Metales y no metales

• Carácter general de los
  metales y no metales
• Localización en la tabla
  periódica
• Estado físico de los no
  metales más importante
• Electronegatividad
• Metalurgia del
  hierro
• Conclusión
• Anexos
• Glosario
• Bibliografía

INTRODUCCIÓN

Toda la materia
está formada a partir de unas unidades elementales que
existen en un número limitado. estas unidades no pueden
ser divididas en partes más sencillas mediante los
métodos
físicos o químicos usuales. en la naturaleza existe
92 elementos químicos, aunque los físicos han
creado 20 elementos más mediante procesos que
implican reacciones nucleares. los elementos químicos
fueron clasificados por primera vez por Mendelejev siguiendo unas
pautas determinadas.

Estos elementos están divididos en tres
categorías: metales, no
metales y metaloides, aquí destacaremos los elementos
metálicos y no metálicos.

De los 112 elementos que se conocen, sólo 25 son
no metálicos; su química a diferencia
de los no metales, es muy diversa, a pesar de que representa un
número muy reducido, la mayoría de ellos son
esenciales para los sistemas
biológicos (O, C, H, N, P y S). En el grupo de los
no metales se incluyen los menos reactivos: los gases nobles.
Las propiedades únicas del H lo apartan del resto de los
elementos en la tabla
periódica.

Los metales en su mayoría provienen de los
minerales. Los
metales más abundantes en la corteza terrestre que existen
en forma mineral son: aluminio,
hierro,
calcio, magnesio, sodio, potasio, titanio, y manganeso. El agua de mar
es una rica fuente de iones metálicos como Na+,
Mg+ y Ca+. La obtención del elemento
puro como el hierro, aluminio, entre otros se logra mediante
procesos metalúrgicos.

A continuación se desarrollaran algunos aspectos
importantes que engloban los elementos químicos: metales y
no metales.

CARÁCTER
GENERAL DE LOS METALES Y NO METALES

Metales

La mayor parte de los elementos metálicos exhibe
el lustre brillante que asociamos a los metales. Los metales
conducen el calor y la
electricidad,
son maleables (se pueden golpear para formar láminas
delgadas) y dúctiles (se pueden estirar para formar
alambres). Todos son sólidos a temperatura
ambiente con
excepción del mercurio (punto de fusión
=-39 ºC), que es un líquido. Dos metales se funden
ligeramente arriba de la temperatura ambiente: el cesio a 28.4
ºC y el galio a 29.8 ºC. En el otro extremo, muchos
metales se funden a temperaturas muy altas. Por ejemplo, el cromo
se funde a 1900 ºC.

Los metales tienden a tener energías de
ionización bajas y por tanto se oxidan (pierden
electrones) cuando sufren reacciones
químicas. Los metales comunes tienen una relativa
facilidad de oxidación. Muchos metales se oxidan con
diversas sustancias comunes, incluidos 02 Y los
ácidos.

Se utilizan con fines estructurales, fabricación
de recipientes, conducción del calor y la electricidad.
Muchos de los iones metálicos cumplen funciones
biológicas importantes: hierro, calcio, magnesio, sodio,
potasio, cobre,
manganeso, cinc, cobalto, molibdeno, cromo, estaño,
vanadio, níquel,….

NO METALES

Los no metales varían mucho en su apariencia no
son lustrosos y por lo general son malos conductores del calor y
la electricidad. Sus puntos de fusión son más bajos
que los de los metales (aunque el diamante, una forma de carbono, se
funde a 3570 ºC). Varios no metales existen en condiciones
ordinarias como moléculas diatómicas. En esta lista
están incluidos cinco gases (H2, N2,
02, F2 y C12), un líquido
(Br2) y un sólido volátil
(I2). El resto de los no metales son sólidos
que pueden ser duros como el diamante o blandos como el azufre.
Al contrario de los
metales, son muy frágiles y no
pueden estirarse en hilos ni en láminas. Se encuentran en
los tres estados de la materia a temperatura ambiente: son gases
(como el oxígeno), líquidos (bromo) y
sólidos (como el carbono). No tienen brillo
metálico y no reflejan la luz. Muchos no
metales se encuentran en todos los seres vivos: carbono,
hidrógeno, oxígeno, nitrógeno,
fósforo y azufre en cantidades importantes. Otros son
oligoelementos: flúor, silicio, arsénico, yodo,
cloro.

