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No metal

En el contexto de la tabla periódica, un no metal es un elemento químico que carece en su mayoría de propiedades metálicas distintivas . Físicamente, los no metales abarcan desd...

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En el contexto de la tabla periódica, un no metal es un elemento químico que carece en su mayoría de propiedades metálicas distintivas . Físicamente, los no metales abarcan desde gases incoloros como el hidrógeno hasta sólidos cristalinos brillantes como el yodo . Suelen ser menos densos que los metales y a menudo son malos conductores del calor y la electricidad. Químicamente, tienen una electronegatividad de moderada a muy alta —una tendencia a atraer electrones en un enlace químico— y sus óxidos tienden a ser ácidos .

Diecisiete elementos son ampliamente reconocidos como no metales. Además, algunos o todos los seis elementos intermedios ( metaloides ) a veces se consideran no metales.

Los dos no metales más ligeros, el hidrógeno y el helio , constituyen en conjunto aproximadamente el 98 % de la masa de la materia ordinaria en el universo observable . Cinco elementos no metálicos —hidrógeno, carbono, nitrógeno , oxígeno y silicio— conforman la mayor parte de la atmósfera , los océanos, la biosfera y la corteza terrestres . Sin embargo, se cree que los metales representan algo más de la mitad de la masa total de la Tierra.

Los compuestos químicos y las aleaciones que involucran múltiples elementos, incluidos los no metales, están muy extendidos. Los usos industriales de los no metales como componente dominante incluyen la electrónica , la combustión , la lubricación y el mecanizado .

La mayoría de los elementos no metálicos se identificaron en los siglos XVIII y XIX. Si bien la distinción entre metales y otros minerales existía desde la antigüedad, la clasificación de los elementos químicos como metálicos o no metálicos surgió recién a finales del siglo XVIII. Desde entonces, se han propuesto alrededor de veinte propiedades como criterios para distinguir los no metales de los metales. En la investigación contemporánea, es común utilizar una distinción entre metal y no metal basada en la estructura electrónica de los sólidos; los elementos carbono, arsénico y antimonio son, por lo tanto, semimetales , una subclase de metales. El resto de los elementos no metálicos son aislantes, algunos de los cuales, como el silicio y el germanio, pueden incorporar fácilmente dopantes que modifican su conductividad eléctrica, lo que da lugar a un comportamiento semiconductor .

Definición y elementos aplicables

Salvo que se indique lo contrario, este artículo describe la forma estable de un elemento en condiciones estándar de temperatura y presión (STP). [ a ]
Dos grupos de fragmentos cristalinos de color plateado opaco.
El arsénico (aquí sellado en un recipiente para evitar que se empañe ) a veces se considera un no metal. Aunque tiene un aspecto brillante y es un conductor razonable del calor y la electricidad, es quebradizo y sus óxidos presentan un carácter ácido apreciable. Su química es predominantemente no metálica. [ 6 ]

Los elementos químicos no metálicos se definen a menudo de forma general como aquellos que carecen en gran medida de las propiedades características de los metales, a saber: brillo, maleabilidad, buena conductividad térmica y eléctrica (derivada de su estructura de bandas electrónicas ) y una tendencia general a formar óxidos básicos. [ 7 ] [ 8 ] No existe una definición precisa ampliamente aceptada basada en el grado de ausencia de estas propiedades metálicas; [ 9 ] por lo tanto, cualquier lista de no metales está sujeta a debate y revisión. [ 1 ]

Catorce elementos son casi siempre reconocidos como no metales: [ 1 ] [ 2 ]

Otros tres se clasifican comúnmente como no metales, pero algunas fuentes los enumeran como " metaloides ", [ 3 ] un término que se refiere a elementos intermedios entre metales y no metales: [ 10 ]

Uno o más de los seis elementos que se reconocen más comúnmente como metaloides a veces se consideran no metales:

Aproximadamente entre el 15 y el 20% de los 118 elementos conocidos [ 11 ] se clasifican como no metales. [ b ]

Propiedades generales

Físico

Variedad en el color y la forma de algunos elementos no metálicos.
Varias docenas de pequeñas formas angulares parecidas a piedras, de color gris con motas y reflejos plateados dispersos.
Boro en su fase romboédrica β
Una pepita cúbica brillante de color gris negruzco con una superficie rugosa.
Aspecto metálico del carbono como grafito
Un líquido azul pálido en un vaso de precipitados transparente.
Color azul del oxígeno líquido
Un tubo de vidrio, dentro de un tubo de vidrio más grande, contiene un líquido amarillo transparente.
Flúor líquido de color amarillo pálido en un baño criogénico
trozos amarillos en polvo
Azufre en forma de trozos amarillos
Un pequeño frasco con tapa, lleno hasta un cuarto con un líquido muy oscuro.
Bromo líquido a temperatura ambiente
Fragmentos cristalinos brillantes de color violeta oscuro.
Aspecto metálico del yodo bajo luz blanca
Una ampolla parcialmente llena que contiene un líquido incoloro.
xenón licuado

Los no metales varían mucho en apariencia, pudiendo ser incoloros, coloreados o brillantes. En el caso de los no metales incoloros (hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y gases nobles), no se produce absorción de luz en la parte visible del espectro, y toda la luz visible se transmite. [ 14 ] Los no metales coloreados (azufre, flúor, cloro, bromo) absorben algunos colores (longitudes de onda) y transmiten los colores complementarios u opuestos. Por ejemplo, el "color amarillo verdoso familiar del cloro  ... se debe a una amplia región de absorción en las regiones violeta y azul del espectro". [ 15 ] [ c ] El brillo del boro, el grafito (carbono), el silicio, el fósforo negro, el germanio, el arsénico, el selenio, el antimonio, el telurio y el yodo [ d ] es el resultado de la reflexión de la luz visible incidente por parte de los electrones. [ 18 ]

Aproximadamente la mitad de los elementos no metálicos son gases en condiciones estándar de temperatura y presión ; la mayoría del resto son sólidos. El bromo, el único líquido, suele estar cubierto por una capa de sus humos de color marrón rojizo. Los no metales gaseosos y líquidos tienen densidades, puntos de fusión y ebullición muy bajos , y son malos conductores del calor y la electricidad. [ 19 ] Los no metales sólidos tienen bajas densidades y baja resistencia mecánica (siendo duros y quebradizos o blandos y desmenuzables) [ 20 ] y muestran amplias variaciones en sus puntos de fusión, ebullición o sublimación y en su conductividad térmica y eléctrica. [ e ]

Esta diversidad proviene de la variabilidad en las estructuras cristalográficas y las disposiciones de enlace. Los no metales covalentes que existen como átomos discretos como el xenón, o como moléculas pequeñas, como el oxígeno, el azufre y el bromo, tienen bajos puntos de fusión y ebullición; muchos son gases a temperatura ambiente, ya que se mantienen unidos por débiles fuerzas de dispersión de London que actúan entre sus átomos o moléculas, aunque las moléculas mismas tienen fuertes enlaces covalentes. [ 24 ] Por el contrario, los no metales que forman estructuras extendidas, como largas cadenas de átomos de selenio, [ 25 ] láminas de átomos de carbono en el grafito, [ 26 ] o redes tridimensionales de átomos de silicio [ 27 ] tienen puntos de fusión y ebullición más altos, y todos son sólidos. Los no metales más cercanos a la izquierda o a la parte inferior de la tabla periódica (y por lo tanto más cercanos a los metales) a menudo tienen interacciones metálicas entre sus moléculas, cadenas o capas; Esto ocurre en el boro, [ 28 ] el carbono, [ 29 ] el fósforo, [ 30 ] el arsénico, [ 31 ] el selenio, [ 32 ] el antimonio, [ 33 ] el telurio [ 34 ] y el yodo. [ 35 ]

