MÒDULO DE QUÌMICA

Angie Tatiana Moreno Santiago

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La Tabla Periódica

La tabla periódica de los elementos es una disposición de los elementos químicos en forma de tabla, ordenados por su número atómico (número de protones), por su configuración de electrones y sus propiedades químicas. Este ordenamiento muestra tendencias periódicas, como elementos con comportamiento similar en la misma columna. En palabras de Theodor Benfey, la tabla y la ley periódica «son el corazón de la química —comparables a la teoría de la evolución en biología (que sucedió al concepto de la Gran Cadena del Ser), y a las leyes de la termodinámica en la física clásica».2 Las filas de la tabla se denominan períodos y las columnas grupos. Algunos grupos tienen nombres. Así por ejemplo el grupo 17 es el de los halógenos y el grupo 18 el de los gases nobles. La tabla también se divide en cuatro bloques con algunas propiedades químicas similares. Debido a que las posiciones están ordenadas, se puede utilizar la tabla para obtener relaciones entre las propiedades de los elementos, o pronosticar propiedades de elementos nuevos todavía no descubiertos o sintetizados. La tabla periódica proporciona un marco útil para analizar el comportamiento químico y es ampliamente utilizada en química y otras ciencias. Dmitri Mendeléyev publicó en 1869 la primera versión de tabla periódica que fue ampliamente reconocida. La desarrolló para ilustrar tendencias periódicas en las propiedades de los elementos entonces conocidos, al ordenar los elementos basándose en sus propiedades químicas, 3 si bien Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos.4 Mendeléyev también pronosticó algunas

propiedades de elementos entonces desconocidos que anticipó que ocuparían los lugares vacíos en su tabla. Posteriormente se demostró que la mayoría de sus predicciones eran correctas cuando se descubrieron los elementos en cuestión. La tabla periódica de Mendeléyev ha sido desde entonces ampliada y mejorada con el descubrimiento o síntesis de elementos nuevos y el desarrollo de modelos teóricos nuevos para explicar el comportamiento químico. La estructura actual fue diseñada por Alfred Werner a partir de la versión de Mendeléyev. Existen además otros arreglos periódicos de acuerdo a diferentes propiedades y según el uso que se le quiera dar (en didáctica, geología, etc).5 Se han descubierto o sintetizado todos los elementos de número atómico del 1 (hidrógeno) al 118 (oganesón); la IUPAC confirmó los elementos 113, 115, 117 y 118 el 30 de diciembre de 2015,6 y sus nombres y símbolos oficiales se hicieron públicos el 28 de noviembre de 2016.1 Los primeros 94 existen naturalmente, aunque algunos solo se han encontrado en cantidades pequeñas y fueron sintetizados en laboratorio antes de ser encontrados en la naturaleza.n. 1 Los elementos con números atómicos del 95 al 118 solo han sido sintetizados en laboratorios. Allí también se produjeron numerosos radioisótopos sintéticos de elementos presentes en la naturaleza. Los elementos del 95 a 100 existieron en la naturaleza en tiempos pasados pero actualmente no.7 La investigación para encontrar por síntesis nuevos elementos de números atómicos más altos continúa.

HISTORIA: La historia de la tabla periódica está íntimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la química y la física: El descubrimiento de los elementos de la tabla periódica. El estudio de las propiedades comunes y la clasificación de los elementos. La noción de masa atómica (inicialmente denominada "peso atómico") y, posteriormente, ya en el siglo xx, de número atómico. Las relaciones entre la masa atómica (y, más adelante, el número atómico) y las propiedades periódicas de los elementos y la aparición de nuevos elementos.

GRUPO VIIA Elementos que lo conforman:

Flúor (F): Es un gas a temperatura ambiente, de color amarillo pálido, formado por Moléculas diatónicas F2. Es el más electronegativo y reactivo de todos los Elementos. En forma pura es altamente peligroso, causando graves quemaduras Químicas al contacto con la piel.

