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Índice
  1. Prefacio
  2. 1 Ideas esenciales
    1. Introducción
    2. 1.1 La química en su contexto
    3. 1.2 Fases y clasificación de la materia
    4. 1.3 Propiedades físicas y químicas
    5. 1.4 Mediciones
    6. 1.5 Incertidumbre, exactitud y precisión de las mediciones
    7. 1.6 Tratamiento matemático de los resultados de las mediciones
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  3. 2 Átomos, moléculas e iones
    1. Introducción
    2. 2.1 Las primeras ideas de la teoría atómica
    3. 2.2 Evolución de la teoría atómica
    4. 2.3 Estructura atómica y simbolismo
    5. 2.4 Fórmulas químicas
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  4. 3 Estructura electrónica y propiedades periódicas de los elementos
    1. Introducción
    2. 3.1 Energía electromagnética
    3. 3.2 El modelo de Bohr
    4. 3.3 Desarrollo de la teoría cuántica
    5. 3.4 Estructura electrónica de los átomos (configuraciones de electrones)
    6. 3.5 Variaciones periódicas de las propiedades de los elementos
    7. 3.6 La tabla periódica
    8. 3.7 Compuestos iónicos y moleculares
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  5. 4 Enlace químico y geometría molecular
    1. Introducción
    2. 4.1 Enlace iónico
    3. 4.2 Enlace covalente
    4. 4.3 Nomenclatura química
    5. 4.4 Símbolos y estructuras de Lewis
    6. 4.5 Cargas formales y resonancia
    7. 4.6 Estructura molecular y polaridad
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  6. 5 Teorías avanzadas de enlace
    1. Introducción
    2. 5.1 Teoría de enlace de valencia
    3. 5.2 Orbitales atómicos híbridos
    4. 5.3 Enlaces múltiples
    5. 5.4 Teoría de los orbitales moleculares
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  7. 6 Composición de sustancias y soluciones
    1. Introducción
    2. 6.1 Fórmula de masa
    3. 6.2 Determinación de fórmulas empíricas y moleculares
    4. 6.3 Molaridad
    5. 6.4 Otras unidades para las concentraciones de las soluciones
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  8. 7 Estequiometría de las reacciones químicas
    1. Introducción
    2. 7.1 Escritura y balance de ecuaciones químicas
    3. 7.2 Clasificación de las reacciones químicas
    4. 7.3 Estequiometría de la reacción
    5. 7.4 Rendimiento de la reacción
    6. 7.5 Análisis químico cuantitativo
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  9. 8 Gases
    1. Introducción
    2. 8.1 Presión del gas
    3. 8.2 Relaciones entre presión, volumen, cantidad y temperatura: la ley de los gases ideales
    4. 8.3 Estequiometría de sustancias gaseosas, mezclas y reacciones
    5. 8.4 Efusión y difusión de los gases
    6. 8.5 La teoría cinético-molecular
    7. 8.6 Comportamiento no ideal de los gases
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  10. 9 Termoquímica
    1. Introducción
    2. 9.1 Conceptos básicos de energía
    3. 9.2 Calorimetría
    4. 9.3 Entalpía
    5. 9.4 Fuerza de los enlaces iónicos y covalentes
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  11. 10 Líquidos y sólidos
    1. Introducción
    2. 10.1 Fuerzas intermoleculares
    3. 10.2 Propiedades de los líquidos
    4. 10.3 Transiciones de fase
    5. 10.4 Diagramas de fase
    6. 10.5 El estado sólido de la materia
    7. 10.6 Estructuras de red en los sólidos cristalinos
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  12. 11 Soluciones y coloides
    1. Introducción
    2. 11.1 El proceso de disolución
    3. 11.2 Electrolitos
    4. 11.3 Solubilidad
    5. 11.4 Propiedades coligativas
    6. 11.5 Coloides
    7. Términos clave
    8. Ecuaciones clave
    9. Resumen
    10. Ejercicios
  13. 12 Termodinámica
    1. Introducción
    2. 12.1 Espontaneidad
    3. 12.2 Entropía
    4. 12.3 La segunda y la tercera ley de la termodinámica
    5. 12.4 Energía libre
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  14. 13 Conceptos fundamentales del equilibrio
    1. Introducción
    2. 13.1 Equilibrio químico
    3. 13.2 Constantes de equilibrio
    4. 13.3 Equilibrios cambiantes: el principio de Le Châtelier
    5. 13.4 Cálculos de equilibrio
    6. Términos clave
    7. Ecuaciones clave
    8. Resumen
    9. Ejercicios
