PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS Y ELEMENTOS DE TRANSICION

1867  Descargar (7)

Texto completo

(1)

PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS REPRESENTATIVOS

Las propiedades de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos. Este es un postulado amplio que todavía tiene mucha utilidad como base para las generalizaciones y comparaciones del comportamiento químico. Los químicos de todo el mundo concuerdan en que la Ley Periódica expresa relaciones bien caracterizadas de las propiedades químicas y de las estructuras de los átomos.

La tabla periódica se basa en la distribución electrónica en los átomos, que es la que determina las propiedades físicas y químicas de los elementos. Los rasgos fundamentales son el ordenamiento de los elementos de acuerdo a su número atómico creciente y el hecho de que los elementos que presentan propiedades similares se hallan unos debajo de otros en columnas verticales.

A las columnas (verticales) se las denomina grupos, y en ellos se ubica a los elementos de configuración electrónica similar. Tradicionalmente se designaban con números romanos del I al VIII y letras A o B. La IUPAC (Unión internacional de química teórica y aplicada) en 1989 estableció para designar a los grupos el uso de números arábigos del 1 al 18.

La tabla periódica presenta tres zonas divididas por medio de trazos más gruesos: metales, no metales y gases nobles. Si bien la clasificación no es estricta, los elementos que se encuentran a la izquierda de la tabla presentan características de metales: son buenos conductores del calor y de la electricidad, son generalmente sólidos a temperatura ambiente, etc. Estas propiedades derivan de la labilidad electrónica, lo que determina su tendencia a formar cationes. Los elementos situados en la parte superior derecha de la tabla son no metales con propiedades opuestas a los elementos anteriores. El hidrógeno, posee una ubicación incierta, ya que por algunas de sus propiedades debería incluirse con los no metales, pero por su configuración electrónica y la capacidad de originar iones +1, también podría ubicárselo a la izquierda de la tabla. La tercera zona corresponde a la última columna de la tabla: los gases nobles. Estos elementos se consideran un grupo aparte por ser elementos que presentan una estabilidad especial y que no suelen combinarse con otros.

(2)

metales alcalinos, el grupo 2 es de los metales alcalino-térreos, los elementos del grupo 16 se denominan calcógenos, los del grupo 17 se denominan halógenos, y los elementos del grupo 18 son los gases nobles.

La sección media de la tabla comprende los elementos de transición. En comparación con los representativos, la progresión de propiedades químicas de los elementos de transición es menos notoria. Por lo tanto, se puede decir que los elementos de transición constituyen, desde el punto de vista químico, un grupo mucho más homogéneo que el de los representativos. El concepto de elementos de transición está relacionado con la adición progresiva de electrones a los subniveles d de la anteúltima órbita de los átomos.

La sección inferior de la tabla comprende los elementos de transición interna. Estos elementos presentan propiedades muy similares, por lo que resultó difícil caracterizarlos, y separarlos. A la primera serie de elementos se le dio el nombre de tierras raras o lantánidos La siguiente serie se denominó actinidos. El concepto de elementos de transición interna está relacionado con la adición progresiva de electrones en los subniveles f del antepenúltimo nivel ocupado de los átomos.

HIDROGENO

El elemento hidrógeno presenta tres isótopos hidrógeno, deuterio y tritio

A temperatura ambiente el hidrógeno molecular H2 se encuentra en estado gaseoso, Su punto de fusión es de 14,025 Kelvin y su punto de ebullición es de 20,3 Kelvin.

