5 Propiedades fundamentales de los no metales
Una simple tabla periódica mostrando el símbolo atómico y el número atómico. Crédito: WikiCommons CC0 1.0En química, el término «no metal» se refiere a los elementos y compuestos que carecen de carácter metálico. A pesar de constituir sólo 17 de los 118 elementos conocidos, los no metales son algunos de los elementos más importantes y esenciales para la vida tal y como la conocemos. Entre los ejemplos de no metales se encuentran el carbono, el oxígeno, el nitrógeno y el hidrógeno; todos ellos son los componentes básicos de los compuestos orgánicos.
En comparación con los metales, los no metales muestran una gama muy variable de propiedades, en términos de su comportamiento atómico y químico. Esto se debe a que los no metales difieren ampliamente en la fuerza de los enlaces interatómicos e intermoleculares. La mayoría de los no metales tienden a ser gases a temperaturas y presiones estándar y tienen bajas densidades. Todos los no metales están situados a la derecha de la tabla periódica en el bloque p de elementos (excepto el hidrógeno). Las propiedades que se observan comúnmente en los no metales son:
Esta lista de propiedades no es esencial ni exhaustiva. Algunos no metales tienen todas estas propiedades, otros tienen muy pocas. El grafito, por ejemplo, es un compuesto no metálico que es muy buen conductor de la electricidad y se utiliza en equipos electrónicos. Los polímeros, como el plástico, son cadenas de moléculas unidas covalentemente que son maleables y pueden ser moldeadas.
Tipos de no metales
En general, los no metales se dividen en dos categorías: los no metales reactivos y los halógenos. Los no metales reactivos tienden a mostrar más variación en sus propiedades físicas y químicas. Algunos, como el carbono y el azufre, son sólidos a temperatura ambiente y son menos electronegativos. Otros, como el oxígeno, son un gas a temperatura ambiente y son muy electronegativos. Entre los no metales reactivos también se encuentran los halógenos, elementos del grupo 17 de las tablas periódicas. Todos los halógenos tienen una capa de valencia de 7 electrones, por lo que son extremadamente reactivos y forman fácilmente iones negativos. Los diferentes no metales reactivos son:
- Hidrógeno (H)
- Carbono (C)
- Nitrógeno (N)
- Oxígeno (O)
- Fósforo (P)
- Azufre (S)
- Selenio (Se)
- Fluoro (F)
- Cloro (Cl)
- Bromo (B)
- Yodo (I)
- Astatina (As)
- Helio (He)
- Neón (Ne)
- Argón (Ar)
- Criptón (Kr)
- Xenón (Xe)
- Radón (Rn)
- Elemento 118 (oganesson Og)
Los halógenos son:
En cambio, los gases nobles se caracterizan por su comportamiento químico inerte. Los gases nobles tienen una capa de valencia completa de 8 electrones, por lo que existen en una configuración electrónica muy estable. Como tales, los gases nobles no suelen reaccionar con otros elementos para formar compuestos. Los gases nobles son:
5 Propiedades De Los No Metales
Formar Enlaces Covalentes/Iónicos
Una de las principales características de los no metales es que forman compuestos químicos realizando enlaces covalentes e iónicos. En los enlaces covalentes, dos elementos comparten electrones de valencia hasta que tienen una capa completa. Los compuestos covalentes más comunes en la vida cotidiana son el dióxido de carbono, el etanol (alcohol), la glucosa y el tetracloruro de carbono. Los elementos de los compuestos covalentes comparten electrones para que cada uno pueda alcanzar una configuración electrónica estable. Los compuestos covalentes tienden a mostrar la mayor variación en su geometría molecular. Los compuestos covalentes adoptarán una forma que minimice la cantidad de repulsión electrostática entre los pares de electrones. Los enlaces covalentes se forman normalmente entre dos no metales.
En cambio, los enlaces iónicos suelen formarse entre no metales y metales. En los enlaces iónicos, un elemento toma electrones de otro, lo que crea un catión y un anión. Los iones con carga opuesta se atraen entre sí y se agrupan para formar compuestos iónicos. Los compuestos iónicos más comunes son la sal de mesa, el carbonato, el sulfato y el cloruro de potasio. Los enlaces iónicos tienden a formarse entre elementos que difieren mucho en electronegatividad (ΔEN > 2.0). La mayoría de los compuestos iónicos se organizan en una estructura periódica de iones conocida como red.
Frágiles
La mayoría de los compuestos covalentes e iónicos hechos de no metales tienden a ser frágiles y se rompen si se aplica una fuerza lo suficientemente grande. A diferencia de los metales, los compuestos no metálicos no son maleables ni dúctiles. La mayoría de los compuestos no metálicos no pueden deformarse más allá de un cierto punto sin romperse y perderán su fuerza cuando se moldeen.
Los compuestos no metálicos tienden a ser frágiles debido a la naturaleza de sus enlaces iónicos y covalentes. Tanto los enlaces iónicos como los covalentes implican la compartición/captura de electrones. Ambos tipos de compuestos se organizan de manera que se minimicen las repulsiones electrostáticas. Por ejemplo, en un compuesto iónico, los átomos positivos y negativos se encuentran encerrados en una estructura cristalina ajustada con iones positivos alineados con iones negativos. La aplicación de una fuerza puede desplazar la alineación de los iones de modo que los positivos se alineen con los positivos y los negativos con los negativos. La repulsión hace que el compuesto se fracture.