  15. 14 Equilibrios ácido-base
    1. Introducción
    2. 14.1 Ácidos y Bases de Brønsted-Lowry
    3. 14.2 pH y pOH
    4. 14.3 Fuerza relativa de los ácidos y las bases
    5. 14.4 Hidrólisis de sales
    6. 14.5 Ácidos polipróticos
    7. 14.6 Tampones
    8. 14.7 Titulaciones ácido-base
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  16. 15 Equilibrios de otras clases de reacción
    1. Introducción
    2. 15.1 Precipitación y disolución
    3. 15.2 Ácidos y Bases de Lewis
    4. 15.3 Equilibrios acoplados
    5. Términos clave
    6. Ecuaciones clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  17. 16 Electroquímica
    1. Introducción
    2. 16.1 Repaso de química redox
    3. 16.2 Celdas galvánicas
    4. 16.3 Potenciales del electrodo y de la celda
    5. 16.4 Potencial, energía libre y equilibrio
    6. 16.5 Baterías y pilas de combustible
    7. 16.6 Corrosión
    8. 16.7 Electrólisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  18. 17 Cinética
    1. Introducción
    2. 17.1 Tasas de reacciones químicas
    3. 17.2 Factores que afectan las tasas de reacción
    4. 17.3 Leyes de velocidad
    5. 17.4 Leyes de tasas integradas
    6. 17.5 Teoría de colisiones
    7. 17.6 Mecanismos de reacción
    8. 17.7 Catálisis
    9. Términos clave
    10. Ecuaciones clave
    11. Resumen
    12. Ejercicios
  19. 18 Metales representativos, metaloides y no metales
    1. Introducción
    2. 18.1 Periodicidad
    3. 18.2 Incidencia y preparación de los metales representativos
    4. 18.3 Estructura y propiedades generales de los metaloides
    5. 18.4 Estructura y propiedades generales de los no metales
    6. 18.5 Incidencia, preparación y compuestos de hidrógeno
    7. 18.6 Incidencia, preparación y propiedades de los carbonatos
    8. 18.7 Incidencia, preparación y propiedades del nitrógeno
    9. 18.8 Incidencia, preparación y propiedades del fósforo
    10. 18.9 Incidencia, preparación y compuestos del oxígeno
    11. 18.10 Incidencia, preparación y propiedades del azufre
    12. 18.11 Incidencia, preparación y propiedades de los halógenos
    13. 18.12 Incidencia, preparación y propiedades de los gases nobles
    14. Términos clave
    15. Resumen
    16. Ejercicios
  20. 19 Metales de transición y química de coordinación
    1. Introducción
    2. 19.1 Incidencia, preparación y propiedades de los metales de transición y sus compuestos
    3. 19.2 Química de coordinación de los metales de transición
    4. 19.3 Propiedades espectroscópicas y magnéticas de los compuestos de coordinación
    5. Términos clave
    6. Resumen
    7. Ejercicios
  21. 20 Química nuclear
    1. Introducción
    2. 20.1 Estructura y estabilidad nuclear
    3. 20.2 Ecuaciones nucleares
    4. 20.3 Decaimiento radiactivo
    5. 20.4 Transmutación y energía nuclear
    6. 20.5 Usos de los radioisótopos
    7. 20.6 Efectos biológicos de la radiación
    8. Términos clave
    9. Ecuaciones clave
    10. Resumen
    11. Ejercicios
  22. 21 Química orgánica
    1. Introducción
    2. 21.1 Hidrocarburos
    3. 21.2 Alcoholes y éteres
    4. 21.3 Aldehídos, cetonas, ácidos carboxílicos y ésteres
    5. 21.4 Aminas y amidas
    6. Términos clave
    7. Resumen
    8. Ejercicios
  23. A La tabla periódica
  24. B Matemáticas esenciales
  25. C Unidades y factores de conversión
  26. D Constantes físicas fundamentales
  27. E Propiedades del agua
  28. F Composición de los ácidos y las bases comerciales
  29. G Propiedades termodinámicas estándar de determinadas sustancias
  30. H Constantes de ionización de los ácidos débiles
  31. I Constantes de ionización de las bases débiles
  32. J Productos de solubilidad
  33. K Constantes de formación de iones complejos
  34. L Potenciales de electrodos estándar (media celda)
  35. M Semivida de varios isótopos radiactivos
  36. Clave de respuestas
    1. Capítulo 1
    2. Capítulo 2
    3. Capítulo 3
    4. Capítulo 4
    5. Capítulo 5
    6. Capítulo 6
    7. Capítulo 7
    8. Capítulo 8
    9. Capítulo 9
    10. Capítulo 10
    11. Capítulo 11
    12. Capítulo 12
    13. Capítulo 13
    14. Capítulo 14
    15. Capítulo 15
    16. Capítulo 16
    17. Capítulo 17
    18. Capítulo 18
    19. Capítulo 19
    20. Capítulo 20
    21. Capítulo 21
  37. Índice