El hidrógeno puede obtenerse en el laboratorio a partir de las siguientes reacciones reacción

Zn+ 2 HCl(ac) → ZnCl2(ac)+ H2(g) 2 Al + 6OH- (ac)+ 6H

2O →Al(OH)4-(ac)+ 3H2(g) Por electrólisis del agua

Hidruros

(3)

•Iónicos: se forman por reacción de hidrógeno con un metal muy electropositivo: por ejemplo si reacciona con un metal alcalino 2 M + H2→2 MH

•Covalentes pueden formarse hidruros covalentes con metales y con no metales. Por ejemploBeH2, AlH3

Con elementos no-metálicos •SnH4, PH3, CH4 NH3, H2O, HF

ELEMENTOS DEL GRUPO 1 METALES ALCALINOS

Los metales alcalinos corresponden al grupo 1 de la tabla periódica, son Litio, Sodio, Potasio, Rubidio, Cesio y Francio. Como el resto de los metales, los metales alcalinos son maleables, dúctiles y buenos conductores del calor y la electricidad

Son metales blandos, de baja densidad, son blanco-plateados, con puntos de fusión bajos. Estos metales son los más reactivos químicamente, por ello no se encuentran en estado libre en la naturaleza, sino en forma de compuestos, generalmente sales. Los metales alcalinos se recubren rápidamente de una capa de hidróxido en contacto con el aire y reaccionan violentamente en contacto con el agua, formando hidróxidos y liberando hidrógeno que, debido al calor desprendido, arde.

Son muy electropositivos, presentan baja energía de ionización por lo tanto, pierden un electrón fácilmente (número de oxidación +1) y forman compuestos iónicos con otros elementos.

Son reductores poderosos. El Li presenta el potencial de reducción mas negativo Li+(ac) + e-→Li(s) Eº= -3.05 V

Sus óxidos son básicos así como sus hidróxidos. Reaccionan directamente con los halógenos, el hidrógeno, el azufre y el fósforo originando los haluros, hidruros, sulfuros y fosfuros correspondientes. Casi todas las sales son solubles en agua, siendo menos solubles las de litio

Se obtienen en forma elemental por electrólisis de sus sales fundidas. Algunas aplicaciones de compuestos de metales alcalinos:

Li2CO3 tratamiento del trastorno de bipolaridad.

NaOH como materia prima para producción de sales de Na NaHCO3 como leudante en polvos para hornear

KCl como fertilizante

ELEMENTOS DEL GRUPO 2 METALES ALCALINOTERREOS

Este grupo está integrado por Berilio, Magnesio, Calcio, Estroncio, Bario y Radio, Las propiedades químicas generales de estos elementos están determinadas por la facilidad con la cual pueden removerse sus 2 electrones de valencia (formación de iones +2).

A excepción de una tendencia hacia el carácter no metálico de Be, todos los elementos poseen características de los metales, como son la formación de óxidos básicos e hidróxidos.

El Mg y el Ca son los miembros más importantes del grupo, sobre todo desde el punto de vista biológico:

(4)

El esmalte de los dientes es la hidroxiapatita, Ca5(PO4)3OH(s), que puede seratacada por ácidos originando caries:

Ca5(PO4)3OH(s) + 5 H3O+(ac) 5Ca+2(ac) + 3 HPO4-2 (ac)+ 5 H2O

El esmalte es más resistente cuando se forma fluoroapatita: Ca5(PO4)3F

El Ca forma parte del cemento y de la piedra caliza que se utilizan en lacontrucción

ELEMENTOS DEL GRUPO 13

Este es el primer grupo del bloque p. Tienen una configuración electrónica ns2 np1 y por lo tanto se espera un número de oxidación máximo de +3:

- B y Al: solo como +3 - Ga, In, Tl: +3, +1

ALUMNIO: tiene baja densidad, es un metal fuerte y un conductor eléctrico excelente. Aunque es fuertemente reductor, es resistente a la corrosión debido a que su superficie se pasiva por medio de la formación de una película de óxido estable. Es anfótero:

2Al + 6H+(ac) 2Al+3(ac) + 3H 2 (g) 2Al + 2 OH-(ac) + 6H

2O Al(OH)4-(ac) + 3H2 (g)

El óxido de aluminio o alúmina, Al2O3 , se presenta con varias estructuras cristalinas: la γ-alúmina absorbe agua y se usa como fase estacionaria en cromatografía. Forma parte de ciertas preciosas: Rubí: alúmina con Cr3+ ; Zafiro: alúmina con Fe3+ y Ti4+; Topacio: alúmina con Fe3+

BORO

El ácido bórico (H3BO3) es tóxico para muchas bacterias e insectos, por lo cual se ha usado como antiséptico e insecticida. El óxido de boro (B2O3) se utiliza para obtener vidrios de borosilicatos (parecido al Pirex).

