4.- FAMILIAS DE LA TABLA PERIÓDICA
(DESCRIBIR E ILUSTRAR).
Colocados en orden creciente de número atómico, los
elementos pueden agruparse, por el parecido de sus propiedades, en 18 familias
o grupos (columnas verticales). Desde el punto de vista electrónico, los
elementos de una familia poseen la misma configuración electrónica en la última capa, aunque difieren en el número de
capas (periodos). Los grupos o familias son 18 y se corresponden con las
columnas de la Tabla Periódica. A continuación se muestran las propiedades
generales de los grupos representativos (zona de llenado de orbitales s
y p) y las de otras agrupaciones de elementos que se pueden hacer teniendo en
cuenta la zona de llenado de orbitales d (transición), f (tierras raras), el
carácter metálico (metal, no metal, metaloide).
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Metales
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Metales alcalinos
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Metales alcalinotérreos
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Metales de transición
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Metales tierras raras
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Otros metales
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Metaloides
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No metales
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Elementos térreos
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Elementos representativos
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Elementos carbonoides
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Elementos nitrogenoides
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Elementos calcógenos o anfígenos
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Halógenos
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Gases nobles
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METALES
Corresponde a los elementos situados a la izquierda y
centro de la Tabla Periódica (Grupos
1 (excepto hidrógeno)
al 12, y en los siguientes se sigue una línea quebrada que, aproximadamente,
pasa por encima de Aluminio (Grupo 13), Germanio (Grupo 14), Antimonio (Grupo
15) y Polonio (Grupo 16) de forma que al descender aumenta en estos grupos el
carácter metálico). Un elemento es metal cuando tiene tendencia a desprenderse
de los electrones de su última capa o capa de valencia (formando
cationes); tienen pocos electrones en la última capa, bajo potencial de
ionización, baja afinidad electrónica, baja electronegatividad, son reductores,
forman cationes, los óxidos e hidróxidos son básicos o anfóteros (para un mismo
estado de oxidación según se desciende en un grupo aumenta el carácter
metálico: aumenta la basicidad de los óxidos); aunque según se desciende en
cada grupo, los números de oxidación altos producen óxidos cada vez más ácidos.
Son sólidos, salvo excepciones. Se caracterizan por poseer enlace metálico. Por
todo ello son buenos conductores del calor, electricidad, son dúctiles,
maleables, etc.,.
Se utilizan con fines estructurales, fabricación de recipientes, conducción del
calor y la electricidad.
Muchos de los iones metálicos cumplen funciones biológicas importantes: hierro,
calcio, magnesio, sodio, potasio, cobre, manganeso, cinc, cobalto, molibdeno,
cromo, estaño, vanadio, níquel,....
Grupo 1: Litio, sodio, potasio, rubidio, cesio, francio.
Grupo 2: Berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario, radio.
Grupo 3: Escandio, itrio, lantano y lantánidos, actinio y actínidos
Grupo 4: Titanio, circonio, hafnio, rutherfordio.
Grupo 5: Vanadio, niobio, tántalo, dubnio.
Grupo 6: Cromo, molibdeno, wolframio, seaborgio.
Grupo 7: Manganeso, tecnecio, renio, bohrio.
Grupo 8: Hierro, rutenio, osmio, hassio.
Grupo 9: Cobalto, rodio, iridio, meitnerio.
Grupo 10: Níquel, paladio, platino, ununnilio.
Grupo 11: Cobre, plata, oro, unununio.
Grupo 12: Cinc, cadmio, mercurio, ununbio.
Grupo 13: Aluminio, galio, indio, talio, ununtrio.
Grupo 14: Estaño, plomo, ununquadio.
Grupo 15: Bismuto, ununpentio.
Grupo 16: Polonio, ununhexio.
METALES ALCALINOS
Los metales alcalinos
corresponden al Grupo 1 de la Tabla Periódica (anteriormente
grupo I A), son metales muy reactivos, se oxidan con facilidad por lo que no se
encuentran libres en la naturaleza. El nombre proviene de sus propiedades
básicas (alcalinas). Constituyen el 4,8% de la corteza terrestre, incluyendo
capa acuosa y atmósfera. El sodio y el potasio son los más abundantes; el resto
es raro.
