2.1 Características de la clasificación periódica
moderna de los elementos
Jöns Jakob Berzelius Clasifico a los elementos en metales y
no metales, pero no prospero, porque no se conocían todos los elementos y
además, no coincidían con los grupos ya formados. John A. R. Newlans
Clasifica a los elementos en grupos de ocho de
acuerdo a sus pesos atómicos. Dmitri Ivánovich Mendeléiev y Julius Lothar Meyer
Ordenan los elementos en función de los pesos atómicos, sus propiedades físicas y químicas, y dejan espacios de los elementos que aun no conocen. Mendeléiev establecen la ley periódica en donde ordena los elementos en función de los pesos atómicos.
Ordenan los elementos en función de los pesos atómicos, sus propiedades físicas y químicas, y dejan espacios de los elementos que aun no conocen. Mendeléiev establecen la ley periódica en donde ordena los elementos en función de los pesos atómicos.
Clasificación periódica de los elementos: la
tabla periódica
Después de conocer diferentes clasificaciones que existen sobre las distintas sustancias, resulta de gran interés y de singular importancia para una buena nomenclatura de los compuestos, el conocer ciertas características de los elementos de acuerdo al acomodo que guardan en la tabla periódica. El ordenamiento de los elementos en la tabla periódica no fue hecho al azar, sino más bien es el fruto de un gran número de intentos por agruparlos en función de sus propiedades y el orden seguido es en base a un número atómico que viene siendo la cantidad de protones existentes en el núcleo del átomo. Tal vez la tabla periódica que resulte más común, en esta podemos apreciar 7 renglones horizontales llamados periodos, además de 18 columnas verticales llamadas grupos. El nombre de tabla periódica la recibe precisamente porque cada cierto número de elementos las propiedades químicas se repiten; quedando colocados uno bajo los otros todos aquellos elementos que presentan propiedades con similitud para formarse así un grupo.
Después de conocer diferentes clasificaciones que existen sobre las distintas sustancias, resulta de gran interés y de singular importancia para una buena nomenclatura de los compuestos, el conocer ciertas características de los elementos de acuerdo al acomodo que guardan en la tabla periódica. El ordenamiento de los elementos en la tabla periódica no fue hecho al azar, sino más bien es el fruto de un gran número de intentos por agruparlos en función de sus propiedades y el orden seguido es en base a un número atómico que viene siendo la cantidad de protones existentes en el núcleo del átomo. Tal vez la tabla periódica que resulte más común, en esta podemos apreciar 7 renglones horizontales llamados periodos, además de 18 columnas verticales llamadas grupos. El nombre de tabla periódica la recibe precisamente porque cada cierto número de elementos las propiedades químicas se repiten; quedando colocados uno bajo los otros todos aquellos elementos que presentan propiedades con similitud para formarse así un grupo.
Características de la tabla periódica
Las propiedades de los átomos de los diferentes elementos
dependen de cómo están distribuidos los electrones en las diferentes capas de
la corteza. Por ello, la posición de los elementos dentro de la tabla está estrechamente
ligada a la configuración electrónica.
Como el número atómico va aumentando a lo largo de la tabla, los átomos de cada elemento poseen en su corteza un electrón más que los del elemento que ocupa la posición anterior. A lo largo de la tabla van llenándose entonces las diferentes capas electrónicas de la corteza. Las capas electrónicas van llenándose básicamente en orden creciente. Existen, sin embargo, varias alteraciones de este orden, que obedecen a que ningún átomo puede contener nunca más de ocho electrones en su última capa, ni más de dieciocho en la penúltima.
Como el número atómico va aumentando a lo largo de la tabla, los átomos de cada elemento poseen en su corteza un electrón más que los del elemento que ocupa la posición anterior. A lo largo de la tabla van llenándose entonces las diferentes capas electrónicas de la corteza. Las capas electrónicas van llenándose básicamente en orden creciente. Existen, sin embargo, varias alteraciones de este orden, que obedecen a que ningún átomo puede contener nunca más de ocho electrones en su última capa, ni más de dieciocho en la penúltima.
2.1.1 Tabla periódica
larga y tabla periódica cuántica
La tabla periódica de los elementos
ampliada fue sugerida por primera
vez por Glenn
Theodore Seaborg en 1969. Se considera Una extensión lógica de los principios que
hicieron posible la tabla
periódica, de tal forma que sea posible incluir
fácilmente los elementos
químicos no descubiertos aún. Todos los elementos se denominan según
los postulados de la Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada (la IUPAC,
siglas de su nombre en inglés: International
Union of Pure and Applied Chemistry), que proporciona
una denominación
sistemática de elementos estándar
mientras no se confirme un nombre oficial.
La tabla
periódica es una clasificación de los elementos, originalmente, por sus
propiedades y similitudes. La cual está fundamentada por la ley periódica de
Dimitri Mendeliu quien nos indica que las propiedades de los elementos son
funciones periódicas que dependen de sus números atómicos. La tabla cuántica es
una clasificación de los elementos que permite obtener de forma más sencilla la
configuración electrónica de los mismos. Puede ver una en: Evidentemente, las
similitudes son muchas puesto que de comprobó que la tabla periódica
corresponde, en cierto modo, por accidente, a una clasificación por
configuraciones electrónicas por lo que, con un poco de práctica, también puede
obtenerse la configuración electrónica con una tabla periódica.
Tabla
cuántica de los elementos.
La tabla cuántica, es una clasificación de los elementos basada en la periodicidad de sus propiedades químicas, como consecuencia y función de la distribución electrónica obtenida de los valores de los números cuánticos. Al igual que en la tabla periódica, en la cuántica los elementos están agrupados en periodos y familias.
