CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS Tabla Periódica El ruso ruso Dimit Dimitri ri Mende Mendelee leev v y el alem alemán án Julio Julio Lotear Lotear Meyer Meyer traba trabajan jando do por por separ separado ado,, llegar llegaron on a orden ordenar ar los elem elemen entos tos quím químico icos, s, basá basánd ndose ose en sus propiedades físicas y químicas de . Sostenían que: “Las propiedades físicas y químicas de los elementos son funciones periódicas de sus pesos atómicos”. Mende Mendele leev ev orden ordenó ó los 63 eleme element ntos os conoc conocido idos s en su époc época a y predi predijo jo las prop propie ieda dade des s de otro otros s 10 elem elemen ento tos s conf confir irma mado dos s post poster erio iorm rmen ente te con con su descubrimiento. La tabla periódica larga fue propuesta por Alfred Warner y Henry Moseley fue quien propuso que para la orden de los elementos elementos fuera el número atómico y no el peso atómico; enunciando la Ley Periódica: “las propiedades de los elementos y de sus sus comp compues uestos tos son son funci funcion ones es perió periódic dicas as de núme número ro atómi atómico co de los elementos”. La clasi clasific ficac ación ión más más recie reciente nte es la cuán cuántic tica, a, que que result resulta a de la repeti repetició ción n periódica de la misma configuración electrónica externa. La tabla periódica larga de Warner clasifica a los 109 elementos en dos grupos, uno A y otro B. Los del grupo A se llaman representativos y los grupo B de tracción. Los grupos A y B están a su vez, subdivididos en 8 grupos o familias, identificados con un número romano, estos grupos se leen verticalmente.
En los grupos A, el número de grupo identifica el número de electrones que tienen esos elementos en su última órbita. Por ejemplo, el oxígeno pertenece al grupo VI-A por tener seis electrones en la última órbita; esto so sucede con los del grupo B. Grupo I-A Grupo II-A Grupo III-A Grupo IV-A Grupo V-A Grupo VI-A Grupo VII-A Grupo VIII-A
Metales Alcalinos (excepto H) Metales Alcalino térreos Familia de Boro o Anfóteros Familia del carbono Familia del Nitrógeno Familia del Oxígeno o Calcógenos Familia de los Halógenos (Formadores de sales) Gases Nobles, Raros o Inertes (sin actividad)
Grupo 3 IIIB Grupo 4 IVB Grupo 5 VB Grupo VIB Grupo VIIB Grupo VIIIB Grupo IB Grupo IIB
Familia del Escandio Familia del titanio. Familia del vanadio Familia del Cromo. Familia del Manganeso. Familia del hierro Familia del Cobre Familia del Zinc.
La valen valencia cia es la capa capacid cidad ad de comb combina inació ción n que que tiene tiene el átomo átomo de cada cada elemento y cosiste en el número de electrones que puede aceptar o donar en su último nivel de energía. Algunos elementos presentan dos o más valencias debido a que su capacidad de combinación les permite perder o ganar electrones en diferente cantidad o dependiendo del elemento con el que El número de grupo de la valencia.
