Metales y no metales

Antoine Lavoiser

A finales del siglo XVIII el químico francés Lavoiser clasificó los pocos elementos conocidos en 4 familias. Su clasificación resultó ser muy errónea, pero la familia de los metales estaba bien clasificada porque sus  propiedades físicas y químicas son tan características que es fácil distinguirlos de los demás.


-Carácter metálico

El carácter metálico está relacionado con las propiedades físicas y químicas de los elementos. Este, viene determinado por su configuración electrónica y, principalmente, por dos factores: el número de electrones de valencia y el tamaño del átomo.

Valencia

Ya habíamos hablado que los iones pueden ser cationes si pierden electrones, o aniones si ganan electrones. El ion se representaba con el elemento y el símbolo de su carga con el número de electrones que ganaba o perdía (Al3+, O2-).

Pues bien, la valencia nos indica el tipo de iones que tiene cada elemento. Por ejemplo el oro (Au), tiene valencias +1 y +3, lo que significa que el oro solo puede perder uno o dos electrones, y no ganar ni uno (si no tendría una valencia negativa).

La valencia es un número, positivo o negativo, que nos indica el número de electrones que gana, pierde o comparte un átomo con otro átomo o átomos.

-Metales

Tienden a desprenderse de los electrones de su última capa, cediéndolos a otro átomo (compuesto iónico), por eso los metales conducen la electricidad. Al quedarse con menos electrones, su carga será positiva (forman cationes). Se considera por tanto que la valencia de los metales es positiva y se llama valencia iónica.

Sustancias atómicas y metálicas

Ya hablamos antes de dos tipos de enlaces: el covalente y el iónico, y de las sustancias más importantes: la molecular e iónica. Además de ellas, hay otros dos tipos de sustancias mas raras, pero importantes, y que cumplen algunas excepciones:

-Sustancias atómicas

El diamante es un cristal atómico
procedente del carbono

Aunque en su día dijimos que los enlaces covalentes siempre forman moléculas, y que los iónicos cristales, aquí se nos presenta la excepción. Las sustancia átomicas son las únicas que forman cristales mediante un enlace covalente. 

Aunque existen varios, de momento vamos a fijarnos en los tres más importantes:

• C(diamante)
• C(grafito)
• SiO2

Como todos los cristales, las sustancias atómicas se expresan con una fórmula empírica.

Propiedades de las sustancias atómicas

Sustancias moleculares e iónicas

Antes de nada, un breve repaso:

-Regla del octeto
Pues la regla del octeto defiende que todos los átomos tienen en su primera corteza de electrones, dos electrones, y a partir de la segunda corteza, ocho. Este estado de máxima estabilidad y mínima energía se consigue cuando la última capa de un átomo está completa. 

Enlace del sodio (Na) y el cloro (Cl): (NaCl)

Por eso, los gases nobles son los único átomos que se encuentran aislados en la naturaleza, porque no necesitan enlazarse con nadie.

Por ejemplo, si vamos a la tabla periódica y nos fijamos en el número atómico del cloro y del sodio, veremos que el cloro tiene 17 protones y el sodio 11 (por lo tanto 17 y 11 electrones respectivamente).

Agrupando a los electrones en cortezas, el sodio tiene 2 electrones en la primera, 8 en la segunda, y 1 en la tercera (porque no le quedan más); el cloro tiene 2 en la primera, 8 en la segunda, y 7 en la tercera. Observamos que el sodio para tener completa su última capa le convendría perder el electrón de la tercera capa, y al cloro ganar un electrón para completar su última capa. Por ello el sodio le da el electrón que le sobra al cloro, teniendo el cloro y el sodio finalmente 8 electrones en su última capa. Así es como se forma el enlace clorura de sodio (NaCl), que no es más que sal común.

Enlace químico

Gases nobles

Toda la química, y digo TODA, se basa en una cosa: los gases nobles. Todos los elementos de la tabla periódica quieren llegar a ser como ellos, en un estado de máxima estabilidad y mínima energía. Por esto, los elementos se enlazarán unos con otros, para conseguir ese estado que solo tienen los gases nobles.