Los no metales con enlaces covalentes suelen compartir únicamente los electrones necesarios para alcanzar la configuración electrónica de un gas noble. [ 41 ] Por ejemplo, el nitrógeno forma moléculas diatómicas con enlaces triples entre sus átomos, alcanzando así la configuración del gas noble neón. En cambio, el antimonio presenta capas onduladas en las que cada átomo está unido mediante enlaces simples a otros tres átomos cercanos. [ 42 ]

La buena conductividad eléctrica se produce cuando hay enlace metálico , [ 43 ] sin embargo, los electrones en algunos no metales no son metálicos. [ 43 ] La buena conductividad eléctrica y térmica asociada con electrones metálicos se observa en el carbono (como grafito, a lo largo de sus planos), arsénico y antimonio. [ f ] La buena conductividad térmica se produce en el boro, silicio, fósforo y germanio; [ 21 ] dicha conductividad se transmite a través de vibraciones de las redes cristalinas ( fonones de estos elementos. [ 44 ] Se observa una conductividad eléctrica moderada en los semiconductores [ 45 ] boro, silicio, fósforo, germanio, selenio, telurio y yodo.

Muchos de los elementos no metálicos son duros y frágiles, [ 20 ] donde las dislocaciones no pueden moverse fácilmente, por lo que tienden a sufrir fractura frágil en lugar de deformarse. [ 46 ] Algunos sí se deforman, como el fósforo blanco (blando como la cera, flexible y se puede cortar con un cuchillo a temperatura ambiente), [ 47 ] el azufre plástico , [ 48 ] y el selenio, que se puede estirar en alambres desde su estado fundido. [ 49 ] El grafito es un lubricante sólido estándar donde las dislocaciones se mueven muy fácilmente en los planos basales. [ 50 ]

Alótropos

Tres alótropos del carbono
Un cristal triangular transparente con una cara plana y bordes ligeramente rugosos.
Un  aislante eléctrico transparente
un conjunto desordenado de cristales parduscos
Un semiconductor de color marrón
Una roca negra multicapa con forma de rombo
Un semimetal negruzco
De izquierda a derecha, diamante , buckminsterfulereno y grafito.

Más de la mitad de los elementos no metálicos presentan una gama de formas alotrópicas menos estables, cada una con propiedades físicas distintas. [ 51 ] Por ejemplo, el carbono, cuya forma más estable es el grafito , puede manifestarse como diamante , buckminsterfullereno , [ 52 ] variaciones amorfas [ 53 ] y paracristalinas . [ 54 ] También se presentan alótropos para el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo, el azufre, el selenio y el yodo. [ 55 ]

Químico

Los no metales tienen valores de electronegatividad relativamente altos, y sus óxidos suelen ser ácidos. Pueden darse excepciones si un no metal no es muy electronegativo, o si su estado de oxidación es bajo, o ambas cosas. Estos óxidos no ácidos de no metales pueden ser anfóteros (como el agua, H₂O [ 56 ] ) o neutros (como el óxido nitroso , N₂O [ 57 ] [ g ] ), pero nunca básicos. [ 60 ]

Tienden a ganar electrones durante las reacciones químicas, a diferencia de los elementos metálicos, que tienden a donarlos. Este comportamiento está relacionado con la estabilidad de las configuraciones electrónicas en los gases nobles, que poseen capas externas completas , descritas empíricamente por las reglas generales del dueto y el octeto , y explicadas con mayor precisión en términos de la teoría del enlace de valencia . [ 61 ]

Las diferencias químicas entre metales y no metales se deben a variaciones en la fuerza con la que los átomos atraen y retienen electrones. A lo largo de un periodo de la tabla periódica, la carga nuclear aumenta a medida que se añaden más protones al núcleo. [ 62 ] Sin embargo, debido a que el número de capas electrónicas internas permanece constante, la carga nuclear efectiva que experimentan los electrones más externos también aumenta, atrayéndolos más cerca del núcleo. Esto conlleva una reducción correspondiente del radio atómico, [ 63 ] y una mayor tendencia de estos elementos a ganar electrones durante las reacciones químicas, formando iones con carga negativa. [ 64 ] Los no metales, que ocupan el lado derecho de la tabla periódica, ejemplifican este comportamiento.

Los no metales suelen presentar energías de ionización , afinidades electrónicas y potenciales de electrodo estándar más altos que los metales. Cuanto mayores sean estos valores (incluida la electronegatividad), más tiende a ser el elemento no metálico. [ 65 ] Por ejemplo, los no metales químicamente muy activos flúor, cloro, bromo y yodo tienen una electronegatividad promedio de 3,19, una cifra [ h ] más alta que la de cualquier elemento metálico.

El número de compuestos formados por no metales es enorme. [ 66 ] Los primeros 10 puestos en una tabla de los 20 elementos más frecuentes en 895.501.834 compuestos, según el registro del Chemical Abstracts Service del 2 de noviembre de 2021, estaban ocupados por no metales. El hidrógeno, el carbono, el oxígeno y el nitrógeno aparecieron en la mayoría (80%) de los compuestos. El silicio, un metaloide, ocupó el puesto 11. El metal mejor clasificado, con una frecuencia de aparición del 0,14%, fue el hierro, en el puesto 12. [ 67 ]

Complicaciones

La química de los no metales se ve agravada por anomalías que se producen en la primera fila de cada bloque de la tabla periódica ; tendencias periódicas no uniformes; estados de oxidación más altos; formación de enlaces múltiples; y superposiciones de propiedades con los metales.

Anomalía en la primera fila

Una tabla con siete filas y diez columnas. Las filas están etiquetadas a la izquierda con un número de periodo del 1 al 7. Las columnas están etiquetadas en la parte inferior con un número de grupo. La mayoría de las celdas representan un solo elemento químico y tienen dos líneas de información: el símbolo del elemento en la parte superior y su número atómico en la parte inferior. La tabla en su conjunto está dividida en cuatro áreas rectangulares separadas entre sí por estrechos espacios. El primer rectángulo llena las siete filas de las dos primeras columnas. El rectángulo está etiquetado como "bloque s" en la parte superior y sus dos columnas están etiquetadas con los números de grupo "(1)" y "(2)" en la parte inferior. Las celdas de la primera fila (hidrógeno y helio, con los símbolos H y He y los números atómicos 1 y 2 respectivamente) están sombreadas en rojo. El segundo rectángulo llena las dos filas inferiores (periodos 6 y 7) de la tercera columna. Justo encima de estas celdas está la etiqueta "bloque f"; no hay etiqueta de grupo en la parte inferior. La celda superior, etiquetada como "La-Yb" para los elementos 57-70, está sombreada en verde. El tercer rectángulo llena las cuatro filas inferiores (períodos 4 a 7) de la cuarta columna. Justo encima de estas celdas está la etiqueta "bloque d"; en la parte inferior está la etiqueta "(3-12)" para los números de grupo de estos elementos. La celda superior, etiquetada como "Sc-Zn" para los elementos 21-30, está sombreada en azul. El cuarto y último rectángulo llena las seis filas inferiores (períodos 2 a 7) de las últimas seis columnas. Justo encima de estas celdas está la etiqueta "bloque p"; En la parte inferior se encuentran las etiquetas "(13)" a "(18)" para los números de grupo de estos elementos. Las celdas de la fila superior, correspondientes a los elementos boro (B,5), carbono (C,6), nitrógeno (N,7), oxígeno (O,8), flúor (Fl,9) y neón (Ne,10), están sombreadas en amarillo. Las celdas de los no metales están rodeadas por líneas gruesas: las dos celdas superiores de la izquierda y 21 celdas en la esquina superior derecha de la tabla.

