Elementos y compuestos

Tabla periódica de los elementos, uniones entre átomos y elementos y compuestos de especial interés

Imagen de vubp en Pixabay

Índice

La tabla periódica de los elementos

La tabla periódica de los elementos organiza los 118 elementos conocidos en 7 periodos (filas) y 18 grupos (columnas), ordenados por su número atómico $Z$.

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Propiedades periódicas

Mismo periodoMismo grupo
Mismo número de capas electrónicasMismo número de e en capa exterior
$Z$ y $A$ aumentan $\rightarrow$$Z$ y $A$ aumentan $\downarrow$
Carácter metálico disminuye $\rightarrow$Carácter metálico aumenta $\downarrow$
Radio atómico disminuye $\rightarrow$Radio atómico aumenta $\downarrow$

Clasificación de los elementos químicos

Los elementos químicos pueden clasificarse en general en metales, semimetales, no metales y gases nobles, según sus propiedades físicas y químicas comunes.

Metales

Apariencia brillante, son buenos conductores del calor y de la electricidad y forman aleaciones con otros metales. La mayoría son sólidos a $T$ ambiente (Hg es 💧).

Lingotes de oro (Au). Imagen de Steve Bidmead en Pixabay.

Formación de iones

Tienden a ceder electrones, formando cationes (iones con carga ).

Ejemplos
  • $\ce{Li} \longrightarrow \ce{Li+} + \ce{1 e-}$
  • $\ce{Mg} \longrightarrow \ce{Mg^2+} + \ce{2 e-}$
  • $\ce{Al} \longrightarrow \ce{Al^3+} + \ce{3 e-}$

Semimetales

Sólidos frágiles/quebradizos de aspecto metálico que son semiconductores y se comportan como no metales.

Detalle de un trozo de silicio (Si) purificado.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiliconCroda.jpg

No metales

Apariencia apagada, son malos conductores del calor y de la electricidad y son frágiles. Pueden ser sólidos, líquidos o gaseosos a temperatura ambiente.

Muestra de azufre (S).
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulfur-sample.jpg

Formación de iones

Tienden a captar electrones, formando aniones (iones con carga ).

Ejemplos
  • $\ce{Cl} + \ce{1 e-} \longrightarrow \ce{Cl-}$
  • $\ce{O} + \ce{2 e-} \longrightarrow \ce{O^2-}$
  • $\ce{P} + \ce{3 e-} \longrightarrow \ce{P^3-}$

Gases nobles

He, Ne, Ar, Kr, Xe y ☢️ Rn. Gases monoatómicos inodoros e incoloros que apenas reaccionan químicamente, pues tienen ocho electrones en su capa exterior.

Gases nobles brillando dentro de frascos de vidrio a baja presión.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glowing_noble_gases.jpg

Uniones entre átomos

Regla del octeto

La configuración más estable para cualquier átomo es contar con ocho electrones en la capa exterior.

Los elementos tenderán a unirse para completar su capa exterior, intercambiando (cediendo/captando) o compartiendo electrones, y así ganar estabilidad. En función del número y tipo de átomos, distinguimos entre moléculas y cristales.

Moléculas

Son grupos eléctricamente neutros de dos o más átomos del mismo elemento o de elementos distintos, unidos por enlaces químicos.

Representación esquemática en 3D de una molécula de sacarosa.
⚫ $\rightarrow$ carbono (C); 🔴 $\rightarrow$ oxígeno (O); ⚪ $\rightarrow$ hidrógeno (H).
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sucrose_molecule.svg

Masa molecular

La masa molecular se calcula teniendo en cuenta el número de átomos y la masa atómica de cada elemento.

Ejemplos
  • $m(\ce{H2O}) = 2\cdot m(\ce{H}) + m(\ce{O})$
  • $m(\ce{H2SO4}) = 2\cdot m(\ce{H}) + m(\ce{S}) + 4\cdot m(\ce{O})$

Cristales

Son materiales sólidos cuyos constituyentes (átomos, moléculas o iones) están dispuestos en una estructura microscópica muy ordenada, formando una red cristalina que se extiende en todas las direcciones.

