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No metal

En el contexto de la tabla periódica, un no metal es un elemento químico que, en su mayoría, carece de propiedades metálicas distintivas . Van desde gases incoloros como el hidrógeno hasta cristales brillantes como el yodo . Físicamente, suelen ser más ligeros (menos densos) que los elementos que forman metales y, a menudo, son malos conductores del calor y la electricidad . Químicamente, los no metales tienen una electronegatividad relativamente alta o, por lo general, atraen electrones en un enlace químico con otro elemento, y sus óxidos tienden a ser ácidos .

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

Los dos no metales más ligeros, el hidrógeno y el helio , juntos constituyen aproximadamente el 98% de la masa del universo observable . Cinco elementos no metálicos (hidrógeno, carbono, nitrógeno , oxígeno y silicio) constituyen la mayor parte de la atmósfera , la biosfera , la corteza y los océanos de la Tierra .

Los usos industriales de los no metales incluyen la electrónica , el almacenamiento de energía , la agricultura y la producción química .

La mayoría de los elementos no metálicos se identificaron en los siglos XVIII y XIX. Si bien desde la antigüedad existía una distinción entre metales y otros minerales, recién a fines del siglo XVIII surgió una clasificación básica de los elementos químicos como metálicos o no metálicos. Desde entonces, se han sugerido unas veinte propiedades como criterios para distinguir los no metales de los metales.

Definición y elementos aplicables

A menos que se indique lo contrario, este artículo describe la forma estable de un elemento a temperatura y presión estándar (STP). [b]
Dos cúmulos de fragmentos cristalinos de color plateado opaco.
Si bien el arsénico (aquí sellado en un recipiente para evitar que se empañe ) tiene una apariencia brillante y es un buen conductor de calor y electricidad, es blando y quebradizo y su química es predominantemente no metálica. [7]

Los elementos químicos no metálicos suelen describirse como carentes de propiedades comunes a los metales, a saber, brillo, flexibilidad, buena conductividad térmica y eléctrica y una capacidad general para formar óxidos básicos. [8] [9] No existe una definición precisa ampliamente aceptada; [10] cualquier lista de no metales está abierta a debate y revisión. [1] Los elementos incluidos dependen de las propiedades consideradas como más representativas del carácter no metálico o metálico.

Catorce elementos casi siempre se reconocen como no metales: [1] [2]

Tres más se clasifican comúnmente como no metales, pero algunas fuentes los enumeran como " metaloides ", [3] un término que se refiere a elementos considerados intermedios entre metales y no metales: [11]

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

Por lo tanto, entre el 15 y el 20% de los 118 elementos conocidos [12] se clasifican como no metales. [c]

Propiedades generales

Físico

Variedad en color y forma
de algunos elementos no metálicos

Los no metales varían mucho en apariencia, pueden ser incoloros, coloreados o brillantes. En el caso de los no metales incoloros (hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y los gases nobles), no se produce absorción de luz en la parte visible del espectro, y toda la luz visible se transmite. [15] 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". [16] [d] 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 [e] es el resultado de diversos grados de conducción metálica donde los electrones pueden reflejar la luz visible entrante. [19]

Aproximadamente la mitad de los elementos no metálicos son gases a temperatura y presión estándar ; la mayoría del resto son sólidos. El bromo, el único líquido, suele estar cubierto por una capa de sus vapores de color marrón rojizo. Los no metales gaseosos y líquidos tienen densidades, puntos de fusión y ebullición muy bajos y son malos conductores de calor y electricidad. [20] Los no metales sólidos tienen densidades bajas y baja resistencia mecánica (siendo duros y quebradizos o blandos y desmenuzables), [21] y un amplio rango de conductividad eléctrica. [f]

Esta diversidad en la forma se debe a la variabilidad en las estructuras internas y los arreglos 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 puntos de fusión y ebullición bajos; muchos son gases a temperatura ambiente, ya que se mantienen unidos por fuerzas de dispersión de London débiles que actúan entre sus átomos o moléculas, aunque las moléculas mismas tienen fuertes enlaces covalentes. [25] En contraste, los no metales que forman estructuras extendidas, como largas cadenas de átomos de selenio, [26] láminas de átomos de carbono en grafito, [27] o redes tridimensionales de átomos de silicio [28] tienen puntos de fusión y ebullición más altos, y son todos sólidos, ya que se necesita más energía para superar su enlace más fuerte. [29] [ dudoso – discutir ] Los no metales más cercanos a la izquierda o 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, [30] el carbono, [31] el fósforo, [32] el arsénico, [ 33] el selenio, [34] el antimonio, [35] el telurio [36] y el yodo. [37]

Los no metales unidos mediante enlaces covalentes suelen compartir solo los electrones necesarios para alcanzar una configuración electrónica de gas noble. [43] Por ejemplo, el nitrógeno forma moléculas diatómicas que presentan enlaces triples entre cada átomo, y ambos alcanzan así la configuración del gas noble neón. El mayor tamaño atómico del antimonio impide los enlaces triples, lo que da lugar a capas abombadas en las que cada átomo de antimonio está unido mediante un enlace simple a otros tres átomos cercanos. [44]

Una buena conductividad eléctrica ocurre cuando hay un enlace metálico , [45] sin embargo, los electrones en los no metales a menudo no son metálicos. [45] Una buena conductividad eléctrica y térmica asociada con los electrones metálicos se ve en el carbono (como el grafito, a lo largo de sus planos), el arsénico y el antimonio. [g] Una buena conductividad térmica ocurre en el boro, el silicio, el fósforo y el germanio; [22] dicha conductividad se transmite a través de vibraciones de las redes cristalinas de estos elementos. [46] Se observa una conductividad eléctrica moderada en los semiconductores [47] boro, silicio, fósforo, germanio, selenio, telurio y yodo.