Su configuración electrónica muestra un electrón en su capa de valencia (1
electrón s). Son muy electropositivos: baja energía de ionización. Por tanto,
pierden este electrón fácilmente (número de oxidación +1) y se unen mediante
enlace iónico con otros elementos.
Son: litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio.
En estado sólido forman redes cúbicas. Los metales alcalinos se recubren
rápidamente de una capa de hidróxido en contacto con el aire y reaccionan
violentamente en contacto con el agua, liberando hidrógeno que
debido al calor desprendido, arde (con rubidio y cesio la reacción es
explosiva, ya que al ser más densos que el agua, la reacción la producen en el
fondo y el hidrógeno formado arde produciendo una onda de choque que puede
romper el recipiente). También reaccionan con el vapor de agua del aire o con
la humedad de la piel. Deben guardarse en líquidos apolares anhidros.
METALOIDES
El término metaloide significa "parecido a un
metal" y sirve para agrupar elementos que tienen algunas propiedades de
metales y no metales. Los metaloides son elementos que se encuentran en la
línea que separa metales y no metales(*). Esta línea pasa
entre el boro y aluminio y acaba entre el polonio y el astato. El aluminio se
considera otro metal.
El resto de los elementos vecinos a esta línea tienen características
intermedias metal-no metal. Los más claros son los cinco que se mencionan a
continuación y que se emplean en la fabricación de dispositivos de estado
sólido en ordenadores y calculadoras (son semiconductores: pueden conducir la
corriente en determinadas condiciones).
Grupo 14: Silicio, germanio.
Grupo 15: Arsénico, antimonio.
Grupo 16: Teluro.
NO METALES
Los no metales son los elementos situados por encima de
la línea quebrada de los grupos 13 a 17 de la Tabla Periódica y
el hidrógeno. Tienen en común ser malos conductores de la electricidad y del
calor. Se encuentran en los tres estados de la materia a temperatura ambiente:
son gases (como el oxígeno), líquidos (bromo) y sólidos (como el carbono). No
tienen brillo metálico y no reflejan la luz. Suelen presentar enlace covalente.
Los números de oxidación suelen ser negativos. Muchos no metales se encuentran en
todos los seres vivos: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre
en cantidades importantes.
Grupo 1: Hidrógeno
Grupo 13: Boro
Grupo 14: Carbono
Grupo 15: Nitrógeno, fósforo
Grupo 16: Oxígeno, azufre, selenio.
Grupo 17: Flúor, cloro, bromo, yodo, astato.
TIERRAS RARAS O
ELEMENTOS DE TRANSICIÓN INTERNA
Los treinta elementos denominados tierras raras
constituyen las series de los lantánidos y actínidos.
Uno de los lantánidos (Prometio) y casi todos los actínidos se denominan
transuránidos, ya que no existen de forma natural, son sintéticos. Todos
estos metales pertenecen
al grupo 3 de
la Tabla Periódica y
a los períodos 6 y 7. Todos tienen 3 electrones en su capa más externa (2
electrones s de la última capa y 1 o ninguno d de la penúltima, pasando, en
este último caso, el electrón a orbitales f de la antepenúltima) y completan
los orbitales f
de la antepenúltima capa: 4f (lantánidos) y 5f (actínidos).
HALÓGENOS
Los halógenos son los cinco elementos no metálicos que
se encuentran en el Grupo 17 de la Tabla Periódica: flúor, cloro, bromo, iodo, astato y ununseptio. El término "halógeno" significa
"formador de sales" y a los compuestos que contienen halógenos
con metales se
les denomina "sales".
Los halógenos tienen 7 electrones en su capa más externa,
lo que les da un número de oxidación de -1 y son enormemente reactivos
(oxidantes), disminuyendo la reactividad según aumenta el número atómico.
