Metal de transición

Los metales de transición son aquellos elementos químicos que están situados en la parte central del sistema periódico, en el constante bloque D, cuya principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital d, parcialmente lleno de electrones. Esta definición se puede ampliar considerando como elementos de transición a aquellos que poseen electrones alojados en el orbital d, esto incluiría a zinc, cadmio, y mercurio. La IUPAC define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d (subnivel de energía) incompleta o que puede dar lugar a cationes".​

Son metales de transición, ya que tienen una configuración d10. Solo se forman unas pocas especies transitorias de estos elementos que dan lugar a iones con una subcapa d parcialmente completa. Por ejemplo mercurio (I) solo se encuentra como Hg22+, el cual no forma un ion aislado con una subcapa parcialmente llena, por lo que los tres elementos son inconsistentes con la definición anterior.2​ Estos forman iones con estado de oxidación 2+, pero conservan la configuración 4d10. El elemento 112 podría también ser excluido aunque sus propiedades de oxidación no son observadas debido a su naturaleza radioactiva. Esta definición corresponde a los grupos 3 a 12 de la tabla periódica.

Según la definición más amplia los metales de transición son los cuarenta elementos químicos, del 21 al 30, del 39 al 48, del 71 al 80 y del 103 al 112. El nombre de "transición" proviene de una característica que presentan estos elementos de poder ser estables por sí mismos sin necesidad de una reacción con otro elemento. Cuando a su última capa de valencia le faltan electrones para estar completa, los extrae de capas internas. Con eso es estable, pero le faltarían electrones en la capa donde los extrajo, así que los completa con otros electrones propios de otra capa. Y así sucesivamente; este fenómeno se le llama "Transición electrónica". Esto también tiene que ver con que estos elementos sean tan estables y difíciles de hacer reaccionar con otros. La definición más amplia es la que tradicionalmente se ha utilizado. Sin embargo muchas propiedades interesantes de los elementos de transición como grupo son el resultado de su subcapa d parcialmente completa. Las tendencias periódicas del bloque d son menos predominantes que en el resto de la tabla periódica. A través de esta la valencia no cambia porque los electrones adicionados al átomo van a capas internas.3​

Definiciones

• La definición de la IUPAC4​ define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d parcialmente llena , o que puede dar lugar a cationes con una subcapa d incompleta ".

• Muchos científicos describen un "metal de transición" como cualquier elemento en el bloque d de la tabla periódica , que incluye los grupos 3 a 12 en la tabla periódica.5​6​ En la práctica real, las series de actínidos y lantánidos del bloque f también se consideran metales de transición y se denominan "metales de transición internos".

• Cotton y Wilkinson7​ amplían la breve definición de la IUPAC (véase más arriba) especificando qué elementos se incluyen. Además de los elementos de los grupos 4 a 11, añaden escandio e itrio en el grupo 3, que tienen una subcapa d parcialmente llena en estado metálico . El lantano y el actinio, que consideran elementos del grupo 3, se clasifican sin embargo como lantánidos y actínidos respectivamente.

• El químico inglés Charles Rugeley Bury (1890–1968) utilizó por primera vez la palabra transición en este contexto en 1921, cuando se refirió a una serie de transición de elementos durante el cambio de una capa interna de electrones (por ejemplo, n = 3 en la cuarta fila de electrones). la tabla periódica) de un grupo estable de 8 a uno de 18, o de 18 a 32.8​9​10​ Estos elementos ahora se conocen como el bloque d.

Elementos

Los elementos de los grupos 4 a 11 se reconocen generalmente como metales de transición, justificados por su química típica, es decir, una amplia gama de iones complejos en varios estados de oxidación, complejos coloreados y propiedades catalíticas como elemento o como iones (o ambos). Sc e Y en el grupo 3 también se reconocen generalmente como metales de transición. Sin embargo, los elementos La–Lu y Ac–Lr y el grupo 12 atraen diferentes definiciones de diferentes autores.