Objetivos de aprendizaje

Al final de esta sección, podrá:

  • Enunciar la ley periódica y explicar la organización de los elementos en la tabla periódica.
  • Predecir las propiedades generales de los elementos en función de su ubicación en la tabla periódica.
  • Identificar los metales, los no metales y los metaloides por sus propiedades o su ubicación en la tabla periódica.

A medida que los primeros químicos trabajaban en la purificación de los minerales y descubrían más elementos, se dieron cuenta de que varios elementos podían agruparse por sus comportamientos químicos similares. Una de estas agrupaciones incluye el litio (Li), el sodio (Na) y el potasio (K): Todos estos elementos son brillantes, conducen bien el calor y la electricidad y tienen propiedades químicas similares. Una segunda agrupación incluye el calcio (Ca), el estroncio (Sr) y el bario (Ba), que también son brillantes, buenos conductores del calor y la electricidad, y tienen propiedades químicas en común. Sin embargo, las propiedades específicas de estas dos agrupaciones son notablemente diferentes entre sí. Por ejemplo: El Li, el Na y el K son mucho más reactivos que el Ca, el Sr y el Ba; el Li, el Na y el K forman compuestos con el oxígeno en una relación de dos de sus átomos por uno de oxígeno, mientras que el Ca, el Sr y el Ba forman compuestos con uno de sus átomos por uno de oxígeno. El flúor (F), el cloro (Cl), el bromo (Br) y el yodo (I) también presentan propiedades similares entre sí, pero estas propiedades son drásticamente diferentes a las de cualquiera de los elementos anteriores.

Dimitri Mendeleev en Rusia (1869) y Lothar Meyer en Alemania (1870) reconocieron de forma independiente que existía una relación periódica entre las propiedades de los elementos conocidos en aquella época. Ambos publicaron tablas con los elementos ordenados según el aumento de la masa atómica. Pero Mendeleev fue un paso más allá que Meyer: Utilizó su tabla para predecir la existencia de elementos que tendrían propiedades similares al aluminio y al silicio, pero que aún eran desconocidos. Los descubrimientos del galio (1875) y del germanio (1886) supusieron un gran apoyo para los trabajos de Mendeleev. Aunque Mendeleev y Meyer mantuvieron una larga disputa sobre la prioridad, las contribuciones de Mendeleev al desarrollo de la tabla periódica son ahora más reconocidas (Figura 3.36).

