Elementos Químicos: Propiedades, Clasificación y Comportamiento en la Naturaleza
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Identidad de los Elementos
Los elementos son sustancias simples formadas por una misma clase de partículas denominadas átomos. Los átomos poseen un núcleo donde se encuentran los protones y los neutrones; alrededor del núcleo giran los electrones.
Elementos en las Geosferas
Alrededor del 20% de los elementos se encuentran libres (no combinados). La mayoría de ellos se encuentran combinados formando diferentes tipos de compuestos.
Elementos en los Seres Vivos
Macronutrientes
Entre los más importantes están C, H, O, N, P y S, elementos básicos para la formación de carbohidratos, lípidos, proteínas, ácidos nucleicos y otros compuestos orgánicos.
Micronutrientes
Entre estos se encuentran Fe, Mn, B, Zn, Cu y otros. Son requeridos en cantidades mínimas dependiendo del organismo.
Elementos Tóxicos para el Organismo
Existen algunos elementos tóxicos para el organismo debido a su propia naturaleza o a su consumo excesivo. Los elementos pesados como plomo, arsénico y mercurio son tóxicos porque impiden el funcionamiento normal de las proteínas y, como consecuencia, estas se dañan. Ejemplo: el plomo es absorbido con facilidad por el cuerpo humano, pero es muy difícil de eliminar.
Propiedades Físicas y Mecánicas
Dureza
Es la resistencia que tiene la superficie de un elemento de ser rayado por otros materiales, de modo que algunos son tan blandos que se pueden rayar con una uña.
Maleabilidad
Es la facilidad que tienen algunos metales de ser cortados en láminas delgadas sin romperse, como el caso del aluminio, cuyas láminas se usan para envolver alimentos.
Ductilidad
Es la capacidad de algunos metales de formar hilos delgados o alambres sin romperse, como el caso del cobre, que se usa para alambres de conducción eléctrica.
Variación de las Propiedades Metálicas y No Metálicas
Varían según su número atómico, periodo, grupo y familia a la que pertenecen.
- Dentro de un periodo: el carácter metálico de los elementos disminuye al aumentar el número atómico de izquierda a derecha.
- Dentro de un grupo o familia: el carácter metálico, por lo general, aumenta de arriba abajo al aumentar el número atómico.
Clasificación de los Metales en la Tabla Periódica
Metales Alcalinos
Pertenecen al grupo I de la familia A. Comprenden seis elementos: Li, Na, K, Rb, Cs y Fr. No se incluye el hidrógeno en este grupo. Son elementos de carácter metálico, sólidos de baja densidad, blandos, de punto de fusión relativamente bajos y altamente reactivos con respecto al resto de los metales.
Metales Alcalinotérreos
Pertenecen al grupo II, familia A. Al calcio, estroncio y bario se les llamaba alcalinotérreos desde la antigüedad; a sus hidróxidos se les llamaba álcalis, por ser bases fuertes, y a sus óxidos, tierras, por ser insolubles en agua. Son sólidos, menos metálicos y menos reactivos que los metales alcalinos, pero son más densos, más duros y tienen mayor punto de fusión.
Metales de Transición
Incluyen Au, Ag, Fe, Ni, Zn y Cu, siendo algunos de ellos metales preciosos. Tienen alta densidad, alto punto de fusión, excepto el Hg, y reactividad química diversa.
Metales de Transición Interna
Son un subgrupo de los metales de transición pertenecientes a dos series: lantánidos y actínidos. Los lantánidos son, por lo general, blandos, de color gris y buenos conductores de electricidad, similar al lantano. Los actínidos tienen propiedades radiactivas similares a las del actinio. Los actínidos con números atómicos superiores al uranio no existen en forma natural porque tienden a desintegrarse radiactivamente con facilidad.
Metaloides
Tienen propiedades intermedias entre metales y no metales. Son el B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po y At.
Los Metales y la Metalurgia
La mayor parte de los metales se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos en forma de minerales, y solo algunos, como el oro, se encuentran en estado libre.
Propiedades Químicas de los Metales
Formación de Óxidos Básicos
Ocurre cuando un metal reacciona con el oxígeno, como en el caso del hierro, durante la oxidación lenta del hierro.
Formación de Hidróxidos
Ocurre cuando un metal alcalino reacciona con el agua. Esta reacción es muy violenta para estos metales, particularmente en el caso del sodio, que forma hidróxido de sodio.
Formación de Sales
Ocurre cuando un metal reacciona con un ácido y libera el gas hidrógeno. Los metales alcalinos reaccionan en forma explosiva con los ácidos, por lo que se debe evitar su contacto.
Clasificación de los No Metales en la Tabla Periódica
El Grupo del Carbono
El cambio de propiedades no metálicas a metálicas se puede observar en este grupo, en sentido de arriba abajo a medida que crece el número atómico.
El Grupo del Nitrógeno
Comprende los no metales nitrógeno y fósforo; los semimetales arsénico y antimonio, además del metal bismuto. El nitrógeno y el fósforo son no metales muy importantes en la naturaleza y forman una gran variedad de compuestos.
El Grupo del Oxígeno
Comprende los no metales oxígeno, azufre y selenio, el semimetal telurio y el metal polonio. El oxígeno es el más abundante en la naturaleza y forma una gran variedad de compuestos debido a su gran capacidad de reaccionar con metales y no metales.
El Grupo de los Halógenos
Comprende los no metales flúor, cloro, bromo y yodo, además del astato, que es un metal. Este último, preparado en forma artificial en 1940, es radiactivo y poco conocido. Los halógenos son muy reactivos, especialmente con los alcalinos.
El Grupo de los Gases Nobles o Inertes
Comprende solo no metales gaseosos, llamados helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón. Son poco reactivos, aunque en 1962 se sintetizaron algunos compuestos de xenón, kriptón y radón con flúor u oxígeno.