1.4: Elementos y Símbolos Químicos
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- Identificar nombres y símbolos de elementos químicos comunes.
- Representar un compuesto químico con una fórmula química.
Como se describe en el apartado anterior, un elemento es una sustancia pura que no se puede descomponer en sustancias químicas más simples. Hay alrededor de 90 elementos naturales conocidos en la Tierra. Utilizando la tecnología, los científicos han podido crear casi 30 elementos adicionales que no ocurren en la naturaleza. Hoy en día, la química reconoce 118 elementos, algunos de los cuales fueron creados un átomo a la vez. La figura\(\PageIndex{1}\) muestra algunos de los elementos químicos.
Nombres y símbolos elementales
Cada elemento tiene un nombre. Algunos de estos nombres datan de la antigüedad, mientras que otros son bastante nuevos. Hoy en día, los nombres de los nuevos elementos son propuestos por sus descubridores pero deben ser aprobados por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada, organización internacional que hace recomendaciones sobre todo tipo de terminología química.
Hoy en día, los nuevos elementos suelen llevar el nombre de científicos famosos.
Los nombres de los elementos pueden ser engorrosos de escribir en su totalidad, especialmente cuando se combinan para formar los nombres de los compuestos. Por lo tanto, cada nombre de elemento se abrevia como un símbolo químico de una o dos letras. Por convención, la primera letra de un símbolo químico es una letra mayúscula, mientras que la segunda letra (si la hay) es una letra minúscula. La primera letra del símbolo suele ser la primera letra del nombre del elemento, mientras que la segunda letra es alguna otra letra del nombre. Algunos elementos tienen símbolos que derivan de nombres anteriores, en su mayoría latinos, por lo que los símbolos pueden no contener ninguna letra del nombre inglés. Tabla\(\PageIndex{2}\) enumera los nombres y símbolos de algunos de los elementos más familiares.
| Nombre del elemento | Símbolo de elemento | Nombre del elemento | Símbolo de elemento |
|---|---|---|---|
| aluminio | Al | magnesio | Mg |
| argón | Ar | manganeso | Mn |
| arsénico | Como | mercurio | Hg* |
| bario | Ba | neón | Ne |
| bismuto | Bi | níquel | Ni |
| boro | B | nitrógeno | N |
| bromo | Br | oxígeno | O |
| calcio | Ca | fósforo | P |
| carbono | C | platino | Pt |
| cloro | Cl | potasio | K* |
| cromo | Cr | silicio | Si |
| cobre | Cu* | plata | Ag* |
| flúor | F | sodio | Na* |
| oro | Au* | estroncio | Sr |
| helio | Él | azufre | S |
| hidrógeno | H | hojalata | Sn* |
| hierro | Fe | tungsteno | W † |
| yodo | I | uranio | U |
| plomo | Pb* | zinc | Zn |
| litio | Li | circonio | Zr |
| *El símbolo proviene del nombre latino del elemento. † El símbolo del tungsteno proviene de su nombre alemán: wolfram. | |||
Los nombres de los elementos en idiomas distintos al inglés suelen estar cerca de sus nombres latinos. Por ejemplo, el oro es oro en español y o en francés (cercano al latín aurum), el estaño es estaño en español (comparar con el stannum), el plomo es plomo en español y plomb en francés (comparar con plumbum), plata es argent en francés (comparar con argentum), y el hierro es fer en francés y hierro en español (comparar con ferrum). La cercanía es aún más evidente en la pronunciación que en la ortografía.
Elementos en la Naturaleza y el Cuerpo Humano
Los elementos varían ampliamente en abundancia. En el universo como un todo, el elemento más común es el hidrógeno (alrededor del 90% de los átomos), seguido del helio (la mayor parte del 10% restante). Todos los demás elementos están presentes en cantidades relativamente minúsculas, hasta donde podemos detectar. En el planeta Tierra, sin embargo, la situación es bastante diferente (Tabla\(\PageIndex{1}\)). El oxígeno constituye 46.1% de la masa de la corteza terrestre (la capa relativamente delgada de roca que forma la superficie de la Tierra), principalmente en combinación con otros elementos, mientras que el silicio constituye 28.2%. El hidrógeno, el elemento más abundante del universo, constituye sólo 0.14% de la corteza terrestre.