La figura A muestra una fotografía de Dimitri Mendeleev. La figura B muestra la primera tabla periódica desarrollada por Mendeleev, que tenía ocho grupos y doce periodos. En el primer grupo (—, R superíndice signo positivo 0) se encuentra la siguiente información: H = 1, L i = 7, N a = 23, K = 39, (C u = 63), R b = 85, (A g = 108), C a = 183, (—),—, (A u = 199) —. Tome en cuenta que cada una de estas entradas corresponde a uno de los doce periodos respectivamente. El segundo grupo (—, R 0) contiene la siguiente información: (sin entrada para el periodo 1) B o = 9, 4, M g = 24, C a = 40, Z n = 65, S r = 87, C d = 112, B a = 187, —, —, H g = 200, —. Observe que cada una de estas entradas corresponde a uno de los doce periodos respectivamente. El grupo tres (—, R superíndice uno 0 superíndice nueve) contiene la información: (sin entrada para el periodo 1), B = 11, A l = 27, 8. — = 44, — = 68, ? Y t = 88, I n = 113, ? D I = 138, —, ? E r = 178, T l = 204, —. Tome en cuenta que cada una de estas entradas corresponde a uno de los doce periodos respectivamente. El grupo cuatro (RH superíndice cuatro, R0 superíndice ocho) contiene la siguiente información: (no hay entrada para el periodo 1), C = 12, B i = 28, T i = 48, — = 72, Z r = 90, S n = 118, ? C o = 140, ? L a = 180, P b = 207, T h = 231. Tome en cuenta que cada una de estas entradas corresponde a uno de los doce periodos respectivamente. El grupo cinco (R H superíndice dos, R superíndice dos 0 superíndice cinco) contiene la siguiente información: (no hay entrada para el periodo 1), N = 14, P = 31, V = 51, A s = 75, N b = 94, S b = 122, —, —, T a = 182, B l = 208, —. Tome en cuenta que cada una de estas entradas corresponde a uno de los doce periodos respectivamente. El grupo seis (R H superíndice dos, R 0 superíndice tres) contiene la siguiente información: (no hay entrada para el periodo 1), O = 16, S = 32, C r = 52, S o = 78, M o = 96, T o = 125, —, —, W = 184, —, U = 240. Tome en cuenta que cada una de estas entradas corresponde a uno de los doce periodos respectivamente. El grupo siete (R H , R superíndice signo positivo, 0 superíndice 7) contiene la siguiente información: (no hay entrada para el periodo 1), F = 19, C l = 35, 5, M n = 55, B r = 80, - = 100, J = 127,—, —, —, —, —. Tome en cuenta que cada una de estas entradas corresponde a uno de los doce periodos respectivamente. El grupo 8 (—, R 0 superíndice cuatro) contiene la siguiente información: (sin entrada para los periodos 1, 2, 3), en el periodo 4: F o = 56, C o = 59, N i = 59, C u = 63, sin entrada para el periodo 5, en el periodo 6: R u = 104, R h = 104, P d = 106, A g = 108, no hay entradas para los periodos 7, 8 o 9, en el periodo 10: O s = 195, I r = 197, P t = 198, A u = 199, no hay entradas para los periodos 11 o 12.
Figura 3.36 (a) A Dimitri Mendeleev se le atribuye la creación de (b) la primera tabla periódica de los elementos. (créditos a: modificación de la obra de Serge Lachinov; créditos b: modificación de la obra de "Den fjättrade ankan"/Wikimedia Commons).

En el siglo XX, se hizo evidente que la relación periódica implicaba números atómicos en lugar de masas atómicas. El enunciado moderno de esta relación, la ley periódica, es el siguiente: las propiedades de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos. Una tabla periódica moderna organiza los elementos en orden creciente de sus números atómicos y agrupa los átomos con propiedades similares en la misma columna vertical (Figura 3.37). Cada casilla representa un elemento y contiene su número atómico, símbolo, masa atómica promedio y (a veces) su nombre. Los elementos están dispuestos en siete filas horizontales, llamadas periodos o series, y 18 columnas verticales, llamadas grupos. Los grupos están marcados en la parte superior de cada columna. En los Estados Unidos, las marcaciones eran tradicionalmente números con letras mayúsculas. Sin embargo, la IUPAC recomienda que se utilicen los números del 1 al 18, y estas marcaciones son más comunes. Para que la tabla quepa en una sola página, se suelen escribir partes de dos de las filas, un total de 14 columnas, debajo del cuerpo principal de la tabla.

