Elementos representativos

Elementos representativos
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Concepto:Elementos químicos cuya configuración electrónica termina en or orbital S o P .

Los Elementos representativos, son elementos químicos de los grupos largos de la tabla periódica identificados por la letra A, encabezados por los elementoshidrógeno, berilio, boro, carbono, nitrógeno, oxígeno,flúor y helio, tal como aparecen en la tabla periódica de los elementos.

Características

Se caracterizan por presentar configuraciones electrónicas "externas" en su estado fundamental que van desde ns1 hasta ns2np6, a diferencia de los elementos de transición y de los elementos de transición interna.

Los elementos representativos son los elementos de los grupos 1 y 2 (bloque s), y de los grupos de 13 a 18 (bloque p).2 Hasta hace unos años, estos grupos se identificaban con números romanos del I al VII con la letra A.3 Los elementos del grupo 12 son generalmente considerados como metales de transición, sin embargo, el zinc (Zn), el cadmio (Cd), y el mercurio (Hg) comparten algunas propiedades de ambos grupos, y algunos científicos creen que deben ser incluidos como elementos representativos o elementos de los grupos principales.

Los elementos representativos (con algunos de los metales de transición más ligeros) son los elementos más abundantes en la tierra, en el sistema solar, y en el universo.

Serie química

Una serie química o familia

  • Gases nobles (grupo 18)

Los otros grupos suelen ser llamados por el nombre del elemento cabecera del grupo: el grupo 16 es el grupo del oxígeno, el 14 es el grupo del carbono, etcétera. También reciben otros nombres en desuso:

  • Metales de acuñar (cobre, plata , oro y el mercurio): grupo 11
  • Elementos térreos: grupo del boro (grupo 13)
  • Elementos carbonoides: grupo del carbono (grupo 14)
  • Elementos nitrogenoides: grupo del nitrógeno (grupo 15)
  • Elementos calcógenos o anfígenos: grupo del oxígeno (grupo 16)

Es frecuente dividir a los elementos en bloques dentro de la tabla periódica:

  • Bloque s
  • Bloque p
  • Bloque d
  • Bloque f
  • Bloque g

A los elementos del bloque f también se les conoce como "tierras raras" o "elementos de transición interna". Se dividen en dos series y lo normal es llamarlos por los nombres de estas dos series: s y p son conocidos conjuntamente como:

Configuración electrónica

Los elementos representativos están repartidos en ocho grupos y se caracterizan porque su distribución electrónica termina en s-p o p-s. El número del grupo resulta de sumar los electrones que hay en los subniveles s ó s y p del último nivel.

por ejemplo el Z=35

La distribución electrónica correspondiente es: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p5

la cual en forma ascendente es ; 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5

El último nivel de energía es el 4, por lo tanto el elemento debe estar localizado en el cuarto periodo. El grupo se determina por la suma 2+5=7, correspondiente al número de electrones ubicados en el último nivel, lo cual indica que el elemento se encuentra en el grupo VII A.

Algunos grupos representativos reciben los siguientes nombres:

  • Grupo IA: Alcalinos
  • Grupo IIA Alcalinotérreos
  • Grupo VIIA: Halógenos
  • Grupo VIIIA: Gases nobles

Periodicidad

La tabla periódica representa una lista de los elementos ordenados a manera de filas (periodos) de acuerdo con su número atómico –número de electrones o protones en cada átomo–. Los periodos se arreglan de tal manera que los elementos con características químicas semejantes se encuentran en la misma columna (grupo o familia), de acuerdo con su configuración electrónica.

El origen de la tabla periódica puede ser explicada en términos de las leyes básicas de la física (mecánica cuántica) que obedecen los electrones de un átomo. El número de la fila o periodo corresponde al número cuántico principal n y las columnas o grupos corresponden a una configuración electrónica particular, designada de acuerdo con los electrones de la capa más externa. Son estos electrones los que determinan las propiedades químicas de los elementos y se les denomina electrones de valencia.

Al conjunto de tendencias químicas que se observan en los elementos de acuerdo con sus posiciones en la tabla periódica se le conoce como periodicidad. Las propiedades químicas más importantes son la energía de ionización, la afinidad electrónica, la electronegatividad, la carga nuclear efectiva, el radio atómico, entre otras. Así, al incrementarse el número atómico en un periodo determinado, se produce un incremento concomitante en la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad, pero también se produce una disminución en el tamaño del radio atómico. El cambio de la carga nuclear efectiva dentro de un periodo varía con relativa suavidad. Sin embargo, dado que los distintos periodos varían en longitud, por la presencia de los metales del bloque d, las propiedades de un elemento dependerán si siguen una secuencia de ocho, 18 o 32 elementos. Los elementos del bloque s (grupos 1 y 2) presentan tendencias claras en las propiedades anteriores, mientras que los elementos del bloque p (grupos 13-18) presentan tendencias químicas con algunas irregularidades.