Muchos de los elementos no metálicos son duros y frágiles, [21] donde las dislocaciones no pueden moverse fácilmente, por lo que tienden a sufrir fracturas frágiles en lugar de deformarse. [48] Algunos se deforman, como el fósforo blanco (blando como la cera, maleable y se puede cortar con un cuchillo, a temperatura ambiente), [49] en azufre plástico , [50] y en selenio que se puede extraer en cables desde su estado fundido. [51] El grafito es un lubricante sólido estándar donde las dislocaciones se mueven muy fácilmente en los planos basales. [52]

Alótropos

Tres alótropos del carbono
Diamante , buckminsterfullereno 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. [53] Por ejemplo, el carbono, cuya forma más estable es el grafito , puede manifestarse como diamante , buckminsterfullereno , [54] variaciones amorfas [55] y paracristalinas [56] . También existen alótropos para el nitrógeno, el oxígeno, el fósforo, el azufre, el selenio y el yodo. [57]

Químico

Los no metales tienen valores relativamente altos de electronegatividad 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 ambos. Estos óxidos no ácidos de los no metales pueden ser anfóteros (como el agua, H 2 O [63] ) o neutros (como el óxido nitroso , N 2 O [64] [h] ), pero nunca básicos.

Los no metales tienden a ganar electrones durante las reacciones químicas, a diferencia de los metales, que tienden a donarlos. Este comportamiento está relacionado con la estabilidad de las configuraciones electrónicas en los gases nobles, que tienen capas externas completas , como se resume en las reglas empíricas del dúo y el octeto , que se explican de manera más correcta en términos de la teoría del enlace de valencia . [67]

Por lo general, presentan energías de ionización , afinidades electrónicas y potenciales de electrodo estándar más elevados que los metales. En general, cuanto más altos sean estos valores (incluida la electronegatividad), más no metálico tiende a ser el elemento. [68] Por ejemplo, los no metales químicamente muy activos flúor, cloro, bromo y yodo tienen una electronegatividad promedio de 3,19, una cifra [i] más alta que la de cualquier elemento metálico.

Las diferencias químicas entre metales y no metales están relacionadas con la fuerza de atracción entre la carga nuclear positiva de un átomo individual y sus electrones externos cargados negativamente. De izquierda a derecha a lo largo de cada período de la tabla periódica, la carga nuclear (número de protones en el núcleo atómico ) aumenta. [69] Hay una reducción correspondiente en el radio atómico [70] a medida que la carga nuclear aumenta acerca los electrones externos al núcleo nuclear. [71] En los enlaces químicos, los no metales tienden a ganar electrones debido a su mayor carga nuclear, lo que da como resultado iones con carga negativa. [72]

El número de compuestos formados por no metales es enorme. [73] Los primeros 10 lugares en una tabla de los "20 principales" de elementos que se encuentran con mayor frecuencia en 895.501.834 compuestos, según figura en 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 colectivamente en la mayoría (80%) de los compuestos. El silicio, un metaloide, ocupó el puesto 11. El metal mejor calificado, con una frecuencia de aparición del 0,14%, fue el hierro, en el puesto 12. [74] Algunos ejemplos de compuestos no metálicos son: ácido bórico ( H
3BIENVENIDOS
3), utilizado en esmaltes cerámicos ; [75] selenocisteína ( C
3yo
7NO
2Se ), el 21.º aminoácido de la vida; [76] sesquisulfuro de fósforo (P 4 S 3 ), que se encuentra en los fósforos que se encienden en cualquier lugar ; [77] y teflón ( (C
2F
4) n ), utilizado para crear revestimientos antiadherentes para sartenes y otros utensilios de cocina. [78]

Complicaciones

Lo que agrega complejidad a la química de los no metales son las anomalías que ocurren 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

Tabla con siete filas y diez columnas. Las filas están etiquetadas a la izquierda con un número de período 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 espacios estrechos. 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 símbolos H y He y números atómicos 1 y 2 respectivamente) están sombreadas en rojo. El segundo rectángulo llena las dos filas inferiores (períodos 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 en la fila superior - para 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 líneas en negrita rodean las celdas de los no metales - las dos celdas superiores a la izquierda y 21 celdas en la parte superior derecha de la tabla.

Comenzando con el hidrógeno, la anomalía de la primera fila surge principalmente de las configuraciones electrónicas de los elementos en cuestión. El hidrógeno es notable por sus diversos comportamientos de enlace. Más comúnmente forma enlaces covalentes, pero también puede perder su único electrón en una solución acuosa , dejando atrás un protón desnudo con un tremendo poder polarizador. [80] En consecuencia, este protón puede unirse al par de electrones solitario de un átomo de oxígeno en una molécula de agua, sentando las bases para la química ácido-base . [81] 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. Tal enlace, "ayuda a dar a los copos de nieve su simetría hexagonal, une el ADN en una doble hélice ; da forma a las formas tridimensionales de las proteínas ; e incluso eleva el punto de ebullición del agua lo suficiente como para hacer una taza de té decente". [82]

El hidrógeno y el helio, así como el boro y el neón, tienen radios atómicos inusualmente pequeños. Este fenómeno surge porque las subcapas 1s y 2p carecen de análogos internos (lo que significa que no hay capa cero ni subcapa 1p), y por lo tanto experimentan menos interacciones de intercambio electrón-electrón , a diferencia de las subcapas 3p, 4p y 5p de los elementos más pesados. [83] [ dudoso – discutir ] Como resultado, las energías de ionización y las electronegatividades entre estos elementos son más altas de lo que las tendencias periódicas sugerirían de otro modo. Los radios atómicos compactos del carbono, el nitrógeno y el oxígeno facilitan la formación de enlaces dobles o triples . [84]

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 anomalía significativa 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. [85]

Periodicidad secundaria

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

Una alternancia en ciertas tendencias periódicas, a veces denominada periodicidad secundaria , se hace evidente al descender por los grupos 13 a 15 y, en menor medida, por los grupos 16 y 17. [86] [k] 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  [ru] da dos ejemplos más tangibles: [88]

"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 [ H 2 SeO 4 ] para llevar oro metálico [Au] a la solución, y la ausencia de esta propiedad en los ácidos sulfúrico [ H 2 SO 4 ] y [ H 2 TeO 4 ] ".