Se muestra la tabla periódica de los elementos. Las 18 columnas están marcadas como "Grupo" y las 7 filas como "Periodo". Debajo de la tabla de la derecha hay un recuadro marcado como "Código de colores" con diferentes colores para los metales, metaloides y no metales, así como para los sólidos, líquidos y gases. A la izquierda de este cuadro hay una imagen ampliada del cuadro superior izquierdo de la tabla. El número 1 está en su esquina superior izquierda y lleva la marca "Número atómico”. La letra "H" está en el centro en rojo, lo que indica que es un gas. Está marcada como "Símbolo" Debajo de eso está el número 1,008 que está marcado como "Masa Atómica”. Debajo está la palabra hidrógeno, que está marcada como "nombre". El color de la casilla indica que es un no metal. Cada elemento se describirá en este orden: número atómico, nombre, símbolo, si es un metal, un metaloide o un no metal, si es un sólido, un líquido o un gas, y la masa atómica. Comenzando en la parte superior izquierda de la tabla, o periodo 1, grupo 1, hay una casilla que contiene "1, hidrógeno, H, no metal, gas, y 1,008”. Solo hay otra caja de elementos en el periodo 1, el grupo 18, que contiene "2, helio, H e, no metal, gas, y 4,003". El periodo 2, grupo 1 contiene "3, litio, L i, metal, sólido, y 6,94", el grupo 2 contiene "4, berilio, B e, metal, sólido, y 9,012". Los grupos 3 a 12 se saltan y el grupo 13 contiene "5, boro, B, metaloide, sólido, 10,81". El grupo 14 contiene "6, carbono, C, no metal, sólido, 12,01". El grupo 15 contiene "7, nitrógeno, N, no metal, gas, 14,01". El grupo 16 contiene "8, oxígeno, O, no metal, gas, 16,00". El grupo 17 contiene "9, flúor, F, no metal, gas, 19,00". El grupo 18 contiene "10; neón; N e; no metal; gas; y 20,18" El periodo 3, grupo 1 contiene "11, sodio, N a, metal, sólido, 22,99". El grupo 2 contiene "12, magnesio, M g, metal, sólido, y 24,31". Los grupos 3 a 12 se saltan de nuevo en el periodo 3 y el grupo 13 contiene "13, aluminio, A l, metal, sólido, y 26,98”. El grupo 14 contiene "14, silicio, S i, metaloide, sólido, y 28,09”. El grupo 15 contiene "15, fósforo, P, no metal, sólido, y 30,97”. El grupo 16 contiene "16, azufre, S, no metal, sólido, y 32,06”. El grupo 17 contiene "17, cloro, C l, no metal, gas, y 35,45”. El grupo 18 contiene "18, argón, A r, no metal, gas, y 39,95”. El periodo 4, grupo 1 contiene "19, potasio, K, metal, sólido, y 39,10”. El grupo 2 contiene "20, calcio, C a, metal, sólido, y 40,08”. El grupo 3 contiene "21, escandio, S c, metal, sólido, y 44,96”. El grupo 4 contiene "22, titanio, T i, metal, sólido, y 47,87”. El grupo 5 contiene "23, vanadio, V, metal, sólido, y 50,94”. El grupo 6 contiene "24, cromo, C r, metal, sólido, y 52,00”. El grupo 7 contiene "25, manganeso, M n, metal, sólido, y 54,94”. El grupo 8 contiene "26, hierro, F e, metal, sólido, y 55,85”. El grupo 9 contiene "27, cobalto, C o, metal, sólido, y 58,93”. El grupo 10 contiene "28, níquel, N i, metal, sólido, y 58,69”. El grupo 11 contiene "29, cobre, C u, metal, sólido, y 63,55”. El grupo 12 contiene "30, zinc, Z n, metal, sólido, y 65,38”. El grupo 13 contiene "31, galio, G a, metal, sólido, y 69,72”. El grupo 14 contiene "32, germanio, G e, metaloide, sólido, y 72,63”. El grupo 15 contiene "33, arsénico, A s, metaloide, sólido, y 74,92”. El grupo 16 contiene "34, selenio, S e, no metal, sólido, y 78,97”. El grupo 17 contiene "35, bromo, B r, no metal, líquido, y 79,90”. El grupo 18 contiene "36, criptón, K r, no metal, gas, y 83,80". El periodo 5, grupo 1 contiene "37, rubidio, R b, metal, sólido, y 85,47”. El grupo 2 contiene "38, estroncio, S r, metal, sólido, y 87,62”. El grupo 3 contiene "39, itrio, Y, metal, sólido, y 88,91”. El grupo 4 contiene "40, circonio, Z r, metal, sólido, y 91,22”. El grupo 5 contiene "41, niobio, N b, metal, sólido, y 92,91”. El grupo 6 contiene "42, molibdeno, M o, metal, sólido, y 95,95”. El grupo 7 contiene "43, tecnecio, T c, metal, sólido, y 97”. El grupo 8 contiene "44, rutenio, R u, metal, sólido, y 101,1”. El grupo 9 contiene "45, rodio, R h, metal, sólido, y 102,9”. El grupo 10 contiene "46, paladio, P d, metal, sólido, y 106,4”. El grupo 11 contiene "47, plata, A g, metal, sólido, y 107,9”. El grupo 12 contiene "48, cadmio, C d, metal, sólido, y 112,4”. El grupo 13 contiene "49, indio, I n, metal, sólido, y 114,8”. El grupo 14 contiene "50, estaño, S n, metal, sólido, y 118,7”. El grupo 15 contiene "51, antimonio, S b, metaloide, sólido, y 121,8”. El grupo 16 contiene "52, telurio, T e, metaloide, sólido, y 127,6”. El grupo 17 contiene "53, yodo, I, no metal, sólido, y 126,9”. El grupo 18 contiene "54, xenón, X e, no metal, gas, y 131,3”. El periodo 6, grupo 1 contiene "55, cesio, C s, metal, sólido, y 132,9”. El grupo 