Comenzando con el hidrógeno, la anomalía de la primera fila surge principalmente de las configuraciones electrónicas de los elementos involucrados. El hidrógeno se caracteriza por sus diversos comportamientos de enlace. Generalmente forma enlaces covalentes, pero también puede perder su único electrón en una solución acuosa , dejando un protón libre con un alto poder polarizante. [ 69 ] En consecuencia, este protón puede unirse al par de electrones solitarios de un átomo de oxígeno en una molécula de agua, sentando las bases de la química ácido-base . [ 70 ] Además, un átomo de hidrógeno en una molécula puede formar un segundo enlace, aunque más débil, con un átomo o grupo de átomos en otra molécula. Este tipo de enlace "contribuye a dar a los copos de nieve su simetría hexagonal, une el ADN en una doble hélice , da forma a las estructuras tridimensionales de las proteínas e incluso eleva el punto de ebullición del agua lo suficiente como para preparar una buena taza de té". [ 71 ]

El hidrógeno y el helio, así como el boro hasta el neón, tienen radios atómicos pequeños. Las energías de ionización y las electronegatividades de estos elementos son mayores de lo que sugerirían las tendencias periódicas .

Si bien normalmente se esperaría, por razones de consistencia de la configuración electrónica, que el hidrógeno y el helio se colocaran sobre los elementos del bloque s, la importante anomalía de la primera fila que muestran estos dos elementos justifica ubicaciones alternativas. El hidrógeno se coloca ocasionalmente sobre el flúor, en el grupo 17, en lugar de sobre el litio en el grupo 1. El helio casi siempre se coloca sobre el neón, en el grupo 18, en lugar de sobre el berilio en el grupo 2. [ 72 ]

Periodicidad secundaria

Un gráfico con un eje vertical de electronegatividad y un eje horizontal de número atómico. Los cinco elementos representados son O, S, Se, Te y Po. La electronegatividad del Se parece demasiado alta y provoca una irregularidad en lo que de otro modo sería una curva suave.
Valores de electronegatividad de los elementos calcógenos del grupo 16 que muestran una alternancia en forma de W o periodicidad secundaria al descender en el grupo.

Una alternancia en ciertas tendencias periódicas, a veces denominada periodicidad secundaria , se hace evidente al descender de los grupos 13 al 15, y en menor medida, de los grupos 16 y 17. [ 73 ] [ j ] Inmediatamente después de la primera fila de metales del bloque d , desde el escandio hasta el zinc, los electrones 3d en los elementos del bloque p —específicamente, galio (un metal), germanio, arsénico, selenio y bromo— resultan menos efectivos para proteger la creciente carga nuclear positiva.

El químico soviético Shchukarev da dos ejemplos más tangibles: [ 75 ]

"La toxicidad de algunos compuestos de arsénico, y la ausencia de esta propiedad en compuestos análogos de fósforo [P] y antimonio [Sb]; y la capacidad del ácido selénico [ H₂SeO₄ ] para disolver oro metálico [Au], y la ausencia de esta propiedad en los ácidos sulfúrico [ H₂SO₄ ] y [ H₂TeO₄ ] . "

Estados de oxidación más altos

Los números romanos como III, V y VIII indican estados de oxidación.

Algunos elementos no metálicos exhiben estados de oxidación que se desvían de los predichos por la regla del octeto, que típicamente resulta en un estado de oxidación de –3 en el grupo 15, –2 en el grupo 16, –1 en el grupo 17 y 0 en el grupo 18. Ejemplos incluyen amoníaco NH 3 , sulfuro de hidrógeno H 2 S, fluoruro de hidrógeno HF y xenón elemental Xe. Mientras tanto, el estado de oxidación máximo posible aumenta de +5 en el grupo 15 a +8 en el grupo 18 . El estado de oxidación +5 es observable desde el período 2 en adelante, en compuestos como el ácido nítrico HN(V)O 3 y el pentafluoruro de fósforo PCl 5 . [ k ] Los estados de oxidación más altos en grupos posteriores emergen desde el período 3 en adelante, como se ve en el hexafluoruro de azufre SF 6 , el heptafluoruro de yodo IF 7 , y el tetróxido de xenón(VIII) XeO 4 . Para los no metales más pesados, sus radios atómicos más grandes y sus valores de electronegatividad más bajos permiten la formación de compuestos con números de oxidación más altos, lo que favorece números de coordinación volumétricos más altos . [ 76 ]

Formación de enlaces múltiples

Una cadena de cinco letras N en forma de ala
Estructura molecular del pentazenio , un catión homopoliatómico de nitrógeno con la fórmula N 5 + y estructura N−N−N−N−N. [ 77 ]

Los no metales del periodo 2, en particular el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, muestran una propensión a formar enlaces múltiples. Los compuestos formados por estos elementos suelen presentar estequiometrías y estructuras únicas, como se observa en los diversos óxidos de nitrógeno, [ 76 ] que no se encuentran comúnmente en elementos de periodos posteriores.

Superposiciones de propiedades

Si bien ciertos elementos se han clasificado tradicionalmente como no metales y otros como metales, se produce cierta superposición de propiedades. Escribiendo a principios del siglo XX, cuando la era de la química moderna ya estaba bien establecida [ 78 ] (aunque todavía no la química cuántica más precisa ), Humphrey [ 79 ] observó que:

...sin embargo, estos dos grupos no están perfectamente diferenciados entre sí; algunos no metales se asemejan a los metales en algunas de sus propiedades, y algunos metales se aproximan en ciertos aspectos a los no metales.
Un frasco de vidrio abierto con un polvo marrón dentro.
El boro (aquí en su forma amorfa menos estable) comparte algunas similitudes con los metales [ l ].

Algunos ejemplos de propiedades metálicas que se presentan en elementos no metálicos son:

  • El silicio tiene una electronegatividad (1,9) comparable con metales como el cobalto (1,88), el cobre (1,9), el níquel (1,91) y la plata (1,93); [ 81 ]
  • La conductividad eléctrica del grafito supera la de algunos metales; [ m ]
  • El selenio se puede estirar para formar un alambre; [ 49 ]
  • El radón es el más metálico de los gases nobles y comienza a mostrar cierto comportamiento catiónico , lo cual es inusual para un no metal; [ 84 ] y
  • En condiciones extremas, poco más de la mitad de los elementos no metálicos pueden formar cationes homopoliatómicos. [ n ]

Ejemplos de propiedades no metálicas que se presentan en los metales son:

  • El tungsteno presenta algunas propiedades no metálicas, siendo a veces quebradizo, con una alta electronegatividad y formando únicamente aniones en solución acuosa, [ 86 ] y predominantemente óxidos ácidos. [ 8 ] [ 87 ]
  • El oro , el "rey de los metales", tiene el potencial de electrodo más alto entre los metales, lo que sugiere una preferencia por ganar en lugar de perder electrones. La energía de ionización del oro es una de las más altas entre los metales, y su afinidad electrónica y electronegatividad son elevadas, superando esta última la de algunos no metales. Forma el anión Au – auuro y exhibe una tendencia a unirse a sí mismo, comportamientos inesperados para los metales. En los auridos (MAu, donde M = Li–Cs), el comportamiento del oro es similar al de un halógeno. [ 88 ] La razón de esto es que el oro tiene un potencial nuclear lo suficientemente grande como para que los electrones deban considerarse incluyendo los efectos relativistas , lo que modifica algunas de sus propiedades. [ 89 ]

