Análisis de los elementos de la tabla periódica

Grupo i a: los metales alcalinos

Los metales alcalinos, litio ( li ), sodio ( na ), potasio ( k ), rubidio ( rb ), cesio ( cs ) y francio ( fr ), son metales blandos de color gris plateado que se pueden cortar con un cuchillo. Presentan densidades muy bajas y son buenos conductores de calor y la electricidad; reaccionan de inmediato con el agua, oxigeno y otras substancias químicas, y nunca se les encuentra como elementos libres ( no combinados) en la naturaleza. Los compuestos típicos de los metales alcalinos son solubles en agua y están presentes en el agua de mar y en depósitos salinos. Como estos metales reaccionan rápidamente con él oxigeno, se venden en recipientes al vacio, pero por lo general se almacenan bajo aceite mineralo queroseno. En este grupo los más comunes son el sodio y el potasio.

Grupo ii a: los metales alcalinoterreos

Entre los elementos del grupo ii a. Se encuentran el berilio ( be ), magnesio ( mg ), calcio ( ca ), estroncio ( sr ), bario ( ba ) y el radio ( ra ). Estos metales presentan puntos de fusion mas elevadosque los del grupo anterior, sus densidades son todavía mas bajas, pero son algo mas elevadas que la de los metales alcalinos comparables. Son menos reactivos que los metales alcalinos. Todos los los metales alcalinoterreos poseen dos electrones de valencia y forman iones con doble carga positiva ( 2 + ).

El calcio ocupa el quinto lugar en abundancia; alrededor del 4 % de la corteza terrestre es calcio o magnesio. El carbonato de calcio es el compuesto que forma la greda, la piedra caliza y la calcita. La cal, el cemento, lso huesos y los depositos de conchas marinas son ricos en calcio. El magnesio metalico se emplea para polvo de iluminación instantánea, bombillas fotograficas, y en aleaciones de aluminio, en especial para aviones y proyectiles. Casi todo el " agua dura "contiene iones calcio y magnesio, el berilio es costoso, pero las aleaciones de este metal se emplean en herramientas que no producen chispas, en resortes y electrodos para soldadura por puntos. El berilio y sus compuestos son toxicos. Los compuestos de bario son extensamente en pigmentos blancos. El radio es radiactivo.

Grupo iii a:

El primer elemento del grupo iii a es el boro ( b ), un metaloide con un punto de fusion muy elevado y en el que predominan las propiedades no metalicas. Los otros elementos que comprenden este grupo son: aluminio ( al ), galio ( ga ), indio ( in ), y talio (tl ), que forman iones con una carga triple positiva ( 3 + ). La densidad y las características metalicas aumentan conforme se incrementa él numero atomico de este grupo.

El boro no sé encuntra libre en la naturaleza, pero es el elemento fundamental del borax. Este compuesto se emplea como suavizante de agua y en agente de limpieza. Desde el punto de vista químico, el boro se comporta mas como el metaloide silicio que como el aluminio metalico.

El aluminio se encuentra adyacente a dos metaloides en la tabla periódica, pero en sus propiedades predominan las de tipo metalico. El aluminio es un buen conductor de calor y la electricidad, y es un metal dúctil que se emplea en alambres ligeros. Es el metal que más abunda en la corteza terrestre ( 8 %), pero es demasiado activo para encontrarse libre en la naturleza. Se utiliza por ejemplo en aeronaves, alambre de trasmisión electrica, motores, automóviles, utensilios de cocina, pigmentos para pinturas y papel aluminio.

El galio se funde a 29.8  c, solo un poco arriba de la temperatura ambiente, la demanda de este metal va en aumento; tiene aplicaciones nuevas en semiconductores de estado sólido para computadores y celdas solares. El indio es muy blando; entre otras cosas, se emplea en transistores y recubrimientos de espejos. El talio y sus compuestos son toxicos.

Grupo iv a: la familia del carbono.