La tabla cuántica tiene ocho periodos ubicados horizontalmente y señalados en la parte izquierda. Estos son el resultado de la suma de los valores de n + l que presentan los elementos. Por ejemplo, el galio está ubicado en el periodo 5, mostrado a la izquierda del elemento en Línea recta horizontal, y corresponde a la suma de los valores de n + I que tiene el galio; el valor den para el galio se obtiene subiendo en diagonal hacia la derecha y es 4, y el valor de t se ubica en la parte superior de la tabla y es 1, por lo que 4 + 1=5, que corresponde al número de periodo en el que está ubicado el elemento. Existen 32 familias en la tabla cuántica y están ubicadas en columnas verticales. Y los elementos que pertenecen a la misma familia presentan, para su electrón diferencial, valores iguales en los números cuánticos n, t y s (localizados en la parte superior), siendo solo el valor de n el que varía de un elemento a otro.
La tabla cuántica, es una clasificación de los elementos basada en la periodicidad de sus propiedades químicas, como consecuencia y función de la distribución electrónica obtenida de los valores de los números cuánticos. Al igual que en la tabla periódica, en la cuántica los elementos están agrupados en periodos y familias.
La tabla cuántica tiene ocho periodos ubicados horizontalmente y señalados en la parte izquierda. Estos son el resultado de la suma de los valores de n + l que presentan los elementos. Por ejemplo, el galio está ubicado en el periodo 5, mostrado a la izquierda del elemento en Línea recta horizontal, y corresponde a la suma de los valores de n + I que tiene el galio; el valor den para el galio se obtiene subiendo en diagonal hacia la derecha y es 4, y el valor de t se ubica en la parte superior de la tabla y es 1, por lo que 4 + 1=5, que corresponde al número de periodo en el que está ubicado el elemento. Existen 32 familias en la tabla cuántica y están ubicadas en columnas verticales. Y los elementos que pertenecen a la misma familia presentan, para su electrón diferencial, valores iguales en los números cuánticos n, t y s (localizados en la parte superior), siendo solo el valor de n el que varía de un elemento a otro.
La clasificación de los elementos
basada en su número atómico dio como resultado la tabla periódica moderna,
de Alfred Werner, actualmente conocida como tabla periódica larga.
Esta tabla está integrada por todos los elementos encontrados en la naturaleza,
así como los obtenidos artificialmente (sintéticos) en el laboratorio, y se
encuentran acomodados en función de la estructura electrónica de sus átomos,
observándose un acomodó progresivo de los electrones de Valencia en los niveles
de energía (periodos). Los elementos que presentan configuraciones electrónicas
externas similares, quedan agrupados en columnas verticales llamadas familias o
grupos. Podemos distinguir que en ella se encuentran ubicados también por
clases de elementos, pesados, grupos o familias y bloques.
2.2 Propiedades Atómicas y Variaciones Periódicas
Las propiedades periódicas comprenden:
- Radio
atómico.
- Potencial
de ionización ( I )
- Radio
Iónico
- Electronegatividad
- Afinidad
electrónica ( AE )
La
tabla muestra las variaciones periódicas que experimentan el radio atómico, la energía
de ionización y la afinidad electrónica en la tabla periódica
Propiedades periódicas
La Tabla Periódica puede usarse para
distintos fines, en particular es útil para relacionar las propiedades de los
átomos a escala atómica. Las variaciones de las propiedades periódicas dependen de las configuraciones electrónicas,
en especial de la configuración de la capa externa ocupada y de su distancia
con respecto al núcleo.
En este caso consideraremos las
siguientes propiedades periódicas:
1- Radio Atómico: es la mitad de la
distancia existente entre los centros de dos o más átomos que estén en
contacto.
Se puede determinar también el radio iónico (de los cationes y aniones)
resultantes, así como el radio covalente. En este caso se
supone que el átomo es esférico y cómo no es posible aislarlo para medir su
diámetro, se requiere un método indirecto. Por lo expuesto, se trata de un
tamaño relativo para el átomo individual.
Los radios iónicos están
determinados en gran medida a escala atómica por la fuerza de atracción del
núcleo hacia los electrones. Cuando la carga nuclear sea mayor los electrones estarán más fuertemente
enlazados al núcleo y menor será el radio
atómico la medida que se
desciende en un grupo, se encuentra que el radio atómico aumenta, conforme
aumenta el número atómico.
2- Energía de
ionización: es una medida de la dificultad existente para arrancar un
electrón de un átomo.
La primera energía de
ionización es la energía que se absorbe al separar el electrón más externo de
un átomo gaseoso aislado para dar un ión 1+(catión):
Na (g) ® Na+
(g) + e-
DE1=
496 kJ/mol (primera energía de ionización)
Un átomo con "n"
electrones tiene "n" energías o potenciales de
ionización pero, en general, cuanto mayor sea la energía de ionización más
difícil es separar un electrón.
3- Afinidad
electrónica: es el valor cambiado de signo de la variación de entalpía que
se produce cuando un átomo en fase gaseosa gana un electrón para formar un ión
con carga 1-(anión).
La ganancia del electrón puede ser exotérmica
o endotérmica. Por ejemplo, cuando un mol de cloro gaseoso gana un electrón
para formar ión cloruro gaseoso se liberan 348 kJ (reacción exotérmica), es
decir:
Cl (g)
+ e- ®
Cl - (g)
D E
= - 348 kJ/ mol
Por lo tanto, la afinidad electrónica del cloro es +348 kJ/ mol (3,617
electrón-voltios)
Los átomos de los halógenos se caracterizan por poseer
valores máximos de afinidad electrónica.
Los átomos de la familia de los calcógenos (O, S, Se,
Te, Po) poseen también valores grandes de su primera afinidad electrónica, en
correspondencia a su tendencia a formar aniones.
Los valores tan negativos de los átomos de la familia
del berilio son únicos e indican claramente la ausencia de tendencia a formar
aniones.
4- Electronegatividad: De un elemento mide la
tendencia relativa del átomo a atraer los electrones hacia sí cuando se combina
químicamente con otro átomo.
Las electronegatividades de los
elementos se expresan en una escala algo arbitraria llamada escala de Pauling,
en la que se asigna un valor máximo de 4.0 para el flúor y valor mínimo para el
francio de 0.7.
