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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 los metales y suelen ser malos conductores del calor y la electricidad . Químicamente, los no metales tienen una electronegatividad relativamente alta o suelen atraer 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 límite ( metaloides ) a veces se cuentan como no metales.

Los dos no metales más ligeros, el hidrógeno y el helio , juntos constituyen alrededor del 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 fueron identificados en los siglos XVIII y XIX. Si bien desde la antigüedad existía una distinción entre metales y otros minerales, sólo a finales 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 criterio 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 racimos plateados mate de fragmentos cristalinos.
Si bien el arsénico (aquí sellado en un recipiente para evitar que se deslustre ) tiene una apariencia brillante y es un conductor razonable del calor y la electricidad, es suave y quebradizo y su química es predominantemente no metálica. [7]

Los elementos químicos no metálicos a menudo se describen 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 más representativas del carácter metálico o no metálico.

Casi siempre se reconocen catorce elementos 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 cuentan como no metales:

Por tanto , alrededor del 15-20% de los 118 elementos conocidos [12] se clasifican como no metales. [do]

Propiedades generales

Físico

Variedad de color y forma
de algunos elementos no metálicos.

Los no metales varían mucho en apariencia, siendo incoloros, coloreados o brillantes. Para los no metales incoloros (hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y gases nobles), no se produce absorción de luz en la parte visible del espectro y toda la luz visible se transmite. [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 "familiar color amarillo verdoso 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 teluro y el yodo [e] es el resultado de diversos grados de conducción metálica donde los electrones pueden reflejarse. 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 vapores de color marrón rojizo. Los no metales gaseosos y líquidos tienen densidades, puntos de fusión y ebullición muy bajos , y son malos conductores del calor y la electricidad. [20] Los no metales sólidos tienen bajas densidades y baja resistencia mecánica (siendo duros y quebradizos, o blandos y quebradizos), [21] y una amplia gama de conductividad eléctrica. [F]

Esta diversidad de formas surge de la variabilidad en las estructuras internas y los arreglos de unión. 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 gracias a las débiles fuerzas de dispersión de London que actúan entre sus átomos o moléculas, aunque las moléculas mismas tienen fuertes enlaces covalentes. [25] Por el contrario, los no metales que forman estructuras extendidas, como largas cadenas de átomos de selenio, [26] láminas de átomos de carbono en el 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 unión más fuerte. [29] [ dudoso – discutir ] Los no metales más cercanos a la izquierda o al final 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] carbono, [31] fósforo, [32] arsénico, [33] selenio, [34] antimonio, [35] teluro [36] y yodo. [37]

Los no metales unidos covalentemente a menudo comparten sólo los electrones necesarios para lograr una configuración electrónica de gas noble. [43] Por ejemplo, el nitrógeno forma moléculas diatómicas con triples enlaces entre cada átomo, los cuales alcanzan así la configuración del gas noble neón. El mayor tamaño atómico del antimonio evita el triple enlace, lo que da como resultado capas combadas en las que cada átomo de antimonio está unido individualmente con otros tres átomos cercanos. [44]

Se produce una buena conductividad eléctrica cuando hay enlaces metálicos , [45] sin embargo, los electrones de los no metales a menudo no son metálicos. [45] La buena conductividad eléctrica y térmica asociada con los electrones metálicos se observa en el carbono (como grafito, a lo largo de sus planos), el arsénico y el antimonio. [g] Se produce buena conductividad térmica 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] y 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 (suave como la cera, flexible y se puede cortar con un cuchillo, a temperatura ambiente), [49] el azufre plástico , [50] y el selenio, que se puede transformar 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 exhiben una variedad 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 diamantes , 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 ocurrir excepciones si un no metal no es muy electronegativo, o si su estado de oxidación es bajo, o ambas cosas. Estos óxidos no ácidos de no metales pueden ser anfóteros (como el agua, 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 donar electrones. 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 generales del dúo y el octeto , explicadas más correctamente en términos de la teoría del enlace de valencia . [67]

Por lo general, exhiben energías de ionización , afinidades electrónicas y potenciales de electrodo estándar más altos que los metales. Generalmente, cuanto más altos son 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.