Otra diferencia significativa entre los elementos de la tabla periódica tiene relación con las propiedades de los primeros diez elementos (H-Ne), denominados elementos ligeros, y aquellos con los números atómicos sucesivos (Na-Ar), denominados elementos pesados.

De manera general, la posición de los elementos en la tabla periódica determina las características químicas fundamentales. En el caso de los elementos pesados del bloque p, el tamaño del átomo, la tendencia a no formar orbitales híbridos s-p y la renuencia a la formación de enlaces múltiples son determinantes en las características estructurales observadas en los compuestos con estos elementos.

Metales alcalinos

Los metales alcalinos (litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio) forman un grupo homogéneo de elementos extremadamente reactivos. Sus propiedades físicas y químicas pueden ser interpretadas en función de su configuración electrónica simple ns1. Los compuestos de sodio y potasio son conocidos desde tiempos ancestrales y ambos elementos son esenciales para la vida animal. El litio fue reconocido como un elemento hasta el siglo xix, pero su química es, sin duda, la más diversa y rica de este grupo. El rubidio y el cesio son de considerable interés académico, pero presentan pocas aplicaciones industriales, mientras que el estudio del francio se ve limitado por su radiactividad.

Metales alcalinotérreos

Los metales alcalinotérreos (berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio) deben sus nombres a los minerales (óxidos) de los cuales fueron aislados e identificados por primera vez. El término alcalinotérreo proviene de las características básicas de sus óxidos y de la insolubilidad de éstos. Los metales alcalinotérreos son metales blandos, de baja densidad que reaccionan con agua para formar soluciones alcalinas (básicas) de hidróxidos. Todos los metales de este grupo tienen dos electrones en su capa de valencia ns2, prefiriendo estados de oxidación de +2. El berilio presenta características de reactividad distintas al resto de los metales de grupo; por ejemplo, no reacciona con el agua, y forma enlaces casi exclusivamente covalentes.

Los metales alcalinotérreos más pesados son importantes precursores en una gran variedad de procesos tecnológicos y el calcio es un elemento extracelular esencial para el ser humano y un componente fundamental en el proceso de biomineralización en los seres vivos. A pesar de esto, la química de este grupo ha sido dominada por el magnesio, debido en gran medida a su importancia en procesos de síntesis orgánica y en su aplicación biológica. El magnesio tiene un papel primordial en la fotosíntesis, además de formar parte de coenzimas en procesos biológicos humanos. Además, el magnesio es el componente esencial del reactivo de Grignard, cuya aplicación en la síntesis de compuestos orgánicos ha sido extensamente documentada.

Grupo del Boro

Estos elementos se caracterizan por tener tres electrones en su capa de valencia y presentan comúnmente estados de oxidación de +3 y en menor grado de +1. El boro es el único elemento no-metálico de este grupo y difiere fuertemente con las características de reactividad del resto de los metales de este grupo, especialmente de la química de cationes en medio acuoso. El boro elemental existe como diferentes alótropos o polimorfos, tanto como arreglos macromoleculares como poliméricos. El boro es demasiado electronegativo para ser un metal, pero el aluminio, indio y talio adoptan las estructuras metálicas típicas, ligeramente distorsionada en el caso del indio. El galio es el segundo elemento más electronegativo del grupo y posee una estructura incipiente de localización de enlaces covalentes a manera de unidades discretas de Ga2.

Grupo del carbono

Cada uno de los elementos de este grupo tiene cuatro electrones en su capa más externa (de valencia), con una configuración electrónica ns2p2. En la mayoría de los casos estos elementos forman compuestos a través de enlaces covalentes. La energía de ionización de los elementos de este grupo disminuye conforme se incrementa el tamaño del átomo y aumenta el número atómico. El carbono es el único elemento que forma iones negativos, en la forma del ión carburo (C4–). El silicio y el germanio, ambos metaloides, tienden a formar iones positivos (cationes) +4. El estaño y elplomo presentan estados de oxidación tanto de +2, como +4, siendo más común el primero para el plomo; esta observación se encuentra asociada al efecto de par inerte.