2.2.1 Carga nuclear efectiva
La determinación de la carga nuclear efectiva se lleva a cabo haciendo
uso de la relación Zef =Z-S. La constante de apantallamiento S se
obtiene agrupando convenientemente los orbitales, (1s) (2s2p) (3s3p) (3d) (4s4p)
(4d) (4f) (5s5p) (5d)...
En los átomos polielectrónicos,
los protones que se encuentran en el núcleo no ejercen la
misma fuerza de atracción sobre todos los electrones por igual. Esto
se debe a los efectos pantalla que causan los electrones más cercanos al núcleo
sobre los que se encuentran más alejados. Se le llama carga nuclear efectiva a
la diferencia entre la carga nuclear neta (que depende del número atómico del
elemento) y la constante del efecto pantalla s, es la fuerza
real que ejerce el núcleo sobre un electrón en particular.
Z es el número de protones y
electrones del átomo, dado por su número atómico, y s el valor
de la constante de apantallamiento, que depende del número de electrones que
separan al núcleo del electrón en cuestión, y también depende de los orbitales atómicos
en que se hallen los electrones que causan el efecto pantalla.
También influyen en este efecto
los electrones que se encuentran en el mismo nivel de energía que el electrón
considerado. No tienen influencia en esta constante los electrones que se hallan
en niveles de energía.
La carga nuclear efectiva puede
calcularse según las reglas de Slater, quien las formuló en 1930:
1.
Los electrones ubicados en un orbital de mayor
nivel contribuyen en 0 (para la sumatoria que da como resultado la constante de
apantallamiento s)
2.
Cada electrón en el mismo nivel contribuye en
0,35.(excepto si el nivel es 1s, que resta 0,30).
3.
Electrones en el nivel inmediato inferior, si están
en orbitales s o p contribuyen en 0,85, si
son de orbitales d o f contribuyen en 1,0
cada uno.
4.
Electrones por debajo del nivel inmediato inferior,
contribuyen en 1,0 cada uno.
2.2.2 Radio atómico, radio covalente, radio iónico
El Radio atómico: está
definido como mitad de la distancia entre dos núcleos de dos átomos adyacentes.
Diferentes propiedades físicas, densidad, punto de fusión, punto de ebullición,
estos están relacionadas con el tamaño de los átomos.
Los
radios atómicos: se caracteriza en gran medida por la fuertemente atracción
entre el núcleo sobre los electrones.
Cuanta mayor carga nuclear efectiva, los electrones
estarán más fuertemente enlazados al núcleo y menor será el radio atómico.
Dentro del periodo, el radio atómico disminuye constantemente
debido a que aumenta la carga nuclear efectiva.
A medida que se desciende en un grupo el radio aumenta
según aumenta el número atómico.
El radio covalente es la mitad de la distancia entre dos núcleos de átomos iguales que están unidos mediante un enlace simple en una molécula neutra.
Esta definición no presenta problemas para moléculas como Cl2, los otros halógenos, y para otros casos como hidrógeno, silicio, carbono (en forma de diamante), azufre, germanio, estaño, y algunos otros casos. Sin embargo para el oxígeno, O2, la situación es menos clara ya que el enlace oxígeno-oxígeno es doble. En este caso, y para la mayoría de los elementos del sistema periódico, es necesario calcular el radio covalente a partir de moléculas que contienen simples enlaces O-O o a partir de moléculas con un enlace O-X en el que se conoce el radio covalente de X.
el radio covalente aumenta en el mismo sentido que el radio atómico, por lo tanto:
El radio covalente aumenta al descender en un grupo y para los elementos de los grupos s y p el radio atómico disminuye de izquierda a derecha en un periodo. Esta variación puede interpretarse atendiendo a la configuración electrónica de los átomos. Al descender en un grupo, aumenta el número cuántico principal, y al pasar de un periodo a otro los electrones de valencia ocupan orbitales de número cuántico superior al anterior.
Radio Iónico
La estructura y la estabilidad de los sólidos iónicos dependen de manera
crucial del tamaño de los iones. Éste determina tanto la energía de red del
sólido como la forma en que los iones se empacan en el sólido. Además el tamaño
iónico influye en las propiedades de los iones en disolución.
|
·
Los iones positivos
sencillos son siempre más pequeños que los átomos de los que derivan y, al
aumentar la carga positiva, su tamaño disminuye.
·
Los iones sencillos
cargados negativamente son siempre mayores que los átomos de los que derivan.
El tamaño aumenta con la carga negativa.
Los radios iónicos, en
general, aumentan al descender por un grupo y disminuyen a lo largo de un
periodo. Los cationes son menores que los respectivos átomos neutros y los
aniones son mayores.
2.2.3 Energía de ionización
La energía
de ionización, potencial
de ionización o EI es la energía necesaria para separar
un electrón de un átomo en su estado
fundamental y en fase gaseosa.1 La reacción puede
expresarse de la siguiente forma:
Siendo 
los átomos en estado
gaseoso de un determinado elemento químico;
, la energía de
ionización y 
un electrón.
los átomos en estado
gaseoso de un determinado elemento químico;, la energía de
ionización y un electrón.
Esta energía corresponde a la primera
ionización. El segundo potencial de ionización representa la energía
precisa para sustraer el segundo electrón; este
segundo potencial de ionización es siempre mayor que el primero, pues el
volumen de un ion positivo es menor que el del átomo y la fuerza
electrostática atractiva que soporta este segundo electrón es mayor en el ion
positivo que en el átomo, ya que
se conserva la misma carga nuclear.
Átomo
neutro gaseoso y en estado fundamental para arrancarle el e- enlazado con menor
fuerza, es decir, mide la fuerza con la que está unido el e- al átomo.Es una energía muy elevada para los gases nobles y es necesaria una mayor cantidad de energía.
Las energías de ionización pequeña indican que los e- se arrancan con facilidad.