Grupo
I
II
III
IV
V
VI
V II
VIII
Valencia*
+1 -7
+2 -6
+3 -5
+4 -4
+5 -3
+6 -2
+7 -1
0 0
Símbol o
Estado de Oxidación
Símbol o
Estado de Oxidación
Símbol o
+4 +3 +5 +4 +3 +2 +6 +3 +2
Zr Nb
+4 +5 +3
Hf Ta
+4 +5
Mo
W
+6 +5 +4 +3
Re
H Li
+1 -1 +1
Ti V
Be
+2
Cr
B
+3
Mn
C N
+4 -4 +2 -3 +3 +5 +4 +2 +1 -2 +2 -1 -1 +1 +2 +3 +4 -3 +3 +5 -2 +2 +4 +6 -1 +1 +3 +5
O F Na Mg Al Si P S Cl
Estado de Oxidación
Símbol o
Estado de Oxidación
Tc
Fe Co
+7 +6 +4 +2 +3 +2 +3 +2 +3
+6 +5 +4 +3 +2 +7
Ru Rñ
+2 +3 +4 +6 +2 +3 +4
Os Ir
+7 +6 +4 +2 -1 +2 +3 +4 +6 +2 +3 +4 +6
Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Rb
+2 +3 +1 +2 +2 +3 +4 -3 +3 +5 -2 +4 +6 -1 +1 +5 +1
Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Cs
+2 +4 +1 +2 +3 +4 +2 -3 +3 +5 -2 +4 +6 -1 +5 +7 +1 +1
Pt Au Hg TI Pb Bi Po At Fr
+2 +4 +1 +3 +1 +2 +3 +1 +4 +2 +3 +5 +2 +4 -1 +1 +3 +5 +1
K Ca Sc
+7 +1 +2 +3
Sr Y
+2 +3
Ba La
+2 +2 +3 +3
Ra Ac
Afinidad electrónica.- Se presenta cuando un elemento es estado gaseoso capta en electrón y hay variación de energía, la afinidad electrónica es mayor para los no metales. Electronegatividad Electronegatividad.. Es una medida relativa del poder de atracción de electrones electrones que tiene un átomo cuando forma parte de un enlace químico, siendo el flúor el más electronegativo (4.0), y el francio el más electropositivo (0.7) Los elementos también están ordenados en renglones llamados periodos los cuales nos indican el número de órbitas que tienen el átomo del elemento, siendo en total siete. La periodicidad mostrada en la colocación de los elementos dentro de la tabla coincide con su estructura electrónica, dando lugar a la identificación de las características físicas y químicas.
Otra organización en la tabla periódica es la de Metales y no Metales.
Propiedad de los metales
+2 +3
Poseen bajo potencial de ionización y alto peso específico Por Por regl regla a gene generral, al, en su últim ltimo o niv nivel de ener energí gía a tien tienen en de 1 a 3 electrones. Son sólidos a excepción del mercurio (Hg), galio (Ga), cesio (Cs) y francio (Fr), que son líquidos Presentan aspecto y brillo metálicos Son buenos conductores del calor y la electricidad Son dúctiles y maleables, algunos son tenaces, otros blandos Se oxidan por pérdida de electrones Su molécula está formada por un solo átomo, su estructura cristalina al unirse con el oxígeno forma óxidos y éstos al reaccionar con el agua forman hidróxidos Los elementos alcalinos son los más activos
Propiedades generales de los no-metales
Tienen tendencia a ganar electrones Poseen alto potencial de ionización y bajo peso específico Por regla general, en su último nivel de energía tienen de 4 a 7 electrones Se presentan en los tres estados físico de agregación No posee aspecto ni brillo metálico Son malos conductores de calor y la electricidad No son dúctiles, ni maleables, ni tenaces Se reducen por ganancia de electrones Su molécula está formada por dos o más átomos Al unirse con el oxígeno forman anhídridos y éstos al reaccionar con el agua, forman oxiácidos Los halógenos y el oxígeno son los más activos Varios no-metales presentan alotropía
Alotropía se presenta cuando un elemento existe en dos o más formas bajo el mismo estado físicos de agregación, esto sólo se presenta en los no-metales. Ejemplos:
ELEMENTO ABREVIATURA Carbón Azufre
C S
Fósforo
P
Oxígeno Selenio
O Se
ALÓTROPOS Diamante(cristal duro) y gráfico (sólido amorfo) Monoclínico, ró r óbico, tr t riclínico, pl p lástico (t ( toso sólido) Blanco (venenoso y brillante), rojo (no venenoso y opaco), ambos son sólidos. Diatómico (02) y ozono (03) ambos son gases Metálico gris y monoclínico rojo (sólido)
Silicio
Si
Sílice, cuarzo, pedernal, ópalo, (sólido)
Breve descripción de las propiedades y aplicaciones de algunos elementos de la Tabla Periódica. Los gases nobles, grupo modelo y clave del sistema periódico. Todos Todos estos estos elemento elementos s se caracter caracterizan izan por tener tener una envoltura envoltura externa externa de electrones dotada de la máxima estabilidad, de helio con dos y los más con ocho electrones. No tienen tendencia por tanto, ni a perder ni a ganar electrones. De aquí que su valencia sea cero o que reciban el nombre de inertes, aunque a tal afirmación afirmación se tiene hoy una reserva que ya se han podido sintetizar compuestos de neón, xerón o kriptón con el oxígeno, el fluor y el agua. El helio se encuentra en el aire; el neón y el kriptón se utilizan en la iluminación por sus brillantes colores que emiten al ser excitados, el radón es radioactivo.