La distinción química entre metales y no metales está relacionada con la fuerza de atracción entre la carga nuclear positiva de un átomo individual y sus electrones externos cargados negativamente. De izquierda a derecha en 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 el aumento de la carga nuclear atrae a los electrones externos más cerca del 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 cargados negativamente. [72]

El número de compuestos formados por no metales es enorme. [73] Los primeros 10 lugares en una tabla del "top 20" de elementos que se encuentran con mayor frecuencia en 895,501,834 compuestos, tal como figuran 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 valorado, 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
3B.O.
3), utilizado en esmaltes cerámicos ; [75] selenocisteína ( C
3h
7NO
2Se ), el aminoácido número 21 de la vida; [76] sesquisulfuro de fósforo (P 4 S 3 ), que se encuentra en cualquier fósforo ; [77] y teflón ( (C
2F
4) n ), utilizado para crear revestimientos antiadherentes para sartenes y otros utensilios de cocina. [78]

Complicaciones

Añadiendo complejidad a la química de los no metales están las anomalías que ocurren en la primera fila de cada bloque de la tabla periódica ; tendencias periódicas no uniformes; estados de oxidación superiores; formación de enlaces múltiples; y la propiedad se superpone con los metales.

Anomalía de la primera fila

Una 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 mesa en su conjunto está dividida en cuatro áreas rectangulares separadas entre sí por estrechos espacios. El primer rectángulo llena las siete filas de las dos primeras columnas. El rectángulo está etiquetado como "bloque s" en la parte superior y sus dos columnas están etiquetadas con los números de grupo "(1)" y "(2)" en la parte inferior. Las celdas de la primera fila (hidrógeno y helio, con 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 ninguna etiqueta de grupo en la parte inferior. La celda superior, denominada "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, denominada "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 "p-block"; en la parte inferior hay 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 sombreados en amarillo. Las líneas en negrita rodean las celdas de los no metales: las dos celdas superiores de la izquierda y las 21 celdas de adentro. 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 se destaca por sus diversos comportamientos de enlace. Lo más común es que forme 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 unión "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 preparar 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 una capa cero ni una subcapa 1p) y, por lo tanto, experimentan menos interacciones de intercambio electrón-electrón , a diferencia de las subcapas 3p, 4p y 5p de 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. 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 motivos de coherencia de la configuración electrónica, que el hidrógeno y el helio se colocaran encima de los elementos del bloque s, la anomalía significativa de la primera fila mostrada por estos dos elementos justifica ubicaciones alternativas. Ocasionalmente, el hidrógeno se coloca encima del flúor, en el grupo 17, en lugar de encima del litio en el grupo 1. El helio casi siempre se coloca encima del neón, en el grupo 18, en lugar de encima del 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 trazados 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 calcógenos 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 los grupos 13 a 15 y, en menor medida, 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 disolver el oro metálico [Au], y la ausencia de esta propiedad en los ácidos sulfúrico [ H 2 SO 4 ] y [ H 2 TeO 4 ] ".

Estados de oxidación superiores

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

Algunos elementos no metálicos exhiben estados de oxidación que se desvían de los predichos por la regla del octeto, que generalmente 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 NH3 , sulfuro de hidrógeno H2S , 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 período 2 en adelante, en compuestos como el ácido nítrico HN(V)O 3 y el pentafluoruro de fósforo PCl 5 . [l] Estados de oxidación más altos en grupos posteriores surgen a partir del período 3 en adelante, como se ve en el hexafluoruro de azufre SF6 , el heptafluoruro de yodo IF7 y el tetróxido de xenón (VIII ) XeO4 . Para los no metales más pesados, sus radios atómicos más grandes y valores de electronegatividad más bajos permiten la formación de compuestos con números de oxidación más altos, lo que respalda 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 de nitrógeno de 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 propensión a formar enlaces múltiples. Los compuestos formados por estos elementos a menudo exhiben estequiometrías y estructuras únicas, como se ve en los diversos óxidos de nitrógeno, [89] que no se encuentran comúnmente en elementos de períodos posteriores.