2 contiene "56, bario, B a, metal, sólido, y 137,3”. El grupo 3 rompe el patrón. El recuadro tiene una gran flecha que señala una fila de elementos debajo de la tabla con números atómicos que van del 57 al 71. En orden secuencial por número atómico, la primera casilla de esta fila contiene "57, lantano, L a, metal, sólido, y 138,9”. A su derecha, el siguiente es "58, cerio, C e, metal, sólido, y 140,1”. El siguiente es "59, praseodimio, P r, metal, sólido, y 140,9”. El siguiente es "60, neodimio, N d, metal, sólido, y 144,2”. El siguiente es "61, prometio, P m, metal, sólido, y 145”. El siguiente es "62, samario, S m, metal, sólido, y 150,4”. El siguiente es "63, europio, E u, metal, sólido, y 152,0”. El siguiente es "64, gadolinio, G d, metal, sólido, y 157,3”. El siguiente es "65, terbio, T b, metal, sólido, y 158,9”. El siguiente es "66, disprosio, D y, metal, sólido, y 162,5”. El siguiente es "67, holmio, H o, metal, sólido, y 164,9”. El siguiente es "68, erbio, E r, metal, sólido, y 167,3”. El siguiente es "69, tulio, T m, metal, sólido, y 168,9”. El siguiente es "70, iterbio, Y b, metal, sólido, y 173,1”. El último de esta fila especial es "71, lutecio, L u, metal, sólido, y 175,0”. Continuando en el periodo 6, el grupo 4 contiene "72, hafnio, H f, metal, sólido, y 178,5”. El grupo 5 contiene "73, tantalio, T a, metal, sólido, y 180,9”. El grupo 6 contiene "74, tungsteno, W, metal, sólido, y 183,8”. El grupo 7 contiene "75, renio, R e, metal, sólido, y 186,2”. El grupo 8 contiene "76, osmio, O s, metal, sólido, y 190,2”. El grupo 9 contiene "77, iridio, I r, metal, sólido, y 192,2”. El grupo 10 contiene "78, platino, P t, metal, sólido, y 195,1”. El grupo 11 contiene "79, oro, A u, metal, sólido, y 197,0”. El grupo 12 contiene "80, mercurio, H g, metal, líquido, y 200,6”. El grupo 13 contiene "81, talio, T l, metal, sólido, y 204,4”. El grupo 14 contiene "82, plomo, P b, metal, sólido, y 207,2”. El grupo 15 contiene "83, bismuto, B i, metal, sólido, y 209,0”. El grupo 16 contiene "84, polonio, P o, metal, sólido, y 209". El grupo 17 contiene "85;, ástato, A t, metaloide, sólido, y 210". El grupo 18 contiene "86, radón, R n, no metal, gas, y 222”. El periodo 7, grupo 1 contiene "87, francio, F r, metal, sólido, y 223”. El grupo 2 contiene "88, radio, R a, metal, sólido, y 226”. El grupo 3 rompe el patrón de forma muy similar a lo que ocurre en el periodo 6. Una gran flecha apunta desde la caja del periodo 7, grupo 3, a una fila especial que contiene los elementos con números atómicos que van del 89 al 103, justo debajo de la fila que contiene los números atómicos 57 al 71. En orden secuencial por número atómico, la primera casilla de esta fila contiene "89, actinio, A c, metal, sólido, y 227”. A su derecha, el siguiente es "90, torio, T h, metal, sólido, y 232,0”. El siguiente es "91, protactinio, P a, metal, sólido, y 231,0”. El siguiente es "92, uranio, U, metal, sólido, y 238,0”. El siguiente es "93, neptunio, N p, metal, sólido, y N p”. El siguiente es "94, plutonio, P u, metal, sólido, y 244”. El siguiente es "95, americio, A m, metal, sólido, y 243”. El siguiente es "96, curio, C m, metal, sólido, y 247”. El siguiente es "97, berkelio, B k, metal, sólido, y 247”. El siguiente es "98, californio, C f, metal, sólido, y 251”. El siguiente es "99, einstenio, E s, metal, sólido, y 252”. El siguiente es, "100, fermio, F m, metal, sólido, y 257". El siguiente es, "101, mendelevio, M d, metal, sólido, y 258". El siguiente es, "102, nobelio, N o, metal, sólido, y 259". El último de esta fila especial es ”103, lawrencio, L r, metal, sólido, y 262”. Continuando en el periodo 7, el grupo 4 contiene "104, rutherfordio, R f, metal, sólido, y 267”. El grupo 5 contiene "105, dubnio, D b, metal, sólido, y 270”. El grupo 6 contiene "106, seaborgio, S g, metal, sólido, y 271”. El grupo 7 contiene "107, bohrio, B h, metal, sólido, y 270”. El grupo 8 contiene "108, hasio, H s, metal, sólido, y 277”. El grupo 9 contiene "109, meitnerio, M t, no indicado, sólido, y 276”. El grupo 10 contiene "110, darmstatio, D s, no indicado, sólido, y 281”. El grupo 11 contiene "111, roentgenio, R g, no indicado, sólido; y 282”. El grupo 12 contiene "112, copernicio, C n, metal, líquido, y 285”. El grupo 13 contiene "113, nihonio, N h, no indicado, sólido, y 285”. El grupo 14 contiene "114, flerovio, F l, no indicado, sólido, y 289”. El grupo 15 contiene "115, moscovio, M c, no indicado, sólido, y 288”. El grupo 16 contiene "116, livermorio, L v, no indicado, sólido, y 293”. El grupo 17 contiene "117, teneso, T s, no indicado, sólido, y 294”. El grupo 18 contiene "118, oganesón, O g, no indicado, sólido, y 294”.
Figura 3.37 Los elementos de la tabla periódica están organizados según sus propiedades.