El carácter metalico aumenta de arriba hacia abajo en el caso de los elementos carbono ( c), silicio ( si ), germanio ( ge ), estaño ( sn ), y plomo ( pb ). Las diferencias en la posición cristalina de los atomos de carbono explican la dureza resbaladiza del grafito negro. A las formas distintas de un mismo elemento, como estas, se les llama alótropos. A mediados de la decada de 1980 sé descubrio una nueva forma alotropica del carbono, con 60 atomos dispuestos en un patron parecido a la superficie de un balon de fútbol soccer a estas esferas de carbono 60 se les suele dar el nombre de buckybolas. El carbono vegetal es una forma alotropica no cristalina ( o quizas microcristalina) del carbono; no presenta un patron atomico definido. Además de los dos oxidos de este elemento, dióxido de carbono ( co2 ) y monóxido de carbono (co) el carbon esta presente en mas de 8 millones de compuestos. Entre los compuestos organicos ( que contienen carbono) estan las sustancias naturales presentes en todos los seres vivos. Todos los productos del petroleo y los sintéticos que van de los plásticos a las fibras y medicamentos, son tambien compuestos organicos.

El silicio, el segundo miembro de este grupo, es un metaloide en el que predominan las propiedades no metalicas. Es el segundo elemento más abundante en la corteza terrestre ( 26%) pero no se encuentra como elemento libre, la arena de cuarzo, que es dióxido de silicio, se emplea en la producción de vidrio y cemento. El silicio posee un lustre metalico gris. Este metaloide ha ejercido un impacto enorme en la tecnología moderna, pues se emplea silicio extremadamente puro en la manufactura de semiconductores y chips de computadora. El carborundo es carburo de silicio, un compuesto de silicio y carbono que se utiliza en herramientas de corte y esmerilado. El germanio es tambien un semiconductor metaloide y participa en miles de aplicaciones electrónicas.

Grupo v a:

Entre los elementos del grupo v a estan los no metales nitrógeno (n) y fósforo (p) , lso metaloides arsénico (as) y antimonio ( sb), y el metal pesado bismuto (bi). Como se ve, en este grupo hay un cambio total en apariencia y propiedades de arriba hacia abajo.

El nitrógeno gaseoso diatómico ( n2 ) constituye el 78 % del aire en volumen. Tanto el nitrógeno como el fósforo son fundamentales para la vida. El nitrógeno es un elemento indispensable para los aminoácidos que componen todas las proteinas. Las moléculas de nitrógeno del aire no son muy reactivas, pero ciertas bacterias del suelo pueden " fijar" el nitrógeno al convertir el elemento en amoniaco, que en esa forma puede ser incorporado por las raices de las plantas. En escala industrial, el nitrógeno y el hidrógeno gaseosos se combinan para producir amoniaco gaseoso, nh3 que se utiliza como fertilizante y tambien en la manufactura de acido nitrico y diversos explosivos.

El fósforo es un solido reactivo que no se encuentra libre en la naturaleza. Una de las formas alotropicas del fósforo es un material rojo púrpura no cristalino que alguna vez se utilizo para fabricar cerillas. Otra forma alotropica, de formula p4 presentan una apariencia cerosa cristalina de color amarillento y es preciso mantenerla bajo el agua para evitar su combustión espontánea con el oxigeno del aire. El fósforo se emplea en la fabricación de cerillas, bombas de humo, balas trazadoras plaguicidas y otros muchos productos. Este elemento es fundamental para todas las celulas vegetales y animales.

El arsénico es un metaloide en el que predominan las propiedades no metalicas. Tanto el elemento como sus compuestos son toxicos, en parte porque el primero puede imitar casi por completo el comportamiento químico del fósforo, pero el arsénico es incapaz de funcionar como el fósforo en los tejidos vivos, y tiene resultados letales. Ciertos insecticidas y funguicidas agrícolas contienen arsénico. El elemento tambien se utiliza en aplicaciones de semiconductores e en laseres.

El antimonio es un metaloide en qel que predominan las propiedades metalicas. El elemento es quebradizo y escamoso, con lustre metalico. Se emplea para aumentar la dureza del plomo destinado a las baterias de automóvil, en cubiertas para cable y en balas trazadoras. Ciertos compuestos de antimonio se usan en pigmentos para pinturas , en esmaltes cerámicos y en agentes para incombustibilizar.

El bismuto es el unico metal verdadero en este grupo. Se utiliza para hacer aleaciones como el peltre, y aleaciones de bajo punto de fusion que se emplean en fusibles eléctricos y sistemas de aspersión contra incendios. Ciertos compuestos de bismuto se usan en polvos faciales y cosméticos.