Un desarrollo relativamente reciente involucra ciertos compuestos de elementos más pesados ​​del bloque p, como silicio, fósforo, germanio, arsénico y antimonio, que exhiben comportamientos típicamente asociados con complejos de metales de transición . Esto está vinculado a una pequeña brecha de energía entre sus orbitales moleculares llenos y vacíos , que son las regiones en una molécula donde residen los electrones y donde pueden estar disponibles para reacciones químicas. En tales compuestos, esto permite una reactividad inusual con moléculas pequeñas como hidrógeno (H₂ ) , amoníaco (NH₃ ) y etileno (C₂H₄ ) , una característica observada anteriormente principalmente en compuestos de metales de transición. Estas reacciones pueden abrir nuevas vías en aplicaciones catalíticas . [ 90 ]

Tipos

Los esquemas de clasificación de no metales varían ampliamente, algunos admiten tan solo dos subtipos y otros hasta siete. Por ejemplo, la tabla periódica de la Enciclopedia Británica reconoce los gases nobles, los halógenos y otros no metales, y divide los elementos comúnmente reconocidos como metaloides entre "otros metales" y "otros no metales". [ 91 ] Por otro lado, siete de las doce categorías de color de la tabla periódica de la Real Sociedad de Química incluyen no metales. [ 92 ] [ o ]

Comenzando por el lado derecho de la tabla periódica, se pueden reconocer tres tipos de no metales:

  los gases nobles relativamente poco reactivos: helio, neón, argón, kriptón, xenón, radón; [ 93 ]
  los no metales halógenos reactivos: flúor, cloro, bromo, yodo; [ 94 ] y
  la reactividad mixta de los "no metales no clasificados", un conjunto sin un nombre colectivo ampliamente utilizado: hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre, selenio. [ q ] La frase descriptiva "no metales no clasificados" se utiliza aquí por conveniencia.

Los elementos de un cuarto conjunto a veces se reconocen como no metales:

   los metaloides [ s ] generalmente no reactivos , [ 112 ] a veces considerados una tercera categoría distinta de los metales y no metales: boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, telurio.

Si bien muchos de los primeros investigadores intentaron clasificar los elementos, ninguna de sus clasificaciones fue satisfactoria. Se dividieron en metales y no metales, pero pronto se descubrió que algunos poseían propiedades de ambos. Estos fueron denominados metaloides. Esto solo aumentó la confusión al crear dos divisiones indistintas donde antes existía una sola. [ 113 ]

— Whiteford y Coffin, 1939, Fundamentos de Química Universitaria

Los límites entre estos tipos no son nítidos. [ t ] El carbono, el fósforo, el selenio y el yodo limitan con los metaloides y muestran cierto carácter metálico, al igual que el hidrógeno .

La mayor discrepancia entre autores se produce en el "territorio fronterizo" de los metaloides. [ 115 ] Algunos consideran que los metaloides son distintos tanto de los metales como de los no metales, mientras que otros los clasifican como no metales. [ 116 ] Algunos categorizan ciertos metaloides como metales (por ejemplo, arsénico y antimonio debido a sus similitudes con los metales pesados ). [ 117 ] [ u ] Los metaloides se asemejan a los elementos universalmente considerados "no metales" por tener densidades relativamente bajas, alta electronegatividad y un comportamiento químico similar. [ 112 ] [ v ]

Gases nobles

Un tubo de vidrio, sostenido boca abajo por unas pinzas, tiene en su interior un tapón transparente parecido al hielo que se está derritiendo lentamente a juzgar por las gotas transparentes que caen del extremo abierto del tubo.
Un pequeño trozo (de unos 2 cm de largo) de hielo de argón que se derrite rápidamente.

Seis no metales se clasifican como gases nobles: helio, neón, argón, criptón, xenón y el radón radiactivo. En las tablas periódicas convencionales, ocupan la columna de la derecha. Se les llama gases nobles debido a su reactividad química excepcionalmente baja . [ 93 ]

Estos elementos presentan propiedades similares: son incoloros, inodoros e ininflamables. Debido a sus capas electrónicas externas cerradas, los gases nobles poseen fuerzas de atracción interatómicas débiles, lo que da lugar a puntos de fusión y ebullición excepcionalmente bajos. [ 118 ]

Químicamente, los gases nobles presentan energías de ionización relativamente altas, afinidades electrónicas insignificantes o negativas y electronegatividades de altas a muy altas. El número de compuestos formados por gases nobles se cuenta por cientos y sigue aumentando, [ 119 ] y la mayoría de estos compuestos implican la combinación de oxígeno o flúor con criptón, xenón o radón. [ 120 ]

no metales halógenos

Químicamente, los no metales halógenos tienen altas energías de ionización, afinidades electrónicas y valores de electronegatividad, y son agentes oxidantes relativamente fuertes . [ 121 ] Los cuatro elementos tienden a formar principalmente compuestos iónicos con metales, [ 122 ] en contraste con los demás no metales (excepto el oxígeno) que tienden a formar principalmente compuestos covalentes con metales. [ w ]

No metales no clasificados

Un pequeño frasco de vidrio lleno de pequeños botones cóncavos de color gris opaco. Los trozos de selenio parecen pequeños hongos sin tallo.
El selenio conduce la electricidad unas 1000 veces mejor cuando la luz incide sobre él , una propiedad que se utiliza en aplicaciones de detección de luz . [ 126 ]

El hidrógeno se comporta en algunos aspectos como un elemento metálico y en otros como un no metal. [ 127 ] Como un elemento metálico, puede, por ejemplo, formar un catión solvatado en solución acuosa ; [ 128 ] puede sustituir a los metales alcalinos en compuestos como los cloruros ( NaCl cf. HCl ) y los nitratos ( KNO 3 cf. HNO 3 ), y en ciertos complejos de metales alcalinos [ 129 ] [ 130 ] como un no metal. [ 131 ] Alcanza esta configuración formando un enlace covalente o iónico [ 132 ] o enlazándose como un ion a un par de electrones no enlazantes. [ 133 ]

Algunos o todos estos no metales comparten varias propiedades. Siendo generalmente menos reactivos que los halógenos, [ 134 ] la mayoría de ellos pueden encontrarse de forma natural en el medio ambiente. [ 135 ] En conjunto, sus características físicas y químicas pueden describirse como "moderadamente no metálicas". [ 136 ] Cuando se combinan con metales, los no metales no clasificados pueden formar compuestos intersticiales o refractarios . [ 137 ] También muestran una tendencia a unirse entre sí , particularmente en compuestos sólidos. [ 138 ] Además, las relaciones diagonales de la tabla periódica entre estos no metales reflejan relaciones similares entre los metaloides. [ 139 ]

Abundancia, extracción y usos

Abundancia

La abundancia de elementos en el universo es resultado de procesos de física nuclear como la nucleosíntesis y la desintegración radiactiva .