Estados de oxidación más altos

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

Algunos elementos no metálicos presentan 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. Los ejemplos incluyen amoniaco 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 a partir del periodo 2 en adelante, en compuestos como el ácido nítrico HN(V)O 3 y el pentafluoruro de fósforo PCl 5 . [l] Los estados de oxidación más altos en grupos posteriores emergen a partir del periodo 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 . En el caso de 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 en masa más altos . [89]

Formación de enlaces múltiples

Una cadena de cinco N en forma de ala
Estructura molecular del pentazenio , un catión homopoliatómico del nitrógeno con la fórmula N 5 + y estructura N−N−N−N−N. [90]

Los no metales del período 2, en particular el carbono, el nitrógeno y el oxígeno, muestran una tendencia a formar enlaces múltiples. Los compuestos formados por estos elementos a menudo presentan estequiometrías y estructuras únicas, como se observa en los diversos óxidos de nitrógeno, [89] que no se encuentran comúnmente en elementos de períodos posteriores.

Superposiciones de propiedades

Si bien algunos elementos se han clasificado tradicionalmente como no metales y otros como metales, se producen algunas superposiciones de propiedades. A principios del siglo XX, cuando ya se había establecido la era de la química moderna, [91] Humphrey [92] observó que:

... estos dos grupos, sin embargo, no están perfectamente diferenciados entre sí; algunos no metales se parecen a los metales en algunas de sus propiedades, y algunos metales se aproximan en algunos 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 [m]

Algunos ejemplos de propiedades similares a las de los metales que se dan en elementos no metálicos incluyen:

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

Un desarrollo relativamente reciente involucra ciertos compuestos de elementos del bloque p más pesados, como el silicio, el fósforo, el germanio, el arsénico y el 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 el hidrógeno (H 2 ), el amoníaco (NH 3 ) y el etileno (C 2 H 4 ), una característica previamente observada principalmente en compuestos de metales de transición. Estas reacciones pueden abrir nuevas vías en aplicaciones catalíticas . [102]

Tipos

Los esquemas de clasificación de los no metales varían ampliamente; algunos admiten tan solo dos subtipos y otros identifican 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". [103] Por otro lado, siete de las doce categorías de colores de la tabla periódica de la Royal Society of Chemistry incluyen no metales. [104] [p]

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

  los gases nobles relativamente inertes: helio, neón, argón, criptón, xenón, radón; [105]
  los no metales halógenos notablemente reactivos: flúor, cloro, bromo, yodo; [106] y
  los "no metales no clasificados" de reactividad mixta, un conjunto sin un nombre colectivo ampliamente utilizado: hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre, selenio. [r] 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 [t] generalmente no reactivos , [124] a veces considerados una tercera categoría distinta de los metales y no metales: boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, telurio.

Aunque muchos de los primeros investigadores intentaron clasificar los elementos, ninguna de sus clasificaciones fue satisfactoria. Los dividieron en metales y no metales, pero pronto se descubrió que algunos tenían propiedades de ambos. Se los llamó metaloides. Esto solo aumentó la confusión al hacer dos divisiones indistintas donde antes existía una. [125]

Whiteford & Coffin 1939, Fundamentos de química universitaria

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

La mayor discrepancia entre los autores se produce en el "territorio fronterizo" de los metaloides. [127] Algunos consideran que los metaloides son distintos tanto de los metales como de los no metales, mientras que otros los clasifican como no metales. [4] Algunos clasifican ciertos metaloides como metales (por ejemplo, el arsénico y el antimonio debido a sus similitudes con los metales pesados ). [128] [v] Los metaloides se parecen a los elementos universalmente considerados "no metales" al tener densidades relativamente bajas, alta electronegatividad y comportamiento químico similar. [124] [w]

Gases nobles

Un tubo de vidrio, sostenido boca abajo con unas pinzas, tiene 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 radiactivo radón. En las tablas periódicas convencionales ocupan la columna más a la derecha. Se les llama gases nobles debido a su reactividad química excepcionalmente baja . [105]

Estos elementos presentan propiedades similares, caracterizadas por su incoloridad, su olor y su no inflamabilidad. Debido a que sus capas externas de electrones están cerradas, los gases nobles poseen fuerzas de atracción interatómica débiles, lo que da lugar a puntos de fusión y ebullición excepcionalmente bajos. [129] Como consecuencia, todos ellos existen como gases en condiciones estándar, incluso aquellos con masas atómicas que superan a muchos elementos típicamente sólidos. [130]

Químicamente, los gases nobles presentan energías de ionización relativamente altas, afinidades electrónicas despreciables o negativas y electronegatividades altas o muy altas. El número de compuestos formados por gases nobles se cuenta por cientos y continúa aumentando [131] , y la mayoría de estos compuestos implican la combinación de oxígeno o flúor con criptón, xenón o radón. [132]

No metales halogenados

El sodio metálico altamente reactivo (Na, izquierda) se combina con el gas cloro no metálico halógeno corrosivo (Cl, derecha) para formar sal de mesa estable y no reactiva (NaCl, centro).

Si bien los no metales halógenos son elementos notablemente reactivos y corrosivos, también se pueden encontrar en compuestos cotidianos como la pasta de dientes ( NaF ); la sal de mesa común (NaCl); los desinfectantes para piscinas ( NaBr ); y los suplementos alimenticios ( KI ). El término "halógeno" en sí mismo significa " formador de sal ". [133]

Químicamente, los no metales halógenos exhiben altas energías de ionización, afinidades electrónicas y valores de electronegatividad, y son en su mayoría agentes oxidantes relativamente fuertes . [134] Estas características contribuyen a su naturaleza corrosiva. [135] Los cuatro elementos tienden a formar principalmente compuestos iónicos con metales, [136] en contraste con los no metales restantes (excepto el oxígeno) que tienden a formar principalmente compuestos covalentes con metales. [x] La naturaleza altamente reactiva y fuertemente electronegativa de los no metales halógenos personifica el carácter no metálico. [140]

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 aproximadamente 1.000 veces mejor cuando la luz incide sobre él , una propiedad utilizada en aplicaciones de detección de luz . [141]