Cloro (Cl): En la naturaleza no se encuentra en estado puro ya que reacciona con Rapidez con muchos elementos y compuestos químicos, por esta razón se encuentra Formando parte de cloruros (especialmente en forma de cloruro de Sodio), cloritos y cloratos, en las minas de sal y disuelto en el agua de mar.

Bromo (Br): El bromo a temperatura ambiente es un líquido rojo, volátil y denso. Su reactividad es intermedia entre el cloro y el yodo

Yodo (Y): Al igual que todos los halógenos, forma un gran número de moléculas con otros Elementos, pero es el menos reactivo de los elementos del grupo, y tiene ciertas Características metálicas. Puede presentar diversos estados de oxidación: −1, +1, +3, +5, +7. Reacciona con el mercurio y el azufre

Astato (At): Es el elemento más raro de la naturaleza. Es radiactivo y el más pesado de los Halógenos. Se produce a partir de la degradación de uranio y torio.

Características generales:

Los elementos del grupo VIIA también llamados halógenos por ser todos formadores de Sales, poseen siete electrones en el último nivel y son todos no metales.

Tienen las energías de ionización más elevadas y en consecuencia son los elementos más Electronegativos.

Reaccionan fácilmente con los metales formando sales, rara vez están libres en la Naturaleza, todos son gaseosos a temperatura ambiente menos el bromo que es líquido en Condiciones ambientales normales.

Su característica química más fundamental es su capacidad oxidante porque arrebatan Electrones de carga y moléculas negativas a otros elementos para formar aniones.

Forman sales binarias al combinarse

Son muy reactivos

Pueden ser dañinos para organismos biológicos en suficientes cantidades.

COMPUESTOS QUE FORMACOMPUESTOS QUE FORMA Los compuestos halogenados son compuestos ya sean sintéticos o naturales, que en su composición participa algún elemento halógeno. Si los halógenos se unen con elementos metálicos, forman sales halogenadas, como por ejemplo, los cloruros, yoduros, fluoruros, y bromuros. También se combinan con el hidrógeno formando ácidos, y con el oxígeno más un elemento metálico. Los halógenos tienen la propiedad de poder formar, cuando se combinan con el sodio, sales parecidas a la sal común. Todos los elementos del grupo 17 poseen valencia -1, combinándose con metales, consiguiendo la formación de halogenuros (o haluros), y también con metales y no metales formando iones de tipo complejo. Los primeros cuatro elementos del grupo de los halógenos, se combinan fácilmente con los hidrocarburos, dando los compuestos que se conocen como halogenuros de alquilo.

Haluros:

Fluoruros: Son sales derivadas del ácido fluorhídrico (HF). Todos los fluoruros son compuestos sin color generalmente, siendo solubles en agua en el caso de estar formados por metales alcalinos, y poco solubles en el caso de encontrarse formados por elementos alcalinotérreos. Estos se encuentran presentes en minerales, como es el caso de la fluorita.

Cloruros: Los cloruros son compuestos que en su composición tienes cloro en su estado de oxidación más bajo, es decir -1. En el caso de los cloruros orgánicos, el cloro se encuentra unido al carbono de manera directa, pudiendo ser sustituido el cloro fácilmente por otros elementos debido a la fuerte diferencia de electronegatividad entre los átomos que conforman el compuesto. Dichas sustituciones se conocen con el nombre de sustituciones nucleofílicas. En el caso de los cloruros inorgánicos, son compuestos que contienen un anión Cl^-1 en su composición por lo cual se dice que proceden del ácido clorhídrico (HCl). En general suelen ser bastante solubles en agua, con algunas excepciones. El cloruro más famoso es sin duda la sal presente en el agua de mar, siendo los mares y océanos fuentes inagotables de cloruros

Bromuros: Son compuestos con presencia del átomo de bromo con estado de oxidación -1. Estas sales del ácido bromhídrico pueden formar compuestos de tipo iónico o covalente. Al igual que los cloruros, los bromuros los encontramos como sales formando parte del agua de mar, de ahí que los alimentos de origen marino contengan por lo general altas concentraciones de dichas sales. Los bromuros se utilizaron como sedante en siglos pasados, pero aún hoy en día los bromuros son útiles en la medicina, aunque más aún en la medicina veterinaria, pues son también bastante tóxicos y sus características en humanos hace que las dosis empleadas sean difíciles de ajustar, pudiendo provocar males mayores.