Grupo vi a:

Los elementos del grupo vi a, conocidos como la familia del grupo del oxigeno, comprenden al oxigeno (o), azufre (s), selenio (se), telurio (te) y polonio (po). Aunque todos ellos tienen seis electrones de valencia, sus propiedades varian de no metalicas a metalicas en cierto grado, conforme aunmenta el numero atomico.

El oxigeno gaseoso, o2 es fundamental para la vida; es necesario para quemar los combustibles fosiles y obtener asi energia, y se requiere durante el metabolismo urbano para quemar carbohidratos. En ambos procesos, los productos secundarios son dióxido de carbono y agua. El oxigeno constituye el 21 % en volumen del aire y el 49.5 % en peso de la corteza terrestre.

La otro forma alotropica del oxigeno es el ozono, cuya formula es o3 es mas reactivo que el oxigeno ordinario y se puede formar a partir de oxigeno en un arco electrico, como el descargador a distancia de un motor electrico, tambien se puede producir ozono por la accion de la luz ultravioleta sobre el oxigeno; esto explica el aroma " fresco del aire durante las tormentas electricas".

El azufre es el segundo elemento no metal del grupo. A temperatura ambiente es un solido amarillo palido que se encuentra libre en la naturaleza. Lo conocían los antiguos y se le menciona en el libro del genesis como piedra de azufre. Las moléculas de azufre contienen ocho atomos de azufre conectados a un anillo; su formula es s8 . El azufre tiene una importancia especial en la manufactura de neumáticos de hule y acido sulfurico, h2so4 . Otros compuestos de azufre son importantes para blanquear frutos y granos.

El selenio es un no metal que presenta interesantes propiedades y usos. La conductividad de este elemento aumenta con la intensidad de la luz. A causa de esta fotoconductividad, el selenio se a utilizado en los medidores de luz para camaras fotograficas y en fotocopiadoras, pero la preocupación que origina su toxicidad ha hecho que disminuya su uso. El selenio tambien puede convertir la corriente electrica alterna en corriente directa; se ha utilizado en rectificadores, como los convertidores que se usan en los radios y grabadores portátiles, y en herramientas electricas recargables. El color rojo que el selenio imparte al vidrio lo hace util en la fabricación de lentes para señales luminosas.

El telurio, tiene aspecto metalico, pero es un metaloide en el que predominan las propiedades no metalicas. Se emplea en semiconductores y para endurecer las placas de los acumuladores de plomo y el hierro colado. Se presenta en la naturaleza en diversos compuestos, pero no es abundante. El polonio es un elemento radiactivo poco comun que emite radiación alfa y gama; su manejo es muy peligroso. Los usos de este elemento se relacionan con su radiactividad, y fue descubierto por marie curie, quien le dio este nombre en honor a su natal polonia.

Grupo vii a: los halogenos.

Comprenden el fluor (f), cloro (cl), bromo (br), yodo (i), y astatino (at). El nombre de la familia halogeno provienen de las palabras griegas que significan " formadores de sales". Cada atomo de halogeno tiene siete electrones de valencia. Como elementos , los alogenos son todos diatomicos, tienen dos a tomos por molécula y son demasiado reactivos como para encontrarse libres en la naturaleza.

El primer halogeno, el fluor es un gas amarillo palido, que es el elemento con mas carácter no metalico de todos. Tienen una fuerte tendencia a ganar un electrón para formar iones fluoruro, f . Tanto la madera como el hule arden en forma espontánea en fluor gaseoso. El fluor se emplea en la producción de compuestos con carbono llamados fluorocarbonos, como el freon-12, ccl2f2 , que se utiliza como refrigerante en aparatos de aire acondicionado. El teflón es un fluorocarbono que es un polimero; tiene unidades moleculares de dos atomos de carbono y cuatro atomos de fluor que se repiten miles de veces en largas cadenas. Los compuestos de fluor tambien se utilizan para prevenir la caries dental y en ciertos lubricantes.

El cloro es un gas amarillo verdoso de olor irritante, que reacciona con casi todos los elementos. En concentraciones elevadas es muy venenoso, pero es bajas concentraciones puede salvar vidas: se emplea para purificar el agua potable, se emplea en la producción de papel, textiles, blanqueadores, medicamentos, insecticidas, pinturas, plásticos y muchos otros productos de consumo.