ELEMENTOS DEL GRUPO 14: familia del carbono

Incluye a Carbono, Silicio, Germanio, Estaño y Plomo

CARBONO:

El carbono presenta distintas formas alotrópicas:

GRAFITO: consiste en láminas planas de átomos de C con hibridación sp2 en una red hexagonal. Los electrones se mueven de un átomo a otro a través de una red  deslocalizada (formada por orbitales p), por lo cual es capaz de conducir la corriente eléctrica.

DIAMANTE: átomos de C con hibridación sp3, unidos entre sí con geometría tetraédrica, con todos los electrones en enlaces . Es el abrasivo ideal porque raya cualquier otra sustancia y disipa muy bien el calor generado.

FULLERENOS: familia de moléculas en forma de jaulas cerradas altamente simétricas formadas solo por átomos de C. En 1985 se identificó por primera vez el fullereno C60. Algunos fullerenos y compuestos relacionados parecieran ser efectivos contra el melanoma y el VIH.

(5)

SILICIO

Es el segundo elemento más abundante de la naturaleza. Está presente en las rocas como silicatos (SiO3-2) y como sílice (SiO2) en la arena.

La sílica gel se usa como desecante, soporte para catálisis, fase estacionaria en cromatografía.

En el talco, Mg5(Si2O5)2(OH)2, los silicatos se conectan entre sí formando láminas, lo cual lo hace suave y resbaloso.

Las siliconas son materiales sintéticos consistentes en largas cadenas de -O-Si-O-Si- con los restantes enlaces del Si unidos a grupos orgánicos como el metilo (-CH3). Se usan como impermeabilizantes, selladores y lubricantes.

El vidrio es un sólido iónico con estructura amorfa similar a la de un líquido. Tiene una estructura de red basada generalmente en SiO2 fundido con óxidos metálicos que actúan como modificadores de red y alteran la disposición de enlaces en el sólido. El HF ataca al vidrio:

SiO2 (s) + 6 HF SiF6-2 (ac) + 2H3O+(ac)

Las fibras ópticas se fabrican extrayendo una fibra delgada de una barra de vidrio puro calentado hasta que se ablanda. Luego, la fibra se recubre con plásticos.

El vidrio se obtiene calentando a unos 1.500 °C la arena de sílice (SiO2), y agregando luego el óxido del metal

ELEMENTOS DEL GRUPO 15 Familia del nitrógeno

Las propiedades físicas y químicas varían mucho dentro de este grupo constituido por Nitrógeno, Fósforo, Arsénico, Antimonio y Bismuto.

El rango de estados de oxidación va desde -3 a +5, pero sólo el N y el P presentan todos estos estados de oxidación.

NITROGENO

El N2 gaseoso es el gas más abundante en la atmósfera (76% en masa) y es una molécula poco reactiva.

Ciertos microorganismos convierten el N contenido en los residuos animales y vegetales en nitrógeno molecular gaseoso (N2). La siguiente figura presenta el ciclo del nitrógeno.

(6)

El nitrógeno presenta óxidos en distintos estados de oxidación: N2O5, NO2 o N2O4, N2O3, NO y N2O.

El óxido nitroso (N2O) o gas hilarante fue el primer anestésico general. El óxido nítrico (NO) tiene funciones biológicas muy importantes (neurotransmisor) en diversos procesos fisiológicos.