Y, ¿qué es un enlace químico?: un enlace químico es un conjunto de fuerzas que mantiene unidos a los átomos de distintos o de un mismo elemento.

-Regla del octeto
Y te preguntaras, ¿cómo se consigue ese estado de máxima estabilidad y mínima energía? 

Los elementos de la tabla periódica

-Grupos y periodos
En la tabla periódica actual, los elementos están colocados en orden creciente de número atómico y dispuestos en 18 grupos (las columnas) y 7 períodos (las filas).

Los elementos de cada periodo tienen propiedades químicas distintas, pero tienen en común una cosa, tienen el mismo número de capas de electrones en su corteza, correspondiendo el número del periodo al número de capas. 

Los elementos de cada grupo tienen propiedades físicas y químicas parecidas. Algunos de estos grupos tienen nombres distintivos:

Los elementos químicos

En la actualidad se conocen 118 elementos, los presentes en la tabla periódica, pero en la naturaleza

Laboratorio del CERN. Muchos de los
elementos artificiales son creados ahí.

solo pueden encontrarse 90, los llamados elementos naturales. Entonces, ¿de dónde se han sacado los otros 28 

elementos?, pues han sido creados en los laboratorios de física 

y por esos se denominan elementos artificiales.

Pocos de los elementos naturales se hallan en estado libre, casi todos se encuentran en la naturaleza combinados con otros, formando compuestos. Por ejemplo, el oxígeno del aire no es O a secas, sino que se encuentra combinado con otro átomo de oxígeno, siendo este O_2.

Marie, cada día estás más RADIANTE. Oh, Pierre, que bonito..

Marie y Pierre Currie

En 1896, el físico francés H. Becquerel descubrió un compuesto de uranio que emitía unas radiaciones invisibles y desconocidas capaces de impresionar (como pegar esas radiaciones, de manera que no se pueden ver a simple vista, pero si por procedimientos fonográficos o fotográficos) una placa fotográfica. A este fenómeno se le dio el nombre de radiactividad.
Y tu te preguntarás, ¿qué son las radiaciones? En química entendemos la radiación simplemente como la propagación de energía a través de un medio material o del vacío. Esta energía puede viajar transmitida en forma de ondas o viajar como partículas. Es decir, se considera radiación tanto un rayo de luz procedente del Sol como un haz de protones.
Al estudiar este fenómeno, los científicos observaron que los átomos no eran inalterables sino que unos podían transformarse en otros.

En años posteriores, el estudio de la radiactividad llevó a los científicos como Pierre y  Marie Currie a descubrir nuevos elementos químicos radiactivos, como el polonio y el radio.

-Radiactividad
Este fenómeno fue explicado admitiendo que algunos isótopos, llamados radioisótopos, mostraban radiactividad porque sus núcleos eran inestables y acababan desintegrándose. Estos núcleo podían atravesar objetos en función de su intensidad.

Tipos de radiación

Características de los átomos

Ya vimos antes, que el núcleo del átomo es la parte con mayor masa por diferencia. Recordando esto, podemos estudiar dos conceptos nuevos: el número atómico y másico.

Elemento de la tabla periódica con
sus partes

-Número atómico y número másico

• Número atómico (Z): es el número de protones que tiene un átomo (todos en el núcleo). Todos los átomos de un elemento, tienen SIEMPRE el mismo número de protones. 

Por ejemplo, el hidrógeno tiene SIEMPRE 1 protón; el helio SIEMPRE 2; el carbono SIEMPRE 6; el oxígeno SIEMPRE 8; y el uranio SIEMPRE 92.

• Número másico (A): es el número total de partículas que hay en el átomo, es decir la suma de protones y neutrones.

Modelos atómicos

Evolución de los modelos atómicos

Ya vimos antes, que Dalton propuso un modelo atómico en el que los átomos se presentaban como esferas macizas de materia, pero que la creación de la electrolisis hizo pensar a los científicos que los átomos debían tener una estructura interna de naturaleza eléctrica.

-Naturaleza eléctrica de la materia
Desde hacia mucho tiempo se conocían fenómenos, como la electrización de los objetos por frotamiento, que se explicaban por la acumulación y transferencia de carga eléctrica de un objeto a otro; pero se ignoraba la naturaleza material de la carga eléctrica.