Yoduros: Son compuestos binarios constituidos por el Yodo y otro elemento, el cual suele ser un metal. Son sales del ácido yodhídrico.

Propiedades Físicas:

Flúor: Sus derivados tienen mucho uso industrial. Entre ellos se destaca el freón utilizado como congelante y la resina teflón. Se agregan además fluoruros al agua potable y detrítica para prevenir las caries.

Cloro (Cl): Sus propiedades blanqueadoras lo hacen muy útil en las papeleras e industrias textiles. Como desinfectante se agrega al agua en el proceso de potabilización y a las piscinas. Otros usos son las industrias de colorantes y la elaboración de ciertas medicinas

Bromo (Br): Los bromuros como sedantes. El bromuro de plata en las placas fotográficas.

Yodo (Y): Es esencial en el cuerpo humano para el adecuado funcionamiento de la tiroides por eso se suele agregar a la sal de mesa. También se emplea como antiséptico.

Ástato (At): El ástato se estudia en unos pocos laboratorios de investigación donde su alta radioactividad requiere precauciones y técnicas de manipulación especiales. El ástato es un halógeno y posiblemente se acumule en la glándula tiroides como el yodo.

Grupo VI A Elementos que lo conforman:

Oxigeno (O): Es un elemento no metálico altamente reactivo que forma fácilmente compuestos (especialmente óxidos) con la mayoría de elementos, excepto con los gases nobles helio y neón. Asimismo, es un fuerte agente oxidante y tiene la segunda electronegatividad más alta de todos los elementos, solo superado por el flúor. Medido por su masa, el oxígeno es el tercer elemento más abundante del universo, tras el hidrógeno y el helio, y el más

abundante en la corteza terrestre, formando prácticamente la mitad de su masa.

Azufre (S): Este no metal tiene un color amarillento fuerte, amarronado o anaranjado y arde con llama de color azul, desprendiendo dióxido de azufre. Es insoluble en agua pero se disuelve en desulfuró de carbono. Es multivalente, y son comunes los estados de oxidación -2, +2, +4, +6.

Selenio (Se): es un elemento semimetálico sólido de color gris brillante, de características parecidas a las del azufre, que se emplea en instalaciones eléctricas por ser buen conductor de la electricidad y en la fabricación de vidrio.

Telurio (Te): es un metaloide de un pálido color plateado y blancuzco que en estado puro tiene una increíble brillantez metálica. Cristalizado, el telurio se puede pulverizar con facilidad, mientras que, si se funde, se puede aplicar como corrosivo para el hierro, el cobre y el acero inoxidable. Se usa especialmente en el sector de la industria electrónica, ya que se trata de un elemento con grandes propiedades para la conductividad.

Polonio (Po): Se trata de un raro metaloide altamente radiactivo, químicamente similar al telurio y al bismuto, presente en minerales de uranio. Se disuelve con mucha facilidad en ácidos, pero es sólo ligeramente soluble en alcalinos. Es extremadamente tóxico.

Propiedades Generales:

El grupo de los Anfígenos es también conocido como el Grupo del Oxígeno, al ser este el primer elemento del grupo.

Su configuración externa es ns2 np4.

Ganan o ceden dos electrones al formar compuestos.

Los primeros elementos (O, S, Se) son no metales

Telurio y Polonio son metaloides

Compuestos que forman: Pérdida de electrones:

El alto valor de los potenciales de ionización, pero sobre todo el alto poder polarizaste de sus cationes (debido a su pequeño tamaño) hacen que sólo el polonio dé lugar a sales. Sin embargo, sí que se conocen sales de cationes poliatómicos.

Ganancia de electrones: Pueden actuar como aniones di negativos, -2 , nunca mono negativos, ya que la mayor energía de red de los compuestos resultantes compensa el valor desfavorable de la electroafinidad. Dado que el tamaño del anión -2 crece conforme se desciende en el grupo, también lo hace su polarizabilidad, de modo que los sulfuros, seleniuros y telururos poseen un marcado carácter covalente que aumenta en dicho sentido. Se conocen también polianiones Eln2-.