Incluso después de que la naturaleza periódica de los elementos y la propia tabla fueran ampliamente aceptadas, seguían existiendo lagunas. Mendeleev predijo, y otros, como Henry Moseley, lo confirmaron más tarde, que debía haber elementos por debajo del manganeso en el grupo 7. Los químicos alemanes Ida Tacke y Walter Noddack se propusieron encontrar los elementos, una búsqueda que continúan científicos de todo el mundo. Su método era único, ya que no solo tenían en cuenta las propiedades del manganeso, sino también los elementos horizontalmente adyacentes a los elementos 43 y 75 que faltaban en la tabla. Por lo tanto, al investigar las menas que contenían minerales de rutenio (Ru), wolframio (W), osmio (Os), etc., pudieron identificar elementos naturales que ayudaron a completar la tabla. El renio, uno de sus descubrimientos, fue uno de los últimos elementos naturales que se descubrieron y es el último elemento estable que se descubrió (el francio, el último elemento natural descubierto, fue identificado por Marguerite Perey en 1939).

Muchos elementos difieren drásticamente en sus propiedades químicas y físicas, pero algunos elementos son similares en sus comportamientos. Por ejemplo, muchos elementos tienen un aspecto brillante, son maleables (se pueden deformar sin romperse) y dúctiles (se pueden estirar en forma de alambres), y conducen bien el calor y la electricidad. Otros elementos no son brillantes, maleables o dúctiles, y son malos conductores del calor y la electricidad. Podemos clasificar los elementos en grandes clases con propiedades comunes: metales (elementos que son brillantes, maleables, buenos conductores del calor y la electricidad -sombreados en amarillo-); no metales (elementos que parecen opacos, malos conductores del calor y la electricidad -sombreados en verde-); y metaloides (elementos que conducen el calor y la electricidad moderadamente bien, y poseen algunas propiedades de los metales y otras de los no metales -sombreados en morado-).

Los elementos también se pueden clasificar en los elementos del grupo principal (o elementos representativos) en las columnas marcadas como 1, 2 y 13-18; los metales de transición en las columnas marcadas como 3-12; 1 y los metales de transición internos en las dos filas de la parte inferior de la tabla (los elementos de la fila superior se denominan lantánidos y los de la fila inferior actínidos; Figura 3.38). Los elementos pueden subdividirse en función de propiedades más específicas, como la composición de los compuestos que forman. Por ejemplo, los elementos del grupo 1 (la primera columna) forman compuestos que constan de un átomo del elemento y un átomo de hidrógeno. Estos elementos (excepto el hidrógeno) se conocen como metales alcalinos, y todos ellos tienen propiedades químicas similares. Los elementos del grupo 2 (la segunda columna) forman compuestos formados por un átomo del elemento y dos átomos de hidrógeno: Son los llamados metales alcalinotérreos, con propiedades similares entre los miembros de ese grupo. Otros grupos con nombres específicos son los pnictógenos (grupo 15), los calcógenos (grupo 16), los halógenos (grupo 17) y los gases nobles (grupo 18, también conocidos como gases inertes). También se puede hacer referencia a los grupos por el primer elemento del grupo: Por ejemplo, los calcógenos pueden denominarse grupo de oxígeno o familia de oxígeno. El hidrógeno es un elemento único, no metálico, con propiedades similares a los elementos del grupo 1 y del grupo 17. Por ello, el hidrógeno puede aparecer en la parte superior de ambos grupos, o por sí mismo.

