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7/26/2019 fasciculo6.pdf

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Elmundo delaqumica

Loselementosqumicos

Fascculo 6

Cun abundantes son los elementosqumicos?

De los 112 elementos que aparecen en la tabla peridica,

la Tierra alberga alrededor de 90. De stos, 81 elementosson estables, mientras que los 9 restantes existen comoistopos radioactivos inestables. Los elementos posterioresal uranio (Z=92) no se encuentran en la naturaleza y hansido obtenidos artificialmente mediante el uso deaceleradores de partculas.

La mayora de los elementos se obtienen de la cortezaterrestre, y otros de la atmsfera y de los ocanos. Algunosse encuentran en forma libre y sin combinar. Sin embargo,muchos de ellos se combinan unos con otros para formarcompuestos, y stos entre s forman los minerales, las rocasy los suelos. De los suelos se extraen los minerales que

son la base de la riqueza de algunos pases del mundo. Losmetales, en gran parte, provienen de los minerales. Losmetales ms abundantes que existen en la corteza terrestreen forma mineral son: aluminio, hierro, calcio, magnesio,sodio, potasio, titanio y manganeso.

El agua de mar es una rica fuente de iones metlicos comoNa+, Mg+2, Ca+2, Cl -1, CO3

2-, SO42-... Por otra parte, la

obtencin de metales con alto ndice de pureza como elhierro y el aluminio, entre otros, se logra mediante procesosmetalrgicos.

Abundancia relativade los elementos qumicos

en el Universo

Composicin qumica del cuerpo humano.

Hidrgeno10%

Nitrgeno3%

Calcio

1,5%

Fsforo

1%

Otros: azufre, hierro, sodio, zinc,cloro, magnesio, silicio y potasio1,5%

Carbono18%

Oxgeno64%

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80

H

He

L

Be

B

C

F

Na

Ne

Ne

O

MgSi

SAr

P

Cl

Ca

K

Sc

V

Ti

Fe

NiCr

Co

CuZn

Ga

Ge

As

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

5

6

7

8

P

Al

Mn

Se

Br

Kr

Rb

Sr

Y

Zr

Nb

Mo

Ru

Rh

Pd

Ag

Cd

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

La

Ce

Pr

Nd

Sm

Eu

GdDy

Ho

Er

Tb Tm

Yb

Lu

Hf

Ta

W

Re

Os

IrIr

Pt

Au

Hg

Tl

Abundancia

relativa

(log)

N atmico (z)

9


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Fundacin Polar ltimasNoticias El mundo de la qumica Captulo III: Los elementos qumicos fascculo 6

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El origen de los elementos qumicosLa teora ms aceptada, hoy en da, para explicar el origendel Universo es la del Big Bang o la Gran Explosin.sta postula que hace diez mil o veinte mil millones deaos, toda la materia y energa presente, incluyendo elespacio que ellas llenan, se concentr en un volumen muypequeo y por tanto de una densidad e inestabilidad muy

grande. Al ocurrir la inmensa explosin, todo comenz aexpandirse en un proceso que an no ha cesado.

En el Universo primitivo se form hidrgeno y helio, apartir de las partculas elementales que existan o seformaban como producto de la explosin primigenia.

Sin embargo, el resto de los elementos no podanconformarse en tales condiciones, pues sus ncleosatmicos se disociaran a tan altas energas. A medidaque ocurra la expansin del Universo, las temperaturasfueron disminuyendo y, con el tiempo, las estrellas seconvirtieron en las fbricas naturales de elementos.

Ello tiene lgica: para que dos ncleos atmicos sefusionen es necesario vencer la fuerza elctrica derepulsin de estas partculas, de tal manera que puedanacercarse a una distancia que les permita atraerse

mediante la denominada fuerza nuclear fuerte.En sucesivas fusiones nucleares se van conformando losncleos de elementos cada vez ms pesados, hasta llegaral istopo ms estable del hierro que es el 56. Por serste el ncleo ms estable, a partir de all ya no es posiblecontinuar la fusin de ncleos, por lo que entra envigencia una va energticamente menos exigente: lacaptura de neutrones que, al no tener carga elctrica,pueden penetrar en los ncleos sin ser repelidos. Luegoeste ncleo emite radiacin beta, dando origen a unnuevo elemento.

RadiacinPartculas

Partculaspesadas

QuarkAntiquarkElectrn

PositrnProtnNeutrn

HidrgenoDeuterioHelioLitio

10-43segundos

10-34

segundos

10-10

segundos

1 segundo

3 minutos

1x105 aos

1x108 aos

15x108 aos

1032 K

1027 K

1015 K

1010 K

103 K

3000K

18K

3K

La capacidad que tienen las estrellas para producirdeterminados elementos qumicos depende de sus masas,que pueden ir desde 0,1 hasta 100 veces la masa delSol. De esta forma, la enorme fuerza gravitacional deestos cuerpos estelares propiciar el proceso.

