2.2.4.-Afinidad electrónica

La afinidad electrónica (AE) o electroafinidad se define como la energía involucrada cuando un átomo gaseoso neutro en su estado fundamental (de mínima energía) que captura un electrón y forma un ion mono negativo:

.

Dado que se trata de energía liberada, pues normalmente al insertar un electrón en un átomo predomina la fuerza atractiva del núcleo, que tiene signo negativo. En los casos en los que la energía sea absorbida, cuando ganan las fuerzas de repulsión, tendrán signo positivo; AE se expresa comúnmente en el Sistema Internacional de Unidades, en kJmol-1.

También podemos recurrir al proceso contrario para determinar la primera afinidad electrónica, ya que sería la energía consumida en arrancar un electrón a la especie ani onica mono negativa en estado gaseoso de un determinado elemento; evidentemente la entalpía correspondiente AE tiene signo negativo, salvo para los gases nobles y metales alcalinotérreos. Este proceso equivale al de la energía de ionización de un átomo, por lo que la AE sería por este formalismo la energía de ionización de orden cero.

Esta propiedad nos sirve para prever que elementos generaran con facilidad especies aní nicas estables, aunque no hay que relegar otros factores: tipo de contracción, estado sólido, ligando-disolución, etc.

2.2.5.- Número de oxidación

 El número de oxidación es un número entero que representa el número de electrones que un átomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado. 

    El número de oxidación es positivo si el átomo pierde electrones, o los comparte con un átomo que tenga tendencia a captarlos. Y será negativo cuando el átomo gane electrones, o los comparta con un átomo que tenga tendencia a cederlos.

    El número de oxidación se escribe en números romanos (recuérdalo cuando veamos la nomenclatura de Stock): +I, +II, +III, +IV, -I, -II, -III, -IV, etc. Pero en esta página también usaremos caracteres arábigos para referirnos a ellos: +1, +2, +3, +4, -1, -2, -3, -4 etc., lo que nos facilitará los cálculos al tratarlos como números enteros.

    En los iones monoatómicos la carga eléctrica coincide con el número de oxidación. Cuando nos refiramos al número de oxidación el signo + o - lo escribiremos a la izquierda del número, como en los números enteros. Por otra parte la carga de los iones, o número de carga,  se debe escribir con el signo a la derecha del dígito: Ca2+ ión calcio(2+), CO3

2- ión carbonato(2-).

    ¿Será tan complicado saber cuál es el número de oxidación que le corresponde a cada átomo? Pues no, basta con conocer el número de oxidación de los elementos que tienen un único número de oxidación, que son pocos, y es muy fácil deducirlo a partir de las configuraciones electrónicas. Estos números de oxidación aparecen en la tabla siguiente. Los números de oxidación de los demás elementos los deduciremos de las fórmulas o nos los indicarán en el nombre del compuesto, así de fácil.

NÚMEROS DE OXIDACIÓN En los oxácidos

+1 +2

H+1 ou H–1

+3

 

+4

 

 

 

+5

+3

 

 

+6

+4

 

+7

+5

+3

+1

Li

Na

K

Rb

Cs

 Be

Mg

Ca

Sr

Ba

B

Al

Ga

In

Tl

C

Si

Ge

Sn

Pb

N

P

As

Sb

Bi

O

S

Se

Te

-

F

Cl

Br

I

-

 

 

Sc+3                                  Zn+2

Y+3                          Ag+  Cd+2

La+3                                           

  –4 –3 –2 –1Con el H y con losmetales

        El hidrógeno (H) presenta número de oxidación +1 con los no metales y –1 con los metales. 

       El flúor (F) sólo presenta el número de oxidación –1.

       El oxígeno (O) presenta el número de oxidación –2, excepto en los peróxidos donde es –1

       Los metales alcalinos (grupo 1, o grupo del Li) tienen 1 electrón de valencia, tenderán a perderlo poseyendo siempre en los compuestos número de oxidación +1.

        Los metales alcalinotérreos (grupo 2, o grupo del Be) tienen 2 electrones de valencia, tenderán a perderlos poseyendo siempre en los compuestos número de oxidación +2.

        El grupo del B (grupo 13) tiene 3 electrones de valencia, tenderán a perderlos poseyendo siempre en los compuestos número de oxidación +3.

        El grupo del C (grupo 14) tiene 4 electrones de valencia, que tienden a compartirlos,  tienen número de oxidación +4 frente a los no metales, y número de oxidación –4 frente a los metales y al H.

        El grupo del N (grupo 15) tiene 5 electrones de valencia, tenderán a ganar 3 poseyendo siempre con el H y con los metales número de oxidación –3.

        Los cal cógenos (grupo 16, o grupo del O) tienen 6 electrones de valencia, tenderán a ganar 2 poseyendo siempre con el H y con los metales número de oxidación –2.

        Los halógenos (grupo 17, o grupo del F) tienen 7 electrones de valencia, tenderán a ganar 1 poseyendo siempre con el H y con los metales número de oxidación –1.

        Dentro de los metales de transición debemos saber que la Ag tiene número de oxidación +1, el Zn y Cd tienen número de oxidación +2, y el Sc, Y y La tienen número de oxidación +3.

        Los grupos 14 al 17 presentan varios números de oxidación cuando formen oxácidos, pero ya los estudiaremos más adelante.

