Elementos químicos

Formas de existencia de los elementos químicos

Los elementos químicos rara vez se encuentran aislados. En la naturaleza pueden existir en tres formas principales:

• En forma de sustancias compuestas. La mayoría de los elementos tienden a formar diversos compuestos. Por ejemplo, el oxígeno es un componente estructural del agua, el dióxido de carbono, la arena, el ácido sulfúrico, los azúcares e incluso de medicamentos complejos (como la aspirina).
• En forma de sustancias simples. Algunos elementos pueden hallarse en forma libre, formando moléculas con átomos idénticos. Un claro ejemplo son el oxígeno gaseoso ($O_2$) y el ozono ($O_3$).
• Gases nobles (inertes). Un grupo único de elementos: helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón. En la naturaleza existen exclusivamente como átomos individuales y aislados. Se pueden encontrar como impurezas en el aire atmosférico, disueltos en agua y también en las cavidades de las redes cristalinas de diversos minerales.

Isótopos y símbolos

Cada elemento químico tiene un símbolo, que consiste en una o dos letras iniciales de su nombre en latín. Es interesante destacar que, en varios casos, este símbolo no coincide fonéticamente con el nombre habitual en español. Por ejemplo, el hierro se designa como Fe (Ferrum), y el mercurio como Hg (Hydrargyrum).

A menudo, los elementos químicos presentan variedades de átomos llamadas isótopos. Los isótopos son aquellas variantes de átomos de un mismo elemento que difieren entre sí únicamente en la masa atómica, pero que coinciden casi por completo en sus demás propiedades químicas. Un ejemplo clásico es el hidrógeno común (ligero) y el pesado. El agua que contiene hidrógeno pesado («agua pesada») difiere de la natural en sus características físicas, pero desde el punto de vista químico sigue siendo la misma sustancia.

Abundancia en la corteza terrestre

Los elementos se distribuyen en la naturaleza de forma muy desigual. A continuación se presentan los datos sobre el contenido de algunos elementos clave en la corteza terrestre (% en masa):

Ley periódica y variantes de tablas

Actualmente en química existen varias opciones para representar la Tabla Periódica:

1. De períodos largos. Todos los elementos de un período se disponen en una sola fila, mientras que los grupos principales (A) y secundarios (B) forman columnas separadas.
2. De períodos cortos. El cuarto, quinto y sexto períodos se dividen en dos filas, y los grupos A y B con los mismos números se combinan en columnas comunes.
3. Variante de la IUPAC (IUPAC). Recomendada por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada. En ella, los grupos simplemente se numeran del 1 al 18, y el nombre de D. I. Mendeléyev suele omitirse en el encabezado.

En cada período de la tabla se ubican exactamente 10 metales de transición. Según la idea clásica de Mendeléyev, la tabla contiene 8 grupos, perteneciendo al grupo VIIIB tres metales de transición de cada período simultáneamente.

Función pronóstica y método de analogías

Desde hace más de 100 años, la Ley Periódica sirve como la guía principal en la investigación química. Reduce drásticamente el volumen de material a memorizar y posee una función pronóstica: permite predecir las propiedades de sustancias aún no estudiadas basándose en sus análogos conocidos.

Analicemos el método de analogías en la práctica. Supongamos que necesitamos escribir la reacción entre el hidróxido de rubidio ($RbOH$) y el seleniuro de hidrógeno ($H_2Se$). Los compuestos de estos elementos pueden resultarnos desconocidos, por lo que buscamos análogos por grupo:

• El rubidio ($Rb$) es análogo al sodio ($Na$) y al potasio ($K$), por lo que el $RbOH$ es una base típica (álcali).
• El seleniuro de hidrógeno ($H_2Se$) es análogo al sulfuro de hidrógeno ($H_2S$), por lo que muestra propiedades ácidas pronunciadas.
• Resultado: la ecuación de la reacción es $2RbOH + H_2Se = Rb_2Se + 2H_2O$.

Es importante recordar que los elementos de un mismo grupo son análogos, pero no copias exactas. Al descender por un grupo, las propiedades cambian cuantitativamente y se potencian los caracteres metálicos. Así, en el grupo IV el no metal carbono ($C$) es reemplazado por el metal plomo ($Pb$), y en el grupo V el nitrógeno ($N$) es reemplazado por el bismuto. También se observa una analogía interesante: los compuestos de los metales de transición y los no metales en estados de oxidación superiores muestran un parecido notable (por ejemplo, el permanganato de potasio $KMnO_4$ se asemeja al perclorato de potasio $KClO_4$).

A veces ocurren anomalías inesperadas. Hasta 1962, los gases nobles se consideraban absolutamente inertes con una valencia igual a cero. Sin embargo, posteriormente se obtuvo el primer compuesto químico del xenón: el hexafluoroplatinato de xenón ($XePtF_6$). Hoy en día se conocen decenas de compuestos de xenón y kriptón. Se han descubierto estados de oxidación anómalos y característicamente altos (+5 y +7) también para metales pesados, obteniéndose los fluoruros de oro correspondientes.

En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Determinación del elemento y del isótopo basándose en la estructura del núcleo atómico
• Característica comparativa y afinidad química de los elementos dentro de un mismo grupo
• Cálculo de equivalentes químicos de sustancias simples
• Causas del incremento de las propiedades metálicas en los subgrupos de arriba a abajo

Otros temas de la sección «Capítulo 1. Sustancias. Propiedades y estructura»

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