Superposiciones de propiedades

Si bien ciertos elementos se han clasificado tradicionalmente como no metales y otros como metales, se produce cierta superposición de propiedades. Escribiendo a principios del siglo XX, cuando la era de la química moderna ya estaba bien establecida, [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.
El boro (aquí en su forma amorfa menos estable) comparte algunas similitudes con los metales [m]

Ejemplos de propiedades similares a las de los metales que ocurren en elementos no metálicos incluyen:

Ejemplos de propiedades similares a las de los no metales que se presentan en los metales son:

Un desarrollo relativamente reciente involucra ciertos compuestos de elementos del bloque p más pesados, como silicio, fósforo, germanio, arsénico y antimonio, que exhiben comportamientos típicamente asociados con complejos de metales de transición . Esto está relacionado con una pequeña brecha de energía entre sus orbitales moleculares llenos y vacíos , que son las regiones de una molécula donde residen los electrones y donde pueden estar disponibles para reacciones químicas. En tales compuestos, esto permite una reactividad inusual con moléculas pequeñas como hidrógeno (H 2 ), amoníaco (NH 3 ) y 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 no metales varían ampliamente: algunos admiten tan solo dos subtipos y otros identifican hasta siete. Por ejemplo, la tabla periódica de la Encyclopaedia Britannica reconoce gases nobles, 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 en la tabla periódica de la Royal Society of Chemistry incluyen no metales. [104] [p]

Empezando 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
  la reactividad mixta "no metales no clasificados", un conjunto sin 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 se consideran una tercera categoría distinta de los metales y no metales: boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio.

Si bien muchos de los primeros investigadores intentaron clasificar elementos, ninguna de sus clasificaciones fue satisfactoria. Se dividieron en metales y no metales, pero pronto se descubrió que algunos tenían propiedades de ambos. Estos fueron llamados metaloides. Esto sólo aumentó la confusión al hacer dos divisiones confusas donde antes existía una. [125]

Whiteford & Coffin 1939, Fundamentos de la 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 autores se produce en el "territorio fronterizo" de los metaloides. [127] Algunos consideran los metaloides 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, arsénico y antimonio debido a sus similitudes con los metales pesados ). [128] [v] Los metaloides se parecen a los elementos universalmente considerados "no metales" porque tienen densidades relativamente bajas, alta electronegatividad y un comportamiento químico similar. [124] [w]

Gases nobles

un tubo de vidrio, sostenido boca abajo con unas pinzas, tiene un tapón de aspecto 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 denominan gases nobles debido a su reactividad química excepcionalmente baja . [105]

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

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

No metales halógenos

El sodio metálico altamente reactivo (Na, izquierda) se combina con cloro gaseoso halógeno no metálico 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 ); sal de mesa común (NaCl); desinfectante para piscinas ( NaBr ); y complementos 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 en su mayoría son agentes oxidantes relativamente fuertes . [134] Estas características contribuyen a su naturaleza corrosiva. [135] Los cuatro elementos tienden a formar compuestos principalmente iónicos con metales, [136] en contraste con los no metales restantes (excepto el oxígeno) que tienden a formar compuestos principalmente 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 unas 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 los metales alcalinos en compuestos como los cloruros ( NaCl cf. HCl ) y nitratos ( KNO 3 cf. HNO 3 ), y en ciertos complejos de metales alcalinos [144] [145] como no metal. [146] Alcanza esta configuración formando un enlace covalente o iónico [147] o, si inicialmente ha cedido su electrón, uniéndose a un par de electrones solitarios. [148]

Algunos o todos estos no metales comparten varias propiedades. Al ser generalmente menos reactivos que los halógenos, [149] la mayoría de ellos pueden encontrarse naturalmente en el medio ambiente. [150] Tienen funciones importantes en biología [151] y geoquímica . [152] En conjunto, sus características físicas y químicas pueden describirse como "moderadamente no metálicas". [152] A veces tienen aspectos corrosivos. La corrosión por carbono puede ocurrir en las celdas de combustible . [153] El selenio no tratado en los suelos puede provocar la formación de gas corrosivo de seleniuro de hidrógeno . [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 entre sí , particularmente en compuestos sólidos. [156] Además, las relaciones diagonales de la tabla periódica entre estos no metales reflejan relaciones similares entre los metaloides. [157]

Abundancia, extracción y uso.