El hidrógeno se comporta en algunos aspectos como un elemento metálico y en otros como un no metal. [142] Como un elemento metálico puede, por ejemplo, formar un catión solvatado en solución acuosa ; [143] 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 [144] [145] como un no metal. [146] Alcanza esta configuración formando un enlace covalente o iónico [147] o, si inicialmente ha cedido su electrón, uniéndose a un par solitario de electrones. [148]

Algunos o todos estos no metales comparten varias propiedades. Al ser generalmente menos reactivos que los halógenos, [149] la mayoría de ellos pueden ocurrir naturalmente en el medio ambiente. [150] Tienen papeles significativos en biología [151] y geoquímica . [152] Colectivamente, sus características físicas y químicas pueden describirse como "moderadamente no metálicas". [152] A veces tienen aspectos corrosivos. La corrosión del carbono puede ocurrir en las celdas de combustible . [153] El selenio sin tratar en los suelos puede conducir a la formación de gas seleniuro de hidrógeno corrosivo. [154] Muy diferente, cuando se combinan con metales, los no metales no clasificados pueden formar compuestos intersticiales o refractarios [155] debido a sus radios atómicos relativamente pequeños y energías de ionización suficientemente bajas. [152] También exhiben una tendencia a unirse a sí mismos , particularmente en compuestos sólidos. [156] Además, las relaciones de la tabla periódica diagonal entre estos no metales reflejan relaciones similares entre los metaloides. [157]

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 los gases nobles son menos abundantes en la atmósfera de lo esperado en función de su abundancia general debido a la nucleosíntesis cósmica . Los mecanismos para explicar esta diferencia son un aspecto importante de la ciencia planetaria . [162] Incluso dentro de ese desafío, el elemento no metálico Xe está inesperadamente agotado. Una posible explicación proviene de los 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 . [163]

Cinco no metales (hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno y silicio) forman la mayor parte de la estructura directamente observable de la Tierra: alrededor del 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 altamente estables, conocidas como silicatos . En este caso, "el poderoso enlace que une a los iones de oxígeno y silicio es el cemento que mantiene unida la corteza terrestre". [164]

En la biomasa, la abundancia relativa de los cuatro primeros no metales (y, marginalmente, fósforo, azufre y selenio) se atribuye a una combinación de tamaño atómico relativamente pequeño y suficientes electrones de reserva. Estas dos propiedades les permiten unirse entre sí y "con otros elementos, para producir una sopa molecular suficiente para construir un sistema autorreplicante". [165]

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 . Estos elementos incluyen hidrógeno, helio, nitrógeno, oxígeno, neón, azufre, argón, criptón y xenón. Por ejemplo, el nitrógeno y el oxígeno se extraen del aire mediante destilación fraccionada de aire líquido. Este método aprovecha sus diferentes puntos de ebullición para separarlos de manera eficiente. [166] El azufre se extraía utilizando el proceso Frasch , que implicaba inyectar agua sobrecalentada en depósitos subterráneos para fundir el azufre, que luego se bombea a la superficie. Esta técnica aprovechó el bajo punto de fusión del azufre en relación con otros materiales geológicos. Ahora se obtiene haciendo reaccionar el sulfuro de hidrógeno en el gas natural con oxígeno. Se forma agua, dejando atrás el azufre. [167]

Los elementos no metálicos se extraen de las siguientes fuentes: [150]

   Gases (3): hidrógeno, a partir del metano ; helio, a partir del gas natural ; azufre, a partir del sulfuro de hidrógeno en el gas natural
   Líquidos (9): nitrógeno, oxígeno, neón, argón, criptón y xenón del aire líquido ; cloro, bromo y yodo de la salmuera.
   Sólidos (12): boro, de boratos ; el carbono se presenta de forma natural como grafito; silicio, de sílice ; fósforo, de fosfatos ; yodo, de yodato de sodio ; radón, como producto de desintegración de minerales de uranio ; flúor, de fluorita ; [y] germanio, arsénico, selenio, antimonio y telurio, de sulfuros .

Usos

Los usos de los no metales y elementos no metálicos se clasifican en general como domésticos, industriales, atenuantes (lubricantes, retardantes, aislantes o refrigerantes) y agrícolas.

Muchos tienen aplicaciones domésticas e industriales en accesorios para el hogar; [169] [z] medicamentos y productos farmacéuticos; [171] y láseres e iluminación. [172] Son componentes de ácidos minerales ; [173] y prevalecen en vehículos híbridos enchufables ; [174] y teléfonos inteligentes . [175]

Un número significativo tiene aplicaciones atenuantes y agrícolas. Se utilizan en lubricantes ; [176] y retardantes de llama y extintores de incendios . [177] Pueden servir como reemplazos de aire inerte; [178] y se utilizan en criogenia y refrigerantes . [179] Su importancia se extiende a la agricultura, a través de su uso en fertilizantes . [180]

Además, un número menor de no metales o elementos no metálicos encuentran usos especializados en explosivos ; [181] y gases de soldadura . [182]

Historia taxonómica

Fondo

Una escultura de piedra de la cabeza de un hombre barbudo.
El filósofo griego Aristóteles (384–322 a. C.) clasificó las sustancias encontradas en la tierra como metales o "fósiles".