Otros compuestos importantes son los nitritos que se utilizan en el procesamientos de productos cárnicos porque inhiben el crecimiento bacteriano y porque conserva el color rojo de la carne al formar un complejo con la hemoglobina. Pueden formar HNO2 con el ácido del estómago, el cual reacciona con los aminoácidos formando nitrosaminas (compuestos carcinogénicos).

FOSFORO

Sus propiedades son muy diferentes a las del nitrógeno. El tamaño de los átomos y la disponibilidad de orbitales 3d permite que el P forme hasta 6 enlaces. Existe en 2 formas alotrópicas:- fósforo blanco (P4) altamente reactivo

- fósforo rojo: cadenas de tetraedros (P4) conectadas

P4 + 3 O2 P4O6 P4 + 3 O2 P4O10

El P4O10reacciona fuertemente con el agua para dar ácido fosfórico (H3PO4)

P4O10 + 6H2O 4H3PO4 (ac)

El H3PO4 se utiliza principalmente para la producción de fertilizantes, aditivos para alimentos y en detergentes.

Cuando el H3PO4 se calienta, pierde agua generando el ácido pirofosfórico 2H3PO4 H2O + H4P2O7

El P forma parte del ATP (adenosina trifosfato), la biomolécula energética básica del metabolismo celular.

ELEMENTOS DEL GRUPO 16 la familia del oxígeno

Los elementos integrantes son Oxígeno, Azufre, Selenio, Telurio y Polonio

OXIGENO

El oxígeno es el elemento más abundante en la corteza terrestre, se presenta bajo dos formas alotrópicas, oxígeno molecular O2 y Ozono O3. El ozono se genera en la estratósfera por efecto de radiaciones sobre el oxígeno molecular.

El O2 se obtiene por destilación fraccionada del aire, y también por electrólisis del agua. Es una sustancia paramagnética.

En la estratósfera la concentración de O3 alcanza valores elevados entre 10 y 50 Km sobre la corteza terrestre. El efecto neto de esta capa de ozono es la conversión de luz UV en calor proceso que no involucra la pérdida de O3

El peróxido de hidrógeno H2O2, puede descomponerse, a través de la siguiente reacción que produce agua y oxígeno:

(7)

Se utiliza como blanqueador de pulpa de celulosa y papel (50%), usos domésticos, como blanqueador, desinfectante y en cosmética.

AZUFRE

Se presenta en dos variedades o formas alotrópicas ambas formadas por anillos de S8: Azufre Rómbico y Azufre monoclínico.

Sulfuro de Hidrógeno H2S es un gas soluble en agua, es un ácido muy débil Ka1= 1×10-7 Puede obtenerse en el laboratorio a partir de sulfuro de hierro y de sulfuro de aluminio:

FeS(s) + H2SO4→H2S(g) + FeSO4 H2O + Al2S3→H2S + Al2O3

Los únicos sulfuros iónicos solubles son los de metales alcalinos y algunos alcalinos térreos, Na2S. En general el resto de los sulfuros presentan baja solubilidad.

ELEMENTOS DEL GRUPO 17: familia de los halógenos

Formado por fluor, cloro, bromo, iodo y astato. Son diatómicos en estado elemental. A temperatura ambiente, los halógenos se encuentran en los siguientes estados

Sólido: Iodo, Astato; Líquido- Bromo; Gas- Flúor, Cloro

Forman compuestos binarios llamados haluros y una gran variedad de oxoácidos y sales derivadas.

FLUOR

Se obtiene por electrólisis de HF en presencia de KF. El fluor presenta un alto potencial de reducción siendo el elemento más electronegativo.