Cristal de cloruro de sodio (sal común, NaCl).
🔵 $\rightarrow$ sodio (Na); 🟢 $\rightarrow$ cloro (Cl).
https://freesvg.org/sodium-chloride-crystal

Elementos y compuestos de especial interés

Con aplicaciones industriales 🏭

Ácido sulfúrico (H2SO4)

El ácido sulfúrico es un líquido incoloro, inodoro y viscoso que es soluble en agua y muy peligroso incluso en concentraciones bajas, debido a su carácter altamente corrosivo1. Es el compuesto químico más producido del mundo y es incluso un indicador de la capacidad industrial de un país. Su principal uso es para crear ácido fosfórico que a su vez se emplea en fertilizantes.

Gotas de ácido sulfúrico concentrado descomponen rápidamente un trozo de toalla de algodón por deshidratación.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Sulphuric_acid_on_a_piece_of_towel.JPG

Etileno (C2H4)

El etileno2 es un gas inflamable incoloro con un ligero olor dulce y almizclado cuando es puro. Es el compuesto orgánico más producido del mundo. Su principal uso es la obtención de polietileno. También se utiliza para crear otros productos químicos, como el etanol. El etileno es también una hormona natural de las plantas, usada en la agricultura para forzar la maduración de las frutas.

Hidróxido de sodio (NaOH)

El hidróxido de sodio, también conocido como sosa caústica, es un compuesto iónico sólido blanco vital para muchas industrias. Se emplea sobretodo en la fabricación de papel, tejidos y agentes de limpieza.

Lentejas de hidróxido de sodio (NaOH).
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:SodiumHydroxide.jpg

Propileno (C3H6)

El propileno3 es un gas incoloro con un ligero olor a petróleo. Es un compuesto enormemente importante para la industria petroquímica, donde se utiliza como combustible o para la producción de caucho/plástico.

Nitrógeno (N2)

El nitrógeno es un gas incoloro a temperatura ambiente, con una temperatura de ebullición de -195.8$\thinspace$°C. Se utiliza en muchísimos productos, incluidos fertilizantes, tejidos, tintes e incluso explosivos. Gaseoso también crea una atmósfera inerte, útil para preservar alimentos o en la industria electrónica. Líquido es importante en investigación médica y conservación.

Nitrógeno líquido.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquidnitrogen.jpg

Combinado con hidrógeno forma amoniaco (NH3), un gas incoloro con un característico olor acre, crucial en sí mismo.

Con aplicaciones tecnológicas 💻

Litio (Li), cobalto (Co) y níquel (Ni)

Suelen utilizarse para fabricar baterías recargables, empleadas en teléfonos móviles, portátiles, cámaras digitales e incluso coches eléctricos.

Baterías de iones de litio (Li) del Porsche Taycan.
https://press.porsche.com/prod/presse_pag/PressResources.nsf/Content?ReadForm&languageversionid=878435

Aluminio (Al)

Metal blando y ligero que se puede encontrar en todo, desde en espejos de telescopios hasta en piezas de aviones y líneas de transporte eléctrico. El aluminio es barato y no tóxico, lo que hace que también sea un gran protagonista en la industria del embalaje.

Muchas latas están hechas de aluminio (Al).
Foto de Karolina Grabowska en Pexels.

Silicio (Si)

Un semiconductor ideal extremadamente útil empleado sobretodo en chips de ordenador, LCDs y células solares.

Detalle de una oblea de silicio (Si). Cada cuadrado es un chip con transistores y circuitos microscópicos.
Foto de Laura Ockel en Unsplash.