Los elementos no metálicos volátiles de gases nobles son menos abundantes en la atmósfera de lo esperado según su abundancia total debido a la nucleosíntesis cósmica . Los mecanismos para explicar esta diferencia son un aspecto importante de la ciencia planetaria . [ 145 ] El elemento Xe está inesperadamente agotado, y una posible explicación proviene de modelos teóricos de las altas presiones en el núcleo de la Tierra que sugieren que puede haber alrededor de 10 13 toneladas de xenón en forma de compuestos intermetálicos estables XeFe 3 y XeNi 3. [ 146 ]

Cinco no metales —hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno y silicio— forman la mayor parte de la estructura directamente observable de la Tierra: aproximadamente el 73 % de la corteza , el 93 % de la biomasa , el 96 % de la hidrosfera y más del 99 % de la atmósfera , como se muestra en la tabla adjunta. El silicio y el oxígeno forman estructuras tetraédricas estables, conocidas como silicatos . En este caso, «el poderoso enlace que une los iones de oxígeno y silicio es el cemento que mantiene unida la corteza terrestre». [ 147 ] Sin embargo, constituyen menos del 50 % del peso total de la Tierra. [ 144 ]

En la biomasa, la abundancia relativa de los cuatro primeros no metales (y, marginalmente, de fósforo, azufre y selenio) se atribuye a una combinación de tamaño atómico relativamente pequeño y suficientes electrones libres. Estas dos propiedades les permiten unirse entre sí y con otros elementos para producir una sopa molecular suficiente para construir un sistema autorreplicante. [ 148 ]

Extracción

Nueve de los 23 elementos no metálicos son gases, o forman compuestos que son gases, y se extraen del gas natural o del aire líquido , incluidos el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno, el azufre y la mayoría de los gases nobles. Por ejemplo, el nitrógeno y el oxígeno se extraen del aire líquido mediante destilación fraccionada [ 149 ] y el azufre del sulfuro de hidrógeno en el gas natural haciéndolo reaccionar con oxígeno para producir agua y azufre. [ 150 ] Tres no metales se extraen del agua de mar; el resto de los no metales —y casi todos los metales— de la minería de minerales sólidos.

Los elementos no metálicos se extraen de estas fuentes: [ 135 ]

3  de componentes de gas natural
hidrógeno ( metano ), helio y azufre ( sulfuro de hidrógeno )
6  delaire licuado
nitrógeno, oxígeno, neón, argón, criptón y xenón
3  desalmuera
cloro, bromo y yodo
12  de minerales sólidos
boro ( boratos ), carbono (grafito natural), silicio ( sílice ), fósforo ( fosfatos ), yodo ( yodato de sodio ), radón ( producto de la desintegración del mineral de uranio ), flúor ( fluorita ); y germanio, arsénico, selenio, antimonio y telurio (de sus sulfuros ).

Usos

siete grandes cilindros rojos, con tapas verdes, uno al lado del otro en un estante
Cilindros que contienen gas argón para su uso en la extinción de incendios sin dañar los equipos de los servidores informáticos.

Los elementos no metálicos están presentes, combinados con otros elementos, en casi todo lo que nos rodea, desde el agua hasta los plásticos y las aleaciones metálicas. Existen algunos usos específicos de estos elementos, aunque son menos comunes; se puede encontrar información detallada en las páginas específicas de cada elemento. Algunos ejemplos son:

  1. El hidrógeno puede utilizarse en pilas de combustible y se está explorando para una posible futura economía del hidrógeno baja en carbono . [ 151 ]
  2. El carbono tiene muchos usos, que van desde aplicaciones decorativas en joyería de diamantes [ 152 ] hasta el diamante en hojas de corte [ 153 ] y el grafito como lubricante sólido . [ 50 ]
  3. El nitrógeno líquido se utiliza ampliamente como refrigerante. [ 154 ]
  4. El oxígeno es un componente esencial del aire que respiramos. (Si bien el nitrógeno también está presente, se utiliza menos del aire, principalmente por ciertas bacterias. [ 155 ] ) El oxígeno, tanto gaseoso como líquido, también se utiliza ampliamente para la combustión en sopletes de soldadura y corte , y como componente de combustibles para cohetes . [ 156 ]
  5. El silicio es el semiconductor más utilizado. Si bien el silicio ultrapuro es un aislante, mediante la adición selectiva de dopantes electrónicos puede utilizarse como semiconductor , donde se puede manipular el potencial químico de los electrones, lo cual se aprovecha en una amplia gama de dispositivos electrónicos . [ 157 ]
  6. Los gases nobles tienen diversas aplicaciones, incluyendo el helio líquido para refrigeración criogénica [ 158 ] y el argón en la supresión de incendios gaseosos para amortiguar incendios alrededor de equipos eléctricos sensibles donde no se puede usar agua [ 159 ] .
  7. El radón es un contaminante interior potencialmente peligroso. [ 160 ]

Historia taxonómica

Fondo

Los filósofos químicos medievales se centraron en los metales, investigando raramente los minerales no metálicos. [ 161 ]

Un caballero distinguido, sentado y mirando hacia el paisaje; un ejemplar de su libro "Traité élémentaire de chimie" está en su mano sobre lo que parece ser un atril de lectura.
El noble y químico francés Antoine Lavoisier (1743-1794), con una página de la traducción al inglés de su Traité élémentaire de chimie de 1789 , [ 162 ] enumera los gases elementales oxígeno, hidrógeno y nitrógeno (e incluye erróneamente luz y calor ); las sustancias no metálicas azufre, fósforo y carbono; y los iones cloruro , fluoruro y borato.

Organización de elementos por tipos

A finales del siglo XVIII, el químico francés Antoine Lavoisier publicó la primera lista moderna de elementos químicos en su revolucionario [ 163 ] 1789 Traité élémentaire de chimie . Los 33 elementos conocidos por Lavoisier fueron categorizados en cuatro grupos distintos, incluyendo gases, sustancias metálicas, sustancias no metálicas que forman ácidos cuando se oxidan, [ 164 ] y tierras (óxidos resistentes al calor). [ 165 ] El trabajo de Lavoisier obtuvo un amplio reconocimiento y fue republicado en veintitrés ediciones en seis idiomas durante sus primeros diecisiete años, lo que impulsó significativamente la comprensión de la química en Europa y América. [ 166 ] La química de Lavoisier era "dualista": las "sales" eran combinaciones de "ácido" y "base"; los ácidos eran combinaciones de oxígeno y metales, mientras que las bases eran combinaciones de oxígeno y no metales. Esta opinión prevaleció a pesar de la creciente evidencia de que sustancias químicas como el cloro y el amoníaco no contenían oxígeno, en gran parte debido a la defensa enérgica, aunque a veces errónea, del químico sueco Berzelius . [ 164 ] : 165

En 1802 se introdujo el término "metaloides" para los elementos con propiedades físicas de metales pero propiedades químicas de no metales. [ 167 ] En 1811 Berzelius utilizó el término "metaloides" [ 168 ] para describir todos los elementos no metálicos, señalando su capacidad de formar iones con carga negativa con oxígeno en soluciones acuosas . [ 169 ] [ 170 ] Basándose en esto, en 1864 el "Manual de Metaloides" dividió todos los elementos en metales o metaloides, incluyendo este último grupo elementos que ahora se denominan no metales. [ 171 ] : 31 Las reseñas del libro indicaron que el término "metaloides" aún era respaldado por autoridades destacadas, [ 172 ] pero había reservas sobre su idoneidad. Aunque la terminología de Berzelius obtuvo una aceptación significativa, [ 173 ] posteriormente fue criticada por algunos que la consideraron contraintuitiva, [ 170 ] mal aplicada, [ 174 ] o incluso inválida. [ 175 ] Se había considerado la idea de designar elementos como el arsénico como metaloides. [ 172 ] El uso del término «metaloides» persistió en Francia a medida que aparecían los libros de texto de química en el siglo XIX. Durante este período, los «metales» como categoría química se caracterizaban por una sola propiedad, su afinidad por el oxígeno, mientras que los «metaloides» se organizaban mediante la comparación de muchas características análogas al enfoque de los naturalistas . [ 176 ]

Desarrollo de tipos

Perfil de un distinguido caballero francés, esculpido en piedra.
Busto de Dupasquier (1793–1848) en el Monument aux Grands Hommes de la Martinière en Lyon , Francia .