Alrededor del año 340 a. C., en el Libro III de su tratado Meteorología , el antiguo filósofo griego Aristóteles clasificó las sustancias que se encuentran en la Tierra en metales y «fósiles». [aa] La última categoría incluía varios minerales como el rejalgar , el ocre , el uranio , el azufre, el cinabrio y otras sustancias a las que se refería como «piedras que no se pueden fundir». [185]

Hasta la Edad Media, la clasificación de los minerales permaneció prácticamente inalterada, aunque con una terminología variada. En el siglo XIV, el alquimista inglés Richardus Anglicus amplió la clasificación de los minerales en su obra Correctorium Alchemiae. En este texto, propuso la existencia de dos tipos principales de minerales. La primera categoría, a la que se refirió como "minerales mayores", incluía metales bien conocidos como el oro, la plata, el cobre, el estaño, el plomo y el hierro. La segunda categoría, denominada "minerales menores", abarcaba sustancias como sales, atramenta ( sulfato de hierro ), alumbres , vitriolo , arsénico, oropimente , azufre y sustancias similares que no eran cuerpos metálicos. [186]

El término "no metálico" se remonta al menos al siglo XVI. En su tratado médico de 1566, el médico francés Loys de L'Aunay distinguía las sustancias de origen vegetal en función de si provenían de suelos metálicos o no metálicos. [187]

Más tarde, el químico francés Nicolas Lémery analizó los minerales metálicos y no metálicos en su obra Tratado universal de las drogas simples, ordenado alfabéticamente, publicado en 1699. En sus escritos, contempló si la sustancia "cadmia" pertenecía a la primera categoría, similar al cobalto ( cobaltita ), o a la segunda categoría, ejemplificada por lo que entonces se conocía como calamina , un mineral mixto que contenía carbonato de zinc y silicato . [188]

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 , [189] enumerando los gases elementales oxígeno, hidrógeno y nitrógeno (e incluyendo erróneamente la luz y el calórico ); las sustancias no metálicas azufre, fósforo y carbono; y los iones cloruro , fluoruro y borato.

Organización de elementos por tipos

Así como los antiguos distinguían los metales de otros minerales, se desarrollaron distinciones similares a medida que surgió la idea moderna de los elementos químicos a fines del siglo XVIII. El químico francés Antoine Lavoisier publicó la primera lista moderna de elementos químicos en su revolucionario [190] Traité élémentaire de chimie de 1789. Los 33 elementos conocidos por Lavoisier se clasificaron en cuatro grupos distintos, incluidos los gases, las sustancias metálicas, las sustancias no metálicas que forman ácidos cuando se oxidan, [191] y las tierras (óxidos resistentes al calor). [192] El trabajo de Lavoisier ganó un amplio reconocimiento y se volvió a publicar en veintitrés ediciones en seis idiomas durante sus primeros diecisiete años, lo que avanzó significativamente la comprensión de la química en Europa y América. [193]

En 1802 se introdujo el término "metaloides" para los elementos con propiedades físicas de metales pero propiedades químicas de no metales. [194] Sin embargo, en 1811, el químico sueco Berzelius utilizó el término "metaloides" [195] para describir todos los elementos no metálicos, destacando su capacidad para formar iones cargados negativamente con oxígeno en soluciones acuosas . [196] [197] Así, en 1864, el "Manual de metaloides" dividió todos los elementos en metales o metaloides, y el último grupo incluía elementos ahora llamados no metales. [198] : 31  Las reseñas del libro indicaron que el término "metaloides" todavía estaba respaldado por las principales autoridades, [199] pero había reservas sobre su idoneidad. Aunque la terminología de Berzelius ganó una aceptación significativa, [200] más tarde enfrentó críticas de algunos que la encontraron contraintuitiva, [197] mal aplicada, [201] o incluso inválida. [202] [203] Se había considerado la idea de designar elementos como el arsénico como metaloides. [199] Ya en 1866, algunos autores comenzaron a preferir el término "no metal" en lugar de "metaloide" para describir elementos no metálicos. [204] En 1875, Kemshead [205] observó que los elementos se categorizaban en dos grupos: no metales (o metaloides) y metales. Observó que el término "no metal", a pesar de su naturaleza compuesta, era más preciso y se había aceptado universalmente como la nomenclatura de elección.

Desarrollo de tipos

Un perfil lateral grabado en piedra de un distinguido caballero francés.
Busto de Dupasquier (1793–1848) en el Monument aux Grands Hommes de la Martinière  [fr] en Lyon , Francia .

En 1844, Alphonse Dupasquier  [fr] , médico, farmacéutico y químico francés, [206] estableció una taxonomía básica de los no metales para facilitar su estudio. Escribió: [207]

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

El cuarteto de Dupasquier es paralelo a los tipos de no metales modernos. Los organógenos y los sulfuroides son similares a los no metales no clasificados. Los cloruros fueron posteriormente llamados halógenos. [208] Los boroides finalmente evolucionaron hacia los metaloides, con esta clasificación a partir de 1864. [199] Los entonces desconocidos gases nobles fueron reconocidos como un grupo de no metales distinto después de ser descubiertos a fines del siglo XIX. [209]

Su taxonomía se destacó por su base natural. [210] [ab] Dicho esto, fue una desviación significativa de otras clasificaciones contemporáneas, ya que agrupaba oxígeno, nitrógeno, hidrógeno y carbono. [212]

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, [213] anticipándose así a las agrupaciones verticales de la tabla periódica de Mendeleev de 1871. Las cinco clases de Dumas se dividen en los grupos modernos 1 , 17 , 16 , 15 y 14 a 13 respectivamente.

Criterios de distinción sugeridos

Muchos de los primeros análisis fueron fenomenológicos, y se han sugerido diversas propiedades físicas, químicas y atómicas para distinguir los metales de los no metales (u otros cuerpos); un conjunto completo de características tempranas fue establecido por el Rev. Thaddeus Mason Harris en la Minor Encyclopedia de 1803. [214]

METAL, en historia natural y química, nombre de una clase de cuerpos simples; de los cuales se observa que poseen; un brillo; que son opacos; que son fusibles, o pueden fundirse; que su gravedad específica es mayor que la de cualquier otro cuerpo descubierto hasta ahora; que son mejores conductores de electricidad que cualquier otro cuerpo; que son maleables, o capaces de ser extendidos y aplanados por el martillo; y que son dúctiles o tenaces, es decir, capaces de ser estirados en hilos o alambres.

