PROPIEDADES DE LOS METALES

- Son sólidos a temperatura ambiente excepto el mercurio que es líquido. Y sus temperaturas de fusión y ebullición son muy altas.

- Son muy buenos conductores del calor y de la electricidad. El calor se transporta a través de los metales por las colisiones entre electrones, que se producen con mucha frecuencia.La presencia de un gran número de electrones móviles explica por qué los metales tienen conductividades eléctricas varios cientos de veces mayores que los no metales. La plata es el mejor conductor eléctrico pero es demasiado caro para uso normal. El cobre, con una conductividad cercana a la de la plata, es el metal utilizado habitualmente para cables eléctricos.

- Son dúctiles y maleables.  La mayoría de los metales son dúctiles (capaces de ser estirados para obtener cables) y maleables (capaces de ser trabajados con martillos en láminas delgadas). En un metal, los electrones actúan como un pegamento flexible que mantiene los núcleos atómicos juntos, los cuales pueden desplazarse unos sobre otros. Como consecuencia de ello, los cristales metálicos se pueden deformar sin romperse.

- Son insolubles en agua y otros disolventes comunes. Nigún metal se disuelve en agua; los electrones no pueden pasar a la disolución y los cationes no pueden disolverse por ellos mismos.

ENLACE METÁLICO

Se da entre átomos metálicos. Los átomos de los metales tienen pocos electrones en su última capa, por lo general 1, 2 ó 3. Éstos átomos pierden fácilmente esos electrones (electrones de valencia) y se convierten en iones positivos, por ejemplo Na+, Cu2+, Mg2+.  Los iones positivos resultantes se ordenan en el espacio formando la red metálica. Los electrones de valencia desprendidos de los átomos forman una nube de electrones que puede desplazarse a través de toda la red.De este modo todo el conjunto de los iones positivos del metal queda unido mediante la nube de electrones con carga negativa que los envuelve. Este modelo de enlace metálico se conoce como modelo de la nube o del mar de electrones. Pincha en la imagen:

SÓLIDOS COVALENTES Y SUS PROPIEDADES

Los átomos que forman estas sustancias están unidos por una red continua de enlaces covalentes, formando lo que se denomina una red cristalina.
 

Entre las sustancias que forman sólidos de red covalente se encuentran tanto elementos, por ejemplo el diamante o el grafito (C), como compuestos, por ejemplo el cuarzo (SiO2).

Curiosamente el diamante y el grafito tienen la misma composición, átomos de C, se diferencian en la distrbución espacial de estos átomos en el espacio.

En el diamante los enlaces covalentes C -C se extienden a través del cristal formando una estructura tridimensional tetraédrica.

 

-  El diamante es uno de los materiales más duros que se conoce, tiene dureza 10 grados en la escala de Mohs.  

- No conduce la corriente eléctrica porque no hay movilidad de cargas.

En el grafito, los enlaces covalentes C- C forman hexágonos. Las capas de hexágonos se unen por fuerzas más débiles. En su estructura hay movilidad de electrones.

 - Se puede exfoliar debido a que las capas de hexágonos están unidas por fuerzas muy débiles.

- Conduce la corriente eléctrica porque hay movilidad de electrones.

 

PROPIEDADES DE LAS MOLÉCULAS COVALENTES

- Son mayoritariamente gases a temperatura ambiente, aunque también nos podemos encontrar algunas sustancias en estado líquido y gaseoso.

- Tienen puntos de fusión y ebullición bajos. 

 

Los enlaces covalentes son muy intensos, pero los enlaces entre las moléculas llamados fuerzas intermoleculares son muy débiles, esto explica el hecho de a temperatura ambiente la mayoría de las sustancias covalentes son gaseosas y que sus puntos de fusión y ebullición sean muy bajos.

- No conducen la corriente eléctica porque no hay movilidad de cargas.

