18: Metales, metaloides y no metales representativos
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El desarrollo de la tabla periódica a mediados del siglo XIX provino de observaciones de que existía una relación periódica entre las propiedades de los elementos. Los químicos, que tienen una comprensión de las variaciones de estas propiedades, han podido utilizar este conocimiento para resolver una amplia variedad de desafíos técnicos. Por ejemplo, el silicio y otros semiconductores forman la columna vertebral de la electrónica moderna debido a nuestra capacidad para ajustar las propiedades eléctricas de estos materiales. Este capítulo explora importantes propiedades de metales representativos, metaloides y no metales en la tabla periódica.
- 18.1: Periodicidad
- Esta sección se centra en la periodicidad de los elementos representativos, donde los electrones están entrando en los orbitales s y p. Los elementos representativos se presentan en los grupos 1, 2 y 12—18. Estos elementos son metales representativos, metaloides y no metales. Los metales alcalinos (grupo 1) son muy reactivos, forman fácilmente iones con una carga de 1+ para formar compuestos iónicos que suelen ser solubles en agua, y reaccionan vigorosamente con agua para formar gas hidrógeno y una solución básica del hidróxido metálico.
- 18.2: Ocurrencia y Preparación de los Metales Representativos
- Debido a su reactividad química, es necesario producir los metales representativos en sus formas puras por reducción a partir de compuestos naturales. La electrólisis es importante en la producción de sodio, potasio y aluminio. La reducción química es el método principal para el aislamiento de magnesio, zinc y estaño. Procedimientos similares son importantes para los otros metales representativos.
- 18.3: Estructura y Propiedades Generales de los Metaloides
- Los elementos boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y teluro separan los metales de los no metales en la tabla periódica. Estos elementos, llamados metaloides o a veces semimetales, exhiben propiedades características tanto de metales como de no metales. Las estructuras de estos elementos son similares en muchos aspectos a las de los no metales, pero los elementos son semiconductores eléctricos.
- 18.4: Estructura y Propiedades Generales de los No Metales
- Los no metales tienen estructuras que son muy diferentes a las de los metales, principalmente porque tienen mayor electronegatividad y electrones que están más estrechamente unidos a átomos individuales. La mayoría de los óxidos no metálicos son anhidridos ácidos, lo que significa que reaccionan con el agua para formar soluciones ácidas. Las estructuras moleculares son comunes para la mayoría de los no metales, y varios tienen múltiples alótropos con propiedades físicas variables.
- 18.5: Ocurrencia, preparación y compuestos de hidrógeno
- El hidrógeno es el elemento más abundante del universo y su química es verdaderamente única. Aunque tiene cierta reactividad química que es similar a la de los metales alcalinos, el hidrógeno tiene muchas de las mismas propiedades químicas de un no metal con una electronegatividad relativamente baja. Forma hidruros iónicos con metales activos, compuestos covalentes con estado de oxidación -1 con menos elementos electronegativos, y compuestos covalentes con estado de oxidación +1 con más no metales electronegativos.
- 18.6: Ocurrencia, preparación y propiedades de los carbonatos
- El método habitual para la preparación de los carbonatos de los metales alcalinos y alcalinotérreos es por reacción de un óxido o hidróxido con dióxido de carbono. Otros carbonatos se forman por precipitación. Los carbonatos metálicos o hidrogenocarbonatos como la piedra caliza (CaCO3), el antiácido Tums (CaCO3) y el bicarbonato de sodio (NaHCO3) son ejemplos comunes. Los carbonatos e hidrogenocarbonatos se descomponen en presencia de ácidos y la mayoría se descomponen al calentarse.
- 18.7: Ocurrencia, preparación y propiedades del nitrógeno
- El nitrógeno exhibe estados de oxidación que van de 3− a 5+. Debido a la estabilidad del triple enlace N=N, requiere una gran cantidad de energía para hacer compuestos a partir del nitrógeno molecular. Los metales activos como los metales alcalinos y los metales alcalinotérreos pueden reducir el nitrógeno para formar nitruros metálicos. Los óxidos de nitrógeno y los hidruros de nitrógeno también son sustancias importantes.
- 18.8: Ocurrencia, preparación y propiedades del fósforo
- El fósforo (grupo 15) comúnmente exhibe estados de oxidación de 3− con metales activos y de 3+ y 5+ con no metales más electronegativos. Los halógenos y el oxígeno oxidarán el fósforo. Los óxidos son óxido de fósforo (V), P4O10 y óxido de fósforo (III), P4O6. Los dos métodos comunes para preparar ácido ortofosfórico, H3PO4, son la reacción de un fosfato con ácido sulfúrico o la reacción de agua con óxido de fósforo (V). El ácido ortofosfórico es triprótico que forma 3 tipos de sales.
- 18.9: Ocurrencia, preparación y compuestos de oxígeno
- El oxígeno es uno de los elementos más reactivos. Esta reactividad, aunada a su abundancia, hace que la química del oxígeno sea muy rica y bien entendida. Los compuestos de los metales representativos con oxígeno existen en tres categorías (1) óxidos, (2) peróxidos y superóxidos, y (3) hidróxidos. El calentamiento de los hidróxidos, nitratos o carbonatos correspondientes es el método más común para producir óxidos. Calentar el metal u óxido metálico en oxígeno puede conducir a la formación de peróxidos y superóxidos.
- 18.10: Ocurrencia, preparación y propiedades 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.
- 18.11: Ocurrencia, preparación y propiedades de halógenos
- Los halógenos forman haluros con menos elementos electronegativos. Los haluros de los metales varían de iónicos a covalentes; los haluros de los no metales son covalentes. Los interhalógenos se forman por la combinación de dos o más halógenos diferentes. Todos los metales representativos reaccionan directamente con halógenos elementales o con soluciones de los ácidos hidrohalogenados (HF, HCl, HBr e HI) para producir haluros metálicos representativos.
- 18.12: Ocurrencia, preparación y propiedades de los gases nobles
- La propiedad más significativa de los gases nobles (grupo 18) es su inactividad. Se presentan en bajas concentraciones en la atmósfera. Encuentran usos como atmósferas inertes, letreros de neón y como refrigerantes. Los tres gases nobles más pesados reaccionan con el flúor para formar fluoruros. Los fluoruros de xenón son los que mejor se caracterizan como los materiales de partida para algunos otros compuestos de gas noble.
- 18.E: Metales representativos, metaloides y no metales (Ejercicios)
- Estos son ejercicios de tarea para acompañar el Textmap creado para “Química” por OpenStax. Los bancos de preguntas complementarios de Química General se pueden encontrar para otros Textmaps y se puede acceder aquí. Además de estas preguntas disponibles públicamente, el acceso al banco privado de problemas para su uso en exámenes y tareas está disponible para los profesores solo de manera individual; comuníquese con Delmar Larsen para obtener una cuenta con permiso de acceso.