A medida que aumenta n el e- está más lejos del núcleo, la atracción es menor y por lo tanto, la energía de ionización es menor.
En el mismo periodo aumenta la carga nuclear y la energía de ionización tiene valores más grandes.
La
energía de ionización del hidrógeno es de 13.6 eV. Las primeras energías de
ionización varían sistemáticamente a lo largo de la Tabla Periódica, como se
aprecia en la Figura 9. La variación de esta propiedad atómica es la misma que
sigue la carga nuclear efectiva, esto es, aumenta a lo largo de un periodo y
disminuye al descender en un grupo. Las energías de ionización también se
pueden correlacionar con el radio atómico, de manera que elementos que tienen
pequeños radios atómicos generalmente poseen elevadas energías de ionización.
La explicación de esta correlación radica en el hecho de que en los átomos
pequeños los electrones están más próximos al núcleo y experimentan una mayor
fuerza de atracción de tipo coulombiana.
2.2.4 Afinidad
electrónica
La
afinidad eléctrica, afinidad electrónica o AE es la energía intercambiada
cuando un átomo neutro, gaseoso, y en su estado fundamental, capta un electrón
y se convierte en un ión mono negativo
La afinidad electrónica es la cantidad de energía absorbida por un átomo aislado en fase gaseosa para formar un ión con una carga eléctrica de −1. Si la energía no es absorbida, sino liberada en el proceso, la afinidad electrónica tendrá, en consecuencia, valor negativo tal y como sucede para la mayoría de los elementos químicos; en la medida en que la tendencia a adquirir electrones adicionales sea mayor, tanto más negativa será la afinidad electrónica. De este modo, el flúor es el elemento que con mayor facilidad adquiere un electrón adicional, mientras que el mercurio es el que menos.
La afinidad electrónica es la cantidad de energía absorbida por un átomo aislado en fase gaseosa para formar un ión con una carga eléctrica de −1. Si la energía no es absorbida, sino liberada en el proceso, la afinidad electrónica tendrá, en consecuencia, valor negativo tal y como sucede para la mayoría de los elementos químicos; en la medida en que la tendencia a adquirir electrones adicionales sea mayor, tanto más negativa será la afinidad electrónica. De este modo, el flúor es el elemento que con mayor facilidad adquiere un electrón adicional, mientras que el mercurio es el que menos.
Aunque
la afinidad eléctrica parece variar de forma caótica y desordenada a lo largo
de la tabla periódica, se pueden apreciar patrones. Los no metales tienen afinidades
electrónicas más bajas que los metales, exceptuando los gases nobles que
presentan valores positivos por su estabilidad química, ya que la afinidad
electrónica está influenciada por la regla del octeto.
Los elementos del grupo 1, tienden a ganar un electrón y formar aniones −1, completando el subnivel s, mientras que los elementos del grupo 2, que ya lo tienen completo, no presentan esa tendencia. Análogamente sucede en el bloque p, donde las afinidades electrónicas se van haciendo más negativas a medida que nos acercamos a los gases nobles. Existen átomos que presentan capas de valencia con lugares vacantes o "huecos", que pueden ser ocupados por electrones.
Entonces cuando a un átomo neutro se le añaden uno o más electrones se presenta un desprendimiento de energía, conocida como afinidad eléctrica, obteniéndose como resultado la formación de aniones.
Aunque la magnitud de dicha energía liberada sólo puede determinarse indirectamente y muy rara vez con gran exactitud, en la tabla periódica la podemos predecir en orden ascendente en un mismo período, de izquierda a derecha, y en un mismo grupo, de abajo hacia arriba.
Los elementos del grupo 1, tienden a ganar un electrón y formar aniones −1, completando el subnivel s, mientras que los elementos del grupo 2, que ya lo tienen completo, no presentan esa tendencia. Análogamente sucede en el bloque p, donde las afinidades electrónicas se van haciendo más negativas a medida que nos acercamos a los gases nobles. Existen átomos que presentan capas de valencia con lugares vacantes o "huecos", que pueden ser ocupados por electrones.
Entonces cuando a un átomo neutro se le añaden uno o más electrones se presenta un desprendimiento de energía, conocida como afinidad eléctrica, obteniéndose como resultado la formación de aniones.
Aunque la magnitud de dicha energía liberada sólo puede determinarse indirectamente y muy rara vez con gran exactitud, en la tabla periódica la podemos predecir en orden ascendente en un mismo período, de izquierda a derecha, y en un mismo grupo, de abajo hacia arriba.
Hay que
tener en cuenta, que la adición de un electrón a un metal alcalino es un
proceso exotérmico. Puesto que la pérdida de un electrón por ionización es
endotérmica (requiere energía) y la ganancia de un electrón es exotérmica
(libera energía), en el cado de los metales alcalinos la formación de un ion
negativo es energéticamente preferible a la formación de un ion positivo. Esto
contradice el dogma que se suele enseñar en los cursos de introducción a la
química. Sin embargo, no debemos olvidar que la formación de iones implica una competencia por los electrones de los elementos.
Debido a que la formación de un anión de un no metal es más exotérmica (es
decir, libera más energía), que la de un metal, son los no metales los que
ganan un electrón, en vez de los metales.
2.2.5 Numero de oxidación
El número de
oxidación es la cantidad de electrones que tiende a ceder o adquirir un átomo
en una reacción química con otros átomos para poder -de ésa manera- adquirir
cierta estabilidad química.
El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos.
Oxidación: La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.
Tipos de oxidación
•Oxidación lenta
◦La que ocurre casi siempre en los metales a causa del agua o aire, causando su corrosión y pérdida de brillo y otras propiedades características de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidación, pero el calor proviene principalmente de la fuente que derritió el metal y no del proceso químico (una excepción sería el aluminio en la soldadura autógena).
•Oxidación rápida
◦La que ocurre durante lo que ya sería la combustión, desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrógeno, (Hidrocarburos)
El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos.