 

2.2.6 Electronegatividad.

La electronegatividad de un elemento es la capacidad que tiene un átomo

de dicho elemento para atraer hacia sí los electrones, cuando forma parte

de un compuesto. Si un átomo tiene una gran tendencia a atraer electrones

se dice que es muy electronegativo (como los elementos próximos al flúor)

y si su tendencia es a perder esos electrones se dice que es muy

electropositivo (como los elementos alcalinos). La electronegatividad tiene

numerosas aplicaciones tanto en las energías de enlaces, como en las

predicciones de la polaridad de los enlaces y las moléculas y, también, en la

racionalización de los tipos de reacciones que pueden experimentar las

especies químicas.Tendencia que presenta un átomo a atraer electrones de

otro cuando forma parte de un compuesto. Si un átomo atrae fuertemente

electrones, se dice que es altamente electronegativo, por el contrario, si no

atrae fuertemente electrones el átomo es poco electronegativo. Cabe

destacar, que cuando un átomo pierde fácilmente sus electrones, este es

denominado “electropositivo”. La electronegatividad posee relevancia en el

momento de determinar la polaridad de una molécula o enlace, así como el

agua (H2O) es polar, en base a la diferencia de electronegatividad entre

Hidrógeno y Oxígeno.En la tabla periódica la electronegatividad aumenta de

izquierda a derecha en un período y de abajo hacia arriba en un grupo.

2.3 Aplicacion: Impacto Economico O Ambiental De Algunos Elementos

La mayoría de los metales se encuentran en la naturaleza combinados

químicamente forma de minerales. Un mineral es una sustancia natural con

una composición química característica, que varía sólo dentro de ciertos

límites. Un depósito mineral cuya concentración es adecuada para extraer

un metal específico, se conoce como mena. En la siguiente tabla se agrupan

los principales tipos de minerales además también podemos observar una

clasificación de los tipos de minerales además también podemos observar

una clasificación de los metales basados en sus minerales. Además de los

minerales encontrados en la corteza terrestre, el agua de mar es una rica

fuente de algunos iones metálicos.

Tipo Minerales Metales nativos Ag, Au, Bi, Cu, Pd, Pt Carbonatos Ba C O3.Mg

CO 3(dolomita),Pb CO 3?(cerusita), Zn CO 3?(smithsonita) Halogenuros Ca F

2?(fluorita), Na Cl(halita), KCl(silvita), Na 3 Al F 6(criolita) Óxidos Al 2 O

3.2H2O(bauxita), Al 2 O 3(corindón), Fe 2 O 3(hematita) Fe 3 O

4(magnetita), Cu 2 O?(cuprita),Mn O 2?(pirolusita), Sn O 2?(casiterita),Ti O

2(rutilo), ZnO(zincita) Fosfatos Ca3(PO4)2(roca fosfórica),

Ca5(PO4)3OH(hidroxiapatita) Silicato Be 3 Al 2 Si 6 O 18(berilio),Zr Si O 4?

(zircón),Na Al Si 3 O 8?(albita), Mg3(Si 4 O 10?)(OH)2(talco) Sulfuros Ag 2 S?

(argentita),CdS(grenoqita),Cu 2 S?(calcocita),Fe S 2?(pirita), HgS(cinabrio),

PbS(galena),ZnS(esfalerita) Sulfatos Ba SO 4?(barita), Ca SO 4?(anhidrita),

Pb SO 4?(anglesita), Sr SO 4?(celestita), Mg SO 4?.7H2O(epsomita) 2.3.2

Clasificación de los metales por su utilidad. Grupo Metales Aplicación I

Activos 1 y 2 Excepto Mg, Be Elaboración de jabón, cerámica industrial,

neutralización de suelos ácidos con CaO,cemento a partir de Ca CO 3, Ca SO

4. II Ligeros Be, Mg, Al Aleaciones (duraluminio Mg, Al, Mn, resiste más que

el acero y es más ligero), construcción(de aviones, automóviles,

herramientas, etc.) III De punto de fusión alto Fe,Co,Ni,Cr,V,Mn,Ti,Mo

Herramientas, maquinaria, aceros(industria)(especiales(Fe principal, Cr,Ni,V)

Alvanadio (resiste vibraciones y golpes, se usa para hacer

automóviles)Al(Mg)(maquinas niveladoras de terrenos, resiste grandes

esfuerzos mecánicos)Inoxidable). IV De punto de fusión bajo Cu, Zn, Cd, Pb,

Hg, Sn (blandos, maleables y dúctiles) Aleaciones (latón(Cu-Zn)bronce(Cu-

Sn)plata alemana(Cu,Zn,Ni)monedas(Cu-Ni). V Nobles Ag, Au, Pt Joyería,

material para laboratorio.

Clasificación de los metales de acuerdo a como se encuentran en la

naturaleza: Metales, grupo de elementos químicos que presentan todas o

gran parte de las siguientes propiedades físicas: estado sólido a

temperatura normal, excepto el mercurio que es líquido; opacidad, excepto

en capas muy finas; buenos conductores eléctricos y térmicos; brillantes,

una vez pulidos, y estructura cristalina en estado sólido. Metales y no

metales se encuentran separados en el sistema periódico por una línea

diagonal de elementos. Los elementos a la izquierda de esta diagonal son

los metales, y los elementos a la derecha son los no metales. Los elementos

que integran esta diagonal —boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio,

telurio, polonio y astato— tienen propiedades tanto metálicas como no

metálicas. Los elementos metálicos más comunes son los siguientes:

aluminio, bario, berilio, bismuto, cadmio, calcio, cerio, cromo, cobalto,

cobre, oro, iridio, hierro, plomo, litio, magnesio, manganeso, mercurio,

molibdeno, níquel, osmio, paladio, platino, potasio, radio, rodio, plata, sodio,

tantalio, talio, torio, estaño, titanio, volframio, uranio, vanadio y cinc. Los

elementos metálicos se pueden combinar unos con otros y también con

otros elementos formando compuestos, disoluciones y mezclas. Una mezcla

de dos o más metales o de un metal y ciertos no metales como el carbono

se denomina aleación. Las aleaciones de mercurio con otros elementos

metálicos son conocidas como amalgamas. El número de elementos que

existen en la naturaleza es de 92 pero pueden añadirse algunos elementos

obtenidos artificialmente. Elemento Un elemento es una sustancia

constituida por átomos con el mismo número atómico. Algunos elementos

comunes son oxígeno, nitrógeno, hierro, cobre, oro, plata, hidrógeno, cloro y

uranio. Aproximadamente el 75% de los elementos son metales y los otros

son no metales. La mayor parte de los elementos son sólidos a temperatura

ambiente, dos de ellos (mercurio y bromo) son líquidos y el resto son gases.