Grupo I, metales alcalinos Con excepción del hidrógeno, son todos blancos, brillantes, muy activos, y se les encuentra combinados en forma de compuestos. Se les debe guardar en la atmósfera inerte o bajo aceite. Los de mayor importancia son el sodio y el potasio, sus sales son empleadas industrialmente en gran escala.
Grupo II, metales alcalinotérreos Estos elementos son muy activos aunque no tanto como los del grupo I. Son buenos conductores del calor y la electricidad, son blancos y brillantes. Sus compues compuestos tos son general generalmen mente te insolub insolubles les como como 109 sulfatos sulfatos,, los carbona carbonatos. tos. 109 silicatos y los fosfatos. El radio es un elemento radiactivo.
Grupo III, familia del boro El boro es menos metálico que los demás. El aluminio es anfótero. El galio, el indio indio y el talio son raros raros y existen en cantidad cantidades es mínimas. mínimas. El boro tiene tiene una amplia química de estudio.
Grupo IV, Familia del carbono El estudio de los compuestos del carbono corresponde a la Química Orgánica. El carbono elemental existe como diamante y grafito. El silicio comienza a ser estudiado ampliamente ampliamente por su parecido con el carbono. Los elementos restantes tienen más propiedades metálicas.
Grupo V, familia del nitrógeno Se considera a este grupo como el más heterogéneo de la tabla periódica. El nitr nitróg ógen eno o está está pres presen ente te en compu ompues esto tos s tale tales s com como las las prot proteí eína nas, s, los los fertilizantes, los explosivos y es constituyente del aire. Como se puede ver, se trata de un elemento tanto benéfico como perjudicial. El fósforo tiene ya una química química especia especiall de estudio, estudio, sus compues compuestos tos son genera generalmen lmente te tóxicos tóxicos.. El arsénico es un metaloide venenoso. El antimonio tiene gran parecido con el aluminio, sus aplicaciones son más de un metal.
Grupo VI, Colágenos Los Los cinc cinco o prim primer eros os elem elemen ento tos s son son no-m no-met etál álic icos os,, el últi último mo,, polo poloni nio, o, es radioactivo. El oxígeno es un gas incoloro constituyente del aire. El agua y la tierra. El azufre es un sólido amarillo y sus compuestos por lo general son tóxicos o corrosivos. La química del teluro y selenio es compleja.
Grupo VII, halógenos Los formadores de sal se encuentran combinados en la naturaleza por su gran actividad. Las sales de estos elementos con los de los grupos I y II están en los mares. Las propiedades de los halógenos son muy semejantes. La mayoría se sus compuestos derivados son tóxicos, irritantes, activos y tienen gran aplicación tanto en la industria como en el laboratorio. El astatinio o ástato difiere un poco del resto del grupo.
Elementos de transición Esta es una familia formada por los grupos IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, IB y IIB, entre los que se encuentran los elementos cobre, fierro, zinc, oro, plata, níquel y platino. Las características de los metales de transición son muy variadas, algunos se encuentran en la naturaleza en forma de compuestos; otros se encuentran libres Estos elementos no son tan activos como los representativos, todos son metales y por tanto son dúctiles, maleables, tenaces, con altos puntos de fusión y ebullición, conductores del calor y la electricidad. Poseen orbitales semilleros, y debido a esto es su variabilidad en el estado de oxidación.
Debido al estado de oxidación, los compuestos son coloridos. Estos elementos no son tan activos como los representativos, todos son metales y por por tanto tanto son dúcti dúctiles les,, malea maleable bles, s, tenac tenaces, es, con con altos altos punto puntos s de fusión fusión y ebullición, conductores del calor y la electricidad. Poseen orbitales semilleros, y debido a esto es su variabilidad en el estado de oxidación. Debido al estado de oxidación, los compuestos son coloridos.