El bromo es el unico elemento no metalico que es liquido a temperatura ambiente. Este liquido reactivo de color rojo sangre con un vapor rojo, es picante y venenoso; se debe manejar con extremo cuidado. El elemento se obtiene principalmente procesando salmuera extraida de los pozos de arkansas y michigan. Tambien se puede obtener bromo del agua de mar, pero esto ya no constituye una fuente importante del elemento. El bromo se utiliza en la producción de sustancias químicas para fotografia, colorantes y retardantes de flama, y en la manufactura de un amplia variedad de otras sustancias químicas, incluso productos farmacéuticos.

A temperatura ambiente el yodo es un solido cristalino de color gris metalico. Cuando se calienta, el yodo solido se sublima, es decir se transforma, directamente del estado solido al gaseoso sin pasar por el estado liquido. El vapor de yodo presenta un hermoso color violeta brillante. El yodo que es menos abundante que otros halogenos, se obtiene de pozos de salmuera que hay en los campos petroleros de california y luisiana. El elemento esta presente tambien en ciertos vegetales marinos, como las algas, los compuestos de yodo se utilizan en productos químicos para fotografia y tambien en ciertos medicamentos. El cuerpo humano necesita un poco de yodo para elaborar la hormona tiroxina.

Todos los isótopos del astatino son radioctivos. Se cree que la cantidad total de este elemento, existe en la corteza terrestre, es menor que 30 gr. (una onza). Muestras minúsculas de este inestable elemento se sintetizaron por primera vez en la universidad de california, berkeley, en 1940.

Grupo viii a: los gases nobles.

Esta familia incluye al helio (he), neon (ne), argon (ar), cripton (kr), xenon (xe) y radon (rn). Los gases nobles existen en forma de atomos gaseosos monoatómicos (solos) que no tienden a participar en reacciones con otros elementos.

Todos loa gses nobles poseen un nivel energético externo lleno por completo de electrones (dos en el helio y ocho en todos los demas). Esta distribución estable de electrones explica la naturaleza no reactiva de estos elementos. Alrededor del 1 % de la atmósfera de la tierra es argon, y los otros gases nobles estan presentes en cantidades muy pequeñas. A excepcion del helio, que se extrae de pozos de gas natural, estos elementos se separan del aire licuado.

Durante la decada de 1890, el químico escoses sir william ramsey y sus colaboradores, descubrieron la existencia de todos estos elementos excepto el helio y el radon. Cunado janssen, astrónomo, empleaba un espectroscopio par estudiar un eclipse de sol en 1868, observo una nueva linea en el espectro. Se concluyo que el sol tenia un elemento aun no descubierto que mas tarde recibio el nombre de helio, derivado de la palabra griega helios, que significa el " sol". El primer descubrimiento de la presencia de helio en la tierra tuvo lugar en 1895, cuando ramsey encontro una muestra de mineral de uranio producia helio gaseoso. El radon es un gas radioactivo descubierto en 1900 por friedrich dorn, fisico quien encontro que se producia este elemento durante la descomposición radioactiva del elemento radio.

Debido a su baja densidad u naturaleza no inflamable, el helio se utiliza para inflar globos y dirigibles (zepelines), y para mantener bajo presion el combustible liquido de los cohetes saturno. La propiedad que distingue a los gases nobles como grupo, es su calidad de "inertes". Por ejemplo, el helio y el argon se emplean en la soldadura del arco y en procesos metalúrgicos, para evitar la reaccion de los materiales con el oxigeno y el nitogeno del aire. Las bombillas de luz y los tubos fluorescentes se llenan con una mezcla de argon y nitrógeno, que provee una atmósfera inerte para prolongar la vida del filamento. El cripton es mas costoso, pero se utiliza para aumentar la eficiencia y brillantes de ciertas bombillas de lampara de mano y de aditamentos de destello electrónico que se emplea en fotografia. La brillante luz naranja-rojiza de los anuncios de neon se produce cuando se hace pasar una corriente electrica a travez de un tubo que contiene gas neon a baja presion. La naturaleza no reactiva de los gases nobles los hace muy valiosos.