| Corteza terrestre | Cuerpo Humano | ||
|---|---|---|---|
| Element | Porcentaje | Element | Porcentaje |
| oxígeno | 46.1 | oxígeno | 61 |
| silicio | 28.2 | carbono | 23 |
| aluminio | 8.23 | hidrógeno | 10 |
| hierro | 5.53 | nitrógeno | 2.6 |
| calcio | 4.15 | calcio | 1.4 |
| sodio | 2.36 | fósforo | 1.1 |
| magnesio | 2.33 | azufre | 0.20 |
| potasio | 2.09 | potasio | 0.20 |
| titanio | 0.565 | sodio | 0.14 |
| hidrógeno | 0.14 | cloro | 0.12 |
| fósforo | 0.105 | magnesio | 0.027 |
| todos los demás | 0.174 | silicio | 0.026 |
| Fuente: D. R. Lide, ed. CRC Manual de Química y Física, 89a ed. (Boca Raton, FL: CRC Press, 2008—9), 14—17. | |||
Tabla\(\PageIndex{1}\) también enumera las abundancias relativas de elementos en el cuerpo humano. Si comparas ambas composiciones, encontrarás disparidades entre el porcentaje de cada elemento en el cuerpo humano y en la Tierra. El oxígeno tiene el mayor porcentaje en ambos casos, pero el carbono, el elemento con el segundo mayor porcentaje en el cuerpo, es relativamente raro en la Tierra y ni siquiera aparece como entrada separada; el carbono es parte del 0.174% que representa “otros” elementos.
¿Cómo concentra el cuerpo humano tantos elementos aparentemente raros? Las cantidades relativas de elementos en el cuerpo tienen menos que ver con sus abundancias en la Tierra que con su disponibilidad en una forma que podemos asimilar. Obtenemos oxígeno del aire que respiramos y del agua que bebemos. También obtenemos hidrógeno del agua. Por otro lado, aunque el carbono está presente en la atmósfera como dióxido de carbono, y alrededor del 80% de la atmósfera es nitrógeno, obtenemos esos dos elementos de los alimentos que comemos, no del aire que respiramos.
Mirar más de cerca: El cuello de botella de fósforo
Hay un elemento que necesitamos más en nuestros cuerpos que proporcionalmente presente en la corteza terrestre, y este elemento no es fácilmente accesible. El fósforo constituye 1.1% del cuerpo humano pero sólo 0.105% de la corteza terrestre. Necesitamos fósforo para nuestros huesos y dientes, y es un componente crucial de todas las células vivas. A diferencia del carbono, que se puede obtener a partir del dióxido de carbono, no hay compuesto de fósforo presente en nuestro entorno que pueda servir como una fuente conveniente. El fósforo, entonces, es el cuello de botella de la naturaleza. Su disponibilidad limita la cantidad de vida que nuestro planeta puede sostener.
Las formas de vida superiores, como los humanos, pueden obtener fósforo seleccionando una dieta adecuada (mucha proteína); pero formas de vida inferiores, como las algas, deben absorberlo del ambiente. Cuando se introdujeron detergentes que contenían fósforo en la década de 1950, las aguas residuales de las actividades domésticas normales aumentaron en gran medida la cantidad de fósforo disponible para las algas y otras plantas. Los lagos que recibieron estas aguas residuales experimentaron aumentos repentinos en el crecimiento de algas. Cuando las algas murieron, las concentraciones de bacterias que comieron las algas muertas aumentaron. Debido a las grandes concentraciones bacterianas, el contenido de oxígeno del agua disminuyó, provocando que los peces murieran en grandes cantidades. Este proceso, llamado eutrofización, se considera un impacto ambiental negativo.
Hoy en día, muchos detergentes se elaboran sin fósforo por lo que se minimizan los efectos perjudiciales de la eutrofización. Incluso puede ver declaraciones en ese sentido en las cajas de detergente. Puede ser aleccionador darse cuenta de cuánto impacto puede tener un solo elemento en la vida, o la facilidad con la que la actividad humana puede afectar al medio ambiente.
Ejemplo\(\PageIndex{1}\)
Escribe el símbolo químico para cada elemento sin consultar Tabla\(\PageIndex{2}\).
- bromo
- boro
- carbono
- calcio
- oro
- Responder a
-
Br
- Respuesta b
-
B
- Respuesta c
-
C
- Respuesta d
-
Ca
- Respuesta e
-
Au
Ejercicio\(\PageIndex{1}\)
Escribe el símbolo químico para cada elemento sin consultar Tabla\(\PageIndex{2}\).
- manganeso
- magnesio
- neón
- nitrógeno
- plata
- Responder a
-
Mn
- Respuesta b
-
Mg
- Respuesta c
-
Ne
- Respuesta d
-
N
- Respuesta e
-
Ag
Ejemplo\(\PageIndex{2}\)
¿Qué elemento está representado por cada símbolo químico?
- Na
- Hg
- P
- K
- I
- Responder a
-
sodio
- Respuesta b
-
mercurio
- Respuesta c
-
fósforo
- Respuesta d
-
potasio
- Respuesta e
-
yodo
Ejercicio\(\PageIndex{2}\)
¿Qué elemento está representado por cada símbolo químico?