En 1844, Alphonse Dupasquier , médico, farmacéutico y químico francés, [ 177 ] estableció una taxonomía básica de los no metales para ayudar en su estudio. Escribió: [ 178 ]

Se dividirán en cuatro grupos o secciones, como se muestra a continuación:
Organógenos: oxígeno, nitrógeno, hidrógeno, carbono
Sulfuroides: azufre, selenio, fósforo
Chloroides: flúor, cloro, bromo, yodo
Boroides: boro, silicio.

El cuarteto de Dupasquier es paralelo a los tipos modernos de no metales. Los organógenos y sulfuroides son similares a los no metales no clasificados. Los cloroides fueron posteriormente denominados halógenos. [ 179 ] Los boroides evolucionaron finalmente hacia los metaloides, con esta clasificación que comenzó ya en 1864. [ 172 ] Los gases nobles, entonces desconocidos, fueron reconocidos como un grupo distinto de no metales tras su descubrimiento a finales del siglo XIX. [ 180 ] Esta taxonomía se consideró una "clasificación natural" de la sustancia, teniendo en cuenta todos los aspectos en lugar de una sola característica como la afinidad por el oxígeno. [ 181 ] Fue una desviación significativa de otras clasificaciones contemporáneas, ya que agrupaba el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno y el carbono. [ 182 ]

En 1828 y 1859, el químico francés Dumas clasificó los no metales como (1) hidrógeno; (2) flúor a yodo; (3) oxígeno a azufre; (4) nitrógeno a arsénico; y (5) carbono, boro y silicio, [ 183 ] anticipando así las agrupaciones verticales de la tabla periódica de Mendeleev de 1871. Las cinco clases de Dumas se encuentran en los grupos modernos 1 , 17 , 16 , 15 y 14 a 13 respectivamente.

No metales como terminología

Ya en 1866, algunos autores comenzaron a preferir el término «no metal» sobre «metaloide» para describir los elementos no metálicos. [ 184 ] En 1875, Kemshead [ 185 ] observó que los elementos se clasificaban en dos grupos: no metales (o metaloides) y metales. Señaló que el término «no metal», a pesar de su naturaleza compuesta, era más preciso y se había convertido en la nomenclatura universalmente aceptada.

Estructura, mecánica cuántica y estructura de bandas

Las primeras terminologías eran categorizaciones empíricas basadas en observables. Al comenzar el siglo XX hubo cambios significativos en la comprensión. El primero se debió a los métodos, principalmente la cristalografía de rayos X , para determinar cómo se organizan los átomos en los diversos materiales. Ya en 1784, René Just Haüy descubrió que cada cara de un cristal podía describirse mediante patrones de apilamiento simples de bloques de la misma forma y tamaño ( ley de decrementos ). [ 186 ] El estudio de Haüy condujo a la idea de que los cristales son una disposición tridimensional regular (una red de Bravais ) de átomos y moléculas , con una sola celda unitaria repetida indefinidamente, junto con otros desarrollos en los primeros días de la cristalografía física . Después de que Max von Laue demostrara en 1912 que los rayos X se difractan, [ 187 ] William Lawrence Bragg y su padre William Henry Bragg pudieron resolver estructuras previamente desconocidas con bastante rapidez . [ 188 ] [ 189 ] [ 190 ] Partiendo de esto, quedó claro que la mayoría de los metales elementales simples tenían estructuras compactas . Con esto determinado, el concepto de dislocaciones desarrollado originalmente por Vito Volterra en 1907 [ 191 ] fue aceptado, siendo utilizado, por ejemplo, para explicar la ductilidad de los metales por GI Taylor en 1934. [ 192 ]

El segundo fue el advenimiento de la mecánica cuántica. En 1924, Louis de Broglie, en su tesis doctoral Recherches sur la théorie des quanta [ 193 ], introdujo su teoría de las ondas electrónicas . Esta se integró rápidamente en lo que Erwin Schrödinger denominó mecánica ondulatoria [ 194 ] , ahora conocida como ecuación de Schrödinger , mecánica ondulatoria o, más comúnmente en el uso contemporáneo, mecánica cuántica . Si bien no fue fácil resolver las matemáticas en sus inicios, con bastante rapidez se desarrollaron ideas como la terminología del enlace químico de Linus Pauling [ 195 ] , así como conceptos de estructura de bandas electrónicas [ 157 ] .

Llenado de los estados electrónicos en diversos tipos de materiales en equilibrio . Aquí, la altura representa la energía, mientras que el ancho es la densidad de estados disponibles para una energía determinada en el material indicado. El sombreado sigue la distribución de Fermi-Dirac ( negro : todos los estados están llenos, blanco : ningún estado está lleno). En metales y semimetales , el nivel de Fermi E F se encuentra dentro de al menos una banda.
En los aislantes y semiconductores, el nivel de Fermi se encuentra dentro de una banda prohibida ; sin embargo, en los semiconductores, las bandas están lo suficientemente cerca del nivel de Fermi como para poblarse térmicamente con electrones o huecos . "Intrínseco" indica semiconductores intrínsecos .

De esto se origina el concepto de no metales como "no-un-metal". El enfoque original para describir metales y no metales fue una estructura de bandas con electrones deslocalizados (es decir, esparcidos en el espacio). Un no metal tiene una brecha en los niveles de energía de los electrones en el nivel de Fermi . [ 157 ] : Cap. 8 y 19 En contraste, un metal tendría al menos una banda parcialmente ocupada en el nivel de Fermi; [ 157 ] en un semiconductor o aislante no hay estados deslocalizados en el nivel de Fermi, véase por ejemplo Ashcroft y Mermin . [ 157 ] (Un semimetal es similar a un metal, con una estructura de bandas ligeramente más compleja). Estas definiciones son equivalentes a afirmar que los metales conducen electricidad a cero absoluto , como sugirió Nevill Francis Mott , [ 196 ] : 257 y la definición equivalente a otras temperaturas también se usa comúnmente como en libros de texto como Química de los no metales de Ralf Steudel [ 197 ] y trabajos sobre transiciones metal-aislante . [ 198 ] [ 199 ]

Originalmente [ 200 ] [ 201 ] esta interpretación de la estructura de bandas se basaba en un enfoque de un solo electrón con el nivel de Fermi en la brecha de banda como se ilustra en la Figura, sin incluir una imagen completa del problema de muchos cuerpos donde importan tanto los términos de intercambio como de correlación , así como los efectos relativistas como el acoplamiento espín-órbita . Por ejemplo, la pasividad del oro se asocia típicamente con términos relativistas. [ 202 ] Una adición clave de Mott y Rudolf Peierls fue que estos no podían ignorarse. [ 203 ] Por ejemplo, el óxido de níquel sería un metal si se utilizara un enfoque de un solo electrón, pero de hecho tiene una brecha de banda bastante grande. [ 204 ] A partir de 2024 es más común utilizar un enfoque basado en la teoría del funcional de la densidad donde se incluyen los términos de muchos cuerpos. [ 205 ] [ 206 ] Aunque los cálculos precisos siguen siendo un desafío, ahora se dispone de resultados razonables en muchos casos. [ 207 ] [ 208 ]

Es común matizar la definición inicial de Alan Herries Wilson y Mott, que se refería a una temperatura cero. Como lo discuten Peter Edwards y sus colegas, [ 209 ] así como Fumiko Yonezawa , [ 196 ] : 257–261 es importante considerar las temperaturas a las que se utilizan tanto metales como no metales. Yonezawa proporciona una definición general para temperaturas y condiciones generales (como temperatura y presión estándar): [ 196 ] : 260

Cuando un material conduce la electricidad y, al mismo tiempo, su coeficiente de temperatura de conductividad eléctrica no es positivo bajo ciertas condiciones ambientales, dicho material es metálico bajo esas condiciones. Un material que no cumple con estos requisitos no es metálico bajo esas condiciones ambientales.