ENLACE COVALENTE

Se da entre elementos no metálicos. Estos átomos tienen muchos electrones de valencia y alcanzan el octeto compartiendo electrones. 

Veámos ejemplos:

 

Los átomos de cloro comparten un par de electrones, formándose un enlace simple. Pero hay ocasiones, en los que para cumplir el octeto un átomo tiene que compartir con otro dos pares de electrones, en este caso se trata de un doble enlace. Si un átomo comparte con otro tres pares de electones formaría un triple enlace.

 Además, los átomos se pueden unir compartiendo electrones con otros átomos de distintos elementos:

El enlace covalente puede darse entre un  número pequeños de átomos, en este caso, se forman moléculas. Los ejemplos anteriores son moléculas y sus fórmulas indican el número de átomos por cada molécula.

Pero también pueden unirse por enlace covalente muchísimos átomos que forman una estructura muy ordenada que se repite en el espacio, en este caso, no se forman moéculas, sino, redes cristalinas.

PROPIEDADES DE LOS COMPUESTOS IÓNICOS

Los compuestos iónicos presentan las siguientes propiedades físicas:

- Son sólidos a temperatura ambiente con elevados puntos de fusión, ya que las fuerzas que mantienen unidos a sus iones son fuerzas elécticas muy intensas.

- Son duros, pero a la vez frágiles. Un pequeño desplazamiento en su estructura enfrenta a iones del mismo signo.

- Son solubles en agua. 

- Fundidos y en disolución acuosa conducen la corriente eléctrica ya que sus iones se pueden mover con libertad. No conducen en estado sólido.

ENLACE IÓNICO

Este enlace se produce cuando átomos de elementos metálicos (especialmente los situados más a la izquierda en la tabla periódica -períodos 1, 2 y 3) se encuentran con átomos no metálicos (los elementos situados a la derecha en la tabla periódica -especialmente los períodos 16 y 17).
En este caso los átomos del metal ceden electrones a los átomos del no metal, transformándose en iones positivos y negativos, respectivamente.De esta manera consiguen rodearse de 8 electrones en su última capa.

Ejemplo: Sal de cocina (NaCl), MgO,...

Pincha en la imagen para visualizar la formación del enlace.

Al formarse iones de carga opuesta éstos se atraen por fuerzas eléctricas intensas, quedando fuertemente unidos y dando lugar a un compuesto iónico. Estas fuerzas eléctricas las llamamos enlaces iónicos.

En realidad, esta transferencia de electrones se da entre muchísimos átomos de sodio y muchísimos átomos de cloro, formandose iones de signo contrario. Cada ion se rodea del número máximo posible de iones de signo contrario formado una estructura muy ordenada que recibe el nombre de red cristalina.

Esta estructura se repite en el espacio.

En las fórmulas de los compuestos iónicos solo se muestran las proporciones en las que se unen los átomos, pero no el número real de átomos. Por ejemplo, en la sal común (NaCl), por cada átomo de Na hay uno de Cl, pero en el compuestos hay muchísimos de ambos, pero en la misma cantidad.

REGLA DEL OCTETO

La regla del octeto deriva de estudiar la configuración electrónica de la capa más externa de los elementos que componen el grupo 18, conocidos también como gases nobles o inertes. ¿Y por qué se puso el punto de mira en estos elementos? Porque son los únicos que podemos encontrar en la naturaleza aislados, sin unirse a otros átomos. Esto significa que sus átomos son estables y no necesitan agruparse con otros átomos. De ahí que se llamen gases nobles o inertes, porque tiene escasa reactividad.  Si analizamos  los electrones de valencia de estos elementos nos daremos cuenta de que todos  tienen 8 electrones, excepto el helio, que tiene 2.

Esto significa que los demás átomos en sus uniones se van a rodear de 8 electrones en su última capa, menos el hidrógeno que se rodeará de 2 (como el helio), ganando de este modo estabilidad. Esta regla se conoce como la regla del octeto.