Propiedades Físicas:

Oxígeno: Como oxígeno molecular (O2) se utiliza en la industria del acero, en el tratamiento de aguas negras, en el blanqueado de pulpa y papel, en sopletes oxiacetilénicos, en medicina y en numerosas reacciones como agente oxidante. El oxígeno gaseoso, O2 es fundamental para la vida; es necesario para quemar los combustibles fósiles y obtener así energía, y se requiere durante el metabolismo urbano para quemar carbohidratos.

Azufre: Es el segundo elemento no metal del grupo. A temperatura ambiente es un sólido amarillo pálido que se encuentra libre en la naturaleza. Se usa en muchos procesos industriales como la producción de ácido sulfúrico (sustancia química más importante a

nivel industrial), en la fabricación de pólvora y el vulcanizado del caucho. Algunos compuestos como los sulfitos tienen propiedades blanqueadoras, otros tienen uso medicinal (sulfas, sulfato de magnesio).También se utiliza en la elaboración de fertilizantes y como fungicida.

Selenio: el selenio se ha utilizado en los medidores de luz para cámaras fotográficas y en fotocopiadoras, pero la preocupación que origina su toxicidad ha hecho que disminuya su uso. Se emplea en electricidad y electrónica, como en células solares y rectificadores. Se añade a los aceros inoxidables y es catalizador de reacciones de des hidrogenación. Algunos compuestos se emplean en la fabricación del vidrio y esmaltes. Los sulfuros se usan en medicina veterinaria y champús. El dióxido de selenio es un catalizador muy utilizado en reacciones de oxidación, hidrogenación y des hidrogenación de compuestos orgánicos.

Telurio: Se emplea en semiconductores y para endurecer las placas de los acumuladores de plomo y el hierro colado. Sirve para aumentar la resistencia a la tensión en aleaciones de cobre y plomo y en la fabricación de dispositivos termoeléctricos. También se utiliza como agente vulcanizador y en la industria del vidrio. El telurio coloidal es insecticida y fungicida.

Polonio: los isótopos constituyen una fuente de radiación alfa. Se usan en la investigación nuclear y en dispositivos ionizadores del aire para eliminar la acumulación de cargas electrostáticas. Propiedades Químicas: Su configuración electrónica es ns2 p4. Los

estados de oxidación más usuales son -2, +2, +4 y +6. El azufre y el oxígeno son no-metales. El oxígeno es un gas diatónico. El azufre un sólido amarillo formado por moléculas cíclicas de 8 átomos. Todos estos elementos son débiles en disolución acuosa. Si se combinan estos elementos hidrogenadamente, con excepción del agua, son gases tóxicos de olores muy desagradables.

Propiedades Químicas: Su configuración electrónica es ns2 p4. Los estados de oxidación más usuales son -2, +2, +4 y +6. El azufre y el oxígeno son no-metales. El oxígeno es un gas diatónico. El azufre un sólido amarillo formado por moléculas cíclicas de 8 átomos. Todos estos elementos son débiles en disolución acuosa. Si se combinan estos elementos hidrogenadamente, con excepción del agua, son gases tóxicos de olores muy desagradables

Grupo VA Elementos que lo conforman:

Nitrógeno (N): Constituye del orden del 78 % del aire atmosférico. Este elemento químico es un componente esencial de los ácidos nucleicos y de los aminoácidos. Cuando los compuestos de hidrógenos tienen iones de cianuro, forman sales que son tóxicas y pueden resultar mortales. Es inerte y actúa como agente diluyente del oxígeno en los procesos de combustión y respiración. Es un elemento importante en la nutrición de las plantas.