Pocos elementos se encuentran en la naturaleza en estado libre (no

combinados), entre ellos el oxígeno, nitrógeno; los gases nobles (helio,

neón, argón, kriptón, xenón y radón); azufre, cobre plata y oro. Los más de

los elementos se encuentran en la naturaleza combinados con otros

elementos formando compuestos. Los elementos están clasificados en

familias o grupos en la tabla periódica. También se clasifican en metales y

no metales. Un elemento metálico es aquel cuyos átomos forman iones

positivos en solución, y uno no metálico aquel que forma iones negativos en

solución. Los átomos de un elemento tienen el mismo número atómico, pero

no necesariamente el mismo peso atómico. Los átomos con el mismo

número atómico, pero diferentes pesos, se llaman isótopos. Todos los

elementos tienen isótopos, aunque en ciertos casos sólo se conocen los

isótopos sintéticos.

Muchos de los isótopos de los diferentes elementos son inestables, o

radiactivos, y por ende se desintegran para forma átomos estables, del

mismo elemento o de algún otro. Se cree que los elementos químicos son

resultado de la síntesis por procesos de fusión a muy altas temperaturas (en

el orden de los 100 000 000ºC o 180 000 000ºF y superiores). La fusión de

las partículas nucleares simples (protones y neutrones) lleva primero a

núcleos atómicos como el helio y luego a los núcleos más pesados y

complejos de los elementos ligeros (litio, boro, berilio y así sucesivamente).

Los átomos de helio bombardean a los átomos de elementos ligeros y

producen neutrones. Los neutrones son capturados por los núcleos de los

elementos y producen otros más pesados. Estos dos procesos -fusión de

protones y captura de neutrones- son los procesos principales con que se

forman los elementos químicos. Se han sintetizado varios elementos

presentes solamente en trazas o ausentes en la naturaleza. Son el tecnecio,

prometió, astatinio, francio y todos los elementos con números atómicos

superiores a 92. Abundancia cósmica. La abundancia de los elementos en

las rocas de la Tierra, la Tierra en general, los meteoritos, el sistema solar,

las galaxias o todo el universo, corresponde al promedio de las cantidades

relativas de los elementos químicos presentes o, en otras palabreas, a la

composición química promedio. La abundancia de los elementos está dada

por el número de átomos de un elemento de referencia. El silicio

comúnmente se toma como el elemento de referencia en el estudio de la

composición de la Tierra y los meteoritos, y los datos están dados en

átomos por 106 átomos de silicio. Los resultados de las determinaciones

astronómicas de la composición del Sol y las estrellas con frecuencia se

expresan en átomos por 1010 átomos de hidrógeno. Los análisis químicos

ordinarios, entre ellos las técnicas avanzadas para estudios de trazas de

elementos (tales como activación neutrónica o dilución isotópica), sirven

para determinar la composición de rocas y meteoritos. La composición del

Sol y las estrellas puede obtenerse de análisis espectroscópicos

cuantitativos. Los elementos más abundantes en la superficie de la Tierra

son oxígeno, silicio, magnesio, calcio, aluminio, así como el hierro. En el

universo, el hidrógeno y el helio constituyen más del 95% de la materia

total. La composición isotópica de los elementos es casi la misma en todo el

material terrestre y en los meteoritos. La abundancia nuclear de los isótopos

se puede calcular de la composición isotópica de un elemento y de su

abundancia cósmica. Los valores de abundancia nuclear muestran una clara

correlación con ciertas propiedades nucleares, y puede suponerse que son

una buena aproximación de la distribución del rendimiento original del

proceso termonuclear que provocó la formación de los elementos. Los

valores empíricos de abundancia pueden así servir de base para

consideraciones teóricas acerca del origen de la materia y del universo y

han conducido a la siguiente conclusión: no existe un mecanismo único y

simple por el cual puedan haberse formado los elementos, con su

composición isotópica observada. La materia del cosmos parece ser una

mezcla de material formado en diferentes condiciones y tipos de procesos

nucleares. Distribución geoquímica. La distribución de los elementos

químicos en las principales zonas de la Tierra (corteza, manto, núcleo)

depende de la historia remota y de la evolución subsecuente tanto de la

Tierra como del sistema solar. Dado que estos eventos ocurrieron hace

largo tiempo y no hay evidencia directa de lo que en realidad sucedió, hay

mucha especulación en la explicación actual de la distribución de los

elementos en las principales zonas de la Tierra. Antes de que evolucionara

el sistema proto-solar para formar el Sol y los planetas probablemente fue

una gran nube de gas, polvo y alguna otra materia en forma de lente y

girando. El interior de esta nube, contraída y calentada en un inicio por

atracción gravitacional, elevó su temperatura y presión lo suficiente para

iniciar las reacciones nucleares, generando luz y calor. La materia en los

remolinos dentro de las zonas periféricas de la nube, con el tiempo

coalesció y formó los planetas individuales. Porciones de elementos ligeros

más volátiles (como N, C, O e H) escaparon del interior más caliente del

sistema y fueron enriquecidos en los grandes planetas externos menos

densos (Júpiter, Saturno, Urano y Neptuno). Los elementos más pesados,

menos volátiles (como Ca, Na, Ng, Al, Si, K, Fe, Ni y S), tendieron a

permanecer cerca del centro del sistema y fueron enriquecidos en los

pequeños planetas internos más densos (Mercurio, Venus, Tierra y Marte).