El significado preciso de semiconductor requiere cierta atención. En términos de la dependencia de su conductividad con la temperatura, todos se clasifican como aislantes; las formas puras son semiconductores intrínsecos . Cuando se dopan, su conductividad continúa aumentando con la temperatura [ 157 ] y puede llegar a ser considerable; de ​​ahí las ambigüedades con una categorización empírica basada en la conductividad descrita anteriormente. De hecho, algunos elementos que normalmente se consideran aislantes se han explotado como semiconductores. Por ejemplo, el diamante, que tiene la mayor banda prohibida de los elementos que son sólidos en condiciones normales [ 210 ] , tiene varias aplicaciones como semiconductor. [ 211 ] [ 212 ]

Las definiciones de estructura de bandas de metales y no metales se utilizan ampliamente en la investigación actual de materiales y se aplican tanto a elementos individuales como el boro aislante [ 213 ] como a compuestos como el titanato de estroncio [ 214 ] . Las características asociadas con los metales y no metales en trabajos anteriores, como su apariencia y propiedades mecánicas, ahora se entienden como consecuencias de cómo se organizan los átomos y los electrones.

Comparación de propiedades seleccionadas

Las dos tablas de esta sección enumeran algunas de las propiedades de cinco tipos de elementos (gases nobles, no metales halógenos, no metales no clasificados, metaloides y, a modo de comparación, metales) según sus formas más estables a temperatura y presión estándar. Las líneas discontinuas alrededor de las columnas correspondientes a los metaloides indican que el tratamiento de estos elementos como un tipo distinto puede variar según el autor o el esquema de clasificación utilizado.

Propiedades físicas según el tipo de elemento

Las propiedades físicas se enumeran en orden aproximado según la facilidad con que se puedan determinar.

Propiedades químicas según el tipo de elemento

Las propiedades químicas se enumeran desde características generales hasta detalles más específicos.

† El hidrógeno también puede formar hidruros tipo aleación [ 130 ] ‡ Las etiquetas bajo , moderado , alto y muy alto se basan arbitrariamente en los rangos de valores enumerados en la tabla

