Elementos y compuestos

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 $Z$.

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 💧).

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.

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.

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.

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.

Masa molecular

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

Ejemplos

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

Simulación

Construye moléculas con la siguiente simulación:

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.

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.

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.

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 (polipropileno).

Nitrógeno (N₂)

El nitrógeno es un gas incoloro a temperatura ambiente, con una temperatura de ebullición de –195.8 °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.

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.

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. También es un gran sustituto del mercurio (Hg) tóxico. Como el galio se derrite a temperatura ambiente⁴, 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.

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.

Con aplicaciones biomédicas ⚕️

Aplicaciones quirúrgicas

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

Diagnóstico y tratamiento de cáncer

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