Clasificaciones Generales de los Elementos Químicos

1.1. Según el estado de la materia a temperatura ambiente

• La mayoría de los elementos químicos son sólidos a temperatura ambiente.
• Unos pocos son gases a temperatura ambiente (y, además, todos ellos son no metales).
• Solo dos elementos son líquidos a temperatura ambiente. Uno de ellos es metal (mercurio, Hg) y el otro es no metal (bromo, Br).

Por otra parte, los elementos artificiales son mayoritariamente sólidos a temperatura ambiente. La principal razón es que son altamente radiactivos y muy inestables, por lo que resulta muy complicado aislarlos para su estudio.

1.2. Según el origen

• Naturales: se pueden encontrar en la naturaleza, en mayor o menor proporción.
• Artificiales: creados en laboratorios mediante procesos radiactivos consistentes en la modificación de los núcleos de elementos naturales. (Recordemos que si se modifica el número de protones del núcleo, el elemento químico se transforma en otro diferente).

1.3. Metales, no metales o semimetales

• Gran parte de los elementos químicos son metales (ej. Al).
• Una pequeña parte de los elementos químicos son no metales.
• Una parte aún más pequeña de los elementos químicos son semimetales.

Se llaman así porque tienen unas propiedades intermedias entre los metales y los no metales, y además se sitúan entre ellos en la tabla periódica. De particular interés son el silicio (Si) y el germanio (Ge), utilizados en la fabricación de gran cantidad de dispositivos electrónicos (semiconductores).

La Tabla Periódica Actual de los Elementos Químicos

La tabla periódica actual de los elementos químicos tiene su origen en el químico ruso Dmitri Mendeléyev. Los criterios que siguió para elaborar la tabla periódica fueron:

• Ordenar los elementos en orden creciente de masas atómicas.
• Colocar en la misma columna elementos de propiedades parecidas.

• No obstante, la tabla periódica de Mendeléyev presentaba algunos fallos, debido, entre otras cosas, a la existencia de isótopos.
• Posteriormente, el científico inglés Henry Moseley corrigió la tabla periódica de Mendeléyev, ordenando los elementos en orden creciente del número atómico (Z), que, como sabemos, sí es único para cada elemento.
• La tabla periódica actual consta de 118 elementos químicos, organizados en 7 periodos (filas horizontales) y 18 grupos (columnas), y se podría considerar como un resumen del Universo hasta donde lo conocemos. Los 18 grupos de la tabla reciben nombres característicos.

Estructura y Organización de la Tabla Periódica

3.1. Periodos

• Los periodos son las líneas horizontales. Cada periodo se corresponde con un nivel de energía del modelo atómico de Bohr. Así, el periodo 1 corresponde al nivel n = 1, el periodo 2 está asociado al nivel n = 2, y así sucesivamente hasta el periodo 7, que se relaciona con el nivel n = 7.
• Se puede comprobar que los últimos electrones distribuidos según el modelo de Bohr están en el mismo nivel para todos los átomos situados en idéntico periodo.

3.2. Los grupos

• Los grupos son las líneas verticales, y están numerados del 1 al 18. En general, los elementos situados en el mismo grupo tienen propiedades parecidas, aunque existen excepciones.
• Al realizar los modelos de Bohr, se comprueba que, en general, todos los elementos situados en el mismo grupo tienen idéntico número de electrones en el último nivel. Los electrones que se sitúan en el último nivel se denominan electrones de valencia, y son los responsables de los enlaces entre átomos.

El Enlace Químico

4.1. Regla del octeto

• Los átomos se unen, se enlazan, con el objetivo de hacerse más estables.
• Los gases nobles son el grupo de elementos más estables de la tabla periódica.
• Como son estables ya de por sí, los átomos de gases nobles no se unen, ni entre ellos ni con átomos de otros elementos químicos. Por tanto, los gases nobles se presentan en la naturaleza como átomos individuales.

• Así pues, para hacerse más estables, el objetivo de los elementos químicos es “parecerse” a los gases nobles. Para conseguirlo, el objetivo es tener 8 electrones (e⁻) en su última capa, lo que se conoce como regla del octeto. Excepto en los casos de los elementos H, Li y Be, cuyo objetivo es tener 2 e⁻ en su última capa, como el helio (He).
• Para conseguir tener 8 e⁻ en la última capa, los átomos pueden formar 3 tipos de enlaces, dependiendo de las características de los átomos que se unen. Dichos enlaces son:
  • Enlace iónico: se produce entre metales y no metales.
  • Enlace covalente: se produce entre átomos de elementos no metálicos.
  • Enlace metálico: se produce entre metales.

