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18: Los Elementos Representativos

Última actualización

30 oct 2022
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- 17.8: Coloides
- 18.1: Una Encuesta a los Elementos Representativos

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18.1: Una Encuesta a los Elementos Representativos
El principio unificador más importante en la descripción de la química de los elementos es que el aumento sistemático del número atómico y el llenado ordenado de los orbitales atómicos conducen a tendencias periódicas en las propiedades atómicas. La propiedad más fundamental que conduce a variaciones periódicas es la carga nuclear efectiva (Zeff). Debido a la posición de la línea diagonal que separa metales y no metales en la tabla periódica, la química de los grupos 13, 14 y 15 es relativamente compleja.
18.2: Metales del Grupo 1A
Li, Na, K, Rb y Cs son todos elementos del grupo IA, también conocidos como metales alcalinos. El séptimo miembro del grupo, el francium (Fr) es radiactivo y tan raro que solo 20 átomos de Fr pueden existir en la Tierra en un momento dado. El término álcali se deriva de una palabra árabe que significa “cenizas”. Los compuestos de potasio y otros metales alcalinos fueron obtenidos de cenizas de madera por químicos tempranos.
18.3: La química del hidrógeno
El hidrógeno puede perder un electrón para formar un protón, ganar un electrón para formar un ion hidruro, o formar un enlace covalente o un enlace polar covalente de par de electrones. Los tres isótopos de hidrógeno, protio (1H o H), deuterio (2H o D) y tritio (3H o T), tienen diferentes propiedades físicas. El deuterio y el tritio pueden ser utilizados como trazadores, sustancias que permiten a los bioquímicos seguir el camino de una molécula a través de un organismo o una célula.
18.4: Elementos del Grupo 2A
Los elementos del grupo 2 forman casi exclusivamente compuestos iónicos que contienen el ion M2+, son más reactivos hacia los elementos del grupo 15 y tienen una mayor tendencia a formar complejos con bases de Lewis que los metales alcalinos. Las muestras puras de la mayoría de los metales alcalinotérreos se pueden obtener por electrólisis de los cloruros u óxidos. El berilio se obtuvo primero por la reducción de su cloruro; el cloruro de radio, que es radiactivo, se obtuvo a través de una serie de reacciones y separaciones.
18.5: Elementos del Grupo 3A
Los compuestos del grupo 13 elementos con oxígeno son termodinámicamente estables. Muchas de las propiedades anómalas del grupo 13 elementos pueden explicarse por el aumento de Zeff que se mueve hacia abajo del grupo. El aislamiento de los elementos del grupo 13 requiere una gran cantidad de energía debido a que los compuestos del grupo 13 elementos con oxígeno son termodinámicamente estables. El boro se comporta químicamente como un no metal, mientras que sus congéneres más pesados exhiben un comportamiento metálico.
18.6: Elementos del Grupo 4A
Los 14 elementos del grupo muestran la mayor diversidad en el comportamiento químico de cualquier grupo; las fuerzas de enlace covalente disminuyen al aumentar el tamaño atómico y las energías de ionización son mayores de lo esperado, aumentando de C a Pb. Los 14 elementos del grupo muestran el mayor rango de comportamiento químico de cualquier grupo en la tabla periódica. Debido a que la fuerza del enlace covalente disminuye con el aumento del tamaño atómico y las energías de ionización mayores de lo esperado debido a un aumento en Zeff.
18.7: Los Elementos del Grupo 5A
La reactividad del grupo más pesado 15 elementos disminuye en el grupo, al igual que la estabilidad de sus compuestos catenados. En el grupo 15, el nitrógeno y el fósforo se comportan químicamente como no metales, el arsénico y el antimonio se comportan como semimetales y el bismuto se comporta como un metal. El nitrógeno forma compuestos en nueve estados de oxidación diferentes. La estabilidad del estado de oxidación +5 disminuye de fósforo a bismuto debido al efecto de par inercia.
18.8: La Química del Nitrógeno
El nitrógeno se comporta químicamente como no metales, el nitrógeno forma compuestos en nueve estados de oxidación diferentes. El nitrógeno no forma compuestos catenados estables debido a las repulsiones entre pares solitarios de electrones en átomos adyacentes, pero sí forma múltiples enlaces con otros átomos del segundo período. El nitrógeno reacciona con elementos electropositivos para producir sólidos que van de carácter covalente a iónico.
18.9: La Química del Fósforo
El fósforo (P) es una parte esencial de la vida tal como la conocemos. Sin los fosfatos en moléculas biológicas como ATP, ADP y ADN, no estaríamos vivos. Los compuestos de fósforo también se pueden encontrar en los minerales de nuestros huesos y dientes. Es una parte necesaria de nuestra dieta. De hecho, lo consumimos en casi todos los alimentos que comemos. El fósforo es bastante reactivo. Esta cualidad del elemento lo convierte en un ingrediente ideal para fósforos porque es tan inflamable. El fósforo es un elemento vital para las plantas.
18.10: Los Elementos del Grupo 6A
Los calcógenos no tienen elementos metálicos estables. La tendencia a catenar, la fuerza de los enlaces simples y la reactividad disminuyen desplazándose hacia abajo del grupo. Debido a que la electronegatividad de los calcógenos disminuye en el grupo, también lo hace su tendencia a adquirir dos electrones para formar compuestos en el estado de oxidación −2. El miembro más ligero, el oxígeno, tiene la mayor tendencia a formar múltiples enlaces con otros elementos. No forma compuestos catenados estables.
18.11: La Química del Oxígeno
El oxígeno es un elemento ampliamente conocido por el público en general por el gran papel que juega en el sostenimiento de la vida. Sin oxígeno, los animales serían incapaces de respirar y en consecuencia morirían. El oxígeno no solo es importante para apoyar la vida, sino que juega un papel importante en muchas otras reacciones químicas. El oxígeno es el elemento más común en la corteza terrestre y constituye alrededor del 20% del aire que respiramos. Históricamente el descubrimiento del oxígeno como elemento esencial para la combustión.
18.12: La Química del Azufre
El azufre (grupo 16) reacciona con casi todos los metales y forma fácilmente el ion sulfuro, S2−, en el que tiene como estado de oxidación de 2−. El azufre reacciona con la mayoría de los no metales.
18.13: Los Elementos del Grupo 7A
Los halógenos son altamente reactivos. Todos los halógenos tienen energías de ionización relativamente altas, y la fuerza ácida y el poder oxidante de sus oxoácidos disminuyen en el grupo. Los halógenos son tan reactivos que ninguno se encuentra en la naturaleza como elemento libre; en cambio, todos menos el yodo se encuentran como sales haluro con el ion X−. Su química es exclusivamente la de los no metales. Consistente con las tendencias periódicas, las energías de ionización disminuyen en el grupo.
18.14: Los Elementos del Grupo 8A
Los gases nobles se caracterizan por sus altas energías de ionización y bajas afinidades de electrones. Se necesitan oxidantes potentes para oxidar los gases nobles y formar compuestos. Los gases nobles tienen una configuración electrónica de valencia de caparazón cerrado. Las energías de ionización de los gases nobles disminuyen con el aumento del número atómico. Solo los elementos altamente electronegativos pueden formar compuestos estables (por ejemplo, F y O) con los gases nobles en estados de oxidación positiva sin ser oxidados ellos mismos.

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