro, más densas. Otro ejemplo es la magnetita, unmineral de hierro que se puede concentrar moviendo la mena finamente molidasobre una banda transportadora que pasa por una serie de imanes. El mineral dehierro es magnético (es atraído por un imán), no así la ganga que lo acompaña. Pirometalurgia del hierro La operación pirometalúrgica más importante es la reduccióndel hierro. Éste está presente en muchos minerales, pero las fuentes másimportantes son los minerales de óxidos de hierro: hematita, Fe203.y magnetita, Fe304. La reducción de estos óxidos selleva a cabo en un alto horno como el que se ilustra en la figura. Un alto hornoes un reactor químico muy grande capaz de operar de manera continua. Los hornosmayores tienen más de 60 m de altura y 14 m de ancho. Cuando operan a plenacapacidad, producen hasta 10,000 toneladas de hierro al día. El alto horno secarga por la parte superior con una mezcla de mena de hierro, coque y piedracaliza. El coque es hulla que ha sido calentada en ausencia de aire paraexpulsar los componentes volátiles; contiene alrededor de 85 a 90 por ciento decarbono. El coque sirve como combustible que produce calor a medida que se quemaen la parte baja del horno. Este material es también la fuente de los gasesreductores CO y H2. La piedra caliza, CaC03, sirve comofuente del óxido básico en la formación de escoria. El aire, que entra en elalto horno por el fondo después de un precalentamiento, es también una materiaprima importante, pues se requiere para la combustión del coque. La producciónde 1 Kg. de hierro crudo, llamado hierro de arrabio, requiere aproximadamente 2Kg. de mena, 1 Kg. de coque, 0.3 Kg. de piedra caliza y 1.5 Kg. de aire. En el horno, el oxígeno reacciona con el carbono del coquepara formar monóxido de carbono: 2C(s) + 02 (g) 2CO(g) DH = -221 kJ El vapor de agua presente en el aire también reacciona conel carbono: C(s) + H2O(g)CO(g) + H2(g) DH = + 131 kJ Observe que la reacción del coque con el oxígeno es exotérmicay suministra calor para la operación del horno, pero su reacción con el vaporde agua es endotérmica. Por tanto, la adición de vapor de agua al aireproporciona un medio para controlar la temperatura del horno. En la parte superior del horno, la piedra caliza se calcina(Ec. 22.98). También en este caso el CO y el H2 reducen los óxidosde hierro. Por ejemplo, las reacciones importantes del Fe304son: Fe304(S) + 4CO(g)3Fe(S) + 4CO2 (g) DH = -15 KJ Fe304(S) + 4H2(g) 3Fe(S)+ 4H20(g) DH = + 150 KJ También se produce la reducción de otros elementospresentes en la mena en las partes más calientes del horno, donde el carbono esel agente reductor principal. El hierro fundido se recoge en la base del horno, como semuestra en la figura. Por arriba de él hay una capa de escoria fundida formadapor la reacción del Ca0 con el silice presente en la mena, La capa de escoriasobre el hierro fundido ayuda a protegerlo de la reacción con el aire queentra. Periódicamente, el horno se vacía para drenar la escoria y el hierrofundido. El hierro producido en el horno se puede moldear en lingotes sólidos;sin embargo, casi todo se usa directamente para fabricar acero. Para este propósito,el hierro se transporta, todavía líquido, al taller siderúrgico.
La clasificación más fundamental de los elementos químicoses en metales y no metales. La mayoria de los elementos se clasifican como metales. Losmetales se encuentran del lado izquierdo y al centro de la tabla periodica. Losno metales, que son relativamente pocos, se encuentran el extremo superiorderecho de dicha tabla. Los metales se caracterizan por ser buenos conductores delcalor y la electricidad, mientras los no metales carecen de esa propiedad. Losno metales forman enlacen covalentes, con excepción del hidrógeno que puedeformar enlace covalente e iónico. Una parte importante de la metalurgia es la producción demetales a partir de sus memas, y consta de tres etapas tratamiento preliminar,reducción y refinado. Los elementos químicos metálicos y no metálicos son sonlos constituyentes básicos de la vida del humano. Los cuatro elementos químicos más abundantes en el cuerpohumano son el oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno, queconstituyen el 96% de la masa corporal. Además del calcio (2%), elementos comoel fósforo, el potasio, el azufre y el sodio, entre otros, forman tambiénparte del cuerpo humano, aunque en un porcentaje mucho menor. La corteza terrestre está compuesta en su mayor parte por oxígenoy silicio. Estos elementos químicos, junto con el aluminio, el hierro, elcalcio, el sodio, el potasio y el magnesio, constituyen el 98,5% de la cortezaterrestre. algunos elementos metálicos
algunos elementos no metalicos
Elemento: son sustanciasque no pueden descomponerse en otras más simples mediante cambios químicos. Metales: Elementos que son buenos conductores delcalor y la electricidad y tienen tendencia a formar iones positivos en loscompuestos iónicos. No metales: Elemento que por lo general son malosconductores del calor y la electricidad. Compuesto: son sustancias puras formadas por dos o máselementos diferentes, combinados en una proporción constante. Enlace químico: Es la fuerza de unión que existeentre dos átomos, para adquirir la configuración electrónica estable de losgases inertes y formar moléculas estables. Enlace covalente: enlace enel que dos átomos comparten dos electrones. Electronegatividad: capacidad de un átomo para atraerelectrones hacia él en enlace químico. Regla de Hund: la distribución más estable deelectrones en los subniveles es la que corresponde al máximo número de espinesparalelos. Valencia: la valencia de un elemento es el número deátomos de hidrógeno que pueden combinarse o ser sustituidos, por un átomo dedicho elemento. Configuración electrónica: Es la forma como estándistribuidos los electrones entre los distintos orbítales atómicos. BROWN, T. L., H.E. Y BURSTEN, B.E. (1993). Química laciencia central. México: Prentice-Hail. Hispanoamericana. Quinta Edición. Chang, Raymond. (1998). Química. México:McGraw-Hill. Sexta Edición. Ebbing, Darrell D. (1996). Química General. México.McGraw-Hill. Quinta edición Whitten, K. W., Davis R.E. y Peck, M. L. (1998). QuímicaGeneral. España: McGraw-Hill. Quinta edición Petrucci, R. H. (1977). Quimica general. México:Fondo Educativo Interamericano Páginas Wed: http://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/periodico.html http://www.educaplus.org/sp2002/index_sp.php http://www.lenntech.com/espanol/tablaperidica/cl.htm
Autora: Laya Crispina
Enviado por Laya Crispina
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