Véase también

Notas

  1. ↑ Las formas más estables son: hidrógeno diatómico H₂ ; boro β-romboédrico ; grafito parael carbono ; nitrógeno diatómico N₂ ; oxígeno diatómicoO₂ ; silicio tetraédrico; fósforo negro ; azufre ortorrómbicoS₈; α-germanio ; arsénico gris ; selenio gris; antimonio gris; telurio gris ; y yodo diatómico I₂ . Todos los demás elementos no metálicos tienen solo una forma estable en condiciones normales de presión y temperatura (CNPT ) . [ 5 ]
  2. ↑ A temperaturas y presiones más elevadas, la cantidad de no metales puede ponerse en duda. Por ejemplo, cuando el germanio se funde, pasa de ser un semiconductor a un conductor metálico con una conductividad eléctrica similar a la del mercurio líquido. [ 12 ] A una presión suficientemente alta, el sodio (un metal) se convierte en un aislante no conductor. [ 13 ]
  3. ↑ La luz absorbida puede convertirse en calor o reemitirse en todas direcciones, de modo que el espectro de emisión es miles de veces más débil que la radiación de luz incidente. [ 16 ]
  4. ↑ El yodo sólido tiene un aspecto metálico plateado bajo luz blanca a temperatura ambiente. A temperaturas ordinarias y superiores, se sublima de la fase sólida directamente a un vapor de color violeta. [ 17 ]
  5. ↑ Los no metales sólidos tienen valores de conductividad eléctrica que van desde 10 −18 S•cm −1 para el azufre [ 21 ] hasta 3 × 10 4 en el grafito [ 22 ] o 3,9 × 10 4 para el arsénico ; [ 23 ] compárese con 0,69 × 10 4 para el manganeso hasta 63 × 10 4 para la plata , ambos metales. [ 21 ] La conductividad del grafito y del arsénico (ambos semimetales) supera la del manganeso.
  6. ↑ Los valores de conductividad térmica de los metales varían desde 6,3 W m −1 K −1 para el neptunio hasta 429 para la plata ; compárese con el antimonio 24,3, el arsénico 50 y el carbono 2000. [ 21 ] Los valores de conductividad eléctrica de los metales varían desde 0,69 S•cm −1 × 10 4 para el manganeso hasta 63 × 10 4 para la plata ; compárese con el carbono 3 × 10 4 , [ 22 ] el arsénico 3,9 × 10 4 y el antimonio 2,3 × 10 4 . [ 21 ]
  7. ↑ Si bien el CO y el NO se suelen considerar neutros, el CO es un óxido ligeramente ácido que reacciona con bases para producir formiatos (CO + OH − → HCOO − ); [ 58 ] y en agua, el NO reacciona con oxígeno para formar ácido nitroso HNO 2 (4NO + O 2 + 2H 2 O → 4HNO 2 ). [ 59 ]
  8. ↑ Los valores de electronegatividad del flúor al yodo son: 3,98 + 3,16 + 2,96 + 2,66 = 12,76/4 = 3,19.
  9. ↑ El helio se muestra encima del berilio por motivos de coherencia en la configuración electrónica; como gas noble, normalmente se coloca encima del neón, en el grupo 18.
  10. ↑ El resultado neto es una diferencia par-impar entre periodos (excepto en el bloque s ): los elementos en periodos pares tienen radios atómicos más pequeños y prefieren perder menos electrones, mientras que los elementos en periodos impares (excepto el primero) difieren en la dirección opuesta. Muchas propiedades en el bloque p muestran entonces una tendencia en zigzag en lugar de una tendencia suave a lo largo del grupo. Por ejemplo, el fósforo y el antimonio en periodos impares del grupo 15 alcanzan fácilmente el estado de oxidación +5, mientras que el nitrógeno, el arsénico y el bismuto en periodos pares prefieren permanecer en +3. [ 74 ]
  11. ↑ Los estados de oxidación no reflejan la carga neta real de los átomos en las moléculas o iones, sino que representan la valencia, que se refiere más bien a la cantidad de enlaces presentes. Por ejemplo, el carbono suele tener una valencia de +4, lo que significa que forma tres enlaces. Los elementos electronegativos, como el flúor, se asocian convencionalmente con la valencia negativa, mientras que los electropositivos tienen valencia positiva.
  12. ↑ Greenwood [ 80 ] comentó que: «El grado en que los elementos metálicos imitan al boro (al tener menos electrones que orbitales disponibles para el enlace) ha sido un concepto coherente y fructífero en el desarrollo de la química de los metaloboranos ... De hecho, se ha hecho referencia a los metales como "átomos de boro honorarios" o incluso como "átomos de flexiboro". La relación inversa también es claramente válida».
  13. ↑ Por ejemplo, la conductividad del grafito es 3 × 10 4 S•cm −1. [ 82 ] mientras que la del manganeso es 6,9 × 10 3 S•cm −1 . [ 83 ]
  14. ↑ Un catión homopoliatómico consta de dos o más átomos del mismo elemento unidos entre sí y con carga positiva, por ejemplo, N⁵⁺ , O²⁺ y Cl⁴⁺ . Este comportamiento es inusual para los no metales , ya que la formación de cationes normalmente se asocia con los metales, y los no metales con la formación de aniones. Se conocen cationes homopoliatómicos para el carbono, fósforo, antimonio, azufre, selenio, telurio, bromo, yodo y xenón. [ 85 ]
  15. ↑ De las doce categorías de la tabla periódica de la Royal Society, cinco solo aparecen con el filtro de metales, tres solo con el filtro de no metales y cuatro con ambos. Curiosamente, los seis elementos marcados como metaloides (boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio) aparecen con ambos filtros. Otros seis elementos (113–118: nihonio, flerovio, moscovio, livermorio, tenesino y oganesón), cuyo estatus se desconoce, también aparecen con ambos filtros, pero no están incluidos en ninguna de las doce categorías de color.
  16. ↑ Las comillas no se encuentran en la fuente; se utilizan aquí para dejar claro que la fuente emplea la palabra no metales como un término formal para el subconjunto de elementos químicos en cuestión, en lugar de aplicarlo a los no metales en general.
  17. ↑ Las distintas configuraciones de estos no metales se han denominado, por ejemplo, no metales básicos, [ 95 ] bioelementos, [ 96 ] no metales centrales, [ 97 ] CHNOPS, [ 98 ] elementos esenciales, [ 99 ] "no metales", [ 100 ] [ p ] no metales huérfanos, [ 101 ] o no metales redox. [ 102 ]
  18. ↑ El arsénico es estable en aire seco. La exposición prolongada al aire húmedo produce la formación de una capa superficial negra. "El arsénico no es fácilmente atacado por el agua, las soluciones alcalinas ni los ácidos no oxidantes". [ 107 ] Ocasionalmente se puede encontrar en la naturaleza en forma no combinada. [ 108 ] Tiene un potencial de reducción estándar positivo (As → As 3+ + 3e = +0,30 V), lo que corresponde a una clasificación de metal seminoble. [ 109 ]
  19. ↑ "El boro cristalino es relativamente inerte." [ 103 ] El silicio "es generalmente muy poco reactivo." [ 104 ] "El germanio es un semimetal relativamente inerte." [ 105 ] "El arsénico puro también es relativamente inerte." [ 106 ] [ r ] "El antimonio metálico es ... inerte a temperatura ambiente." [ 110 ] "En comparación con S y Se , Te tiene una reactividad química relativamente baja." [ 111 ]
  20. ↑ La imprecisión de los límites y las superposiciones suelen ocurrir en los esquemas de clasificación. [ 114 ]
  21. ↑ Jones adopta una perspectiva filosófica o pragmática sobre estas cuestiones. Escribe: «Aunque la clasificación es una característica esencial de todas las ramas de la ciencia, siempre existen casos difíciles en los límites. El límite de una clase rara vez es nítido ... Los científicos no deberían preocuparse demasiado por los casos difíciles. Mientras un sistema de clasificación sea beneficioso para la economía de la descripción, para la estructuración del conocimiento y para nuestra comprensión, y los casos difíciles constituyan una pequeña minoría, entonces consérvelo. Si el sistema resulta menos útil, entonces deséchelo y reemplácelo por un sistema basado en características compartidas diferentes». [ 114 ]
  22. ↑ Para una comparación relacionada de las propiedades de metales, metaloides y no metales , véase Rudakiya y Patel (2021), pág. 36.
  23. ↑ Los óxidos metálicos suelen ser algo iónicos, dependiendo de la electropositividad del elemento metálico. [ 123 ] Por otro lado, los óxidos de metales con altos estados de oxidación suelen ser poliméricos o covalentes. [ 124 ] Un óxido polimérico tiene una estructura enlazada compuesta por múltiples unidades repetitivas. [ 125 ]
  24. ↑ Los cuatro tienen formas menos estables y no quebradizas: el carbono como grafito exfoliado (expandido) , [ 224 ] [ 225 ] y como alambre de nanotubos de carbono ; [ 226 ] el fósforo como fósforo blanco (blando como la cera, flexible y se puede cortar con un cuchillo a temperatura ambiente); [ 47 ] el azufre como azufre plástico; [ 48 ] y el selenio como alambres de selenio. [ 49 ]
  25. ↑ Los metales tienen valores de conductividad eléctrica de desde6,9 × 10 3  S•cm −1 para el manganeso a6,3 × 10⁵ para la plata . [ 228 ]
  26. ↑ Los metaloides tienen valores de conductividad eléctrica de desde1,5 × 10 −6  S•cm −1 para el boro a3,9 × 10 4 para el arsénico . [ 229 ]
  27. ↑ Los no metales no clasificados tienen valores de conductividad eléctrica de aproximadamente.1 × 10 −18  S•cm −1 para los gases elementales a3 × 10 4 en grafito. [ 82 ]
  28. ↑ Los no metales halógenos tienen valores de conductividad eléctrica de aproximadamente.1 × 10 −18  S•cm −1 para F y Cl a1,7 × 10 −8  S•cm −1 para el yodo. [ 82 ] [ 230 ]
  29. ↑ Los gases elementales tienen valores de conductividad eléctrica de aprox.1 × 10 −18  S•cm −1 . [ 82 ]
  30. ↑ Los metaloides siempre dan "compuestos de carácter menos ácido que los compuestos correspondientes de los no metales [típicos]". [ 215 ]
  31. ↑ El trióxido de arsénico reacciona con el trióxido de azufre, formando sulfato de arsénico As₂(SO₄ ) ₃ . [ 238 ] Esta sustancia es de naturaleza covalente en lugar de iónica; [ 239 ] también se da como As₂O₃ · 3SO₃ . [ 240 ]
  32. ↑ NO2 ,N2 O5 ,SO3 ,SeO3 son fuertemente ácidos. [ 241 ]
  33. ↑ H₂O, CO, NO, N₂O son óxidos neutros; CO y N₂O son "formalmente los anhídridos del ácido fórmico y del ácido hiponitroso , respectivamente, asaber: CO + H₂O → H₂CO₂ ( HCOOH, ácido fórmico); N₂O + H₂O→ H₂N₂O₂ ( ácido hiponitroso ) " . [ 242 ]
  34. ↑ ClO2 ,Cl2 O7 ,yo2 O5 son fuertemente ácidos. [ 243 ]
  35. ↑ Los metales que forman vidrios son: vanadio; molibdeno, tungsteno; aluminio, indio, talio; estaño, plomo; y bismuto. [ 246 ]
  36. ↑ Los no metales no clasificados que forman vidrios son el fósforo, el azufre y el selenio; [ 246 ] El CO 2 forma un vidrio a 40 GPa. [ 248 ]
  37. ↑ El heluro disódico (Na₂He ) es un compuesto de helio y sodio que es estable a altas presiones superiores a 113 GPa. El argón forma una aleación con níquel a 140 GPa y cerca de 1500 K; sin embargo, a esta presión, el argón ya no es un gas noble. [ 256 ]
  38. ↑ Los valores de los gases nobles provienen de Rahm, Zeng y Hoffmann. [ 258 ]

Referencias

Citas

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