- Pb
- Sn
- U
- O
- F
- Responder a
-
plomo
- Respuesta b
-
hojalata
- Respuesta c
-
uranio
- Respuesta d
-
oxígeno
- Respuesta e
-
flúor
Fórmulas Químicas
Una fórmula química es una expresión que muestra cada uno de los elementos en un compuesto y las proporciones relativas de esos elementos. El agua está compuesta por hidrógeno y oxígeno en una proporción 2:1 y su fórmula química es\(\ce{H_2O}\). El ácido sulfúrico es uno de los productos químicos más producidos en los Estados Unidos y está compuesto por los elementos hidrógeno, azufre y oxígeno; la fórmula química para el ácido sulfúrico es\(\ce{H_2SO_4}\). La sacarosa (azúcar de mesa) consiste en carbono, hidrógeno y oxígeno en una proporción 12:22:11. La fórmula química de estos son:
\[ \underbrace{\color{red} {\ce{H2}} \color{blue} {\ce{O}}}_{\begin{aligned} & \color{red} {2\, \text{H atoms}} \\ & \color{blue} {1\, \text{O atom}} \end{aligned}} \quad \underbrace{\color{red} \ce{H2} \color{green} \ce{S} \color{blue} \ce{O4}}_{\begin{aligned} & \color{red} 2\, \text{H atoms} \\ \color{green} &1\, \text{S atom} \\ & \color{blue} 4\, \text{O atoms} \end{aligned}} \quad \underbrace{\color{red} \ce{C12} \color{black} \ce{H22} \color{blue} \ce{O11}}_{\begin{aligned} & \color{red} 12\, \text{H atoms} \\ & \color{black} 22\, \text{C atoms} \\ & \color{blue} 11\, \text{O atoms} \end{aligned}}\]
Observe que el oxígeno y azufre en el agua y el ácido sulfúrico, respectivamente, no tienen subíndices “1" - esto se supone.
A veces ciertos grupos de átomos se unen entre sí dentro del químico y actúan como una sola unidad. Los iones poliatómicos se discutirán más adelante y se enmarcan entre paréntesis seguido de un subíndice si existe más de uno del mismo ion en una fórmula química. Por ejemplo, la fórmula\(\ce{Ca3(PO4)2}\) representa un compuesto con:
- 3\(\ce{Ca}\) átomos y
- 2 iones\(\ce{PO_4^{3-}}\) poliatómicos
Para contar el número total de átomos para fórmulas con iones poliatómicos encerrados entre paréntesis, utilice el subíndice como multiplicador para cada átomo o número de átomos.
\[\ce{Ca_3(PO_4)} \color{red} \ce{_2} \nonumber\]
y descomponer esto a elementos da
- 3\(\ce{Ca}\) átomos
- \(\color{red} 2 \color{black} \times 1\)\(\ce{P}\)átomos
- \(\color{red} 2 \color{black} \times 4\)\(\ce{O}\)átomos
Es decir, 3\(\ce{Ca}\) átomos, 2\(\ce{P}\) átomos y 8\(\ce{O}\) átomos
La fórmula química se puede utilizar en ecuaciones químicas. Por ejemplo, la reacción del gas hidrógeno (\(\ce{H2}\)) que se quema con gas oxígeno (\(\ce{O2}\)) para formar agua (\(\ce{H2O}\)) se escribe como:
\[\ce{2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O} \nonumber\]
Ejercicio\(\PageIndex{3}\)
Identificar los elementos en cada una de las siguientes fórmulas químicas y cuál es la relación de los diferentes elementos en las fórmulas químicas:
- \(\ce{NaOH}\)
- \(\ce{NaCl}\)
- \(\ce{CaCl2}\)
- \(\ce{CH3COOH}\)
- Responder a
-
El sodio\(\ce{Na}\), el oxígeno\(\ce{O}\) y el hidrógeno\(\ce{H}\) están presentes. Este es hidróxido de sodio y también se conoce como lejía o sosa cáustica.
Esta es una relación 1:1:1 de sodio, oxígeno e hidrógeno, respectivamente.
- Respuesta b
-
El sodio\(\ce{Na}\) y el cloro\(\ce{O}\) están presentes. Este es cloruro de sodio y también se conoce como sal de mesa.
Esta es una relación 1:1 de sodio y cloro, respectivamente.
- Respuesta c
-
Calcio\(\ce{Ca}\) y Cloro\(\ce{Cl}\) están presentes. Este es cloruro de calcio y es un tipo de sal diferente al cloruro de sodio.
Esta es una relación 1:2 de calcio y cloro, respectivamente.
- Respuesta d
-
Carbono\(\ce{C}\)\(\ce{O}\), Oxígeno e Hidrógeno\(\ce{H}\) están presentes. Este es ácido acético y también se conoce como vineger.
Esta es una relación 2:2:4 (o 1:1:2) de carbono, oxígeno e hidrógeno, respectivamente.
Claves para llevar
- Toda la materia está compuesta por elementos.
- Los elementos químicos están representados por un símbolo de una o dos letras.
Colaboradores y Atribuciones
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