Elem Elemen ento tos s (símbolo) Sc Ti V Cr Mn Fe Co
Esta Estado do de Ox Oxid idac ació ión n +2 +3 Incoloro Violeta violeta Verde azul Verde rosa verde rosa Azul
Tamb Tambié ién n pres presen enta tan n fenó fenóme meno nos s paramagnetismo. Ejemplos:
al al for forma marr comp compue uest stos os +4 +5 +6
+7
incoloro azul amarillo verde
de
ferr ferrom omag agne neti tism smo, o,
violeta
diam diamag agne neti tism smo o
y
Elementos ferromagnéticos: Fe, Co, Ni (Fuertemente atraídos por un imán)
Elementos Paramagnéticos: Sc, T, Cr (Debidamente atraídos por un imán)
Elementos diamagnéticos: Cu, Zn, Ag, Au (No son atraídos por campos magnéticos) Esto se debe a los diferentes momentos del saín de los electrones d dispares. Una propiedad importante de estos elementos es la de ser caracterizadores, ya se como elementos o en sus compuestos. Un catalizador acelera una reacción química sin que ésta sufra cambios.
Ejemplos:
En reacciones de alquinación se usa En reacciones de hidrogenación En halogenaciones orgánicas En la descomposición del clorato de potasio Mn Producción de SO3 para el ácido sulfúrico
Fe Cl3 Pt, Pd, Ni, Rh Fe O2 V2 O5
Los Los lant lantán ánid idos os y actí actíni nido dos s (lla (llama mado dos s tier tierra ras s rara raras) s) tien tienen en prop propie ieda dade des s semejantes; se emplean también como catalizadores, en el aspecto metálico sus compuestos son coloridos, como el sulfato de cerio que es amarillo.
ALGUNOS ELEMENTOS QUE CAUSAN CONTAMINACIÓN En la naturaleza existen algunos elementos que debido a su estructura o en combinación combinación con otros en forma de compuestos, compuestos, son perjudiciales al hombre, ya que son agentes contaminadores del medio ambiente; en especial del aire, agua y suelo, o bien, porque ocasionan daños irreversibles al ser humano, como la muerte. Algunos de estos elementos son: emplea ea en aleac aleacion iones, es, meta metall de impre imprenta nta,, Antimon Antimonio io (Sb) (Sb) y textile textiles.s.- Se empl baterías, cerámica. El principal daño que provoca es el envenenamiento por ingestión o inhalación de vapores, principalmente por un gas llamado estibina SbH3.
Arsénico (As) medicamentos y vidrio. Se emplea en venenos para hormigas, insecticidas, pinturas, Es uno de los elementos más venenosos que hay, así como todos los compuestos. Principalmente son óxidos SO 2 y SO 3 contaminan el aire y con agua Azufre (S) Principalmente producen la lluvia ácida. Sustancias tales como derivados clorados de azufre, sulfatos y ácidos son corrosivos. El gas H 2S es sumamente tóxico y contamina el aire. El azufre es empleado en algunos medicamentos para la piel.
Bromo (Br) Sus vapores contaminan el aire, además sus compuestos derivados son lacrimógenos y venenosos.
Cadmio (Cd) Metal tóxico que se origina en la refinación del zinc; también proviene de operaciones de electrodeposición y por tanto contamina el aire y el agua. Contenido en algunos fertilizantes contamina el suelo.
Cloro (Cl) Sus valores contaminan el aire y son corrosivos. Se le emplea en forma de cloratos para blanquear la ropa, para lavados bucales y fabricación de cerillos. Los cloratos son solubles en agua y la contaminan, además de formar mezclas explosivas con compuestos orgánicos. Los valores de compuestos orgánicos clorados como insecticidas, anestésicos y solventes dañan el hígado y el cerebro. Algunos medicamentos que contienen cloro afectan el sistema nervioso.
Cromo (Cr) El cromo y sus compuestos son perjudiciales al organismo, pues destruyen destruyen todas las células. Se le emplea en síntesis orgánicas orgánicas y en la industria del acero. Cualquier cromato solubles contamina el agua.