Al frotar dos objetos pueden electrizarse de manera que quedan cargados y son capaces, por ejemplo, de atraer trocitos de papel.

Lo que sí se sabía sobre las cargas eléctricas era:

• Hay cargas eléctricas de dos tipos, simbolizadas como positivas (+) y negativas (-).
• Las cargas eléctricas de distinto tipo se atraen, mientras que las de igual tipo se repelen.
• Las cargas eléctricas pueden pasar de un objeto a otro.
• A menor distancia entre las cargas, tanto mayor será la fuerza de atracción o de repulsión.

-Modelo atómico de Thomson

Teoría atómica

Los cuatro elementos de la Antigüedad

Lo que ahora sabemos de que toda la materia está constituida por átomos, unos siglos atrás, era inimaginable. Ya en el siglo V a.C. algunos filósofos griegos creían que todo estaba formado por la combinación de unas pocas sustancias simples que no podían descomponerse en otras más sencillas. Estos elementos eran cuatro: agua, aire, fuego y tierra.

En ese mismo siglo apareció la primera hipótesis atómica, enunciada  por los filósofos griegos Leucipo y Demócrito. Esta hipótesis decía que la materia estaba formada por unas partículas muy pequeñas e indivisibles, los átomos. Esta teoría fue prontamente olvidada hasta el siglo XIX.

Teoría cinético-molecular de la materia

Para poder explicar las propiedades y el comportamiento de los diferentes estados de agregación de la materia, los científicos han desarrollado una teoría general, llamada teoría cinético-molecular de la materia, cuyos principales postulados son:

La investigación científica

VIH

Todos los científicos, a la hora de resolver un problema, siguen un procedimiento. Cada disciplina científica sigue unos procedimientos particulares de trabajo, que reciben el nombre genérico de método científico. Pese a su diversidad, en la mayor parte de las investigaciones científicas se pueden establecer unas etapas comunes. Planteemos un problema actual: la cura del SIDA.

Física y química: Las rocas

Una roca es un material constituido por minerales que se formaron durante un proceso geológico. Existen 3 tipos de rocas:

Conglomerado

-Rocas sedimentarias
Estas rocas se llaman así porque están formadas por sedimentos. ¿Que qué son los sedimentos? Los sedimentos son fragmentos que proceden de la erosión y de la alteración de las rocas superficiales, de seres vivos, o de substancias disueltas que precipitan. Estas rocas se clasifican en:

Física y química: Los minerales

El ópalo es amorfo

La mineralogía estudia las propiedades físicas y químicas de los minerales.
A mucha gente le gusta coleccionar minerales, a otros no, pero hay algunos minerales que nos gustaría tener a todos (oro, plata...).

Física y Química: La corteza terrestre

La corteza es la capa de la Tierra en la que vivimos, aunque seguramente no sepas de que está compuesta...
La corteza es la capa más superficial de la Tierra. En su superficie se pueden encontrar dos áreas diferentes: los continentes y los océanos.
-Los continentes

Volcán del Pacaya, Guatemala, en erupción

Los continentes constituyen las zonas sumergidas bajo el agua de la superficie terrestre. Gran parte de su superficie es llana y poco escarpada. Es muy estable, y en ella casi nunca hay volcanes activos y casi nunca se producen terremotos.

Física: El ciclo del agua

Esto es un tema que se ha estudiado desde pequeñitos, pero aquí lo vamos a completar más-
-El ciclo del agua
Aunque parezca que no, desde que se acumuló agua en la Tierra, la cantidad existente ha permanecido invariable.
Es un ciclo cerrado.
El motor del ciclo es el Sol, pues la energía calorífica que suministra el Sol, activa y mantiene constantemente en movimiento a las masas de agua.

Química: Propiedades del agua

Como toda la materia , el agua tiene propiedades. El agua es una buena materia para explicar los tres estados, porque es la única substancia que tiene los tres. Abitualmente nos cruzamos con los tres.
-Incolora, inodora e insipida
El agua pura es incolora, porque no tiene color; inodora porque no tiene olor; e insípida porque no tiene sabor.
Pero, y ¿por qué el agua del mar tiene color si es incolora?