Fosforo (P): Es un no metal multivalente muy reactivo y se oxida espontáneamente en contacto con el oxígeno atmosférico

emitiendo luz. En todas las formas de vida, los fosfatos desempeñan un papel esencial en los procesos de transferencia de energía, como el metabolismo, la fotosíntesis, la función nerviosa y la acción muscular. Los ácidos nucleicos, que entre otras cosas forman el material hereditario (los cromosomas), son fosfatos, así como cierto número de coenzimas. Los esqueletos de los animales están formados por fosfato de calcio.

Arsénico (As): Es un elemento semimetálico sólido, de color gris metálico, que forma compuestos venenosos; se usa principalmente en la fabricación de vidrio para eliminar el color verde causado por las impurezas y en la fabricación de gases venenosos.

Antimonio (Sb): El antimonio en su forma elemental es un sólido cristalino, fundible, quebradizo, blanco plateado que presenta una conductividad eléctrica y térmica baja y se evapora a bajas temperaturas. Este elemento semimetálico se parece a los metales en su aspecto y propiedades físicas, pero se comportan químicamente como un no metal.

Bismuto (Bi): Es un metal sólido de color blanco agrisado con tinte rojizo, poco maleable, duro, quebradizo, y mal conductor, que es bastante escaso en la naturaleza; se usa principalmente en la industria farmacéutica.

COMPUESTOS QUE FORMAN:

Nitrógeno: Con el hidrógeno forma el amoníaco (NH3), los nitritos (NO2), los nitratos (NO3), los ácidos nítricos (HNO3), la hidracina (N2H4) y el aziduro de hidrógeno (N3H, también conocido como azida de hidrógeno o ácido hidrazoico).

Con los halógenos forma: NF3, NF2Cl, NFCl2, NCl3, NBr3.6 NH3, NI3.6 NH3, N2F4, N2F2 (cis y trans), N3F, N3Cl, N3Br y N3I. Con el oxígeno forma varios óxidos como: el nitroso o gas de la risa, el nítrico y el dióxido de nitrógeno.

Fosforo: Existe como como moléculas de P4, forma dos óxidos sólidos de fórmulasP4O6 y P4O10.

Arsénico: El arsénico se presenta raramente sólido, principalmente en forma de sulfuros. Se conocen compuestos de arsénico desde la antigüedad, siendo extremadamente tóxicos, aunque se emplean como componentes en algunos medicamentos. El arsénico es usado para la fabricación de semiconductores y como componente de semiconductores III-V como el arseniuro de galio. El arsénico es muy común en la atmósfera terrestre, en rocas y suelos, en la hidrosfera y la biosfera.

Bismuto: En compuestos, tiene valencias de +3 o +5, siendo más estables los compuestos de bismuto trivalente. Existen varios nitratos, especialmente el nitrato de bismuto, Bi(NO3)3, o trinitrato de bismuto, y su pentahidrato, Bi(NO3)3•5H 2O, que se descompone en nitrato de bismuto. Éste también se conoce como oxinitrato de bismuto, nitrato de bismutilo, blanco perla y blanco de España, y se emplea en medicina y en cosmética.

Grupo IV A: El grupo IVA del Sistema Periódico, o familia del carbono, está formado por los elementos: carbono, silicio, germanio, estaño, plomo y ununquadio. La posición central de este grupo hace que su comportamiento sea un poco especial, sobre todo el de su primer elemento carbono, que, tiene la propiedad de unirse consigo mismo, formando cadenas y dando lugar así a una infinidad de compuestos que constituyen la llamada Química Orgánica. El carácter metálico aumenta considerablemente conforme se desciende en el grupo, siendo el carbono un no-metal, el silicio y el germanio semimetales y el estaño, el plomo y el ununquadio típicos metales.

Compuestos de carbono: .El dióxido de carbono se utiliza para carbonatación de bebidas, en extintores de fuego y como enfriador (hielo seco, en estado sólido). .El monóxido de carbono se emplea

como agente reductor en procesos metalúrgicos. .El tetracloruro de carbono y el disulfuro de carbono se usan como disolventes industriales importantes. .El freón se utilizaba en aparatos de refrigeración, hecho que está desapareciendo, debido a lo dañino de este compuesto para la capa de ozono. .El carburo cálcico se emplea para preparar acetileno y para soldar y cortar metales. .Los carburos metálicos se emplean como refractarios. .El carbono junto al hierro forma el acero.