Metales de transicion.

Los metales de transición se localizan en la parte central de la tabla periódica y se les identifica con facilidad mediante un numero romano seguido de la letra "b" en muchas tablas. No hay que olvidar, sin embargo, que ciertas tablas periódicas emplean un sistema distinto de rotulos , en el que los primeros grupos de metales de transición estan marcados como grupos "a" y los dos ultimos grupos de metales de transición se identifican como grupos "b". Otras tablas no emplean la desingnacion de "a" o "b".

En general, las propiedades de los metales de transición son bastantes similares. Estos metales son mas quebradizos y tienen puntos de fusion y ebullición mas elevados que los otros metales. Las densidades, puntos de fusion y puntos de ebullición de los metales de transición aumentan primero y luego disminuyen dentro de cada periodo, conforme aumenta el numero atomico. Esta tendencia es mas notoria en los metales de transición del sexto periodo. Los metales de transición son muchos menos reactivos que los metales alcalinos y alcalinoterreos. Asi, aunque los metales alcalinos, como el sodio o el potasio, nunca se encuentran libres en la naturaleza, si se ha podido encontrar muestras relativamente puras de varios metales de transición, como oro, plata, hierro y manganeso.

Los metales de transición pueden perder dos electrones de valencia del subnivel s mas externo, además de electrones d retenidos con poco fuerza en el siguiente nivel energético mas bajo. Asi un metal de transición en particular, puede perder un numero variable de electrones para formar iones positivos con cargas distintas. Por ejemplo, el hierro pueden formar el ion fe2+ o el ino fe3+ se dice que el hierro tienen numeros de oxidación +2 y +3. Muchos compuestos de metales de transición presentan un colorido brillante gracias a un numero variable de electrones no aparedos.

El cobre, la plata y el oro se les llama metales de acuñación. Los tres son buenos conductores de calor y electricidad. El cobre tiene un color rojizo característico, que poco a poco se oscurece conforme reacciona el metal con el oxigeno y los compuestos de azufre del aire. El cobre se emplea de manera extensa en aplicaciones electricas, monedas, tubería para agua y en aleaciones muy conocidas como el laton, el bronce y la plata sterling.

La plata con un brillante lustre metalico, es el mejor conductor tanto de calor como de la electricidad. Se emplea en monedas, joyeria, contactos eléctricos, circuitos impresos, espejos, baterias, y productos químicos para fotografia. El oro es el mas maleable y dúctil de los metales. Es blando, pero por lo general contiene cantidades pequenas de otros metales para hacer aleaciones que son mas resistentes. El oro no reacciona con el aire ni con la mayor parte de las ustancias químicas.

Entre otros metales de transición familiares estan el cromo, hierro cobalto, niquel y zinc, del cuarto periodo de la tabla periódica. Estos metales se emplean mucho en diversas herramientas y en aplicaciones relacionadas. El hierro es el cuarto elemento mas abundante y es el metal menos costoso. Las aleaciones del hierro, conocidas como acero, contienen cantidades pequeñas de metales como cromo, manganeso y niquel, que le dan resistencia, dureza y durabilidad. El hierro que esta cubierto con una delgada capa de zinc se dice que esta galvanizado. Algo asi como la tercera parte de todo el zinc que se produce de emplea para galvanizar alambre, clavos y metal laminado. El zinc es importante en la producción de laton, pilas secas y fundiciones a troquel para objetos automotrices y de ferretería.

Metales de transición internos.

Las dos filas de la parte inferior de la tabla periódica se concocen como metales de transición internos. Localiza el lantano con el numero atomico 57. La serie de elementos que siguen al lantano ( los elementos con numero atomico del 58 al 71) se conocen como los lantanidos. Estos elementos tienen dos electrones externos en el subnivel 6s, mas electrones adicionalesen el subnivel 4f. De manera similar, la serie de elementos que siguen al actino (lodselementos con numero atomico del 90 al 103) se conocen como actinidos, que tienen dos electrones externos en el subnivel 7s, mas electrones adicionales en el subnivel 5f. En el pasado, a los elementpos de transicion internos se les llamaba "tierras raras" , pero esta no era una buena clasificacion, pues la mayor parte no son tan raros como algunos otros elementos son, sin embargo muy difícil de separar.