Abundancia

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

Los elementos no metálicos de los gases nobles volátiles son menos abundantes en la atmósfera de lo esperado según 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 se agota inesperadamente. 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 a 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: aproximadamente el 73% de la corteza , el 93% de la biomasa , el 96% de la hidrosfera y más del 99% de la biomasa. la atmósfera , como se muestra en la tabla adjunta. El silicio y el oxígeno forman estructuras tetraédricas muy estables, conocidas como silicatos . Aquí, "el poderoso vínculo que une los iones de oxígeno y silicio es el cemento que mantiene unida la corteza terrestre". [164]

En la biomasa, la abundancia relativa de los primeros cuatro no metales (y marginalmente fósforo, azufre y selenio) se atribuye a una combinación de tamaño atómico relativamente pequeño y suficientes electrones de repuesto. Estas dos propiedades les permiten unirse entre sí y "algunos 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 mediante el proceso Frasch , que implicaba inyectar agua sobrecalentada en depósitos subterráneos para derretir el azufre, que luego se bombeaba 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 del 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 de metano ; helio, procedente del gas natural ; azufre, 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 salmuera
   Sólidos (12): boro, a partir de boratos ; el carbono se presenta naturalmente como grafito; silicio, de sílice ; fósforo, procedente de fosfatos ; yodo, a partir de yodato de sodio ; el radón, como producto de desintegración de los minerales de uranio ; flúor, de fluorita ; [y] germanio, arsénico, selenio, antimonio y telurio, a partir de sulfuros .

Usos

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

Muchos tienen aplicaciones domésticas e industriales en artículos domésticos; [169] [z] medicamentos y productos farmacéuticos; [171] y láseres e iluminación. [172] Son componentes de ácidos minerales ; [173] y frecuente 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 sustitutos del 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 que se encuentran 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 dentro de la Tierra en metales y "fósiles". [aa] Esta última categoría incluía varios minerales como rejalgar , ocre , rulo , azufre, 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 se mantuvo prácticamente sin cambios, aunque con terminología variable. 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 importantes", 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 ), alumbre , 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 las plantas según procedieran de suelos metálicos o no metálicos. [187]

Posteriormente, el químico francés Nicolas Lémery analizó los minerales metálicos y no metálicos en su obra Tratado universal sobre medicamentos simples, ordenados alfabéticamente, publicado en 1699. En sus escritos, contempló si la sustancia "cadmia" pertenecía a la primera categoría, similar al cobalto ( cobaltita ), o la segunda categoría, ejemplificada por lo que entonces se conocía como calamina , un mineral mixto que contiene carbonato y silicato de zinc . [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] que enumera los gases elementales oxígeno, hidrógeno y nitrógeno (e incluye erróneamente luz y 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 cuando surgió la idea moderna de elementos químicos a finales del siglo XVIII. El químico francés Antoine Lavoisier publicó la primera lista moderna de elementos químicos en su revolucionario [190] 1789 Traité élémentaire de chimie . Los 33 elementos conocidos por Lavoisier se clasificaron en cuatro grupos distintos, incluidos gases, sustancias metálicas, sustancias no metálicas que forman ácidos cuando se oxidan, [191] y tierras (óxidos resistentes al calor). [192] El trabajo de Lavoisier obtuvo un amplio reconocimiento y se volvió a publicar en veintitrés ediciones en seis idiomas durante sus primeros diecisiete años, lo que avanzó significativamente en la comprensión de la química en Europa y América. [193]

En 1802 se introdujo el término "metaloides" para 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, señalando 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. Si bien 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" sobre "metaloide" para describir elementos no metálicos. [204] En 1875, Kemshead [205] observó que los elementos se clasificaban en dos grupos: no metales (o metaloides) y metales. Señaló que el término "no metal", a pesar de su naturaleza compuesta, era más preciso y había pasado a ser universalmente aceptado como la nomenclatura preferida.

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 no metales para ayudar en su estudio. Él escribió: [207]

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

El cuarteto de Dupasquier es paralelo a los tipos modernos no metálicos. Los organógenos y sulfuroides son similares a los no metales no clasificados. Los cloruros se denominaron más tarde halógenos. [208] Los boroides finalmente evolucionaron hasta convertirse en metaloides, y esta clasificación comenzó ya en 1864. [199] Los gases nobles entonces desconocidos fueron reconocidos como un grupo no metálico 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] anticipando así 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

Gran parte de los primeros análisis fueron fenomenológicos y se ha sugerido una variedad de propiedades físicas, químicas y atómicas para distinguir los metales de los no metales (u otros cuerpos); El reverendo Thaddeus Mason Harris n declaró un conjunto temprano completo de características en la Enciclopedia Menor 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 sean 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 la electricidad que cualquier otro cuerpo; que sean maleables o capaces de extenderse y aplanarse con el martillo; y que sean 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 quebradizos:
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 tanto, no metales; y
do. Los elementos blandos y quebradizos incluyen carbono, fósforo, azufre, arsénico, antimonio, [ag] telurio y yodo, que tienen óxidos ácidos indicativos de carácter no metálico. [ah]

Varios autores [238] han observado que los no metales generalmente tienen 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. Por el contrario, todos los metales tienen alta densidad o baja electronegatividad (o ambas). Goldwhite y Spielman [239] agregaron que "... los elementos más ligeros tienden a ser más electronegativos que los más pesados". La electronegatividad promedio 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 con densidades superiores a 7 g/cm 3 .