Se piensa que el crecimiento de la Tierra fue de una nube cuya composición

era muy parecida a la del tipo de los meteoritos rugosos conocidos como

contritas. La proto-Tierra fue probablemente homogénea, esferoide, sin

zonas delimitadas, de composición aproximadamente condrítica. Según la

hipótesis de una Tierra sin zonas bien delimitadas y el modelo condrítico, la

aleación Ni-Fe formó el núcleo, y las fases remanentes formaron el manto.

En una época muy remota de su historia (hace 4–5 x 109 años) es probable

que tuviera principalmente forma sólida. La mayoría de los estudiosos de la

Tierra suponen que un calentamiento posterior, debido a la contracción

adiabática y decaimiento radiactivo, originó un extenso fenómeno de fusión,

la aleación Ni-Fe, su fundió inicialmente; por su mayor densidad, la aleación

se mantuvo en su posición y formó el núcleo. Este evento se conoce como la

catástrofe del hierro. Al continuar la fusión habría creado tres líquidos

inmiscibles; silicatos, sulfuros y aleaciones. Los silicatos, sulfuros y otros

compuestos remanentes podrían haber formado el manto que rodea el

núcleo. La nueva capa oceánica, compuesta principalmente de rocas

basálticas, daría lugar a los arrecifes de alta mar (centros de difusión) por

medio de una fusión parcial del manto. En relación con el manto, la corteza

basáltica está enriquecida en Si, Al, Ca, Na, K y un gran número de

elementos iónicos litó filos; pero es pobre en Mg, Fe y ciertos metales de

transición (del grupo VIII en particular).

El proceso de fusión parcial de la parte superior del manto y la ascensión del

magma formaron una nueva corteza, y puede ser el mecanismo dominante

para la concentración de los elementos que enriquecieron la capa de la

corteza a expensas del manto. La fusión parcial también ocurrió dentro de la

corteza continental, provocando a la formación y ascenso de magmas

comparativamente ricos en elementos del manto, y pobre en relación con

los elementos de las rocas de las que provienen los magmas. Éstos tienden

a moverse hacia arriba con el tiempo, solidificándose en ocasiones y

formando parte de la corteza continental con diversas zonas, una superior,

teniendo una composición granítica, y una inferior (sima), de composición

desconocida, probablemente parecida a la del basalto. La corteza granítica

superior es aún más abundante en elementos de la corteza. Modificaciones

posteriores de la corteza continental superior pueden ocurrir a través de

procesos como la sedimentación climática, el metamorfismo y la

diferenciación ígnea. Elementos actínidos. Serie de elementos que comienza

con el actinio (número atómico 89) y que incluye el torio, protactinio, uranio

y los elementos transuránicos hasta el laurencio (número atómico 103).

Estos elementos tienen gran parecido químico con los lantánidos, o tierras

raras, elementos de números atómicos 57 a 71. Sus números atómicos,

nombres y símbolos químicos son: 89, actinio (Ac), el elemento prototipo,

algunas veces no se incluye como un miembro real de la serie; 90, torio

(Th); 91, protactinio (Pa); 92, uranio (U); 93, neptunio (Np); 94, plutonio

(Pu); 95, americio (Am); 96, curio (Cm); 97, berkelio (Bk); 98, californio (Cf);

99, einstenio (Es); 100, fermio (Fm); 101, mendelevio (Md); 102, nobelio

(No); 103, laurencio (Lr). A excepción del torio y el uranio, los actínidos no

están presentes en la naturaleza en cantidades apreciables. Los elementos

transuránicos se descubrieron e investigaron como resultado de sus síntesis

en reacciones nucleares. Todos son radiactivos, y con excepción del torio y

el uranio, incluso en pequeñas cantidades, deben manejarse con

precauciones especiales. La mayor parte de los actínidos tienen lo siguiente

en común: cationes trivalentes que forman iones complejos y orgánicos; los

sulfatos, nitratos, halogenuros, percloratos y sulfuros correspondientes son

solubles, mientras que los fluoruros y oxalatos son insolubles en ácidos.

Elementos métalo ácidos. Los elementos químicos con los siguientes

números atómicos y nombres: 23, vanadio, V; 41, niobio, Nb; 73, tántalo,

Ta; 24, cromo, Cr; 42, molibdeno, Mo; 74, tungsteno, W; 25, manganeso,

Mn; 43, tecnecio, Tc y 75, renio, Re. Estos elementos son un subgrupo

integrante de los grupos V, VI y VII de la tabla periódica, respectivamente.

En estado elemental todos son metales de alta densidad, alto punto de

fusión y baja volatilidad. La clasificación como elementos métalo ácidos se

refiere al hecho de que sus óxidos reaccionan con el agua para producir

soluciones ligeramente ácidas, en contraste con el comportamiento más

usual de los óxidos de otros metales que dan soluciones básicas. Elementos

nativos. Elementos que aparecen en la naturaleza sin combinarse con otros.

Además de los gases libres de la atmósfera, existen alrededor de 20

elementos que se encuentran bajo la forma de minerales en estado nativo.