Algunos criterios no duraron mucho; por ejemplo, en 1809, el químico e inventor británico Humphry Davy aisló el sodio y el potasio , [231] sus bajas densidades contrastaban con su apariencia metálica, por lo que la propiedad de densidad era tenue aunque estos metales estaban firmemente establecidos por sus propiedades químicas. [232]

Johnson [233] tiene un enfoque similar al de Mason, distinguiendo entre metales y no metales en función de sus estados físicos, conductividad eléctrica, propiedades mecánicas y la naturaleza ácido-base de sus óxidos:

  1. Los elementos gaseosos son los no metales (hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro y los gases nobles);
  2. Los líquidos (mercurio, bromo) son metálicos o no metálicos: el mercurio, como buen conductor, es un metal; el bromo, con su mala conductividad, es un no metal;
  3. Los sólidos son dúctiles y maleables, duros y quebradizos o blandos y desmenuzables:
a. Los elementos dúctiles y maleables son metales;
b. Los elementos duros y quebradizos incluyen el boro, el silicio y el germanio, que son semiconductores y, por lo tanto, no metales; y
c. Los elementos blandos y desmenuzables incluyen carbono, fósforo, azufre, arsénico, antimonio, [ag] telurio y yodo, que tienen óxidos ácidos indicativos de carácter no metálico. [ah]

Varios autores [238] han señalado que los no metales tienen generalmente densidades bajas y electronegatividad alta. La tabla adjunta, que utiliza un umbral de 7 g/cm 3 para la densidad y 1,9 para la electronegatividad (Pauling revisado), muestra que todos los no metales tienen baja densidad y alta electronegatividad. En contraste, todos los metales tienen alta densidad o baja electronegatividad (o ambas). Goldwhite y Spielman [239] añadieron que, "... los elementos más ligeros tienden a ser más electronegativos que los más pesados". La electronegatividad media de los elementos de la tabla con densidades inferiores a 7 g/cm 3 (metales y no metales) es 1,97 en comparación con 1,66 para los metales que tienen densidades de más de 7 g/cm 3 .

No existe un acuerdo total sobre el uso de las propiedades fenomenológicas. Emsley [240] señaló la complejidad de esta tarea, afirmando que ninguna propiedad por sí sola puede asignar inequívocamente a los elementos a la categoría de metal o no metal. Algunos autores dividen los elementos en metales, metaloides y no metales, pero Oderberg [241] no está de acuerdo, argumentando que según los principios de categorización, todo lo que no esté clasificado como metal debería considerarse un no metal.

Kneen y sus colegas [242] propusieron que la clasificación de los no metales se puede lograr estableciendo un único criterio de metalicidad. Reconocieron que existen varias clasificaciones plausibles y enfatizaron que, si bien estas clasificaciones pueden diferir en cierta medida, generalmente concordarían en la categorización de los no metales. Describen la conductividad eléctrica como la propiedad clave, argumentando que este es el enfoque más común.

Una de las propiedades más comúnmente reconocidas y utilizadas es el coeficiente de temperatura de resistividad , el efecto del calentamiento sobre la resistencia eléctrica y la conductividad. A medida que aumenta la temperatura, la conductividad de los metales disminuye mientras que la de los no metales aumenta. [243] Sin embargo, el plutonio , el carbono, el arsénico y el antimonio parecen desafiar la norma. Cuando el plutonio (un metal) se calienta dentro de un rango de temperatura de −175 a +125 °C, su conductividad aumenta. [244] De manera similar, a pesar de su clasificación común como un elemento no metálico, el carbono (como el grafito) es un semimetal que cuando se calienta experimenta una disminución en la conductividad eléctrica. [245] El arsénico y el antimonio, que ocasionalmente se clasifican como elementos no metálicos, también son semimetales y muestran un comportamiento similar al carbono. [246] [ dudoso – discutir ]

Comparación de propiedades seleccionadas

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

Propiedades físicas por tipo de elemento

Las propiedades físicas se enumeran en orden impreciso de facilidad para su determinación.

Propiedades químicas por tipo de elemento

Se enumeran las propiedades químicas desde las características generales hasta los detalles más específicos.

† El hidrógeno también puede formar hidruros similares a aleaciones [145]
‡ Las etiquetas bajo , moderado , alto y muy alto se basan arbitrariamente en los intervalos de valores que aparecen en la tabla.