Física: El agua en la Tierra

A la Tierra se le llama el planeta azul por la cantidad de agua que tiene, pero de toda esa agua solo un 0,6% la puedes beber.

La hidrosfera es el conjunto de agua que hay en nuestro planeta: en la superficie, en su interior o en la atmósfera.

El agua es la substancia más abundante de nuestro planeta y el principal componente de los seres vivos.

-Distribución del agua

El agua ocupa tres cuarta partes  de la superficie terrestre.

Distribución del agua

-El agua dulce

El agua dulce es la única utilizable directamente por los seres vivos. El agua dulce no helada es la única disponible para la vida, y en su mayor parte agua subterránea. Solo se puede aprovechar una parte muy pequeña del total del agua dulce que existe, la que se encuentra en las aguas superficiales. El agua dulce se localiza en:

• Ríos y torrentes: son aguas superficiales que descienden por el terreno siguiendo la pendiente.
• Lagos y presas: son aguas superficiales que se acumulan en las depresiones de un terreno, o quedan retiradas artificialmente sobre el curso de un río.

-

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Los castores crean sus presas para tener agua

• Acuíferos: son aguas superficiales que se infiltraron en el terreno, forman bolsas o ríos subterráneos y pueden volver a surgir a la superficie como manantiales o pozos.

Manantial

-

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• Glaciares: son enormes masas de hielo acumuladas en las cumbres de las grandes cordillera y, especialmente, en las zonas polares.



Derretimiento de los glaciares

Física: Los fenómenos atmosféricos

Antes se creía que le viento, la lluvia... estaban hechos por la ira de los dioses. Ahora está demostrado que no, y a esto se le llama fenómeno atmosférico.
-El viento
El viento es el aire en movimiento producido por diferencias de presión entre dos lugares. El aire caliente sube porque es más ligero, y esto es una zona de baja presión; el aire frío baja porque es más pesado, y da lugar a una zona de alta presión. El aire se mueve desde las zonas de alta presión cara a las zonas de baja presión, originando así el viento.
Dependiendo de la fuerza del viento, puede ser brisa, viento, tormenta (dos masas de aire en diferentes temperaturas) o huracán (vientos superiores a 120 km/h y con lluvias)

• Brisas: en un día soleado, la arena de la playa calienta el aire situado sobre ella; este aire asciende dejando un espacio para que lo ocupe el aire que se encuentra sobre el agua del mar. Asís e produce la brisa marina que va del mar a la tierra. Cuando llega la noche, como el agua aguanta mucho el calor, la arena esta más fría, y el aire situado sobre el mar es el que ahora asciende y ocupa su espacio el aire frío que hay sobre la arena. Así se produce la brisa terrestre que va de la tierra al mar.

-Fenómenos eléctricos

• Tormentas: precipitaciones intensas, con lluvia, acompañado de rayos.
• Rayo: descarga eléctrica que se puede observar entre una nube y el suelo, o entre nubes. Este tiene:

1. Relámpago: es la luz que emite.
2. Trueno: es el sonido que produce.

• Para calcular la distancia del rayo, cuentas los segundos que hay desde que se ve el relámpago hasta que se oye el trueno, entonces se divide entre tres y te da el número de kilómetros. Distancia= Nº de segundos/3.



Rayo

-Nubes

El vapor de agua se condensa en la parta alta de la troposfera porque se enfría y forma gotas de agua o cristales de hielo. La nubes son agrupaciones de esas gotas, que se produce en las capas altas de la troposfera. Hay varios tipos:

• Cirros: parecen pinceladas blancas, tienen aspecto sedoso y delgado.
• Cúmulos: son como trozos de algodón, no anuncian lluvia y varían mucho de forma a la altura.
• Nimbos: forman una capa cerrada y oscura. Anuncian lluvia y nieve.
• Estratos: son nubes delgadas que cubren todo el cielo y a veces se confunden con niebla.

-Precipitaciones

Las gotas de agua y los cristales de hielo de las nubes se van uniendo y cuando superan un cierto peso caen cara a la superficie de la Tierra. Esta caída se llama precipitación.

Lluvia