Éstos se dividen en metales, semi-metales y no metales. El oro, la plata, el

cobre y el platino son los más importantes entre los metales, y cada uno de

ellos se ha encontrado en ciertas localidades en forma lo suficientemente

abundante para que se exploten como si fueran minas. Otros metales

menos comunes son los del grupo del platino, plomo, mercurio, tantalio,

estaño y zinc. El hierro nativo se encuentra, en escasas cantidades, lo

mismo como hierro terrestre que como procedente de meteoritos. Los semi-

metales nativos pueden dividirse en: 1) el grupo del arsénico, que incluye al

arsénico, antimonio y bismuto, y 2) el grupo del telurio, que incluye el

telurio y el selenio. Los no metales nativos son el azufre y el carbón en sus

formas de grafito y diamante. El azufre nativo es la fuente industrial

principal de este elemento. Elementos de tierras raras. Al grupo de 17

elementos químicos, con números atómicos 21, 39 y 57–71, se le conoce

con el nombre de tierras raras; el nombre lantánidos se reserva para los

elementos del 58 a 71. El nombre de tierras raras es inapropiado, porque no

son ni raras ni tierras. La mayor parte de las primeras aplicaciones de las

tierras raras aprovecharon sus propiedades comunes, utilizándose

principalmente en las industrias del vidrio, cerámica, de alumbrado y

metalurgia. Hoy, estas aplicaciones se sirven de una cantidad muy

considerable de la mezcla de tierras raras tal como se obtienen del mineral,

aunque algunas veces esta mezcla se complementa con la adición de cerio

o se eliminan algunas de sus fracciones de lantano o cerio. Estos elementos

presentan espectros muy complejos, y los óxidos mezclados, cuando se

calientan, dan una luz blanca intensa parecida a la luz solar, propiedad que

encuentra su aplicación en arcos con núcleo de carbón, como los que se

emplean en la industria del cine. Los metales de las tierras raras tienen gran

afinidad por los elementos no metálicos; por ejemplo, hidrógeno, carbono,

nitrógeno, oxígeno, azufre, fósforo y halogenuros. Cantidades considerables

de las mezclas de metales raros se reducen a metales, como el “misch

metal”, y estas aleaciones se utilizan en la industria metalúrgica. Las

aleaciones de cerio y las mezclas de tierras raras se emplean en la

manufactura de piedras de encendedor. Las tierras raras se utilizan también

en la industria del petróleo como catalizador. Granates de itrio y aluminio

(YAG) se emplean en el comercio de joyería como diamantes artificiales.

Aunque las tierras raras están ampliamente distribuidas en la naturaleza,

por lo general se encuentran en concentración baja, y sólo existen en alta

concentración en las mezclas de cierto número de minerales. La abundancia

relativa de las diferentes tierras raras en algunas rocas, formaciones

geológicas, astrofísicos y cosmólogos. Los elementos de las tierras raras son

metales que poseen propiedades individuales particulares. Muchas de las

propiedades de los metales de las tierras raras y de las mezclas indican que

son muy sensibles a la temperatura y la presión. También son diferentes

cuando consideramos las medidas entre los ejes cristalinos de los metales;

por ejemplo, la conductividad eléctrica, la constante de elasticidad, etc. Las

tierras raras forman sales orgánicas con ciertos compuestos quelato-

orgánicos. Esto quelatos, que han reemplazado parte del agua alrededor de

los iones, aumenta las diferencias en las propiedades entre cada elemento

de las tierras raras, lo que se ha aprovechado en los métodos modernos de

separación por intercambio iónico. Elementos de transición. En términos

amplios, son los elementos con número atómico del 21–31, 39–49 y 71–81.