Los lantanidos y actinidos poseen subniveles f parcialmente ocupados. Tienen propiedades tan similares que resulta difícil separarlos químicamente, aunque los metodos mas nuevos han permitido bajar los costos de purificación. Estos metales, a diferencia de los metales de transición, son blandos y maleables. Se emplean en piedras de encendedores de cigarrillos, lamparas de arco de carbono, laseres, agentes colorantes para el vidrio y compuestos que producen el intenso color rojo que se requiere para los cinescopios de televisión.

Elementos transuranicos.

El uranio, con el numero atomico 92, pertenece a la serie de los actinidos y tiene mas protones que cualquier otro elemento presente en la naturaleza. En 1940 se sintetizo un nuevo elemento con 93 protones en la universidad de california en berkeley. Este elemento, llamado neptunio, es el primer miembro de los elementos sintéticos con numeros atomicos mayores de 92. A estos elementos se les llama transuránicos, y todos ellos son radioactivos. El plutonio tambien se sintetizo en 1940; en la actualidad se produce como un producto secundario de reactores nucleares. Hasta ahora se han producido 16 elementos transuránicos; algunos de ellos son bastante estables, en tanto que otros sufren con facilidad una desintegración radioactiva. Los nombres de los elementos del 95 al 103 se derivaron de lugares y científicos importantes. Los elementos del 95, 97 y 98 recibieron su nombre en honor de america, berkeley y california, respectivamente. Los elementos con numeros atomicos 96, 99, 100, 101, 102, y 103 fueron bautizados , respectivamente , en honor a los curie, albert einstein, enrico fermi, mendeleev, alfred novel y ernest lawrence (inventor del ciclotron). En 1994 se propuso formalmente que el elemento 106 se llamara seaborgio (sg) en honor de glenn t. Seaborg, por su trabajo con los elementos transuránicos.

El equipo que se requiere para producir nuevos elementos transuránicos se ha vuelto mas complejo, pero no hay razon para dudar de que sinteticen elementos adicionales, o de que se encuentren nuevos usos para los elementos naturales y sintéticos.

 POLARIDAD MOLECULAR.

La polaridad de una molécula depende de:

El tipo de enlace.

La geometría molecular.

Las geometrías moleculares que podemos observar son:

Lineal como la que presenta la molécula CO2, angular como la que presenta la molécula H2O, Piramidal como la que presenta el NH3, Trigonal plana como la que presenta el compuesto BF3, y Tetraédrica como la que presenta el CH4.

A continuación con ayuda de una tabla resumimos la información ya citada.

Cuando una molécula presenta polaridad puede ser atraída por campos magnéticos o ser soluble en solventes polares. De acuerdo a esta información podemos encontrar moléculas polares y no polares. Como ejemplos de moléculas no polares podemos mencionar: CH4,CO2, CCl4, BF3, y como moléculas polares podemos mencionar: H2O, HCl, NH3 La molécula CH4 es no polar por su geometría pero polar por la diferencia de electronegatividad la cual tiene un valor de: 0.4. La molécula de bióxido de carbono presenta características similares es decir sus enlaces son covalentes polares por la diferencia de electronegatividad la cual tiene un valor de 1.0, pero por su geometría es una molécula no polar.

Geometría. Pares de e-

alrededor del

átomo central. Ejemplos. Imagen.

Lineal. 2 BeH2,

HF,CO2

Trigonal Plana. 3 BF3

Tetraédrica. 4 CH4

Piramidal. 4 NH3

Angular. 4 H2O

GEOMETRIA MOLECULAR

La geometría tridimensional de las moléculas está determinada por la orientación relativa de sus enlaces covalentes. En 1957 el químico canadiense Ron Gillespie basándose en trabajos previos de Nyholm desarrolló una herramienta muy simple y sólida para predecir la geometría (forma) de las moléculas.

La teoría por él desarrollada recibe el nombre Teoría de Repulsión de los Pares de Electrones de Valencia (TRPEV) y se basa en el simple argumento de que los grupos de electrones se repelerán unos con otros y la forma que adopta la molécula será aquella en la que la repulsión entre los grupos de electrones sea mínima.

Para la TRPEV grupos de electrones pueden ser:

• un simple enlace