Elementos y compuestos

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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

Según sus propiedades físicas y químicas comunes, los elementos químicos pueden clasificarse en general en:

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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)

Formación de iones

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

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

Semimetales

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

Silicio (Si)

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.

Azufre (S)

Formación de iones

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

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

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.

Uniones entre átomos

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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

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

Molécula de sacarosa

⚫ $\rightarrow$ C; 🔴 $\rightarrow$ O; ⚪ $\rightarrow$ H.

Masa molecular

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

Ejemplos
  • $m(\mathrm{H_2 O}) = 2\cdot m(\mathrm{H}) + m(\mathrm{O})$
  • $m(\mathrm{H_2 SO_4}) = 2\cdot m(\mathrm{H}) + m(\mathrm{S}) + 4\cdot m(\mathrm{O})$

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).

Elementos y compuestos de especial interés

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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 corrosivo.

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.

Etileno (C2H4)

El etileno 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)

Propileno (C3H6)

El propileno 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.

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.

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.

Silicio (Si)

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

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.

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

88.5 % de cobre (Cu).

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

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.

Luces LED

También es un gran sustituto del mercurio (Hg) tóxico. Como el galio se derrite a temperatura ambiente, se encuentra comúnmente en los termómetros médicos.

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.

Recubrimiento de ITO

Tierras raras

Escandio (Sc), ytrio (Y) y los lantanoides, considerados, entre otros, elementos tecnológicamente críticos.

Óxidos de tierras raras

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).

Sus aplicaciones incluyen la producción de energía limpia, las comunicaciones o la informática.

Con aplicaciones biomédicas ⚕️

Aplicaciones quirúrgicas

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

EXO Prosthetic Leg

Prótesis de titanio (Ti) impresa en 3D.

Diagnóstico y tratamiento de cáncer

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

Semillas de 125I