4.2. Enlace iónico

• Este enlace se produce entre átomos de elementos químicos que son metales y átomos de elementos químicos que no son metales.
• Los átomos de metales tienden a perder e⁻, es decir, adquieren carga eléctrica positiva formando iones positivos (cationes). Para ello, perderán tantos e⁻ como sean necesarios para conseguir que en su último nivel haya 8 e⁻, o bien 2 e⁻ (en el caso de los metales Li y Be).
• Los átomos de no metales tienden a ganar e⁻, es decir, adquieren carga eléctrica negativa formando iones negativos (aniones). Para ello, ganarán tantos e⁻ como sean necesarios para conseguir que en su último nivel haya 8 e⁻, o bien 2 e⁻ (en el caso del H).

• Los cationes y aniones formados se atraen, produciéndose así el enlace. Una vez formado el enlace, la carga total del compuesto químico resultante debe ser 0, ya que las cargas positivas y negativas se contrarrestan mutuamente.

4.3. Enlace covalente

• Este enlace se produce entre átomos de elementos no metálicos. Por ejemplo:

• La molécula de oxígeno gaseoso (O₂) se forma por la unión de 2 átomos de oxígeno (no metales).
• La molécula de agua (H₂O), formada por la unión de 2 átomos de hidrógeno y 1 átomo de oxígeno.
• La molécula de metano (CH₄) se forma por la unión de 1 átomo de carbono (no metal) con 4 átomos de hidrógeno.

• Para unirse mediante enlace covalente, los átomos comparten los e⁻ necesarios para que cada átomo tenga en su último nivel 8 e⁻, o bien 2 e⁻ (en el caso del H).

4.4. Enlace metálico

• Se produce entre átomos de elementos metálicos.
• Los átomos pierden e⁻ formando iones positivos (cationes). Los electrones perdidos se encuentran desordenados y deslocalizados, formando una “nube” electrónica entre los cationes. La unión se produce por la atracción entre cargas de distinto signo.
• Ese desorden provoca que los electrones tengan libertad de movimiento, y es la razón por la cual los metales son buenos conductores del calor y de la electricidad.

Radiactividad y Reacciones Nucleares

5.1. Definición de Radiactividad

• La radiactividad es la propiedad que presentan determinadas sustancias de emitir radiaciones capaces de penetrar en cuerpos opacos, ionizar el aire, impresionar placas fotográficas y producir fluorescencia.

5.2. Radiactividad natural y artificial

• La radiactividad natural es la que se produce de forma normal en la naturaleza, sin intervención humana.
• La radiactividad artificial es la provocada por intervención humana con fines industriales, médicos, de investigación, producción de energía, etc.

5.3. Tipos de emisiones radiactivas

• Las emisiones radiactivas se originan en el núcleo atómico. Hay tres tipos de emisiones radiactivas: alfa (α), beta (β) y gamma (γ).

5.4. Diferencia entre reacciones nucleares y reacciones químicas

• Las reacciones químicas son transformaciones en las que unas sustancias iniciales se convierten en unas sustancias finales sin que se modifiquen los núcleos de los átomos. Es decir, los elementos químicos son los mismos antes y después de la transformación, pero reordenados de forma diferente.

• Las reacciones nucleares son transformaciones en las que unas sustancias iniciales se convierten en unas sustancias finales modificándose los núcleos de los átomos. Es decir, los elementos químicos antes y después de la transformación son diferentes.

5.5. Fisión y Fusión Nuclear

• La fisión nuclear es una reacción nuclear mediante la cual un núcleo pesado (de alto número másico) se descompone en otros más ligeros (de menor número másico) al ser bombardeado con neutrones. En el proceso se liberan, además, neutrones y una gran cantidad de energía.

• La fusión nuclear es una reacción nuclear mediante la cual dos núcleos ligeros se combinan para formar otro más pesado. Se necesita un gran aporte de energía para provocar que los núcleos ligeros se aproximen, alcanzándose temperaturas muy elevadas, pero a cambio, una vez constituido el núcleo pesado, la energía liberada es mucho mayor.

5.6. Aplicaciones de la radiactividad

• Producción de electricidad: mediante fisión nuclear; la fusión está en investigación.
• Datación: determinación de la edad de fósiles y de objetos arqueológicos (técnica del carbono-14).
• Medicina: diagnóstico (radiografía, escáner), tratamiento del cáncer (radioterapia).
• Esterilización de objetos: la radiación mata los gérmenes que pueden causar enfermedades y neutraliza otros organismos dañinos.
• Industria: medida de espesores de láminas, determinación del nivel de líquido en depósitos, radiografías de piezas para detectar defectos de fabricación.
• Agricultura: control de plagas, cultivos resistentes a enfermedades, cultivos ricos en proteínas, aumento de la producción.
• Medio ambiente: detección y análisis de diversos contaminantes.
• Arte: (Aplicaciones en conservación y autentificación).