InteresanteLas estrellas mucho ms pesadas que el Sol pueden convertirse en supergigantes. Algunas de ellas explotan dandolugar al fenmeno llamado Supernova, lo que contribuye tanto a la sntesis de nuevos elementos, como a su dispersinen otras regiones del Universo.

Un fenmeno interesante ocurre cuando las partculas constituyentes de los rayos csmicos colisionan en el espacioexterior, fuera de las estrellas, produciendo fragmentos ms pequeos. Estas reacciones nucleares permiten explicarla formacin de los elementos livianos: litio, berilio y boro, debido a que los procesos de fusin tienen una barreraenergtica muy difcil de salvar para producirlos por esa va. Todo lo anterior podemos resumirlo con palabras deCarl Sagan: Hemos empezado a contemplar nuestros orgenes: sustancia estelar que medita sobre las estrellas...Debemos nuestra obligacin de sobrevivir no slo a nosotros sino tambin a este Cosmos, antiguo y vasto, del cualprocedemos.

21H

31H 42He

10n

La reaccin de fusin de un ncleo de deuterio (hidrgeno-2) y uno de tritio (hidrgeno-3) para dar un ncleo dehelio-4 y un neutrn:

2H + 3H 4He + 1n

Formacin de una estrella


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As, todos los tomos dehidrgeno, estn aislados,posean carga positiva o

negativa, o se encuentrenenlazados con otros tomosformando un compuesto,siempre tendrn un protn ensu ncleo (Z = 1). Si un tomoposee 2 protones seidentificar como helio(Z = 2), y si tiene tanto como92 protones en el ncleo, sele identificar como elelemento uranio(Z = 92).

Concepto de elemento qumico a travs de la historia

El desarrollo del concepto de elemento qumico estntimamente relacionado con la evolucin histrica de laqumica. En un principio las ideas fueron merasespeculaciones filosficas, destacando el paradigma delos cuatro elementos: aire, agua, tierra y fuego.

Fue Lavoisier quien dio un carcter experimental alconcepto, al destacar al anlisis qumico como laherramienta necesaria para saber si una sustancia es ono un elemento.

Luego Dalton, al plantear su teora atmica a principiosdel siglo XIX, se ve en la necesidad de asociar cadaelemento a un tipo de tomo. Esta nocin es apoyadapor Mendeleiev, cuando en el marco de su propuesta dela ley de periodicidad, en 1869, seala que la palabraelemento requiere de la idea de tomo.

En el siglo XX se desentraa laestructura interna del tomo y sedefine al elemento qumicocomoaquella sustancia que est formadapor tomos que, en su ncleo,contienen igual nmero de protones,denominndose ese nmero elnmero atmico(Z).

He42

He32

Neutrn

Protn


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Metales, no metales y semimetales


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Adicionalmente, algunos elementos tienen propiedadesque oscilan entre las que caracterizan a los metales yaquellas que les son propias a los no metales, por lo quese les denomina semimetales. Ejemplos de ellos son elgermanio (Ge) y el arsnico (As).

El oro es hermosamente brillante; la plata, adems desus codiciadas dotes, es un muy buen conductor de laelectricidad; el cobre es un gran amigo de los artesanos,pues es maleable y dctil; el mercurio, a pesar de serlquido a presin y temperatura ambiente, tiene un

llamativo brillo y una altsima densidad. Por estas razonesy otras propiedades a un grupo de elementos se le haclasificado como metales, que se caracterizan por ser:maleables, o sea fcilmente moldeables al impactarloscon un martillo; dctiles, pues podemos estirarlos enforma de largos hilos; brillantes porque reflejan la luz queles ilumina; adems tienen una alta conductividad elctricay trmica, y son, con frecuencia, relativamente densosy poseen altos puntos de fusin.

Por el contrario, elementos como el oxgeno, el fsforo, el yodo,el azufre y el nitrgeno, entre otros, al tener escaso o ningnbrillo, ser malos conductores de la electricidad y de la energatrmica, adems de tender a no ser maleables ni dctiles, y apresentar bajas densidades y bajos puntos de fusin, a tal extremoque muchos de ellos se nos presentan en forma gaseosa atemperatura y presin ambiente, deben ser clasificados comono metales.

Elementos metlicos: el hierro (Fe) y la plata (Ag).

Elementos no metlicos: el oxgeno (O), el fsforo (P), el yodo (I) y el azufre (S).

Elementos semimetlicos: el germanio (Ge) y el arsnico (A


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El carbono es clasificado como un no metal cuandose nos presenta en forma de grafito, el mismo

material de la mina de los lpices, y es un buenconductor de la electricidad, de all que se le hayautilizado en la elaboracin de algunas pilas o bateraselctricas.