Excepto el flúor, presentan también los estados de oxidación +1, +3, +5, +7. El
flúor es el elemento más reactivo y más electronegativo del Sistema Periódico.
METALES
ALCALINOTÉRREOS
Son los elementos metálicos del
grupo 2 (antiguo IIA) de la Tabla Periódica.
El nombre del grupo proviene de la situación entre los metales alcalinos y
los elementos térreos y
del hecho de que sus "tierras" (nombre antiguo para los óxidos de
calcio, estroncio y bario) son básicos (álcalis). Son: berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio.
Constituyen algo más del 4% de la corteza terrestre (sobre todo calcio y
magnesio), pero son bastante reactivos y no se encuentran libres. El radio es
muy raro.
Se obtienen por electrólisis de sus haluros fundidos o por reducción de sus
óxidos. Son más duros que los
alcalinos.
METALES DE TRANSICIÓN
Los 40 elementos de los grupos 3 al 12 de la parte
central de la Tabla Periódica se
denominan metales de transición debido a su carácter intermedio o de transición
entre los metales de
la izquierda (más electropositivos, alcalinos y alcalinotérreos) y los
elementos de la derecha (más electronegativos, formadores de ácidos).
Llenan orbitales d
de la penúltima capa; estos electrones d son los responsables principales de sus
propiedades:
Como el resto de los metales, son dúctiles y maleables, conductores del calor y
de la electricidad. Son más duros, más quebradizos y tienen mayores puntos de
fusión y ebullición y mayor calor de vaporización que los metales que no son de
este grupo. Sus iones y compuestos suelen ser coloreados. Forman iones
complejos. Muchos son buenos catalizadores de muchas reacciones.
La propiedad más diferente es que sus electrones de
valencia, es decir, los que utilizan para combinarse con otros elementos, se
encuentran en más de una capa, la última y la penúltima, que están muy
próximas. Esta es la razón por la que muestran varios estados de oxidación y
éstos son variables.
OTROS METALES
Los ocho elementos clasificados como "otros metales"
se sitúan en los grupos 13, 14, 15 y 16. Son dúctiles y maleables como
los metales de transición, pero se diferencian de ellos en que no presentan
estados de oxidación variables y sus electrones de valencia se encuentran sólo en su capa más externa. Todos
son sólidos, con una densidad relativamente alta y son opacos. El carácter no
metálico y la capacidad de formación de enlaces covalentes aumenta según lo
hace el número de oxidación del metal: los óxidos e hidróxidos en los estados
de oxidación superiores son más ácidos que los mismos compuestos de estados de
oxidación inferiores del mismo elemento, mientras que los compuestos con
números de oxidación intermedios son anfóteros.
Grupo 13: Aluminio, galio, indio, talio, ununtrio.
Grupo 14: Estaño, plomo, ununquadio.
Grupo 15: Bismuto, ununpentio.
Grupo 16: Polonio, ununhexio.
GASES NOBLES
Los gases nobles se encuentra en el grupo 0 o 18 de
la Tabla Periódica.
Los elementos son: helio, neón, argón, criptón, xenón, radón y ununoctio. Estos elemento se consideraron inertes hasta 1962,
debido a que su estado de oxidación es 0, teniendo 8 electrones en su última
capa (2 electrones s y 6 electrones p), lo que les impide formar compuestos
fácilmente. Tienen una energía de ionización muy alta, por lo que son muy
estables. Debido a esto, fueron descubiertos muy tarde: Cavendish en 1785 aisló
el primero, a partir del aire, aunque no fue capaz de identificarlo. En 1868
Jannsen descubre el helio y, a partir de 1894, Ramsay, Travers y Rayleigh
aíslan e identifican los gases nobles, excepto radón, que fue descubierto por
Dorn en 1898 y aislado por Ramsay y Gray en 1908.
El helio es el segundo elemento más abundante del Universo. En la atmósfera hay
un 1% de gases nobles (fundamentalmente argón (0,94%)).
Se obtienen por licuación fraccionada de aire. El helio a partir de pozos de
gas natural.