Y, ¿cómo se consigue el octeto? Por transferencia de electrones, o bien, compartiendo electrones. La manera en la que se consiga dará lugar a los distintos tipos de enlace.

¿POR QUÉ SE UNEN LOS ÁTOMOS? EL ENLACE QUÍMICO

Si los átomos interaccionan entre sí, originando distintos tipos de uniones entre ellos, es porque de esa forma son más estables que cuando se encuentran libres, desprendiéndose energía en la formación de enlaces químicos. 

En primer lugar, vas a analizar por qué se unen los átomos. Imagina que tienes dos átomos A y B situados muy lejos uno de otro (las sustancias estarán en estado gasesoso). Entre los dos tienen una cantidad de energía determinada, y su energía de interacción es nula. Conforme se van acercando, interaccionan entre ellos, de forma que la situación va siendo progresivamente más estable, de menor energía, como puedes observar en la figura. A una distancia concreta, la energía es mínima porque la interacción es máxima entre los núcleos y los electrones de ambos átomos.

Si los átomos se acercan más, se hace muy apreciable la repulsión eléctrica entre los núcleos, cargados positivamente, con lo que la situación es menos estable. En resumen, los átomos quedan a una distancia concreta R₀, que es la longitud de enlace y se corresponde con un estado de mínima energía.

Es decir, los átomos se unen porque la energía que tiene un conjunto de átomos cuando están unidos es menor que cuando están separados.

SISTEMA PERIÓDICO Y CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

La forma de la tabla periódica es un reflejo de las configuraciones electrónicas de los elementos que la forman.

Si hacemos la confiuración electrónica de los elementos del grupo 1 nos daremos cuenta de que tienen similar distribución electrónica en su última capa.

Si hacemos lo mismo para los elementos del grupo 2 llegaremos a la conclusión de que su coniguración más externa es ns²

^{Para los elementos del grupo 13 es  ns2 p1}

Si lo hacemos para todos los grupos llegamos a la siguiente conclusión:

La configuración electrónica de un elemento también se puede expresar poniendo entre corchetes el gas noble anterior al elemento y la configuración electrónica de la capa más externa. 

 

DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA PERIÓDICO ACTUAL

En la tabla periódica actual los elementos se ordenan de menor a mayor número atómico (Z) como estudió Moseley, y se observa cómo las propiedades físicas y químicas se repiten y evolucionan periódicamente.

 Está organizada en grupos (columnas) y periodos (filas). Tiene 18 grupos y 7 períodos. Todos numerados.

Si nos fijamos, nos daremos cuenta de que no todos los grupos ni los periodos tienen la misma extensión, además, en los períodos 6 y 7,  parte de los elementos se representan fuera del sistema periódico.

Pero, ¿qué tienen en común los elementos de un mismo periodo? ¿Y de un grupo? ¿Cómo se explica la geometría del sistema periódico?

- Los elementos  de un mismo período tienen el mismo número de capas electrónicas, por ejemplo, los elementos del período 3, tienen tres capas de electronones, pero no el mismo número de electrones.

- Los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en su última capa. Estos electrones se denominan electrones de valencia y son los responsables de las propiedades químicas y del tipo de enlace que van a presentar. Por lo tanto, los elementos de un mismo grupo tienen propiedades químicas parecidas.

- Los elementos del periodo 6 que se representan fuera de la tabla periódica se llaman lantánidos y los del periodo 7 actínidos. Se representan fuera por hacer más cómodo el manejo de la tabla periódica y por qué tienen propiedades muy parecidas los elementos de cada familia.
- La forma geomética de la tabla periódica se explica por la configuración electrónica de los elementos como se verá más adelante.

En la tabla periódica hay una especie de "escalera" que separa a los elementos en metales, no metales y metaloides.