Hierro (Fe)

El hierro (Fe) es abundante y barato, lo que en parte explica que sea el metal más utilizado de la tabla periódica. Tiene innumerables aplicaciones y se puede encontrar en todo, desde automóviles hasta electrónica. Aleado con carbono forma acero.

Atomium, formado por nueve esferas de acero de 18 metros de diámetro cada una. Representa un cristal de hierro (Fe) aumentado 165 mil millones de veces.
Foto de fotografierende en Unsplash.

Cobre (Cu)

El cobre (Cu) fue uno de los primeros metales utilizados por nuestros antepasados, quienes ya crearon las primeras monedas a partir de él, algo que se sigue haciendo hoy en día en Estados Unidos.

Monedas de un dólar estadounidense, con un 88.5 % de cobre (Cu).
Imagen de Gerd Altmann en Pixabay.

El cobre tiene aplicaciones en casi todas las industrias, pero es especialmente adecuado para la electrónica.

Conductor eléctrico de cobre (Cu).
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Stranded_lamp_wire.jpg

Galio (Ga)

Con una estructura similar a la del silicio, el galio (Ga) se utiliza ampliamente en la industria electrónica, donde se puede encontrar en luces LED, teléfonos móviles, ordenadores y televisores. También es un gran sustituto del mercurio (Hg) tóxico. Como el galio se derrite a temperatura ambiente4, se encuentra comúnmente en los termómetros médicos.

Luces LED de colores, fabricadas a partir de compuestos de galio (Ga).
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:RBG-LED.jpg

Indio (In)

El indio (In) es un metal plateado blando que a menudo se usa para producir óxido de indio y estaño (ITO, por sus siglas en inglés), un ingrediente clave en las pantallas táctiles.

Interferencia en láminas delgadas causada por el revestimiento de ITO en la ventana de la cabina de un Airbus, utilizado para el descongelamiento.
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:LHcockpitWindow.jpg

Tierras raras

Escandio (Sc), ytrio (Y) y los lantanoides, considerados, entre otros, elementos tecnológicamente críticos5. Sus aplicaciones incluyen la producción de energía limpia, las comunicaciones o la informática.

Estos óxidos de tierras raras se utilizan como trazadores para determinar qué partes de una cuenca se están erosionando. En el sentido de las agujas del reloj desde el centro arriba: praseodimio (Pr), cerio (Ce), lantano (La), neodimio (Nd), samario (Sm) y gadolinio (Gd).
https://www.ars.usda.gov/oc/images/photos/jun05/d115-1/

Con aplicaciones biomédicas ⚕️

Aplicaciones quirúrgicas

Prótesis e implantes de titanio (Ti), platino (Pt) u oro (Au).

EXO Prosthetic Leg, una prótesis de titanio (Ti) impresa en 3D.
https://www.behance.net/gallery/20696469/Exo-Prosthetic-Leg

Diagnóstico y tratamiento de cáncer

Isótopos radiactivos ☢️ como el 60Co, 99mTc, 131I, 137Cs o el 192Ir.

Semillas de iodo-125 (125I), utilizadas en braquiterapia de baja tasa, al lado de una moneda de cinco centavos de dólar (nickel).
https://thewell.northwell.edu/brachytherapy-right-me

  1. Al contacto puede causar graves quemaduras químicas e incluso quemaduras térmicas de segundo grado. ↩︎

  2. Nombre recomendado por la IUPAC: eteno. ↩︎

  3. Nombre recomendado por la IUPAC: propeno. ↩︎

  4. Su temperatura de fusión es de 29.8$\thinspace$°C. ↩︎

  5. Elementos químicos importantes para las tecnologías emergentes, con una demanda mucho mayor que en el pasado y una oferta escasa en relación con la demanda. ↩︎

Rodrigo Alcaraz de la Osa
Rodrigo Alcaraz de la Osa
Doctor en Física y Profesor de Física y Química

Soy Profesor de Física y Química en el IES Ría San Martín de Cantabria (España).

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