Este diagrama combina los grupos y periodos de la tabla periódica en función de sus propiedades similares. El grupo 1 contiene los metales alcalinos, el grupo 2 contiene los metales alcalinos terrestres, el grupo 15 contiene los pnictógenos, el grupo 16 contiene los calcógenos, el grupo 17 contiene los halógenos y el grupo 18 contiene los gases nobles. Los elementos del grupo principal son los grupos 1, 2 y 12 al 18. Por lo tanto, la mayoría de los metales de transición, que se encuentran en los grupos 3 a 11, no son elementos del grupo principal. Los lantánidos y los actínidos se denominan en la parte inferior de la tabla periódica.
Figura 3.38 La tabla periódica organiza los elementos con propiedades similares en grupos.

Ejemplo 3.14

Nombrar grupos de elementos

Los átomos de cada uno de los siguientes elementos son esenciales para la vida. Indique el nombre del grupo de los siguientes elementos:

(a) cloro

(b) el calcio

(c) sodio

(d) azufre

Solución

Los nombres de las familias son los siguientes:

(a) halógeno

(b) metal alcalinotérreo

(c) metal alcalino

(d) calcógeno

Compruebe lo aprendido

Indique el nombre del grupo para cada uno de los siguientes elementos:

(a) criptón

(b) selenio

(c) bario

(d) litio

Respuesta:

(a) gas noble; (b) calcógeno; (c) metal alcalinotérreo; (d) metal alcalino

Como podrá comprobar en sus estudios posteriores de química, los elementos que forman parte de un grupo suelen comportarse de forma similar. Esto se debe, en parte, al número de electrones de su capa exterior y a su similar disposición a enlazarse. Estas propiedades compartidas pueden tener implicaciones de gran alcance en la naturaleza, la ciencia y la medicina. Por ejemplo, cuando Gertrude Elion y George Hitchens investigaban formas de interrumpir la replicación de las células y los virus para luchar contra las enfermedades, utilizaron la similitud entre el azufre y el oxígeno (ambos en el grupo 16) y su capacidad de enlazarse de forma similar. Elion se centró en las purinas, que son componentes clave del ADN y que contienen oxígeno. Descubrió que, al introducir compuestos a base de azufre (llamados análogos de la purina) que imitan la estructura de las purinas, las moléculas del ADN se unían a los análogos en lugar de a la purina "normal" del ADN. Con la unión y la estructura normal del ADN alterada, Elion interrumpió con éxito la replicación celular. En el fondo, la estrategia funcionó por la similitud entre el azufre y el oxígeno. Su descubrimiento condujo directamente a importantes tratamientos para la leucemia. En general, el trabajo de Elion con George Hitchens no solo permitió obtener más tratamientos, sino que cambió toda la metodología del desarrollo de fármacos. Al utilizar elementos y compuestos específicos para atacar aspectos concretos de las células tumorales, los virus y las bacterias, sentaron las bases de muchos de los medicamentos actuales más comunes e importantes, utilizados para ayudar a millones de personas cada año. Se les otorgó el Premio Nobel en 1988.

Al estudiar la tabla periódica, es posible que haya notado algo sobre las masas atómicas de algunos de los elementos. El elemento 43 (tecnecio), el elemento 61 (prometio) y la mayoría de los elementos con número atómico 84 (polonio) y superiores tienen su masa atómica entre corchetes. Esto se hace en el caso de los elementos que están formados en su totalidad por isótopos inestables y radiactivos (aprenderá más sobre la radiactividad en el capítulo de química nuclear). No se puede determinar un peso atómico medio para estos elementos porque sus radioisótopos pueden variar significativamente en abundancia relativa, dependiendo de la fuente, o incluso pueden no existir en la naturaleza. El número entre corchetes es el número de masa atómica (y la masa atómica aproximada) del isótopo más estable de ese elemento.

Notas a pie de página

  • 1Según la definición de la IUPAC, los elementos del grupo 12 no son metales de transición, aunque a menudo se les llama así. En el capítulo dedicado a los metales de transición y la química de coordinación se ofrecen más detalles sobre los elementos de este grupo.
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