Oxidación: La oxidación es una reacción química donde un metal o un no metal cede electrones, y por tanto aumenta su estado de oxidación. La reacción química opuesta a la oxidación se conoce como reducción, es decir cuando una especie química acepta electrones. Estas dos reacciones siempre se dan juntas, es decir, cuando una sustancia se oxida, siempre es por la acción de otra que se reduce. Una cede electrones y la otra los acepta. Por esta razón, se prefiere el término general de reacciones redox. El oxígeno es el mejor oxidante que existe debido a que la molécula es poco reactiva (por su doble enlace) y sin embargo es muy electronegativo, casi como el flúor.
Tipos de oxidación
•Oxidación lenta
◦La que ocurre casi siempre en los metales a causa del agua o aire, causando su corrosión y pérdida de brillo y otras propiedades características de los metales, desprendiendo cantidades de calor inapreciables; al fundir un metal se acelera la oxidación, pero el calor proviene principalmente de la fuente que derritió el metal y no del proceso químico (una excepción sería el aluminio en la soldadura autógena).
•Oxidación rápida
◦La que ocurre durante lo que ya sería la combustión, desprendiendo cantidades apreciables de calor, en forma de fuego, y ocurre principalmente en substancias que contienen carbono e hidrógeno, (Hidrocarburos)
Combinaciones
Cuando el oxígeno se combina con un metal, puede formar o bien óxidos básicos o peróxidos, estos óxidos se caracterizan por ser de tipo básicos.
Si se combina el oxígeno con un no metal forma óxidos ácidos también llamados anhídridos y caracterizados por ser de tipo ácido (actúan como ácido).
Cuando el oxígeno se combina con un metal, puede formar o bien óxidos básicos o peróxidos, estos óxidos se caracterizan por ser de tipo básicos.
Si se combina el oxígeno con un no metal forma óxidos ácidos también llamados anhídridos y caracterizados por ser de tipo ácido (actúan como ácido).
2.2.6 Electronegatividad
La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a
atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo.
Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos.Pauling la definió como la capacidad de un
átomo en una molécula para atraer electrones hacia así. Sus valores,
basados en datos termoquímicos, han sido determinados en una escala
arbitraria, denominada escala de Pauling, cuyo valor máximo
es 4 que es el valor asignado al flúor, el elemento más electronegativo. El
elemento menos electronegativo, el cesio, tiene una electronegatividad de
0,7.
La electronegatividad
de un átomo en una molécula está relacionada con su potencial de ionización y
su electroafinidad. Un átomo con una
afinidad electrónica muy negativa y un potencial de ionización elevado, atraerá
electrones de otros átomos y además se resistirá a dejar ir sus electrones ante
atracciones externas; será muy
electronegativo.
Variación periódica
·
Las electronegatividades de los elementos representativos
aumentan de izquierda a derecha a lo largo de los periodos y de abajo a arriba
dentro de cada grupo.
·
Las variaciones de electronegatividades de los
elementos de transición no son tan regulares. En general, las energías de
ionización y las electronegatividades son inferiores para los elementos de la
zona inferior izquierda de la tabla periódica que para los de la zona superior
derecha.
El
concepto de la electronegatividad es muy útil para conocer el tipo de enlace que originarán
dos átomos en su unión: El enlace entre átomos de la misma clase y de la misma
electronegatividad es apolar.
Cuanto
mayor sean las diferencias de electronegatividad entre dos átomos tanto mayor
será la densidad electrónica del orbital molecular en las proximidades del
átomo más electronegativo. Se origina un enlace polar.
Cuando la
diferencia de electronegatividades es suficientemente alta, se produce una
transferencia completa de electrones, dando lugar a la formación de especies
iónicas.
La electronegatividad es una medida de la fuerza con la que un átomo
atrae un par de electrones de un enlace. Cuanto mayor sea la diferencia de
electronegatividad entre átomos implicados en un enlace más polar será éste. Los compuestos formados por elementos con
electronegatividades muy diferentes tienden a formar enlaces con un marcado
carácter iónico
2.3 Aplicación: Impacto económico o
ambiental de algunos elementos
Los elementos químicos normalmente no se hallan libres en la
naturaleza, si no que más bien, bajo la forma de combinaciones. Entre los que
se encuentran libres podemos citar: El oxigeno, azufre, carbono, gases
raros del aire y otros pocos más .La mayor parte de ellos tienen que obtenerse
de sus compuestos, y estos se encuentran en la naturaleza al estado de
mezclas más o menos complejas.
Los elemento bajo cualquier forma que se presenten, están
naturalmente distribuidos, ya sea en los minerales o en los organismos
vegetales y animales; encontrándose algunos en pequeñas cantidades y otros en
proporciones mayores.
De
acuerdo con el tipo de subnivel que ha sido llenado, los elementos se pueden
dividir en categorías: los elementos representativos, los gases nobles, los
elementos de transición (o metales de transición), los lantánidos y los
actínidos.
La clasificación más fundamental de los
elementos químicos es en metales y no metales.
Los metales se caracterizan por su apariencia brillante, capacidad
para cambiar de forma sin romperse (maleables) y una excelente conductividad
del calor y la electricidad.
Los no metales se caracterizan por carecer de estas propiedades
físicas aunque hay algunas excepciones (por ejemplo, el yodo sólido es
brillante; el grafito, es un excelente conductor de la electricidad; y el
diamante, es un excelente conductor del calor).
Las características químicas son: los metales tienden a perder
electrones para formar iones positivos y los no metales tienden a ganar
electrones para formar iones negativos. Cuando un metal reacciona con un no
metal, suele producirse transferencia de uno o más electrones del primero al
segundo.
Propiedades atómicas
La estructura de la tabla periódica moderna está basada en las
configuraciones electrónicas de los elementos químicos. Estas configuraciones
electrónicas presentan muchas regularidades a los largo de los grupos
y periodos de la misma. No es de extrañar, que ciertas propiedades de los
átomos varíen de forma regular y sistemática en función del número de
electrones de aquellos. Las propiedades más significativas de los átomos
que varían sistemáticamente a lo largo de la tabla periódica son denominadas
propiedades atómicas.