Comparación DE LOS METALES Y NO
METALES

* Excepto hidrógeno y helio

LOCALIZACIÓN EN
LA TABLA PERIÓDICA

Metales

Corresponde a los elementos situados a la izquierda y
centro de la
Tabla Periódica (Grupos 1
(excepto
hidrógeno) al 12, y en los
siguientes se sigue una línea quebrada que,
aproximadamente, pasa por encima de Aluminio (Grupo 13), Germanio
(Grupo 14), Antimonio (Grupo 15) y Polonio (Grupo 16) de forma
que al descender aumenta en estos grupos el carácter
metálico).

No Metales

Los no metales son los elementos situados a la derecha
en la Tabla Periódica por encima de la línea
quebrada de los grupos 14 a 17 y son tan solo 25 elementos.
(Incluyendo el Hidrógeno). Colocados en orden creciente de número
atómico, los elementos pueden agruparse, por el parecido
de sus propiedades, en 18 familias o grupos (columnas
verticales). Desde el punto de vista electrónico, los
elementos de una familia poseen la
misma
configuración electrónica en
la última capa, aunque difieren en el número de
capas (periodos). Los grupos o familias son 18 y se corresponden
con las columnas de la Tabla Periódica.

ESTADO FÍSICO
DE LOS NO METALES MÁS IMPORTANTE

Grupo 1 A:
Hidrógeno

Grupo 4A:
Carbono

Grupo 5A:
Nitrógeno,
fósforo

Grupo 6A:
Oxígeno,
azufre,

Grupo 7A:
Flúor,
cloro,
bromo,
yodo.

Hidrógeno

Es un gas incoloro,
inodoro e insípido. Poco soluble en agua (2,5
volúmenes/%): la molécula de hidrógeno es
muy apolar. Se absorbe muy bien por los metales: el

paladio absorbe hasta 850 veces su
volumen de
hidrógeno. El hidrógeno gas difunde
fácilmente a través de los metales y del cuarzo. Es
relativamente inerte, pero con un ligero aporte energético
se disocia y el hidrógeno monoatómico resultante es
muy reactivo: con el
oxígeno lo hace de forma explosiva
y llama azul pálida. Reacciona con otros muchos elementos:
metales
alcalinos,
alcalinotérreos (excepto

berilio), algunos metales del grupo d para
formar hidruros metálicos; con los del grupo del

nitrógeno forma amoníaco,
fosfina; con los
halógenos forma los halogenuros de
hidrógeno.

Carbono

El carbono es un no metal inodoro e insípido, Es
insoluble en la mayoría de los disolventes. Se encuentra
en la naturaleza en cuatro formas alotrópicas:

nanotubos,
fullerenos,
grafito y
diamante.

El diamante es uno de los materiales
más duros (10 en la escala de Mohs),
aunque es quebradizo. Es incoloro. Su conductividad
térmica es alta. No conduce la corriente. Es insoluble en
disolventes líquidos.

El grafito es muy blando y quebradizo, de tacto
resbaladizo. Su color va del gris
mate al acerado. Es la forma más abundante. Es insoluble
en disolventes líquidos.

Los fullerenos son nuevas formas sólidas de un
número finito de átomos de carbono. Realmente es la
única forma de carbono puro.

Los nanotubos son materiales frágiles,
dependiendo de la estructura
unos pueden conducir la corriente como los metales y otros no;
semiconductor o metal según la geometría.
Tienen un alta conductividad térmica a lo largo del tubo y
muy baja en dirección perpendicular.

Nitrógeno

A temperatura ambiente, es un gas incoloro, inodoro e
insípido, no combustible, diamagnético, en estado
líquido también es incoloro e inodoro y se parece
al agua. El nitrógeno sólido es incoloro y presenta
dos formas alotrópicas.

Fósforo

Hay por lo menos 6 clases de fósforo
(alótropos); los más importantes son: blanco (o
amarillo), rojo, negro y violeta.

El fósforo ordinario es un sólido blanco
céreo; cuando es puro es incoloro y transparente. En corte
reciente parece amarillento. Es insoluble en agua y soluble en
disulfuro de
carbono. Arde espontáneamente en el
aire con llama
blanco-amarillenta, produciendo vapores blancos de
pentaóxido de difósforo
(P2O5).