En la clasificación más estricta de los elementos de transición, preferida por

muchos químicos, incluyen sólo los elementos de número atómico 22–28,

40–46 y 72 al 78. Todos los elementos de esta clasificación tienen uno o

más electrones en la subcapa parcialmente llena y tienen, por lo menos, un

estado de oxidación bien conocido. Todos los elementos de transición son

metales y, en general, se caracterizan por sus elevadas densidades, altos

puntos de fusión y bajas presiones de vapor. En el mismo subgrupo, estas

propiedades tienden a aumentar con el incremento del peso atómico. La

facilidad para forma enlaces metálicos se demuestra por la existencia de

una gran variedad de aleaciones entre diferentes metales de transición. Los

elementos de transición incluyen la mayor parte de los metales de mayor

importancia económica, como el hierro, níquel y zinc, que son relativamente

abundantes por una parte, y, por otra, los metales para acuñación, cobre,

plata y oro. También se incluyen elementos raros y poco conocidos, como el

renio y el tecnecio, el cual no se encuentra en la Tierra en forma natural,

aunque sí en pequeñas cantidades como producto de fisión nuclear. En sus

compuestos, los elementos de transición tienden a exhibir valencias

múltiples; la valencia máxima tiende a incrementarse de 3+ en la serie (Sc,

Y, Lu) a 8+ en el quinto miembro (Mn, Re). Una de las características más

importantes de los elementos de transición es la facilidad con que forman

iones complejos y estables. Las características que contribuyen a esta

capacidad son la elevada relación carga-radio y la disponibilidad de sus

orbitales d parcialmente llenos, los cuales pueden ser utilizados para forma

enlaces. La mayor parte de los iones y compuesto de los metales de

transición son coloridos, y muchos de ellos paramagnéticos. Tanto el color

como el paramagnetismo se relacionan con la presencia de electrones

desapareados en la subcapa d. Por su capacidad para aceptar electrones en

los orbitales d desocupados, los elementos de transición y sus compuestos

exhiben con frecuencia propiedades catalíticas. Por lo general, las

propiedades de los elementos de transición son intermedias entre los

llamados elementos representativos, en que las subcapas están

completamente ocupadas por electrones (elementos alcalinos; halógenos),

y los interiores o elementos de transición f, en 1.que los orbitales de las

subcapas desempeñan un papel mucho menos importante en las

propiedades químicas. Elementos transuránicos. Elementos sintéticos con

números atómicos superiores al del uranio (número atómico 92). Son

miembros de los actínidos, desde el neptunio (número atómico 93) hasta el

laurencio (número atómico 103) y los elementos transactínidos (con

números atómicos superiores a 103). El concepto de peso atómico en el

sentido que se da a los elementos naturales no es aplicable a los elementos

transuránicos, ya que la composición isotópica de cualquier muestra

depende de su fuente. En la mayor parte de los casos el empleo de número

de masa del isótopo de mayor vida media en combinación con una

evaluación de su disponibilidad ha sido adecuado. Buenas elecciones en el

momento actual son: neptunio, 237; plutonio, 242; americio, 243; curio,

248; berkelio, 249; californio, 250; einstenio, 254; fermio, 257; mendelevio,

258; nobelio, 259; laurencio, 260; rutherfordio (elemento 104), 261; hafnio

(elemento 105), 262 y elemento 106, 263. Los actínidos son químicamente

similares y tienen gran semejanza química con los lantánidos o tierras raras

(números atómicos 51–71). Los transactínidos, con números atómicos 104–

118, deben ser colocados en una tabla periódica ampliada debajo del

periodo de elementos comenzando con el hafnio, número atómico 72, y

terminando con el radón, número atómico 86. Esta disposición permite

predecir las propiedades químicas de estos elementos y sugiere que

tendrán una analogía química, elemento por elemento, con los que

aparecen inmediatamente arriba de ellos en la tabla periódica. Los

transuránicos, incluyendo hasta al fermio (número atómico 100), se

producen en grandes cantidades por medio de la captura sucesiva de

electrones en los reactores nucleares. El rendimiento disminuye con el

incremento del número atómico y el más pesado que se produce en

cantidades apreciables es el einstenio (número 99). Muchos otros isótopos

se obtienen por bombardeo de isótopos blanco pesados con proyectiles

atómicos cargados en aceleradores; más allá del fermio todos los elementos

se obtienen por bombardeo de iones pesados. Se predice que los

transactínidos que siguen al elemento 106 tendrán una vida media muy

corta, pero consideraciones teóricas sugieren una estabilidad nuclear

mayor, si se comparan con los elementos precedentes y sucesivos, para una

gama de elementos situados alrededor de los números atómicos 110, 115 o

120 a causa de la estabilidad predicha por derivarse de capas nucleares

cerradas.

2.3.1 Abundancia de los Elementos en la Naturaleza

La abundancia de un elemento químico indica en términos relativos cuán

común es un elemento, o cuanto existe de dicho elemento comparado con

otros elementos químicos. Se puede medir o expresar la abundancia de

varias formas, por ejemplo mediante la fracción de masa (igual a la fracción

de peso), o fracción molar (fracción de átomos, o a veces fracción de

moléculas, en el caso de gases), o en función de la fracción volumétrica. La

medida de la fracción volumétrica es una medida de abundancia usual en

mezclas de gases tales como atmósferas, que es muy similar a la fracción

molar molecular para mezclas de gases ideales (es decir mezclas de gases a

densidades y presiones relativamente reducidas).

Por ejemplo, la abundancia expresada como fracción de masa

del oxígeno en el agua es aproximadamente 89%, porque esa es la fracción

de la masa del agua que es oxígeno. Sin embargo, la abundancia expresada

como fracción molar del oxígeno en el agua es de solo el 33% porque solo

1 átomo de cada 3 en el agua es un átomo de oxígeno. En todo el universo,

y en las atmósferasde planetas gigantes de gas tales como Júpiter, las

abundancia como fracción de masa de hidrógeno y helio son

aproximadamente del 74% y 23-25% respectivamente, mientras que las

fracciones molares (atómicas) de estos elementos son del 92% y 8%. Sin

embargo, dado que el hidrógeno es diatómico mientras que el helio no lo es

en las condiciones existentes en laatmósfera exterior de Júpiter, la fracción

molar molecular (fracción de todas las moléculas de gas, o fracción de la

atmósfera expresada como volumen) del hidrógeno en la atmósfera exterior

de Júpiter es aproximadamente 86%, y del 13% para el caso del helio.

La mayoría de las abundancias mencionadas en este artículo corresponden

a abundancias expresadas como fracciones de masa.

el Cu.

La Tierra se formó a partir de la misma nube de materia de la cual se formó

el Sol, pero los planetas adquirieron diferentes composiciones durante

la formación y evolución del sistema solar. La historia de la Tierra fue tal

que partes de este planeta poseen diferentes concentraciones de

elementos.hay 118 elementos que constituyen la tierra

Abundancia de los elementos en la corteza terrestre

Esta gráfica ilustra la abundancia relativa de los elementos químicos en la

corteza continental superior de la Tierra.

Abundancia (fracción de átomos) de los elementos químicos en la corteza

continental superior de la Tierra en función del número atómico. Los

elementos más raros en la corteza (mostrados en color amarillo) no son los

más pesados, sino los elementos siderófilos (afines al hierro) según

la clasificación de elementos de Goldschmidt. Estos han disminuido al

reubicarse en las profundidades en el núcleo de la Tierra. La abundancia de

materiales demeteoroides es más elevada en términos relativos. En forma

adicional, el teluro y el selenio han sido consumidos en la corteza a causa

de la formación de hídridos volátiles.

Muchos de los elementos que se muestran en la gráfica se clasifican según

las siguientes categorías (que se solapan en forma parcial):

1. elementos que forman rocas (elementos principales en la zona verde

y elementos secundarios en la zona verde claro);

2. elementos de las tierras raras (lantánidos, La-Lu, y Y; indicados en

color azul

3. principales metales industriales (producción global >~3×107 kg/año;

indicados en color rojo);

4. metales preciosos (indicados en color púrpura);

5. los nueve "metales" más escasos— los seis elementos del grupo del

Platino más el Au, Re, y Te (un metaloide) — en la zona amarilla.