De la misma manera, los enlaces covalentes requieren que los electrones y los átomos estén dispuestos de una manera particular. la aplicación de una fuerza mecánica perturba esa disposición haciendo que el compuesto se fracture. En cambio, los enlaces metálicos pueden moverse y deslizarse entre sí debido a sus enlaces electrónicos deslocalizados. Por eso los metales son dúctiles y maleables, pueden cambiar su estructura atómica sin romper sus enlaces químicos.
Puntos de fusión/ebullición bajos
No es cierto que todos los compuestos no metálicos tengan puntos de fusión y ebullición bajos. La sal, por ejemplo, tiene un punto de fusión de 801 °C, que es muy alto. Sin embargo, en comparación con los metales, los compuestos no metálicos tienen puntos de fusión y ebullición relativamente bajos. Los puntos de fusión y ebullición bajos explican por qué la mayoría de los no metales son gaseosos a temperatura ambiente.
Los compuestos no metálicos, concretamente los covalentes, tienen puntos de fusión y ebullición bajos debido a sus interacciones intermoleculares relativamente débiles. El comportamiento de fase de una sustancia está determinado por la fuerza de sus enlaces intermoleculares. Los metales tienen puntos de fusión y ebullición muy altos porque tienen atracciones intermoleculares muy fuertes. Los compuestos covalentes, en cambio, no tienen fuertes atracciones intermoleculares. Esto se debe a que la mayoría de las moléculas covalentes son eléctricamente neutras y, por lo tanto, no atraen a sus vecinas, al menos, no en la medida en que lo hacen los metales.
Los compuestos iónicos tienen puntos de fusión/ebullición más altos que los compuestos covalentes, pero todavía menos que los de los metales. El calentamiento de un compuesto iónico aumenta la energía cinética de las partículas. más allá de un cierto umbral, la energía cinética supera la atracción electrostática y la estructura de la red se deshace. Por el contrario, los metales tienen puntos de fusión/ebullición muy altos porque sus átomos pueden cambiar de lugar sin romper los enlaces químicos.
Alta energía de ionización/electronegatividad
Los no metales suelen tener altas energías de ionización. Esto significa que es difícil eliminar los electrones de los átomos no metálicos. Los no metales tienen altas energías de ionización debido a lo grandes que son sus núcleos en comparación con lo llenos que están sus caparazones de electrones. Los grandes núcleos cargados positivamente de átomos como el oxígeno y el flúor atraen sus electrones con mucha fuerza, lo que dificulta su eliminación.
La misma razón explica por qué los no metales también tienden a ser más electronegativos que los metales. Los núcleos cargados positivamente de los no metales ejercen una fuerte atracción sobre los electrones, lo suficientemente fuerte como para eliminarlos a veces de los átomos vecinos. en general, cuanto más a la izquierda se va en la tabla periódica, más altas son las energías de ionización y las electronegatividades.
Pobres conductores del calor y la electricidad
Los no metales también tienden a ser relativamente malos conductores del calor y la electricidad, aunque existen algunas excepciones. La razón por la que los no metales son malos conductores está relacionada con la razón por la que los metales son comparativamente buenos conductores. Los metales conducen bien el calor porque pueden absorber mucha energía cinética sin romper sus enlaces. Los no metales, por el contrario, necesitan una disposición fija de los átomos para mantenerse estables, por lo que una cantidad excesiva de energía cinética supera sus enlaces. Los metales son buenos conductores de la electricidad porque tienen numerosos orbitales abiertos por los que se pueden mover los electrones. Los no metales tienden a tener orbitales completos, por lo que los electrones no tienen ningún lugar al que ir cuando se les introduce un voltaje.
El curioso caso del hidrógeno: ¿Metal o no metal?
Generalmente, el primer elemento, el hidrógeno, se clasifica como un no metal. Sin embargo, el hidrógeno tiene una mezcla muy singular de propiedades que hace difícil clasificarlo como metal o no metal. Por ejemplo, el hidrógeno forma enlaces covalentes y existe naturalmente como gas, como un no metal. Sin embargo, el hidrógeno también se desprende fácilmente de su único electrón para formar iones con carga positiva, una propiedad que se observa sobre todo en los metales. La combinación única de propiedades del hidrógeno es el resultado de su estructura atómica muy simple.
En 1935, los físicos Eugene Wigner y Hillard Huntington predijeron que a temperaturas y presiones extremadamente altas, el hidrógeno se condensaría en un líquido o sólido metálico. Se predijo que esta fase exótica del hidrógeno se comportaría como un metal y sería un muy buen conductor del calor y la electricidad. De momento, sólo se ha observado la existencia de hidrógeno en estado gaseoso, aunque se cree que podría existir hidrógeno metálico líquido en los núcleos de planetas gigantes gaseosos como Júpiter o Saturno. Un núcleo denso de hidrógeno metálico líquido explicaría los potentísimos campos magnéticos de los gigantes gaseosos, que contradicen las predicciones clásicas.
En resumen, un no metal es una sustancia química que se caracteriza por carecer de propiedades metálicas. Los no metales suelen ser gaseosos o líquidos a temperatura ambiente y se dividen entre los no metales reactivos y los gases nobles. Los no metales establecen enlaces covalentes, forman compuestos frágiles y quebradizos, tienen puntos de fusión y ebullición bajos, tienen energías de ionización y electronegatividad elevadas y son malos conductores de la electricidad. Los no metales son más variables químicamente que los metales debido a su gama relativamente amplia de tamaños de núcleos atómicos y configuraciones de electrones. ¡Todos los no metales se sitúan en el bloque p de la tabla periódica.