Véase también

Notas

  1. ^ Estos seis (boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio) son los elementos comúnmente reconocidos como "metaloides", [3] una categoría que a veces se considera una subcategoría de los no metales y a veces una categoría separada tanto de los metales como de los no metales. [4]
  2. ^ Las formas más estables son: hidrógeno diatómico H 2 ; boro β-romboédrico ; grafito para carbono ; nitrógeno diatómico N 2 ; oxígeno diatómico O 2 ; silicio tetraédrico ; fósforo negro ; azufre ortorrómbico S 8 ; α-germanio ; arsénico gris ; selenio gris ; antimonio gris ; telurio gris ; y yodo diatómico I 2 . Todos los demás elementos no metálicos tienen solo una forma estable en condiciones normales . [6]
  3. ^ A temperaturas y presiones más altas, la cantidad de no metales puede ponerse en tela de juicio. Por ejemplo, cuando el germanio se funde, pasa de ser un metaloide semiconductor a un conductor metálico con una conductividad eléctrica similar a la del mercurio líquido. [13] A una presión suficientemente alta, el sodio (un metal) se convierte en un aislante no conductor . [14]
  4. ^ La luz absorbida puede convertirse en calor o reemitirse en todas las direcciones, de modo que el espectro de emisión es miles de veces más débil que la radiación luminosa incidente. [17]
  5. ^ El yodo sólido tiene un aspecto metálico plateado bajo luz blanca a temperatura ambiente. A temperaturas normales y superiores sublima desde la fase sólida directamente a un vapor de color violeta. [18]
  6. ^ Los no metales sólidos tienen valores de conductividad eléctrica que van desde 10 −18 S•cm −1 para el azufre [22] hasta 3 × 10 4 en grafito [23] o 3,9 × 10 4 para el arsénico ; [24] cf. 0,69 × 10 4 para el manganeso hasta 63 × 10 4 para la plata , ambos metales. [22] La conductividad del grafito (un no metal) y del arsénico (un no metal metaloide) supera a la del manganeso. Estas superposiciones muestran que puede ser difícil trazar una línea clara entre metales y no metales.
  7. ^ Los valores de conductividad térmica de los metales varían de 6,3 W m −1 K −1 para el neptunio a 429 para la plata ; cf. antimonio 24,3, arsénico 50 y carbono 2000. [22] Los valores de conductividad eléctrica de los metales varían de 0,69 S•cm −1 × 10 4 para el manganeso a 63 × 10 4 para la plata ; cf. carbono 3 × 10 4 , [23] arsénico 3,9 × 10 4 y antimonio 2,3 × 10 4 . [22]
  8. ^ Si bien se suele decir que el CO y el NO son neutros, el CO es un óxido ligeramente ácido que reacciona con bases para producir formiatos (CO + OH − → HCOO − ); [65] y en agua, el NO reacciona con el oxígeno para formar ácido nitroso HNO 2 (4NO + O 2 + 2H 2 O → 4HNO 2 ). [66]
  9. ^ Los valores de electronegatividad del flúor al yodo son: 3,98 + 3,16 + 2,96 + 2,66 = 12,76/4 3,19.
  10. ^ El helio se muestra encima del berilio para fines de consistencia de la configuración electrónica; como gas noble, generalmente se coloca encima del neón, en el grupo 18.
  11. ^ El resultado neto es una diferencia par-impar entre los períodos (excepto en el bloque s ): los elementos en períodos pares tienen radios atómicos más pequeños y prefieren perder menos electrones, mientras que los elementos en períodos 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 suave a lo largo del grupo. Por ejemplo, el fósforo y el antimonio en períodos impares del grupo 15 alcanzan fácilmente el estado de oxidación +5, mientras que el nitrógeno, el arsénico y el bismuto en períodos pares prefieren permanecer en +3. [87]
  12. ^ Los estados de oxidación, que denotan cargas hipotéticas para conceptualizar la distribución de electrones en los enlaces químicos, no reflejan necesariamente la carga neta de las moléculas o iones. Este concepto se ilustra con aniones como NO 3 − , donde se considera que el átomo de nitrógeno tiene un estado de oxidación de +5 debido a la distribución de electrones. Sin embargo, la carga neta del ion sigue siendo −1. Estas observaciones subrayan el papel de los estados de oxidación en la descripción de la pérdida o ganancia de electrones dentro de los contextos de enlace, distinto de indicar la carga eléctrica real, particularmente en moléculas unidas covalentemente.
  13. ^ Greenwood [93] comentó que: "El grado en el que los elementos metálicos imitan al boro (al tener menos electrones que orbitales disponibles para la unión) ha sido un concepto coherente y fructífero en el desarrollo de la química del metaloborano... 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".
  14. ^ Por ejemplo, la conductividad del grafito es 3 × 10 4 S•cm −1. [94] mientras que la del manganeso es 6,9 × 10 3 S•cm −1 . [95]
  15. ^ Un catión homopoliatómico consiste en dos o más átomos del mismo elemento unidos entre sí y que llevan una carga positiva, por ejemplo, N 5 + , O 2 + y Cl 4 + . Este es un comportamiento inusual para los no metales, ya que la formación de cationes normalmente se asocia con los metales, y los no metales normalmente se asocian con la formación de aniones. Los cationes homopoliatómicos también son conocidos para el carbono, el fósforo, el antimonio, el azufre, el selenio, el telurio, el bromo, el yodo y el xenón. [97]
  16. ^ 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 filtros. Curiosamente, los seis elementos marcados como metaloides (boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio) aparecen bajo ambos filtros. Otros seis elementos (113–118: nihonio, flerovio, moscovio, livermorio, tenesina y oganesón), cuyo estado se desconoce, también aparecen bajo ambos filtros, pero no están incluidos en ninguna de las doce categorías de color.
  17. ^ Las comillas no se encuentran en la fuente; se utilizan aquí para dejar claro que la fuente emplea la palabra no metales como término formal para el subconjunto de elementos químicos en cuestión, en lugar de aplicarse a los no metales en general.
  18. ^ Las configuraciones variables de estos no metales se han denominado, por ejemplo, no metales básicos, [107] bioelementos, [108] no metales centrales, [109] CHNOPS, [110] elementos esenciales, [111] "no metales", [112] [q] no metales huérfanos, [113] o no metales redox. [114]
  19. ^ El arsénico es estable en aire seco. La exposición prolongada en aire húmedo da como resultado la formación de una capa superficial negra. "El arsénico no es atacado fácilmente por el agua, las soluciones alcalinas o los ácidos no oxidantes". [119] Ocasionalmente se puede encontrar en la naturaleza en forma no combinada. [120] Tiene un potencial de reducción estándar positivo (As → As 3+ + 3e = +0,30 V), que corresponde a una clasificación de metal seminoble. [121]