Es de notar que existen dos cortes en los cuales se encontrarían los

elementos inestables tecnecio (número atómico: 43) y prometio (número

atómico: 61).

Estos son sumamente escasos, dado que en la Tierra son únicamente

producidos mediante la fisión espontánea de elementos radioactivos muy

pesados (por ejemplo, uranio, torio, o las trazas de plutonioque existen en el

mineral de uranio), o mediante la interacción de otros elementos con rayos

cósmicos. Utilizando técnicas de espectrometría ha sido posible identificar la

presencia en las atmósferas de las estrellas de los primeros dos de estos

elementos, allí los mismos son producidos mediante procesos de

nucleosíntesis. También existen cortes en los cuales deberían encontrarse

los seis gases nobles dado que los mismos se encuentran en la corteza

terrestre como resultado de cadenas de decaimiento de elementos

radioactivos y por lo tanto allí son elementos extremadamente raros. No se

incluyen los seis, elementos altamente radioactivos muy raros

(polonio, astato, francio, radio, actinio, y protactinio), dado que cualquiera

de estos elementos que existió cuando se formó la Tierra ha decaído hace

muchos eones, y su cantidad en la actualidad es ínfima.

El Oxígeno y el silicio son elementos sumamente comunes. Existe varias

combinaciones de los mismos que dan lugar a formas comunes

de minerales de silicatos.

Abundancia de los elementos "tierras raras"

El término tierras "raras" es poco apropiado. La persistencia del término es

más una indicación de falta de familiaridad que de verdadera rareza o

escasez. La concentración en la corteza terrestre de cada uno de los

elementos de tierras rarasmás abundantes es similar a metales industriales

comunes tales como el cromo, níquel, cobre, zinc, molibdeno, estaño,

tungsteno, o plomo. Los dos elementos de las tierras raras menos

abundantes (tulio y lutecio) son aproximadamente doscientas veces más

abundantes que el oro. Sin embargo, en comparación con los metales

ordinarios y metales preciosos, los elementos de tierras raras tiene una muy

baja tendencia de estar concentrados en yacimientos minerales con "leyes"

que hagan económicamente atractiva su explotación. En consecuencia, la

mayoría del suministro mundial de elementos de tierras raras proviene de

unos pocos sitios. Más aún, los metales de tierras raras son todos

químicamente muy similares entre sí, y por lo tanto es sumamente difícil

separarlos de manera de obtener cantidades de un elemento puro. Las

diferencias en abundancias de elementos individuales de tierras raras en la

corteza superior de la Tierra representan la superposición de dos efectos,

uno nuclear y el otro geoquímico.

Primero, los elementos de tierras raras con números atómicos pares

(58Ce, 60Nd, ...) presentan abundancias cósmicas y terrestres mayores que

los elementos de tierras raras vecinos con números atómicos impares

(57La, 59Pr, ...). Segundo, los elementos de tierras raras más livianos son más

incompatibles (porque poseen un mayor radio iónico)y por lo tanto se

encuentran concentrados en mayor medida en la corteza terrestre que los

elementos de tierras raras más pesados. En la mayoría de los yacimientos

de minerales de tierras raras, los primeros cuatro elementos de tierras raras

- lantano, cerio, praseodimio, yneodimio - constituyen entre el 80% y el 99%

del total de metales de tierras raras que puede extraerse del mineral.

Océano

Composición elemental del agua de los océanos de la Tierra (en

masa)

ElementoContenido

porcentual

Element

o

Contenido

porcentual

Oxígeno 85.84 Azufre 0.091

Hidrógen

o10.82 Calcio 0.04

Cloro 1.94 Potasio 0.04

Sodio 1.08 Bromo 0.0067

Magnesio 0.1292 Carbono 0.0028

Atmósfera

El orden de los elementos expresado en función de la fracción de volumen

(que es aproximadamente la fracción molecular molar) en la

atmósfera es nitrógeno (78.1%), oxígeno (20.9%), argón (0.96%), y le

siguen (en orden incierto) el carbono y el hidrógeno porque el vapor de

agua y el dióxido de carbono, que contienen la mayoría de estos elementos

en el aire, son componentes variables. El azufre, fósforo, y todos los otros

elementos se encuentran en proporciones mucho menores.

Cuerpo humano

En proporción de masa las células del cuerpo humano consisten en un 65 al

90% de agua (H2O), y una proporción muy importante está compuesto de

moléculas orgánicas a base de carbono. Por lo tanto el oxígeno representa

la mayor parte de la masa del cuerpo humano, seguido por el carbono. El

99% de la masa del cuerpo humano está formada por seis elementos:

oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, calcio, y fósforo. El contenido de los

elementos aluminio y silicio aunque muy abundantes sobre la Tierra es

notoriamente bajo en el cuerpo humano.

Elemento Proporción en masa (%)

Oxígeno 65

Carbono 18

Hidrógeno 10

Nitrógeno 3

Calcio 1.5

Fósforo 1.2

Potasio 0.2

Azufre 0.2

Cloro 0.2

Sodio 0.1

Magnesio 0.05

Hierro, Cobalto, Cobre, Zinc, Iodo menos de 0.05 cada uno

Selenio, Fluor menos de 0.01 cada uno

2.3.2 Elementos de Importancia Economica.

Hidrogeno (H).

Este elemento es muy importante en:* La refinación de petróleo.

Aluminio (Al). 

El aluminio es resistente a la corrosión, se puede laminar e hilar por lo que se emplea en:

*La construcción de vehículos, aviones y utensilios domésticos.