Muchos libros de texto de química y tablas periódicas impresas clasifican a La y Ac como elementos del grupo 3 y metales de transición, ya que sus configuraciones de estado fundamental atómico son s2d1 como Sc e Y. Los elementos Ce–Lu se consideran como la serie " lantánida " ( o "lantanoide" según la IUPAC) y Th–Lr como la serie " actínida ".11​12​ Las dos series juntas se clasifican como elementos de bloque f o (en fuentes más antiguas) como "elementos de transición interna". Sin embargo, esto da como resultado una división del bloque d en dos porciones bastante desiguales.13​

Algunos libros de texto de química inorgánica incluyen «La» con los lantánidos y Ac con los actínidos.7​14​15​ Esta clasificación se basa en similitudes en el comportamiento químico (aunque esta similitud en su mayoría solo existe entre los lantánidos) y define 15 elementos en cada una de las dos series, aunque corresponden al relleno de un f subcapa, que solo puede contener 14 electrones.16​

Una tercera clasificación define los elementos del bloque f como La–Yb y Ac–No, mientras que coloca a Lu y Lr en el grupo 3.17​ Esto se basa en el principio de Aufbau (o regla de Madelung) para llenar subcapas de electrones, en el cual 4f se llena antes que 5d (y 5f antes que 6d), de modo que la subcapa f está realmente llena en Yb (y No), mientras que Lu tiene una configuración [ ]s2f14d1. (Lr es una excepción donde el electrón d se reemplaza por un electrón p, pero la diferencia de energía es lo suficientemente pequeña como para que en un entorno químico a menudo muestre ocupación d de todos modos). La y Ac son, desde este punto de vista, simplemente considerados excepciones al principio de Aufbau con configuración electrónica [ ]s2f14d1 como predice el principio de Aufbau).18​ Los estados excitados del átomo libre y del ion pueden convertirse en el estado fundamental en entornos químicos, lo que justifica esta interpretación; La y Ac tienen subcapas bajas vacías f que se llenan en Lu y Lr, por lo que la excitación de los orbitales f es posible en La y Ac, pero no en Lu o Lr. Esto justifica la idea de que La y Ac simplemente tienen configuraciones irregulares (similares a Th as s 2 d 2 ), y que son el verdadero comienzo del bloque f.19​

Como la tercera forma es la única forma que permite simultáneamente (1) la preservación de la secuencia de números atómicos crecientes, (2) un bloque f de 14 elementos de ancho y (3) evitar la división en el bloque d, ha sido sugerido por un informe preliminar de la IUPAC de 2021 como la forma preferida.20​ Los físicos soviéticos Lev Landau y Evgeny Lifshitz sugirieron por primera vez en 1948 esta modificación, que trata a Lu como un elemento de transición en lugar de como un elemento de transición interno.21​ Después de esto, fue sugerida por muchos otros físicos y químicos, y fue generalmente la clasificación adoptada por aquellos que consideraron el tema,21​ pero los libros de texto generalmente se retrasaron en adoptarla.22​

El zinc , el cadmio y el mercurio a veces se excluyen de los metales de transición,8​ ya que tienen la configuración electrónica [ ]d10s2, sin capa d incompleta.23​ En el estado de oxidación +2, los iones tienen la configuración electrónica [ ]…d10. Aunque estos elementos pueden existir en otros estados de oxidación, incluido el estado de oxidación +1, como en el ion diatómico Hg2+
2, todavía tienen una capa d completa en estos estados de oxidación. Los elementos del grupo 12 Zn, Cd y Hg pueden, por lo tanto, bajo ciertos criterios, ser clasificados como metales de post-transición en este caso. Sin embargo, a menudo es conveniente incluir estos elementos en una discusión sobre los elementos de transición. Por ejemplo, cuando se analiza la energía de estabilización del campo cristalino de los elementos de transición de la primera fila, es conveniente incluir también los elementos calcio y zinc, ya que ambos Ca2+
y Zn2+
tienen un valor de cero, contra el cual se puede comparar el valor de otros iones de metales de transición. Otro ejemplo ocurre en la serie Irving-Williams de constantes de estabilidad de complejos.

La síntesis reciente (aunque discutida y hasta ahora no reproducida de forma independiente) de fluoruro de mercurio (IV) (HgF
4) ha sido tomado por algunos para reforzar la opinión de que los elementos del grupo 12 deben considerarse metales de transición,24​ pero algunos autores aún consideran que este compuesto es excepcional.25​ Se espera que Copernicium pueda usar sus electrones d para la química, ya que su subcapa 6d está desestabilizada por fuertes efectos relativistas debido a su número atómico muy alto y, como tal, se espera que tenga un comportamiento similar al de un metal de transición. cuando muestra estados de oxidación más altos que +2 (que no son definitivamente conocidos para los elementos más ligeros del grupo 12).