ELEMENTOS
NITROGENOIDES
Forman el grupo 15 (antiguo VA) de la Tabla Periódica.
Son: nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio, bismuto y ununpentio.
Constituyen el 0,33% de la corteza terrestre (incluyendo agua y atmósfera). A
veces se presentan nativos. Los minerales son óxidos o sulfuros. Se obtienen
por reducción de los óxidos con carbono o por tostación y reducción de los
sulfuros.
La configuración electrónica muestra que poseen cinco electrones de valencia (2 electrones s y 3 electrones p), sin embargo, las
propiedades difieren del primero al último. Las propiedades metálicas se
incrementan desde el nitrógeno al bismuto de forma que el nitrógeno es no
metal, gas diatómico, las modificaciones negra del fósforo y gris de arsénico y
antimonio presentan algunas propiedades metálicas y el bismuto es un metal
pesado.
ELEMENTOS CALCÓGENOS
O ANFÍGENOS
Forman el grupo 16 (antiguo VIA) de la Tabla Periódica.
Son: oxígeno, azufre, selenio, teluro, polonio y ununhexio.
El nombre calcógeno proviene del griego y significa formador de minerales: una
gran parte de los constituyentes de la corteza son óxidos o sulfuros. El
término anfígeno fue asignado por Berzelius y significa formador de ácidos y
bases.
El oxígeno es el elemento más abundante de la tierra (50,5% en peso de la
corteza). Los demás son menos frecuentes.
ELEMENTOS CARBONOIDES
Forman el grupo 14 de la Tabla Periódica.
Son: carbono, silicio, germanio, estaño, plomo y ununquadio.
Constituyen más del 27% en peso de la corteza, siendo el silicio el que aporta prácticamente
todo a ese valor, le sigue el carbono; el germanio es el menos abundante. El
silicio es el responsable de toda la estructura inorgánica y el carbono de la
vida orgánica de la superficie terrestre. Se presentan en estado nativo
carbono, estaño y plomo; aunque los minerales más corrientes son los óxidos y
sulfuros.
Las propiedades físicas y químicas varían mucho desde el primero (carbono, no
metal, forma compuestos covalentes con los no metales e iónicos con los
metales) al último (plomo, metal): el carbono es muy duro (diamante)
y el plomo rayado con las uñas. El silicio y germanio son metaloides de dureza
intermedia. Al descender en el grupo desciende la fuerza de enlace entre los
átomos y como consecuencia los puntos de fusión y ebullición.
ELEMENTOS
REPRESENTATIVOS
Se denominan así a los grupos 1, 2, y del 13 al 18,
caracterizados por tener los electrones de la última capa (electrones
de valencia) en orbitales s
(grupos 1 y 2) o s y p (grupos 13 al 18). Estos elementos muestran en general
variaciones distintivas y muy regulares de sus propiedades con el número
atómico: el carácter metálico aumenta de arriba a abajo dentro de cada grupo y
de derecha a izquierda en cada periodo.
ELEMENTOS TÉRREOS O
GRUPO DEL BORO.
Lo forman el grupo 13 de la Tabla Periódica.
Son: boro, aluminio, galio, indio, talio y ununtrium. El nombre del grupo térreos deriva de la arcilla
(contiene aluminio) y se encuentra en desuso.
Constituyen más del 7% en peso de la corteza terrestre, sobre todo el aluminio
(metal más
abundante y tercer elemento más abundante después de oxígeno y silicio).
Indio y talio son muy raros. Son bastante reactivos, por lo que no se
encuentran nativos. La mayoría de sus minerales son óxidos e hidróxidos y, en
el caso de galio, indio y talio, se encuentran asociados con sulfuros de plomo y cinc.
Su configuración electrónica muestra tres electrones de valencia (2 electrones s y 1 electrón p), por lo que el
estado de oxidación que alcanzan es +3; galio, indio y talio presentan además
+1, aumentando la tendencia a formar compuestos con este estado de oxidación
hacia abajo. En general, se parecen a los metales alcalinotérreos, aunque el boro es no metal;
el carácter metálico aumenta
hacia abajo.