  Cobalto (Co).  Se emplea en:*La fabricación de aceros especiales debido a su alta resistencia al calor, corrosión y fricción.* La fabricación de herramientas mecánicas de alta velocidad, imanes y motores.* En forma de polvo, se emplea como pigmento azul para el vidrio.

  Mercurio (Hg).  Es resistente a la corrosión y un buen conductor eléctrico. Se usa en la fabricación de:*Instrumentos de presión, baterías, termómetros, barómetro, amalgamas dentales, medicamentos e insecticidas.

  Antimonio (Sb).  Se utiliza en:*Metales de imprenta.* Fabricación de baterías y acumuladores. Recubrimientos de cables.

  Plata (Ag).  Se emplea en:*La acuñación de monedas.* Manufacturas de vajillas y joyas. En la realización de fotografías.

Cobre (Cu).  Usado principalmente como:*Conductor eléctrico.

*Elaboración de monedas y aleaciones de latón y bronce.

  Plomo (Pb).  Se emplea para la fabricación de:* Baterías y acumuladores.* Pinturas. Soldaduras.

  Hierro (Fe).  Se utiliza para fabricas:* Acero, cemento, fundiciones de metales ferrosos.

  Oro (Au).  Es el patrón monetario internacional, y se emplea en:*Joyerías y ornamentos.* Piezas dentales. Equipos científicos de elaboración.

  Carbono (C).

  El principal uso industrial del carbono es:*Como componente de hidrocarburos, especialmente los combustibles fósiles (petróleo y gas natural).

2.3.3 ELEMENTOS CONTAMINANTES

Contaminantes primarios

Los óxidos de nitrógeno (NOx)

Los contaminantes que poseen en su molécula algún átomo de nitrógeno

pueden clasificarse en 3 grupos diferentes: formas orgánicas, formas

oxidadas y forma reducidas. 

Se conocen ocho óxidos de nitrógeno distintos, pero normalmente sólo

tienen interés como contaminantes dos de ellos, el óxido nítrico (NO) y el

dióxido de nitrógeno (NO2). El resto se encuentra en equilibrio con estos

dos, pero en concentraciones tan extraordinariamente bajas

que carecen de importancia. 

El óxido nítrico (NO) es un gas incoloro y no inflamable, pero inodoro y

tóxico. 

El dióxido de nitrógeno (NO2) es un gas pardo-rojizo, no es inflamable pero

sí tóxico y se caracteriza por un olor muy asfixiante. Se utiliza normalmente

la notación NOx para representar colectivamente al NO y al NO2 implicados

en la contaminación del aire. La mayor parte de los óxidos de nitrógeno se

forman por la oxidación del nitrógeno atmosférico durante los procesos de

combustión a temperaturas elevadas. El oxígeno y el nitrógeno del aire

reaccionan para formar NO, oxidándose este posteriormente a NO2. 

Los hidrocarburos (HC)

Son sustancias que contienen hidrógeno y carbono. El estado físico de los

hidrocarburos, de los que se conocen decenas de millares, depende de su

estructura molecular y en particular del número de átomos de carbono que

forman su molécula. 

Los hidrocarburos que contienen de uno a cuatro átomos de carbono son

gases a la temperatura ordinaria, siendo estos los más improtantes desde el

punto de vista de la contaminación atmosférica, ya que favorecen la

formación de las reacciones fotoquímicas

Ozono (O3)

El ozono es una forma alotrópica del oxígeno. Su fórmula química es O3. En

condiciones normales es un gas incoloro de olor picante característico.

Posee un gran poder oxidante y gran tendencia a transformarse en

oxígeno. 

Las concentraciones de ozono a nivel del suelo son muy pequeñas,

incrementándose rápidamente con la altura. Su presencia en la

parte baja de la atmósfera se debe, sobre todo, a la acción fotoquímica de

las radiaciones solares, en presencia de NOx y HC.

Anhídrido carbónico (CO2)

El anhídrido carbónico o dióxido de carbono es un gas incoloro e inodoro, no

tóxico, más denso que el aire, que se presenta en la atmósfera en

concentraciones que oscilan entre 250 y 400 ppm. 

En realidad no puede considerarse como contaminante en sentido estricto

ya que no es tóxico, y se halla en atmósferas puras de modo natural. No

obstante, por los posibles riesgos que entraña su acumulación en la

atmósfera, como consecuencia de las alteraciones producidas en su ciclo

por las actividades humanas que pudieran dar lugar a una modificación del

clima de la Tierra, lo consideramos como sustancia contaminante. 

Compuestos halogenados

De entre los productos químicos que contienen halógenos en su molécula,

son contaminantes de la atmósfera: el cloro, el fluoruro de hidrógeno, el

cloruro de hidrógeno y ciertos haluros. Entre estos destacamos la acción

tóxica del fluor y sus derivados sobre los vegetales

Metales tóxicos

Los metales son elementos químicos que generalmente se hallan presentes

en la atmósfera en muy bajas concentraciones. 

Una de las consecuencias más graves de la presencia de metales tóxicos en

el ambiente es que no son degradados, ni química ni biológicamente, por la

naturaleza, lo que origina su persistencia en ella. Esta persistencia lleva a la

amplificación biológica de los metales en las cadenas tróficas. Como

consecuencia

de este proceso, las concentraciones de metales en los miembros

superiores de la cadena pueden alcanzar valores muy superiores a los

encontrados en la atmósfera Entre los metales tóxicos más importantes por

sus efectos sobre la salud del ser humano están el mercurio (Hg) y el plomo

(Pb). La cantidad de plomo en el aire ha experimentado un marcado

aumento como consecuencia de las actividades humanas, siendo las

concentraciones de plomo en las áreas urbanas de 5 a 50 veces superiores

que en las áreas rurales

Sustancias radiactivas

La causa de entender estas sustancias como contaminantes radica en que

emiten