Magnesio (Mn) Se emplea en la manufactura de acero y de pilas secas. La inhalación de polvos y humos conteniendo magnesio causa envenenamiento. También contamina el agua y atrofia el cerebro.
Mercur Mercurio io (Hg) (Hg) Meta Metale les s de gran gran util utilid idad ad por por ser ser líqu líquid idos os;; se util utiliz iza a en termómetros y por ser buen conductos eléctrico se emplea en aparatos de este tipo, tipo, así como como en iluminac iluminación, ión, pinturas pinturas fungicid fungicidas, as, cataliz catalizador adores, es, amalgam amalgamas as dent denta ales les, plag laguici icidas das, etc etc. pero cont ontamin amina a el agua, el aire ire y caus ausa envenenamiento. Las algas lo absorben, luego los peces y finalmente el hombre. Los granos o semillas lo retienen y finalmente el hombre los come.
Plomo (Pb) El plomo se acumula en el cuerpo conforme se inhala del aire o se ingiere con los alimentos y el agua. La mayor parte del plomo que contamina el aire aire provi proviene ene de las gasoli gasolinas nas para para autom automóvi óviles les,, pues pues se le agreg agrega a para para proporcionarle propiedades antidetonantes. También se le emplea en pinturas, como metal de imprenta, soldaduras y acumuladores. Por su uso el organismo se afecta de saturnismo. Sus sales, como el acetato, son venenosas. Existen otros elementos que de alguna forma contaminan el agua, el aire y el suelo tales como: talio, zinc, selenio, oxígeno de nitrógeno, berilio, cobalto y sobre todo gran cantidad de compuestos que tienen carbono. (Orgánicos).
Aluminio (Al): Metal ligero, resistente a la corrosión y al impacto, se puede laminar e hilar, por lo que se le emplea en construcción, en partes de vehículos, de avion aviones es y en artícu artículos los domést doméstico icos. s. Se le extra extrae e de la bauxi bauxita ta pero pero en Veracruz hay una planta que produce lingotes de aluminio.
Azufre (S): No metal, sólido de color amarillo, se encuentra en yacimientos volcánicos y aguas sulfuradas. Se emplea en la elaboración de fertilizantes, medicamentos, insecticidas, productos químicos y petroquímicos. Se recupera de los gases amargos en campos petrolíferos como Cd. PEMEX, Tabasco.
Cobalto (Co): Metal color blanco que se emplea en la elaboración de aceros especiales debido a su alta resistencia al calor, corrosión y fricción. Se emplea en herramientas mecánicas de alta velocidad, imanes y motores. En forma de polvo se emplea como pigmento azul para el vidrio. Es catalizador. Su isótopo radiacti radiactivo vo se emplea emplea como como pigmento pigmento azul para el vidrio. vidrio. Es cataliza catalizador dor.. Su isótopo radiactivo se emplea en el I.N.I.N. México, porque produce radiaciones gamma.
Cobre (Cu): Metal de color rojo que se carbonata al aire húmedo y se pone verde, conocido desde la antigüedad. Se emplea principalmente como conductor eléctr eléctrico ico,, tambi también én para para hacer hacer mone moneda das s y en aleac aleacion iones es como como el latón latón y el bronce. bronce. Entre Entre los estados estados minero mineros s product productores ores están: están: Sonora, Sonora, Zacatec Zacatecas as y Chihuahua.
Hierro (Fe): Metal dúctil, maleable de color gris negruzco, se oxida al ocntacto con el aire húmedo. Se extrae de minerales como la hematina, limonita, pirita, magnetita y siderita. Se le emplea en la industria arte y medicina. Para fabricar
acero, cemento, fundiciones de metales no ferrosos nuestra sangre lo contiene en la hemoglobina. En nuestro país se encuentra en 250 depósitos ubicados en Baja California, Colima, Jalisco, Chihuahua, Durango, Guerrero y Michoacán.