2.3.1 Abundancia de los elementos
en la naturaleza
El número de elementos que existen en la naturaleza es de 92
pero pueden añadirse algunos elementos obtenidos artificialmente.
Un elemento es una sustancia constituida por átomos con el mismo número atómico. Algunos elementos comunes son oxígeno, nitrógeno, hierro, cobre, oro, plata, hidrógeno, cloro y uranio. Aproximadamente el 75% de los elementos son metales y los otros son no metales. La mayor parte de los elementos son sólidos a temperatura ambiente, dos de ellos (mercurio y bromo) son líquidos y el resto son gases. Pocos elementos se encuentran en la naturaleza en estado libre (no combinados), entre ellos el oxígeno, nitrógeno; los gases nobles (helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón); azufre, cobre plata y oro. Los más de los elementos se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos formando compuestos.
Los elementos están clasificados en familias o grupos en la tabla periódica. También se clasifican en metales y no metales. Un elemento metálico es aquel cuyos átomos forman iones positivos en solución, y uno no metálico aquel que forma iones negativos en solución.
Los átomos de un elemento tienen el mismo número atómico, pero no necesariamente el mismo peso atómico. Los átomos con el mismo número atómico, pero diferentes pesos, se llaman isótopos. Todos los elementos tienen isótopos, aunque en ciertos casos sólo se conocen los isótopos sintéticos. Muchos de los isótopos de los diferentes elementos son inestables, o radiactivos, y por ende se desintegran para forma átomos estables, del mismo elemento o de algún otro.
Se han sintetizado varios elementos presentes solamente en trazas o ausentes en la naturaleza. Son el tecnecio, prometió, astatinio, francio y todos los elementos con números atómicos superiores a 92.
Abundancia cósmica. La abundancia de los elementos en las rocas de la Tierra, la Tierra en general, los meteoritos, el sistema solar, las galaxias o todo el universo, corresponde al promedio de las cantidades relativas de los elementos químicos presentes o, en otras palabreas, a la composición química promedio. La abundancia de los elementos está dada por el número de átomos de un elemento de referencia.
Distribución geoquímica. La distribución de los elementos químicos en las principales zonas de la Tierra (corteza, manto, núcleo) depende de la historia remota y de la evolución subsecuente tanto de la Tierra como del sistema solar. Dado que estos eventos ocurrieron hace largo tiempo y no hay evidencia directa de lo que en realidad sucedió, hay mucha especulación en la explicación actual de la distribución de los elementos en las principales zonas de la Tierra.
Elementos actínidos. Actinide elements. Serie de elementos que comienza con el actinio (número atómico 89) y que incluye el torio, protactinio, uranio y los elementos transuránicos.
Un elemento es una sustancia constituida por átomos con el mismo número atómico. Algunos elementos comunes son oxígeno, nitrógeno, hierro, cobre, oro, plata, hidrógeno, cloro y uranio. Aproximadamente el 75% de los elementos son metales y los otros son no metales. La mayor parte de los elementos son sólidos a temperatura ambiente, dos de ellos (mercurio y bromo) son líquidos y el resto son gases. Pocos elementos se encuentran en la naturaleza en estado libre (no combinados), entre ellos el oxígeno, nitrógeno; los gases nobles (helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón); azufre, cobre plata y oro. Los más de los elementos se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos formando compuestos.
Los elementos están clasificados en familias o grupos en la tabla periódica. También se clasifican en metales y no metales. Un elemento metálico es aquel cuyos átomos forman iones positivos en solución, y uno no metálico aquel que forma iones negativos en solución.
Los átomos de un elemento tienen el mismo número atómico, pero no necesariamente el mismo peso atómico. Los átomos con el mismo número atómico, pero diferentes pesos, se llaman isótopos. Todos los elementos tienen isótopos, aunque en ciertos casos sólo se conocen los isótopos sintéticos. Muchos de los isótopos de los diferentes elementos son inestables, o radiactivos, y por ende se desintegran para forma átomos estables, del mismo elemento o de algún otro.
Se han sintetizado varios elementos presentes solamente en trazas o ausentes en la naturaleza. Son el tecnecio, prometió, astatinio, francio y todos los elementos con números atómicos superiores a 92.
Abundancia cósmica. La abundancia de los elementos en las rocas de la Tierra, la Tierra en general, los meteoritos, el sistema solar, las galaxias o todo el universo, corresponde al promedio de las cantidades relativas de los elementos químicos presentes o, en otras palabreas, a la composición química promedio. La abundancia de los elementos está dada por el número de átomos de un elemento de referencia.
Distribución geoquímica. La distribución de los elementos químicos en las principales zonas de la Tierra (corteza, manto, núcleo) depende de la historia remota y de la evolución subsecuente tanto de la Tierra como del sistema solar. Dado que estos eventos ocurrieron hace largo tiempo y no hay evidencia directa de lo que en realidad sucedió, hay mucha especulación en la explicación actual de la distribución de los elementos en las principales zonas de la Tierra.
Elementos actínidos. Actinide elements. Serie de elementos que comienza con el actinio (número atómico 89) y que incluye el torio, protactinio, uranio y los elementos transuránicos.
2.3.2 Elementos de importancia económica
Los
elementos constituyen un gran sustento económico en el mundo, ya que estos son
los que se usan para el desarrollo en los avances de un país brindando muchas
aportaciones en diversos campos tales como: la mecánica, metalurgia, joyería,
electricidad, bonos, tecnología entre otras cosas. Pero sin duda los mayores
aporta dotes son los combustibles y comburentes ya que estos contienen un gran
valor en el mercado de países potencia.
Combustibles
y carburantes.