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

Kneen y colegas [242] propusieron que la clasificación de los no metales se puede lograr estableciendo un criterio único para la metalicidad. Reconocieron que existen varias clasificaciones plausibles y enfatizaron que, si bien estas clasificaciones pueden diferir hasta cierto punto, en general estarían de acuerdo 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 utilizadas más comúnmente reconocidas 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 elemento no metálico, el carbono (como 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 del 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 halógenos, 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 utilizado.

Propiedades físicas por tipo de elemento

Las propiedades físicas se enumeran en orden aproximado de facilidad de determinación.

Propiedades químicas por tipo de elemento.

Las propiedades químicas se enumeran desde características generales hasta 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 enumerados en la tabla

Ver 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 cuenta como una subcategoría de no metales y, a veces, como 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 por carbono ; nitrógeno diatómico N2 ;​ oxígeno diatómico O2 ;​ silicio tetraédrico ; fósforo negro ; azufre ortorrómbico S8 ;​ α-germanio ; arsénico gris ; selenio gris ; antimonio gris ; telurio gris ; y yodo diatómico I 2 . Todos los demás elementos no metálicos tienen una sola forma estable en STP . [6]
  3. ^ A temperaturas y presiones más altas, se puede cuestionar la cantidad de no metales. 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 direcciones de modo que el espectro de emisión sea miles de veces más débil que la radiación luminosa incidente. [17]
  5. ^ El yodo sólido tiene una apariencia metálica plateada bajo luz blanca a temperatura ambiente. A temperaturas normales y superiores se sublima desde la fase sólida directamente hasta convertirse en 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 el grafito [23] o 3,9 × 10 4 para el arsénico ; [24] cf. 0,69 × 10 4 para el manganeso a 63 × 10 4 para la plata , ambos metales. [22] La conductividad del grafito (un no metal) y del arsénico (un no metal metaloide) supera la del manganeso. Tales superposiciones muestran que puede resultar difícil trazar una línea clara entre metales y no metales.
  7. ^ Los valores de conductividad térmica de los metales oscilan entre 6,3 W m −1 K −1 para el neptunio y 429 para la plata ; cf. antimonio 24,3, arsénico 50 y carbono 2000. [22] Los valores de conductividad eléctrica de los metales oscilan entre 0,69 S·cm −1 × 10 4 para el manganeso y 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 el CO y el NO se consideran comúnmente 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 coherencia de la configuración electrónica; como gas noble suele situarse por encima del neón, en el grupo 18.
  11. ^ El resultado neto es una diferencia par-impar entre 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 lo contrario dirección. Muchas propiedades en el bloque p muestran entonces una tendencia en zigzag en lugar de una tendencia suave a lo largo del grupo. Por ejemplo, el fósforo y el antimonio en 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 enlaces químicos, no reflejan necesariamente la carga neta de moléculas o iones. Este concepto se ilustra con aniones como el 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. Tales observaciones subrayan el papel de los estados de oxidación al describir la pérdida o ganancia de electrones dentro de contextos de enlace, distintos de indicar la carga eléctrica real, particularmente en moléculas unidas covalentemente.
  13. ^ Greenwood [93] comentó que: "La medida en que los elementos metálicos imitan al boro (al tener menos electrones que orbitales disponibles para el enlace) ha sido un concepto coherente fructífero en el desarrollo de la química de los metaloboranos... De hecho, se ha hecho referencia a los metales como "átomos de boro honorarios" o incluso como "átomos de flexiboro". La relación inversa también es válida.
  14. ^ Por ejemplo, la conductividad del grafito es 3 × 10 4 S•cm −1. [94] mientras que el del manganeso es 6,9 × 10 3 S·cm −1 . [95]
  15. ^ Un catión homopoliatómico consta de 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 está asociada con los metales y los no metales normalmente están asociados con la formación de aniones. También se conocen cationes homopoliatómicos de carbono, fósforo, antimonio, azufre, selenio, telurio, bromo, yodo y xenón. [97]