El fósforo blanco es un aislante. Brilla en la
oscuridad al aire debido a la transformación del
P2O3 de su superficie en
P2O5, más estable.

El fósforo rojo, es insoluble en agua. Por encima
de 700ºC aparece la forma P2, es muy
venenoso.

El fósforo violeta (color rojo-violeta) no es una
forma importante. Tiene una estructura en capas. No es
venenoso.

El fósforo negro tiene un color gris oscuro con
brillo metálico. Es escamoso como el
grafito y, como éste, conduce la
corriente y el calor.

Oxigeno

El oxígeno es el elemento más abundante de
la corteza: 50,3% en peso (incluyendo agua y atmósfera). El
O2 es la forma alotrópica más abundante
del oxígeno. El oxígeno es incoloro, inodoro e
insípido. En estado líquido y sólido es azul
pálido y fuertemente paramagnético. La solubilidad
en agua disminuye con el aumento de la temperatura.

El ozono (O3) (la otra forma
alotrópica del oxígeno). Es un gas
diamagnético azulado, de olor característico (el que se percibe
después de las tormentas con importante aparato
eléctrico). Es débilmente soluble en agua. En
estado líquido es azul oscuro y en estado sólido es
violeta oscuro.

Azufre

El azufre es un sólido amarillo pálido,
inodoro, frágil, insoluble en agua y soluble en disulfuro
de carbono. En todos los estados, el azufre elemental se presenta
en varias formas alotrópicas o modificaciones;
éstas presentan una multitud de formas confusas cuyas
relaciones no están todavía completamente
aclaradas.

La flor de azufre es un polvo fino amarillo que se forma
en las superficies frías en contacto con vapor de azufre.
El azufre es un mal conductor del calor y de la
electricidad.

Flúor

Es un gas corrosivo amarillo claro (incoloro en finas
capas), venenoso y de olor penetrante. Es inflamable y el fuego
no hay forma de apagarse. El flúor es el más
electronegativo y reactivo de todos los elementos. Si
están finamente divididos, metales, vidrios,
cerámicas,
carbono e incluso agua y amoníaco,
arden con el flúor con llama brillante. Con sustancias
orgánicas las reacciones son muy violentas.

Cloro

Es un gas amarillo-verdoso de olor asfixiante, muy
tóxico. Es muy activo y reacciona directamente con la
mayoría de los elementos (excepto
nitrógeno,
oxígeno y
carbono). En algunos casos
(hidrógeno)
la reacción es lenta en la oscuridad o a temperatura
ambiente, pero en presencia de luz (reacción
fotoquímica) o por encima de 250 ºC se da de modo
explosivo. Húmedo ataca a todos los metales
(excepto
tántalo) dando cloruros. Sustituye
fácilmente al hidrógeno en las combinaciones
hidrocarbonadas mediante reacciones muy vigorosas. Es soluble en
agua.

Bromo

Es el único no metal líquido. De color
rojo oscuro, pesado (cinco veces más denso que el aire),
fluido, que se volatiliza fácilmente a temperatura
ambiente, produciendo un vapor rojo de olor muy desagradable, que
asemeja al cloro.

En estado sólido es rojo oscuro, y al disminuir
la temperatura su color se va aclarando hasta anaranjado rojizo.
En estado gaseoso es color naranja a marrón oscuro,
persistiendo las moléculas diatómicas hasta los
1500ºC.

Yodo

Es un sólido cristalino, escamoso, de color negro
violeta, de brillo metálico, que sublima a temperatura
ambiente a gas azul-violeta con olor irritante. El iodo presenta
algunas propiedades metálicas. Forma compuestos con muchos
elementos (excepto
gases nobles,
azufre y
selenio), aunque es menos activo que los
otros
halógenos, que lo desplazan de los
yoduros. Es un oxidante moderado. En estado líquido es
marrón.

ELECTRONEGATIVIDAD, VALENCIA, TIPO DE ENLACE DE LOS
NO METALES EN FUNCIÓN DE
SU CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

*Gases nobles, no se incluye en la escala de
electronegatividad.