Los
combustibles son cuerpos capaces de combinarse con él oxigeno con
desprendimiento de calor. Los productos de la combustión son generalmente
gaseosos. Por razones prácticas, la combustión no debe ser ni muy rápida ni
demasiado lenta.
Puede
hacerse una distinción entre los combustibles quemados en los hogares y los
carburantes utilizados en los motores de explosión; aunque todos los
carburantes pueden ser empleados como combustibles, no ocurre lo mismo a la
viceversa.
Clasificación
y utilización de los combustibles:
Los
distintos combustibles y carburantes utilizados pueden ser: sólidos, líquidos o
gaseosos.
Combustibles
sólidos: carbones naturales y madera
Combustibles
líquidos: petróleo
Combustibles
gaseosos: gas natural, butano, propano, hidrogeno, acetileno.
Además
de los combustibles y carburante existen otros elementos de gran importancia
económica mundial tales como: hierro, sodio, potasio, aluminio, cobre, cromo,
zinc, bario, níquel, litio, plata, oro etc.
Los
cuales tienen diversas aplicaciones en el sustento económico, por ejemplo:
El
hierro y cromo: son usados en la metalurgia (fundición de acero)
Aluminio
y cobre: electricidad y mecánica.
Oro
y plata: joyería y monedas.
Clasificación
de los metales de acuerdo a su distribución en la naturaleza
La
mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza combinados químicamente
forma de minerales.
Un
mineral es una sustancia natural con una composición química característica,
que varía sólo dentro de ciertos límites.
Un
depósito mineral cuya concentración es adecuada para extraer un metal
específico, se conoce como mena. En la siguiente tabla se agrupan los
principales tipos de minerales además también podemos observar una
clasificación de los tipos de minerales además también podemos observar una clasificación
de los metales basados en sus minerales.
Además
de los minerales encontrados en la corteza terrestre, el agua de mar es una
rica fuente de algunos iones metálicos.
La
clasificación se puede realizar atendiendo a muy diversos criterios, desde su
proceso de formación en la Naturaleza hasta su tipo de cristalización, pasando
por el que se basa en su composición química. Este último es el sistema más
empleado y siguiéndolo pueden distinguirse ocho clases principales:
Clase
I: Elementos Nativos: son minerales que se presentan como elementos aislados,
sin combinar con otros. Atendiendo a sus caracteres más generales pueden
agruparse en tres apartados: Metales nativos: oro, plata, platino, cobre,
plomo, iridio, osmio, hierro y ferroníquel. Entre sus propiedades hay que citar
que presentan simetría cúbica, elevada conductividad térmica y eléctrica,
brillo típicamente metálico, dureza baja, ductilidad y maleabilidad.
Semimetales
nativos: Incluyen el arsénico, antimonio, bismuto, selenio y teluro. Los tres
primeros cristalizan en el sistema hexagonal, mientras que los dos últimos lo
hacen en el trigonal. Presentan un enlace intermedio entre el metálico y el
covalente, una fragilidad mayor que la de los metales y una conductividad más
baja.
No
metales nativos: Incluyen el azufre y el carbono, este último en sus dos formas
de diamante y grafito. El azufre tiene una dureza y un punto de fusión muy
bajos, y cristaliza en el sistema rómbico. El diamante cristaliza en el sistema
cúbico, tiene una dureza muy elevada, gran estabilidad química y baja
conductividad eléctrica. El grafito cristaliza en el sistema hexagonal, es muy
blando y tiene elevada conductividad.
2.3.3 Elementos contaminantes
En La sociedad en la que vivimos cuya
población que utiliza productos de apoyo tiene un porcentaje elevado del 40% y
para las personas que tienen una discapacidad severa este porcentaje se eleva
hasta el 81% es necesario una concienciación medio ambiental para que estos
productos de apoyo sean reutilizados por otras personas. Es necesario
reutilizar y reciclar ya que así los productos de apoyo no contaminarían ya que
estos productos tiene elementos contaminantes que perjudican seriamente al
medio ambiente, esto al no disponer de depósitos específicos para la reutilización
son depositados en los vertederos, cuyo tratamiento no es el adecuado para la
posible reutilización. Los productos apoyo contienen elementos contaminantes
como:
Poliuretano: el poliuretano es materia prima
para la confección industrial de componentes plásticos.....entiéndase como:
Vasos, Botes, Bolsas, Pajitas, Sillas, Mesas, Etc. se obtiene mediante
condensación de poli oles combinados con poliisocianatos. Se subdivide en dos
grandes grupos, termoestables y termoplásticos. Es un elemento contaminante.
PVC: Entre sus características están su alto
contenido en halógenos. Es dúctil y tenaz; presenta estabilidad dimensional y
resistencia ambiental. Además, es reciclable por varios métodos. Al utilizar
aditivos tales como estabilizantes, plastificantes entre otros, el PVC puede
transformarse en un material rígido o flexible, característica que le permite
ser usado en un gran número de aplicaciones. Es un elemento contaminante.
Aluminio: Es un metal ligero, es de color
blanco brillante, con buenas propiedades ópticas y un alto poder de reflexión
de radiaciones luminosas y térmicas. Abundante en la naturaleza. Es el tercer
elemento más común en la corteza terrestre, tras el oxígeno y el silicio. Su
producción metalúrgica a partir de minerales es muy costosa y requiere gran
cantidad de energía eléctrica. Material fácil y barato de reciclar. Muy
maleable, permite la producción de láminas muy delgadas.
Plástico: Los plásticos son sustancias
formadas por macromoléculas orgánicas llamadas polímeros. Estos polímeros son
grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado
polimerización. Los plásticos proporcionan el balance necesario de propiedades
que no pueden lograrse con otros materiales por ejemplo: color, poco peso,
tacto agradable y resistencia a la degradación ambiental y biológica.
Baterías: las baterías contienen metales
pesados y compuestos químicos, muchos de ellos perjudiciales para el medio
ambiente. Es muy importante no tirarlas a la basura (en la mayoría de los
países eso no está permitido), y llevarlas a un centro de reciclado.