  20. ^ "El boro cristalino es relativamente inerte." [115] El silicio "es generalmente muy poco reactivo." [116] "El germanio es un semimetal relativamente inerte." [117] "El arsénico puro también es relativamente inerte." [118] [s] "El antimonio metálico es... inerte a temperatura ambiente." [122] "En comparación con el S y el Se , el Te tiene una reactividad química relativamente baja." [123]
  21. ^ En los esquemas de clasificación suelen producirse imprecisiones y superposiciones de límites. [126]
  22. ^ Jones adopta una visión filosófica o pragmática de estas cuestiones. Escribe: "Aunque la clasificación es una característica esencial de todas las ramas de la ciencia, siempre hay casos difíciles en los límites. El límite de una clase rara vez es nítido  ... Los científicos no deberían perder el sueño 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 manténgalo. Si el sistema deja de ser útil, entonces deséchelo y reemplácelo con un sistema basado en diferentes características compartidas". [126]
  23. ^ Para una comparación relacionada con las propiedades de los metales, metaloides y no metales , consulte Rudakiya y Patel (2021), pág. 36.
  24. ^ Los óxidos metálicos suelen ser algo iónicos, dependiendo de la electropositividad del elemento metálico. [137] Por otro lado, los óxidos de metales con altos estados de oxidación suelen ser poliméricos o covalentes. [138] Un óxido polimérico tiene una estructura enlazada compuesta de múltiples unidades repetidas. [139]
  25. ^ Excepcionalmente, un estudio publicado en 2012 señaló la presencia de 0,04% de flúor nativo ( F
    2    ) en peso en antozonita , atribuyendo estas inclusiones a la radiación de pequeñas cantidades de uranio. [168]
  26. ^ El radón a veces se presenta como un contaminante potencialmente peligroso en interiores [170]
  27. ^ El término "fósil" no debe confundirse con el uso moderno de fósil para referirse a los restos, impresiones o rastros preservados de algo que alguna vez estuvo vivo.
  28. ^ Una clasificación natural se basaba en "todos los caracteres de las sustancias a clasificar, a diferencia de las 'clasificaciones artificiales' basadas en un solo carácter", como la afinidad de los metales por el oxígeno. "Una clasificación natural en química consideraría las analogías más numerosas y más esenciales". [211]
  29. ^ La relación Goldhammer-Herzfeld es aproximadamente igual al cubo del radio atómico dividido por el volumen molar . [217] Más específicamente, es la relación entre la fuerza que mantiene en su lugar a los electrones externos de un átomo individual y las fuerzas sobre los mismos electrones a partir de las interacciones entre los átomos en el elemento sólido o líquido. Cuando las fuerzas interatómicas son mayores o iguales que la fuerza atómica, se indica la itinerancia de los electrones externos y se predice el comportamiento metálico. De lo contrario, se anticipa un comportamiento no metálico.
  30. ^ Sonoridad es producir un sonido resonante cuando se golpea.
  31. ^ El rango líquido es la diferencia entre el punto de fusión y el punto de ebullición.
  32. ^ El parámetro de Mott es N  1/3 ɑ* H donde N es el número de átomos por unidad de volumen y ɑ* H "es su tamaño efectivo, usualmente tomado como el radio de Bohr efectivo del máximo en la distribución de probabilidad del electrón más externo (de valencia)". En condiciones ambientales, se da un valor de 0,45 para el valor de la línea divisoria entre metales y no metales.
  33. ^ Si bien el trióxido de antimonio suele clasificarse como anfótero, sus propiedades de ácido muy débil dominan sobre las de una base muy débil. [234]
  34. ^ Johnson contó al boro como un no metal y al silicio, germanio, arsénico, antimonio, telurio, polonio y astato como "semimetales", es decir, metaloides.
  35. ^ (a) La tabla incluye elementos hasta el einstenio (99) excepto el astato (85) y el francio (87), con densidades y la mayoría de las electronegatividades de Aylward y Findlay; [235] Las electronegatividades de los gases nobles son de Rahm, Zeng y Hoffmann. [236]
    (b) Un estudio de las definiciones del término "metal pesado" informó criterios de densidad que van desde más de 3,5 g/cm 3 hasta más de 7 g/cm 3 ; [237]
    (c) Vernon especificó una electronegatividad mínima de 1,9 para los metaloides, en la escala de Pauling revisada; [3]
  36. ^ Los cuatro tienen formas no frágiles menos estables: el carbono como grafito exfoliado (expandido) , [256] [257] y como alambre de nanotubos de carbono ; [258] el fósforo como fósforo blanco (suave como cera, flexible y se puede cortar con un cuchillo, a temperatura ambiente); [49] el azufre como azufre plástico; [50] y el selenio como alambres de selenio. [51]
  37. ^ Los metales tienen valores de conductividad eléctrica de6,9 × 10 3  S•cm −1 para el manganeso6,3 × 10 5 para plata . [260]
  38. ^ Los metaloides tienen valores de conductividad eléctrica de1,5 × 10 −6  S•cm −1 para el boro3,9 × 10 4 para arsénico . [261]
  39. ^ Los no metales no clasificados tienen valores de conductividad eléctrica de aprox.1 × 10 −18  S•cm −1 para los gases elementales3 × 10 4 en grafito. [94]
  40. ^ Los no metales halógenos tienen valores de conductividad eléctrica de aprox.1 × 10 −18  S•cm −1 para F y Cl a1,7 × 10 −8  S•cm −1 para el yodo. [94] [262]
  41. ^ Los gases elementales tienen valores de conductividad eléctrica de aprox.1 × 10 −18  S·cm −1 . [94]
  42. ^ Los metaloides siempre dan "compuestos de carácter menos ácido que los compuestos correspondientes de los no metales [típicos]". [247]
  43. ^ El trióxido de arsénico reacciona con el trióxido de azufre, formando "sulfato" de arsénico As 2 (SO 4 ) 3 . [270] Esta sustancia es de naturaleza covalente en lugar de iónica; [271] también se presenta como As 2 O 3 ·3SO 3 . [272]
  44. ^ NO
    2    , norte
    2    Oh
    5    , ENTONCES
    3    , SEO
    3    son fuertemente ácidas. [273]
  45. ^ H 2 O, CO, NO, N 2 O son óxidos neutros; CO y N 2 O son "formalmente los anhídridos del ácido fórmico e hiponitroso , respectivamente, a saber: CO + H 2 O → H 2 CO 2 (HCOOH, ácido fórmico); N 2 O + H 2 O → H 2 N 2 O 2 (ácido hiponitroso)". [274]
  46. ^ ClO
    2    , Cl
    2    Oh
    7    , I
    2    Oh
    5    son fuertemente ácidas. [275]
  47. ^ Los metales que forman vidrios son: vanadio; molibdeno, tungsteno; aluminio, indio, talio; estaño, plomo; y bismuto. [278]
  48. ^ Los no metales no clasificados que forman vidrios son el fósforo, el azufre y el selenio; [278] El CO 2 forma un vidrio a 40 GPa. [280]
  49. ^ El heluro de disodio ( Na2He ) es un compuesto de helio y sodio que es estable a altas presiones superiores a 113 GPa. El argón forma una aleación con el níquel, a 140 GPa y cerca de 1500 K, sin embargo, a esta presión el argón ya no es un gas noble. [288]
  50. ^ Los valores de los gases nobles son de Rahm, Zeng y Hoffmann. [236]

Referencias

Citas

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Bibliografía

Enlaces externos