Configuración electrónica:

 7º nivel   

6º nivel

5º nivel

4º nivel

3º nivel

2º nivel

1º nivel

 Cloro: con 17
electrones,   

  17Cl: 1 s2   2
s2   2 p6   3
s2   3 p5

1º nivel: 2
electrones     2º nivel: 8
electrones

  3º nivel: 7
electrones

REACCIÓN
DE LOS METALES Y SUS COMPUESTOS MÁS
IMPORTANTES

Algunas reacciones de los metales del grupo
IA

El sodio (Na):

Oxido de Sodio:

4Na + O2 2Na2O

Peróxido de sodio:

2Na(s) + O2 (g)
Na2O2(s)

Hidruro de sodio:

2Na + H2 2NaH

Cloruro de sodio:

2Na + Cl2 2NaCl

Sulfuro sódico:

2Na + S Na2S

Fosfuro de sodio:

12Na + P4 4Na3P

Hidróxido de sodio:

2Na + 2H2O 2NaOH + H2

Amina de sodio:

2Na + 2NH3 2NaNH2 +
H2

Compuestos más importantes:

Sodio (Na):

NaCl La sal común (alimentación, y
materia prima
para obtener sodio y el resto de los compuestos), el
Na2CO3 (base), NaHCO3 (base,
alimentación), NaOH (base fuerte, usada en la
fabricación de jabones, colorantes, celulosa, detergentes,
seda artificial, industria del
vidrio), nitrato
de chile
(NaNO3) (fertilizante nitrogenado), fosfatos di y
trisódicos (Na2HPO4 y
Na3PO4) (abonos), tiosulfato sódico
(Na2S2O3.5H2O)
(blanqueante, fotografía) y bórax
(Na2B4O7.10H2O)
(blanqueo), peróxido de sodio
(Na2O2) (detergentes y
blanqueantes).

Litio (Li):

LiCl (cloruro de litio) es uno de los materiales
más higroscópicos que se conocen y, junto con el
LiBr (bromuro de litio) se emplea en sistemas de aire
acondicionado y desecadores, el LiI (yoduro de litio)
preparado con 6-Li sirve de detector de neutrones según la
reacción anterior, el estearato de litio se emplea como
lubricante de altas temperaturas.el peróxido se emplea en
aparatos respiratorios de ciclo cerrado.el LiH (hidruro de litio)
es un combustible de cohetes el LiClO4 (perclorato de
litio) se emplea como portador de
oxígeno en combustibles de cohetes,
el LiOH (hidróxido de litio) es una base fuerte que se
utiliza para purificar el aire (submarinos, etc.) ya que 1 gramo
de hidróxido consume 0,51 gramos de CO2, el
LiCO3 (carbonato de litio) en pequeñas dosis
parece efectivo en el tratamiento de síndromes
maniacodepresivos.

Potasio (K):

KNO3 (nitrato de sodio) comúnmente
conocido como nitro o salitre, se usa como fertilizante
potásico y nitrogenado. Entre sus aplicaciones (en muchas
puede ser sustituido por sodio más barato y
abundante).

Algunas reacciones de los metales del grupo
IIA:

Compuestos más importantes:

Calcio (Ca):

CaO, (óxido de calcio) la cal, utilizada en la
obtención del cemento,
metalurgia
(hierro), Ca(OH)2 (hidróxido de calcio) cal
apagada, base barata con incontables usos, CaSO4
(sulfato de calcio) Su forma hidratada
(CaSO4.2H2O) es el yeso, el carburo de
calcio CaC2 empleado en la fabricación de
acetileno, cianamida y desazufrado del
acero; la cianamida Ca(CN)2 es
un fertilizante nitrogenado, CaCl2 cloruro de calcio,
muy higroscópico, empleado en mezclas
frigoríficas, desecante, aglomerante de arena, aditivo de
cemento, hidroxiapatito
(Ca5(PO4)3OH, esmalte de los
dientes.

Magnesio:

Mg(OH)2 (hidróxido de magnesio)
leche de
magnesia; antiácido estomacal y laxante, MgCl2
(cloruro de magnesio) fundido, es buen conductor de la corriente,
MgSO4 (sulfato de magnesio) se emplea en la industria
textil, papelera, como laxante y como abono. MgCO3
(magnesita) obtención de aislantes, vidrios y cerámica.