Flúor (F): Este no metal esta contenido en la fluorita CaF 2 en forma de vetas enca encajo jona nada das s en cali caliza zas. s. La flor florit ita a se empl emplea ea como como fund funden ente te en horn hornos os metalúrgicos. Para obtener HF, NHF 4 y grabar el vidrio; también en la industria química, cerámica y potabilización del agua. Los depósitos mexicanos de fluorita están en Coahuila, San Luis Potosí, Durango y Chihuahua.
Fósforo (P): Elemento no metálico que se encuentra en la roca fosfórica que contiene P 2 O5 en la fosforita Ca 3 (PO4)2. Los huesos y dientes contienen este elemento. Tiene aplicaciones para la elaboración de detergentes, plásticos, lacas, pinturas, alimentos para ganado y aves. Los yacim yacimien iento tos s mexic mexicano anos s de roca roca fosfat fosfatada ada se encu encuent entran ran en Coah Coahuil uila, a, Zacatecas, Nuevo León y Baja California. California.
Mercurio (Hg): Metal líquido a temperatura ambiente, de calor blanco brillante, resi resist sten ente te a la corr corros osió ión n y buen buen cond conduc ucto torr eléc eléctr tric ico. o. Se le empl emplea ea en la fabricac fabricación ión de instrume instrumentos ntos de precisió precisión, n, baterías baterías,, termóme termómetros tros,, barómetr barómetros, os, amalgamas amalgamas dentales, sosa cáustica, medicamentos, medicamentos, insecticidas insecticidas y funguicidas funguicidas y bactericidas. Se le obtiene principalmente del cinabrio que contiene HgS. Los yacimientos de mercurio en la República se encuentran en más de 15 estados destacando Querétaro, Zacatecas, Durango, San Luis Potosí, Guerrero.
Plata (Ag): Metal de color blanco, su uso principal ha sido el la acuñación de monedas y manufacturas de vajillas y joyas. Se emplea en fotografía, aparatos eléctr eléctrico icos, s, aleac aleacion iones, es, solda soldadur duras. as. Entre Entre los estad estados os produ product ctore ores s están: están: Guanajuato, San Luis Potosí, Zacatecas e Hidalgo. La producción de plata en México se obtiene como subproducto del beneficio de sulfuros de plomo cobre y zinc que le contienen. Recientemente se ha sustituido su uso en monedas por la aleación de cobre-níquel.
Plomo (Pb): Metal blando de bajo punto de fusión, bajo límite elástico, resistente a la corrosión, se le obtiene del sulfuro llamado galena Pbs. Se usa en baterías o acumuladores, pigmentos de pinturas, linotipos. Soldaduras e investigaciones atómicas. Otros productos que se pueden recuperar de los minerales que lo contiene son: cadmio, cobre, oro, plata, bismuto, arsénico, telurio y antimonio. La producción se localiza en 17 estados entre ellos Chihuahua y Zacatecas.
Oro Oro (Au): (Au): Meta Metall de colo colorr amar amaril illo lo,, inal inalte tera rabl ble, e, dúct dúctil il,, bril brilla lant nte, e, por por sus sus propiedades y su rareza le hace ser excepcional y de gran valor. Es el patrón
monetario internacional. En la naturaleza se encuentra asociado al platino, a la plat plata a y telu telurro en unos unos caso casos. s. Sus Sus alea aleaci cion ones es se emple mplean an en joye joyerí ría a y ornamentos, piezas dentales, equipos científicos de laboratorio. Recientemente se ha sustituido sus usos en joyería por el iridio y el rutenio, en piezas dentales por platino y paladio. Los yacimientos en el país son escasos pero los hay en Chiapas, Chihuahua, Durango, Guanajuato, Guerrero, Hidalgo, Oaxaca, Michoacán, San Luis Potosí y Zacatecas.
Uranio (U): Utilizado como combustible nuclear, es un elemento raro en la naturaleza y nunca se presenta en estado libre. Existen 150 minerales que lo contienen. El torio se encuentra asociado al uranio. En México, este mineral está protegido por la ley promulgada en 1949, que declara declara como reservas reservas minerales minerales los yacimie yacimientos ntos de uanio uanio y torio torio y demás demás sustancias de las cuales se obtengan isótopos que puedan producir energía nuclear. Trabajos con este tipo de materiales se realizan en el I.N.I.N., Estado de México.