Otro aspecto a tener en cuenta, es que el hidrógeno (H) no tiene un lugar adecuado en la tabla periódica.  La posición del hidrógeno varía en las distintas formas de tablas, pues si bien en una, por sus propiedades físicas, le incluyen entre los no metales, con los halógenos (elementos del grupo 17), otras tablas le hacen figurar en el grupo 1 (alcalinos) con los metales debido a su propiedad química de tener un electrón en su última capa, sin embargo, el hidrógeno es un no metal.

LA TABLA PERIÓDICA Y SUS APLICACIONES

¿CÓMO SURGE LA TABLA PERIÓDICA?

A medida que se iban descubriendo nuevos elementos químicos y se estudiaban sus propiedades se comprobó que muchos de ellos tenían ciertas semejanzas. Esto condujo a que los químicos buscaran clasificar los elementos no solo con objeto de facilitar su conocimiento y su descripción, sino, para la investigación que lleva a nuevos avances en el conocimiento de la materia.

Berzelius,en 1813, estableció una clasificación de los elementos conocidos en su época en dos grandes grupos: metales (brillo característico, dúctiles, maleables, conducían el calor y la electricidad)  y no metales (no tenían brillo, no conducían el calor ni la electricidad). Aunque pronto, se dieron cuenta de que había ciertos elementos que no encajaban en ningún grupo, y buscaron otras formas de organizar a los elementos.  

En 1870,  Mendeleiev,  ordenó a los elementos de menor a mayor masa atómica, dejando espacios vacíos que correspondían con elementos que aún no se habían descubierto, y se predijeron sus propiedades. Se observaba un comportamiento repetitivo de las muchas propiedades a lo largo de la tabla, de ahí, el nombre de tabla periódica o sistema periódico.

A pesar de  la gran importancia de este sistema periódico que es el precursor del sistema periódico actual, presentaba ciertos inconvenientes.

Por ejemplo, el K, al tener masa atómica de 39.10 u debería ir colocado antes que el gas noble anterior, Ar (primer gas noble conocido) con masa atómica 39.95 u. Si esto fuese así, el K iría junto a los gases nobles, sustancias de reactividad prácticamente nula, algo que no le ocurre al K, que es un metal tremendamente reactivo. Esto obligó a Mendeleiev a invertir el orden de colocación de algunos elementos, entre otros, el Ni y el Cu, pero sin poder dar ninguna justificación a este hecho.

En 1913, un joven físico inglés, Moseley, dio un paso fundamental en el desarrollo del sistema periódico. Estableció que en el átomo hay una cantidad fundamental que es la carga positiva del núcleo, que aumenta a intervalos discretos al pasar de un elemento al siguiente.

Por tanto, el número atómico indica la magnitud de la carga nuclear, y por consiguiente, del número de electrones. Como las propiedades físicas, y sobre todo las químicas, están gobernadas por los electrones, las propiedades periódicas deben depender de este número.

Si la periodicidad de las propiedades es una función de las configuraciones electrónicas más que de las masas, se puede preguntar por qué pudo establecerse una tabla periódica basada en las masas atómicas. La respuesta a esta pregunta la encontramos en las regularidades en la construcción de los átomos de complejidad creciente. A medida que se añaden protones (y va creciendo la carga) deben añadirse neutrones (aumentando la masa) con el fin de que se formen átomos de máxima estabilidad.

Desde luego la velocidad de crecimiento de la masa es mayor que la velocidad de crecimiento de la carga como consecuencia de los números crecientes de neutrones necesarios para comunicar las estabilidad a los núcleos que contienen grandes cantidades de protones, pero la dos propiedades varían en la misma dirección excepto en casos aislados de inversión de masas atómicas que ya observó Mendeleiev. Es evidente, por tanto, que tomando como base las masas atómicas o los números atómicos se llega a los mismos resultados.

De todos modos, como resultado del trabajo de Moseley, la ley periódica puede enunciarse así: “Las propiedades de los elementos son función periódica de sus números atómicos”.