Bario:

BaSO4 (Sulfato de Bario) Se usa en pinturas
(blanco permanente), goma, papel,
cristal. Perforación de petróleo y
gas, Ba(OH)2 (hidróxido de Bario) y
BaO2 (óxido de bario) se emplea como
desecante.
El BaCO3 (carbonato de bario) se ha usado como
raticida El nitrato y clorato para dar colores en
pirotecnia.

METALURGÍA DEL HIERRO

Metalurgia

La metalurgia es la ciencia y
la tecnología de la extracción de
metales de sus fuentes
naturales y de su preparación para usos prácticos.
La metalurgia implica varios pasos: (1) explotación de las
minas, (2) concentración de la mena o su
preparación por algún otro medio para el
tratamiento posterior, (3) reducción del mineral para
obtener el metal libre, (4) refinación o
purificación del metal, y (5) mezclado del metal con otros
elementos para modificar sus propiedades. Este último
proceso
produce una aleación, es decir, un material
metálico compuesto de dos o más
elementos.

Después de su extracción de la mina, por
lo general la mena se tritura, se muele y luego se trata para
concentrar el metal deseado. La etapa de concentración se
apoya en las diferencias de propiedades entre el mineral y el
material indeseable que lo acompaña, que se conoce como
ganga. Por ejemplo, los gambusinos buscadores de
oro usaban una batea para enjuagar la ganga y separarla de las
pepitas de oro, más densas. Otro ejemplo es la magnetita,
un mineral de hierro que se puede concentrar moviendo la mena
finamente molida sobre una banda transportadora que pasa por una
serie de imanes. El mineral de hierro es magnético (es
atraído por un imán), no así la ganga que lo
acompaña.

Pirometalurgia del hierro

La operación pirometalúrgica más
importante es la reducción del hierro. Éste
está presente en muchos minerales, pero las fuentes
más importantes son los minerales de óxidos de
hierro: hematita, Fe203. y magnetita,
Fe304. La reducción de estos
óxidos se lleva a cabo en un alto horno como el que se
ilustra en la figura. Un alto horno es un reactor químico
muy grande capaz de operar de manera continua. Los hornos mayores
tienen más de 60 m de altura y 14 m de ancho. Cuando
operan a plena capacidad, producen hasta 10,000 toneladas de
hierro al día. El alto horno se carga por la parte
superior con una mezcla de mena de hierro, coque y piedra caliza.
El coque es hulla que ha sido calentada en ausencia de aire para
expulsar los componentes volátiles; contiene alrededor de
85 a 90 por ciento de carbono. El coque sirve como combustible
que produce calor a medida que se quema en la parte baja del
horno. Este material es también la fuente de los gases
reductores CO y H2. La piedra caliza,
CaC03, sirve como fuente del óxido
básico en la formación de escoria. El aire, que
entra en el alto horno por el fondo después de un
precalentamiento, es también una materia prima importante,
pues se requiere para la combustión del coque. La producción de 1 Kg. de hierro crudo,
llamado hierro de arrabio, requiere aproximadamente 2 Kg. de
mena, 1 Kg. de coque, 0.3 Kg. de piedra caliza y 1.5 Kg. de
aire.

En el horno, el oxígeno reacciona con el carbono
del coque para formar monóxido de carbono:

2C(s) + 02 (g)
2CO(g) D
H = -221 kJ

El vapor de agua presente en el aire también
reacciona con el carbono:

C(s) + H2O(g)
CO(g) + H2(g) D H = + 131 kJ

Observe que la reacción del coque con el
oxígeno es exotérmica y suministra calor para la
operación del horno, pero su reacción con el vapor
de agua es endotérmica. Por tanto, la adición de
vapor de agua al aire proporciona un medio para controlar la
temperatura del horno.

En la parte superior del horno, la piedra caliza se
calcina (Ec. 22.98). También en este caso el CO y el
H2 reducen los óxidos de hierro. Por ejemplo,
las reacciones importantes del Fe304
son:

Fe304(S) + 4CO(g)
3Fe(S) + 4CO2 (g) D H = -15 KJ

Fe304(S) + 4H2(g)
3Fe(S) + 4H20(g)
D H = + 150
KJ

También se produce la reducción de otros
elementos presentes en la mena en las partes más calientes
del horno, donde el carbono es el agente reductor
principal.