Los elementos del grupo 14 representan el grupo que mejor ilustra las tendencias de las propiedades no-metálicas a metálicas conforme se desciende dentro del grupo, lo cual trae un decremento en la electronegatividad. El carbono es un no-metal que se encuentra principalmente como dos alótropos, grafito y diamante. En el diamante cada átomo de carbono se encuentra rodeado por cuatro átomos vecinos en el vértice de un tetraedro, mientras que el grafito presenta una estructura laminar que consta de capas planas hexagonales sobrepuestas una después de la otra.

Grupo del nitrógeno

El nitrógeno es un no-metal que se encuentra exclusivamente como moléculas diatómicas N2, en los cuales los dos átomos de nitrógeno se encuentran unidos a través de un enlace triple de gran fuerza. En contraste con el nitrógeno, el fósforo no existe normalmente como moléculas P2 (sólo en condiciones de alta temperatura y baja presión). La renuencia de los elementos pesados de formar enlaces π estables entre sí, resulta en un tendencia de éstos a concatenarse; es decir, formar cadenas a través de enlaces sencillos elemento-elemento. La forma elemental más estable del fósforo es el fósforo blanco, el cual contiene moléculas tetraédricas de P4. Existe, además, una variedad de alótropos poliméricos de fósforo, fósforo rojo, negro y violeta.

Grupo d el Oxígeno

Los elementos del grupo 16 se denominan comúnmente calcógenos y a los compuestos formados por los calcógenos pesados –azufre, selenio y telurio– se les llama calcogenuros. El número de oxidación más común de los calcógenos en los compuestos es –2, aunque hay compuestos, como el mineralpirita (FeS2), donde se presentan otros estados de oxidación (–1).

Grupo de los halógenos

Los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) reciben su nombre del griego (halos = sal, gen = formación), ya que comúnmente se encuentran como aniones en muchas sales. Todos los halógenos existen como moléculas diatómicas en condiciones normales; F2 y Cl2 son gases, mientras que Br2 es un líquido y I2 un sólido. Las estructuras sólidas a baja temperatura de Cl2 y Br2 son consistentes con el arreglo en capas observado para I2.

Gases nobles

El grupo 18 de la tabla periódica de los elementos es conocido como el grupo de los gases nobles (helio, argón, kriptón, xenón y radón). Se denominan gases nobles porque durante mucho tiempo se consideraban inertes, ya que se creía que eran incapaces de reaccionar con otros elementos para formar compuestos. Este grupo se denomina también como grupo de los gases raros, por su escasa abundancia en la Tierra. Todos los elementos de este grupo son gases monoatómicos –es decir, que existen como átomos individuales en lugar de moléculas– bajo condiciones ambientales normales presentan un carácter enteramente no-metálico. La afirmación de que los elementos de este grupo no reaccionan formando compuestos tiene su origen en la regla del octeto. La regla del octeto establece que los elementos tienden a perder o ganar electrones para alcanzar una configuración electrónica de los gases nobles, es decir, ocho electrones en su capa de valencia. Sin embargo, en1962 Niel Bartlett pudo preparar un compuesto de xenón con platino y flúor (XePtF6), revolucionando así la idea de que los gases nobles eran inertes. Desde entonces se ha preparado una cantidad importante de compuestos de xenón con otros elementos, como oxígeno y flúor. El flúor también ha sido utilizado para formar compuestos con kriptón y radón. Con lo anterior, las características de este grupo de elementos han pasado de ser elementos inertes a elementos de baja reactividad. Los avances más significativos en esta área involucran a la química del xenón, conociéndose compuestos con enlaces Xe-N, C, H, Si, S, Cl, Br, I, Au, e incluso con Xe mismo.

Enlaces externos

Fuentes

  • Química inorgánica. Therald Moeller. Editorial Reverté, 1994. ISBN: 8429173900. Pág.117
  • Química: la ciencia básica. Miguel Ángel Domínguez Reboiras, Miguel Ángel Domínguez Reboiras. Editorial Paraninfo, 2006. ISBN: 8497323475, pág. 920
  • Elementos representativos. En: Química. Raymond E. Davis, Kenneth W. Whitten. Cengage Learning Editores, 2008. ISBN: 9706867988. Pág. 245
  • Jensen, William B. (2003). «The Place of Zinc, Cadmium, and Mercury in the Periodic Table». Journal of Chemical Education 80 (8): pp. 952–561. doi:10.1021/ed080p952. Bibcode: 2003JChEd..80..952J.
  • Periodicidad y la Química de los elementos representativos. Editorial Universidad de Costa Rica. ISBN: 9977679142.