Actualmente, la mayoría de los proveedores y tiendas especializadas también se
hacen cargo de las baterías gastadas.
Los contaminantes químicos
se puede diferenciar según el siguiente esquema:
1. asbestos, sílice y otros minerales
2. Metales
ejemplos:
plomo, mercurio y compuestos orgánicos de mercurio, cadmio, zinc, cromo y cobre (entre otros)
3. Semimetales
arsénico, fósforo, selenio, telurio
4. otros sustancias y compuestos inorgánicas como:
halógenos (flúor, cloro, bromo)
azufre y compuestos de azufre (ácido sulfúrico, dióxido de azufre)
derivados del nitrógeno (amoniaco, óxidos de nitrógeno)
cianuro, ácido cianhídrico, derivados cianohalogenados
(entre otros)
5. compuestos orgánicos
hidrocarburos como:
hidrocarburos alifáticos (todo tipo de combustible, metano, butano, propano etcétera)
hidrocarburos aromáticos (benceno, tolueno, xileno) ("BTX")
hidrocarburos aromáticos poli cíclicos (antraceno, benzoantraceno, naftalina)
hidrocarburos clorados / homogenizados (cloro benceno, cloro fenol)
otros grupos de compuestos orgánicos como por ejemplo:
alcoholes (metílico, propílico etcétera)
aldehídos (formaldehido)
Glicoles
Cetonas
Esteres
Éteres
Ácidos orgánicos
1. asbestos, sílice y otros minerales
2. Metales
ejemplos:
plomo, mercurio y compuestos orgánicos de mercurio, cadmio, zinc, cromo y cobre (entre otros)
3. Semimetales
arsénico, fósforo, selenio, telurio
4. otros sustancias y compuestos inorgánicas como:
halógenos (flúor, cloro, bromo)
azufre y compuestos de azufre (ácido sulfúrico, dióxido de azufre)
derivados del nitrógeno (amoniaco, óxidos de nitrógeno)
cianuro, ácido cianhídrico, derivados cianohalogenados
(entre otros)
5. compuestos orgánicos
hidrocarburos como:
hidrocarburos alifáticos (todo tipo de combustible, metano, butano, propano etcétera)
hidrocarburos aromáticos (benceno, tolueno, xileno) ("BTX")
hidrocarburos aromáticos poli cíclicos (antraceno, benzoantraceno, naftalina)
hidrocarburos clorados / homogenizados (cloro benceno, cloro fenol)
otros grupos de compuestos orgánicos como por ejemplo:
alcoholes (metílico, propílico etcétera)
aldehídos (formaldehido)
Glicoles
Cetonas
Esteres
Éteres
Ácidos orgánicos
2.1.6 Aplicaciones tecnológicas de la
Emisión electrónica de los átomos
El átomo es la expresión más pequeña de la materia y a partir de ella se han logrado hacer diversas investigaciones y de esa manera se han hecho grandes descubrimientos acerca de este, utilizándolos se han logrado grandes avances en la ciencia y la tecnología.
En el desarrollo tecnológico la emisión electrónica de los átomos puede ser de verdadera utilidad como podremos comprobar a lo largo de este ensayo tiene muy diversas utilidades y, sabiendo utilizarlas correctamente podemos obtener diversos beneficios.
Para poder realizar estos adelantos fue necesario realizar las investigaciones adecuadas, por lo tanto hay que recordar que la base de todos estos fue planteada por científicos y posteriormente desarrollada en caso de no haber sido concluidos.
En el desarrollo tecnológico la emisión electrónica de los átomos puede ser de verdadera utilidad como podremos comprobar a lo largo de este ensayo tiene muy diversas utilidades y, sabiendo utilizarlas correctamente podemos obtener diversos beneficios.
Para poder realizar estos adelantos fue necesario realizar las investigaciones adecuadas, por lo tanto hay que recordar que la base de todos estos fue planteada por científicos y posteriormente desarrollada en caso de no haber sido concluidos.
El trazado isotópico en biología y en medicina.
Los diferentes isotopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas. El reemplazo de uno por otro en una molécula no modifica, por consiguiente, la función de la misma. Sin embargo, la radiación emitida permite detectarla, localizarla, seguir su movimiento e, incluso, dosificarla a distancia. El trazado isotópico ha permitido estudiar así, sin perturbarlo, el funcionamiento de todo lo que tiene vida, de la célula al organismo entero. En biología, numerosos adelantos realizados en el transcurso de la segunda mitad del siglo XX están vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento del genoma (soporte de la herencia), metabolismo de la célula, fotosíntesis, transmisión de mensajes químicos (hormonas, neurotransmisores) en el organismo entero. En biología, numerosos adelantos realizados en el transcurso de la segunda mitad del siglo XX están vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento del genoma (soporte de la herencia), metabolismo de la célula, fotosíntesis, transmisión de mensajes químicos (hormonas, neurotransmisores) en el organismo.
Los diferentes isotopos de un elemento tienen las mismas propiedades químicas. El reemplazo de uno por otro en una molécula no modifica, por consiguiente, la función de la misma. Sin embargo, la radiación emitida permite detectarla, localizarla, seguir su movimiento e, incluso, dosificarla a distancia. El trazado isotópico ha permitido estudiar así, sin perturbarlo, el funcionamiento de todo lo que tiene vida, de la célula al organismo entero. En biología, numerosos adelantos realizados en el transcurso de la segunda mitad del siglo XX están vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento del genoma (soporte de la herencia), metabolismo de la célula, fotosíntesis, transmisión de mensajes químicos (hormonas, neurotransmisores) en el organismo entero. En biología, numerosos adelantos realizados en el transcurso de la segunda mitad del siglo XX están vinculados a la utilización de la radioactividad: funcionamiento del genoma (soporte de la herencia), metabolismo de la célula, fotosíntesis, transmisión de mensajes químicos (hormonas, neurotransmisores) en el organismo.
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