El hierro fundido se recoge en la base del horno, como
se muestra en la
figura. Por arriba de él hay una capa de escoria fundida
formada por la reacción del Ca0 con el silice presente en
la mena, La capa de escoria sobre el hierro fundido ayuda a
protegerlo de la reacción con el aire que entra.
Periódicamente, el horno se vacía para drenar la
escoria y el hierro fundido. El hierro producido en el horno se
puede moldear en lingotes sólidos; sin embargo, casi todo
se usa directamente para fabricar acero. Para este
propósito, el hierro se transporta, todavía
líquido, al taller siderúrgico.

CONCLUSIÓN

La clasificación más fundamental de los
elementos químicos es en metales y no metales.

La mayoria de los elementos se clasifican como metales.
Los metales se encuentran del lado izquierdo y al centro de la
tabla periodica. Los no metales, que son relativamente pocos, se
encuentran el extremo superior derecho de dicha tabla.

Los metales se caracterizan por ser buenos conductores
del calor y la electricidad, mientras los no metales carecen de
esa propiedad. Los
no metales forman enlacen covalentes, con excepción del
hidrógeno que puede formar enlace covalente e
iónico.

Una parte importante de la metalurgia es la
producción de metales a partir de sus memas, y consta de
tres etapas tratamiento preliminar, reducción y
refinado.

Los elementos químicos metálicos y no
metálicos son son los constituyentes básicos de la
vida del humano.

Los cuatro elementos químicos más
abundantes en el cuerpo humano
son el oxígeno, el carbono, el hidrógeno y el
nitrógeno, que constituyen el 96% de la masa corporal.
Además del calcio (2%), elementos como el fósforo,
el potasio, el azufre y el sodio, entre otros, forman
también parte del cuerpo humano, aunque en un porcentaje
mucho menor.

La corteza terrestre está compuesta en su mayor
parte por oxígeno y silicio. Estos elementos
químicos, junto con el aluminio, el hierro, el calcio, el
sodio, el potasio y el magnesio, constituyen el 98,5% de la
corteza terrestre.

ANEXOS

algunos elementos metálicos

  algunos elementos no metalicos

GLOSARIO

Elemento: son sustancias que no
pueden descomponerse en otras más simples mediante cambios
químicos.

Metales: Elementos que son buenos conductores del
calor y la electricidad y tienen tendencia a formar iones
positivos en los compuestos iónicos.

No metales: Elemento que por lo general son malos
conductores del calor y la electricidad.

Compuesto: son sustancias puras formadas por dos
o más elementos diferentes, combinados en una
proporción constante.

Enlace químico: Es la fuerza de
unión que existe entre dos átomos, para adquirir la
configuración electrónica estable de los gases
inertes y formar moléculas estables.

Enlace covalente:
enlace en el que dos átomos comparten dos
electrones.

Electronegatividad: capacidad de un átomo para
atraer electrones hacia él en enlace
químico.

Regla de Hund: la distribución más estable de
electrones en los subniveles es la que corresponde al
máximo número de espines paralelos.

Valencia: la valencia de un elemento es el
número de átomos de hidrógeno que pueden
combinarse o ser sustituidos, por un átomo de dicho
elemento.

Configuración electrónica: Es la
forma como están distribuidos los electrones entre los
distintos orbítales atómicos.

BIBLIOGRAFÍA

BROWN, T. L., H.E. Y BURSTEN, B.E. (1993).
Química la ciencia
central. México:
Prentice-Hail. Hispanoamericana. Quinta
Edición.

Chang, Raymond. (1998). Química.
México: McGraw-Hill. Sexta Edición.

Ebbing, Darrell D. (1996). Química
General. México. McGraw-Hill. Quinta
edición

Whitten, K. W., Davis R.E. y Peck, M. L. (1998).
Química General. España:
McGraw-Hill. Quinta edición

Petrucci, R. H. (1977). Quimica general.
México: Fondo Educativo Interamericano

Páginas Wed:

www.monografías.com

www.encarta.msn.com

www.lafacu.com

www.ciencianet.com

http://www.adi.uam.es/docencia/elementos/spv21/sinmarcos/elementos/periodico.html

http://www.educaplus.org/sp2002/index_sp.php

http://www.lenntech.com/espanol/tablaperidica/cl.htm

Laya Crispina