F2(g) + 2e-→2 F-E0= 2,85 V

CLORO Presente en el agua de mar y en salares

Puede obtenerse por métodos electrolíticos Electrólisis de NaCl fundido Na ++ Cl-+ H2O →NaOH+ ½Cl

2+ ½H2

ELEMENTOS DEL GRUPO 18: familia de los gases nobles

Los elementos que la forman son: helio, neón, argón, criptón, xenón, radón. Estos elementos se consideraron inertes hasta 1962, debido a que su estado de oxidación es 0, teniendo 8 electrones en su última capa, por lo que no forman compuestos fácilmente. Tienen una energía de ionización muy alta, por lo que son muy estables. En la atmósfera hay un 1% de gases nobles (fundamentalmente argón (0,94%)). Se obtienen por licuación fraccionada de aire. El helio es el segundo elemento más abundante del Universo. Todos son gases incoloros, inodoros, solubles en agua.

Tienen puntos de fusión muy bajos. A pesar de su baja reactividad e han obtenido compuestos de criptón, xenón y radón con flúor, cloro, oxígeno y nitrógeno.

Se usan principalmente en iluminación: tubos de descarga: helio da color marfil, neón rojo, argón azul rojizo, criptón azul verdoso y xenón violeta. Otros usos son la creación de atmósferas inertes en soldadura y corte (argón), relleno de globos (helio), gases de inmersión (helio), refrigerantes para bajas temperaturas y superconductividad (helio, neón)

ELEMENTOS DE TRANSICIÓN

(8)

Al avanzar en un período hacia la derecha la carga nuclear aumenta ya que hay cada vez más protones en el núcleo, pero los electrones que se van incorporando lo hacen en la subcapa 3d más interna

Poseen una gran variedad de estados de oxidación. Sus compuestos son coloreados y paramagnéticos.

Sus potenciales de reducción suelen ser menos negativos que los de los metales representativos. Pueden formar aleaciones entre ellos. Son en general buenos catalizadores. Forman complejos iónicos.

Todos los elementos del bloque d son metales, la mayoría son buenos conductores de la electricidad, maleables, dúctiles, brillantes y de color blanco-plateado excepto el cobre que es marrón rojizo y el oro de color amarillo.

Los elementos de este bloque tienden a perder sus electrones s al formar compuestos y un número variable de electrones d por lo que presentan distintos estados de oxidación.

La mayoría de estos compuestos forman óxidos básicos pero los óxidos de un elemento dado presentan un desplazamiento hacia el carácter ácido a medida que aumenta su estado de oxidación:

CrO (básico), Cr2O3 (anfótero) CrO3 (ácido)

HIERRO

Es el metal del bloque d más ampliamente utilizado, sus principales minerales son hematita Fe2O3, magnetita Fe2O4 y pirita FeS2.

Las sales de Fe(II) se oxidan facilmente a sales de Fe(III) en presencia de aire:

Esta reacción se vé favorecida en medio básico por la precipitación de Fe(OH)3.

El Fe suele estar presente en aguas naturales, dado que entran en contacto con minerales presentes en el suelo como FeCO3. Si bien el Kps de esta sal es muy pequeño (3,2×10-11) el CO2 disuelto en el agua favorece la disolución:

El cuerpo de un adulto sano contiene alrededor de 3 g de hierro principalmente como hemoglobina. Aproximadamente 1 g se pierde diariamente, por lo que debe ingerirse alimentos que contienen hierro para evitar la anemia (deficiencia de hierro) que ocasiona la reducción del transporte de oxígeno al cerebro.

COBRE

El cobre metálico reacciona al aire dando carbonato básico de cobre que es la sustancia verde que se observa cubriendo objetos de cobre y bronce.

En solución acuosa el Cu presenta dos estados de oxidación +1 y +2. En solución el ion Cu+ se desproporciona con facilidad

(9)

Entre los compuestos insolubles de Cu(II) está el Cu(OH)2, que se forma al agregar NaOH a una solución acuosa de Cu+2. Es un compuesto azul que pierde agua con facilidad cuando se calienta dando lugar al óxido de Cu(II) de color negro

Figure

Actualización...