  16. ^ De las doce categorías de la tabla periódica de la Royal Society, cinco solo aparecen con el filtro metálico, tres solo con el filtro no metálico y cuatro con ambos filtros. Curiosamente, los seis elementos marcados como metaloides (boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio) se muestran debajo de ambos filtros. Otros seis elementos (113-118: nihonium, flerovium, moscovium,livermorium, tennessine y oganesson), cuyo estado se desconoce, también aparecen en 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. ^ Se ha hecho referencia a las distintas configuraciones de estos no metales, 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 el aire seco. La exposición prolongada al 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), correspondiente a una clasificación de metal seminoble. [121]
  20. ^ "El boro cristalino es relativamente inerte". [115] El silicio "en general es 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. ^ Los límites borrosos y las superposiciones a menudo ocurren en los esquemas de clasificación. [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. Los límites de una clase rara vez son nítidos  ... Los científicos no deberían perder el sueño ante los casos difíciles. Mientras una El sistema de clasificación es beneficioso para la economía de descripción, para estructurar el conocimiento y para nuestra comprensión, y los casos difíciles constituyen una pequeña minoría, entonces manténgalo. Si el sistema deja de ser útil, deséchelo y reemplácelo con un sistema basado en diferentes elementos compartidos. características." [126]
  23. ^ Para obtener una comparación relacionada de las propiedades de metales, metaloides y no metales , consulte Rudakiya & Patel (2021), p. 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 repetitivas. [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 interior potencialmente peligroso [170]
  27. ^ El término "fósil" no debe confundirse con el uso moderno de fósil para referirse a los restos, impresiones o rastros conservados de cualquier ser que alguna vez estuvo vivo.
  28. ^ Una clasificación natural se basó 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 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 los electrones externos de un átomo individual en su lugar con las fuerzas sobre los mismos electrones provenientes 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 prevé un comportamiento no metálico.
  30. ^ La sonoridad es emitir un sonido de timbre cuando se golpea.
  31. ^ El rango de líquidos 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, generalmente tomado como el radio de Bohr efectivo del máximo en la probabilidad del electrón más externo (de valencia) distribución." 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 generalmente figura como anfótero, sus propiedades ácidas muy débiles dominan sobre las de una base muy débil. [234]
  34. ^ Johnson contó el boro como un no metal y el silicio, el germanio, el arsénico, el antimonio, el teluro, el polonio y el 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 menos estables y no frágiles: carbono como grafito exfoliado (expandido) , [256] [257] y como alambre de nanotubos de carbono ; [258] fósforo como fósforo blanco (suave como la cera, maleable y cortable con un cuchillo, a temperatura ambiente); [49] azufre como azufre plástico; [50] y selenio como alambres de selenio. [51]
  37. ^ Los metales tienen valores de conductividad eléctrica de desde6,9 × 10 3  S•cm −1 para manganeso a6,3 × 10 5 para plata . [260]
  38. ^ Los metaloides tienen valores de conductividad eléctrica de desde1,5 × 10 −6  S•cm −1 para que el boro3,9 × 10 4 para arsénico . [261]
  39. ^ Los no metales no clasificados tienen valores de conductividad eléctrica de ca.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 ca.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 ca.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 como 2 (SO 4 ) 3 . [270] Esta sustancia es de naturaleza covalente más que iónica; [271] también se da como As 2 O 3 ·3SO 3 . [272]
  44. ^ NO
    2    , norte
    2    oh
    5    , ENTONCES
    3    , SEO
    3    son fuertemente ácidos. [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, es decir, 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 ácidos. [275]
  47. ^ Los metales que forman los vidrios son: vanadio; molibdeno, tungsteno; aluminio, indio, talio; estaño, plomo; y bismuto. [278]
  48. ^ Los no metales no clasificados que forman vidrios son fósforo, azufre y selenio; [278] El CO 2 forma un vidrio a 40 GPa. [280]
  49. ^ El heluro disódico (Na 2 He) 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 1.500 K, sin embargo a esta presión el argón ya no es un gas noble. [288]
  50. ^ Los valores de los gases nobles proceden de Rahm, Zeng y Hoffmann. [236]

Referencias

Citas

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Bibliografía

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