De los 112 elementos que se conocen, menos de unaquinta parte son no metlicos. Su qumica es muy diversay su abundancia en la corteza terrestre es notable.Algunos de ellos son esenciales para los sistemasbiolgicos y ciertamente sin su existencia la Tierra sera

bien distinta y la vida, tal como la concebimos, imposible.Este grupo incluye, entre otros, a los gases nobles, loshalgenos, el hidrgeno, el carbono, oxgeno, nitrgeno,fsforo y azufre.

1086420

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

Abundancia relativa (log)

Natmico

Piensa y resulvelo

La figura representa la grfica de las abundanciasrelativas de los elementos del 1 al 36 en el SistemaSolar, en funcin de sus nmeros atmicos.Se expresan en una escala logartmica que asigna alsilicio (Si) una abundancia relativa de 1,00 x 106.

Haciendo uso de la grfica y de la tabla peridica,responde las siguientes preguntas:

Cul es el metal ms abundante?

Cul es el no metal ms abundante?

Cul es el semimetal ms abundante?

Cul es el elemento de transicin ms abundante?

Cuntos halgenos se consideran en esta grfica y cules el ms abundante?

Puedes encontrar alguna relacin entre la abundancia yel nmero atmico?

Hay alguna diferencia entre los elementos con nmeroatmico par e impar?

Imgenes de los elementos tomadas dewww.element-collection.com

La capacidad explosiva del hidrgenoes utilizada como sistema depropulsin.


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Nombres y smbolos de los elementos qumicos


Alguna vez has escuchado hablar en un idioma que no comprendes? Lo ms probable es que pienses que sonsonidos sin ningn significado, pero las personas que lo hablan se entienden perfectamente. El lenguaje que losqumicos utilizan se parece a un idioma extranjero, pero si lo conoces puedes traducirlo al espaol. El lenguaje dela qumica incluye smbolos y ecuaciones, as como nombres de elementos y compuestos. Por eso las reglas IUPAC(International Union of Pure Applied Chemistry) y un poco de historia acerca de los nombres y smbolos de loselementos, sern las herramientas que necesites para comunicarte en el lenguaje de la qumica.

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Antigedad. La humanidad conoca siete cuerpos celestes que asociaba a los sietedas de la semana y a los siete metales conocidos. Para esta asociacin entrecuerpos celestes y metales se utilizaba como criterio el color: el oro se relacionabacon el amarillo de la corona solar, la plata blanca con la Luna, y el hierro (el xido,realmente) con el rojo de Marte. De stos, slo el mercurio conserva la nomenclaturaoriginaria.

1783. Guyton de Morveau, Lavoisier, Berthollet y Fourcroy publican El Mtodo deNomenclatura Qumica. Ellos toman como base los nombres de las que para eseentonces se consideraban 30 sustancias simples. All, sustancias familiares comoel cobre y el azufre conservan sus nombres antiguos, y a las descubiertas en esapoca se les asign una nomenclatura acorde con sus propiedades caractersticas.As tenemos el oxgeno, por generador de cidos, pues pensaban que estos ltimossiempre contenan dicho elemento; hidrgeno, por generador de agua, mientras queal nitrgeno lo denominaban zoe que significa no apto para la vida animal.

1808. Dalton, al proponer su teora atmica, sinti la necesidad de asociar cadaelemento con un smbolo que representara al tomo correspondiente.

1818. El qumico sueco Jns Jacob Berzelius publica, en Estocolmo, una obra quepropuso la notacin que an hoy se utiliza, al sustituir los crculos y puntos de lossmbolos de Dalton por letras, tomando como base la inicial o las dos primeras letrasdel nombre del elemento escrito en latn.

1976. La Unin Internacional de Qumica Pura y Aplicada (IUPAC) propuso unanomenclatura sistemtica para evitar los diversos nombres que sugeran los cientficoscreadores de los elementos artificiales transfrmicos (Z > 100). De esta forma, porejemplo, el elemento de nmero atmico 104 se llamara Unnilquadio(un = 1; nil = 0, quad = 4 y la terminacin io por ser un metal).

1996. La IUPAC aprob utilizar los nombres que los creadores de los elementospropusieran. As, al elemento 104 se le conoce como rutherfordio (Rf) en honor aRutherford; el 105 dubnio (Db) por los laboratorios de Dubna donde se han obtenidovarios de estos elementos; el 106 lleva el nombre de seaborgio (Sg) por Seaborg,creador de elementos artificiales; el 107 se llama bohrio (Bh) para recordar a NeilsBohr, uno de los artfices de la teora atmica moderna; el 108 hassio (Hs) porHessen, denominacin latina de la regin de Alemania donde est el acelerador enel que han creado los elementos ms pesados y, finalmente, el 109 meitnerio (Mt)en honor de Lise Meitner, coautora del descubrimiento de la fisin nuclear.

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