SILICIO:

Aplicaciones: .Utilizado para producir chips para ordenadores. .Las células fotovoltaicas para conversión directa de energía solar en eléctrica utilizan obleas cortadas de cristales simples de silicio de grado electrónico.

.El silicio hiperpuro puede doparse con boro, galio, fósforo o arsénico, aumentando su conductividad; se emplea para la fabricación de transistores, rectificadores y otros dispositivos de estado sólido ampliamente empleados en electrónica.

.Se utiliza como integrante de aleaciones para dar mayor resistencia a aluminio, magnesio, cobre y otros metales.

.La arena y arcilla (silicatos) se usan para fabricar ladrillos y hormigón; son un material refractario que permite trabajar a altas temperaturas.

.El metasilicato de sodio, Na2SiO3, es una sal empleada en detergentes para tamponar e impedir que la suciedad entre en el tejido: los iones metasilicatos, SiO3-2,se unen a .las partículas de suciedad, dándoles carga negativa, lo que impide que se agreguen y formen partículas insolubles. .Al acidificar el ortosilicato de silicio se obtiene un precipitado gelatinoso de sílice (sílica gel) que se emplea

como agente desecante, soporte para catalizadores, cromatografía y aislante térmico. .La sílice (arena) es el principal ingrediente del vidrio, uno de los materiales más baratos con excelentes propiedades mecánicas, ópticas, térmicas y eléctricas. .Las siliconas son derivados poliméricos del silicio. Se utilizan para juguetes, lubricantes, películas impermeables, implantes para cirugía estética, ... .El carburo de silicio se utiliza como abrasivo importante, para componentes refractarios. Germanio:

Aplicaciones: · Se utiliza como semiconductor. · El germanio dopado con arsénico, galio, u otros elementos se utiliza como transistor. · Por ser transparente a la radiación infrarroja se emplea en forma de monocristales en espectroscopios infrarrojos (lentes, prismas y ventanas) y otros aparatos ópticos entre los que se encuentran detectores infrarrojos extremadamente sensibles. · El óxido de germanio se aplica en lentes gran angular de cámaras y en objetivos de microscopio. · El germanio se utiliza como detector de la radiación gamma. · Los compuestos organogermánicos se están utilizando en quimioterapia, pues tienen poca toxicidad para los mamíferos y son eficaces contra ciertas bacterias.

ESTAÑO: Aplicaciones: · Se utiliza para producir vidrio de ventanas. Para esto se añade vidrio fundido sobre estaño fundido, en el cual flota, con lo cual se produce una superficie lisa (Proceso Pilkington). · Debido a su estabilidad y falta de toxicidad se emplea como recubrimiento de metales: recubrimiento de hierro (hojalata) para la industria conservera; esto se hace por electrólisis o por inmersión. · Junto a otros metales forma aleaciones de importancia industrial.: bronce (cobre y estaño), estaño de soldar (64 % de estaño y 36 % de plomo), metal de imprenta, para fabricar cojinetes

30 % estaño, antimonio y cobre) y la aleación niobio-estaño, superconductora a bajas temperaturas. · El cloruro de estaño (II) se emplea como agente reductor. · Las sales de estaño pulverizadas sobre vidrio se utilizan para producir capas conductoras que se usan en paneles luminosos y en calefacción de cristales de coche.

PLOMO: Aplicaciones: · El plomo y el dióxido de plomo se utilizan para baterías de automóviles. · Se utiliza para fontanería, aparatos químicos y municiones. · Se emplea para la insonorización de máquinas, pues es muy efectivo en la absorción del sonido y de vibraciones. · Se usa como blindaje para la radiación en reactores nucleares y en equipos de rayos X. · El óxido de plomo (II) se utiliza para la producción de vidrios de alto índice de refracción para fabricar lentes acromáticas. · El carbonato y el cromato de plomo (II) se usan como pigmentos en las pinturas. · El nitrato de plomo se utiliza en pirotecnia