Aunque el meitnerio, el darmstadtio y el roentgenio se encuentran dentro del bloque d y se espera que se comporten como metales de transición de manera análoga a sus congéneres más ligeros como el iridio, el platino y el oro, esto aún no se ha confirmado experimentalmente. No está claro si el copernicio se comporta más como el mercurio o tiene propiedades más similares a las del gas noble radón.

Propiedades

Casi todos los elementos son metales típicos, de elevada dureza, con puntos de fusión y ebullición altos, buenos conductores tanto del calor como de la electricidad. Muchas de las propiedades de los metales de transición se deben a la capacidad de los electrones del orbital d de localizarse dentro de la red metálica. En metales, cuantos más electrones compartan un núcleo, más fuerte es el metal. Poseen una gran versatilidad de estados de oxidación, pudiendo alcanzar una carga positiva tan alta como la de su grupo, e incluso en ocasiones negativa (Como en algunos complejos de coordinación).

• Sus combinaciones son fuertemente coloreadas y paramagnéticas.

• Sus potenciales normales suelen ser menos negativos que el de los metales representativos, estando entre ellos los llamados metales nobles.

• Pueden formar aleaciones entre ellos.

• Son en general buenos catalizadores.

• Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio)

• Forman complejos iónicos.

Estados de oxidación variables

A diferencia de los metales de los grupos 1 y 2, los iones de los elementos de transición pueden tener múltiples estados de oxidación estables ya que pueden perder electrones d sin un gran sacrificio energético. El manganeso, por ejemplo tiene dos electrones 4s y cinco 3d que pueden ser eliminados. La pérdida de todos estos electrones lleva a un estado de oxidación +7. El osmio y el rutenio se encuentran comúnmente solos en un estado de oxidación +8 muy estable el cual es uno de los más elevados para compuestos aislados.

Ciertos patrones en los estados de oxidación surgen a través de los periodos de los elementos de transición:

• El número de estados de oxidación aumenta para cada ion hasta el Mn, a partir del cual comienza a disminuir. Los últimos metales de transición tienen una mayor atracción entre protones y electrones (ya que hay más de cada uno presentes), lo que requeriría más energía para eliminar los electrones.

• Cuando los elementos están en estados de oxidación bajos, se pueden encontrar como iones simples. Sin embargo, los metales de transición en estados de oxidación elevados se encuentran generalmente unidos covalentemente a elementos electronegativos como oxígeno o flúor formando iones poliatómicos como el cromato, vanadato, o permanganato.

Otras propiedades con respecto a la estabilidad de los estados de oxidación:

• Iones en elevados estados de oxidación tienden a ser buenos agentes oxidantes, mientras que elementos en bajos estados de oxidación tienden a ser buenos agentes reductores.

• Iones 2+ a través del periodo comienzan como fuertes reductores y se vuelven más estables.

• Iones 3+ comienzan estables y se vuelven más oxidantes a través del periodo.

Actividad catalítica

Los metales de transición forman buenos catalizadores homogéneos y heterogéneos, por ejemplo el hierro es el catalizador para el proceso de Haber y tanto el níquel como el platino son utilizados para la hidrogenación de alquenos. Esto es porque son capaces de reaccionar bajo numerosos estados de oxidación y como consecuencia de ello formar nuevos compuestos proveyendo una ruta de reacción alternativa con una energía de activación más baja.

Compuestos coloreados

De izquierda a derecha, solución acuosa de: Co(NO3)2 (rojo); K2Cr2O7 (anaranjado); K2CrO4 (amarillo); NiCl2 (verde); CuSO4 (azul); KMnO4 (violeta).

Debido a su estructura, los metales de transición forman muchos iones y complejos coloreados. Los colores pueden cambiar entre diferentes iones de un mismo elemento. Por ejemplo el MnO4− (Mn en el estado de oxidación 7+) es un compuesto violeta, mientras que Mn2+ es rosado pálido.

La coordinación por ligandos puede jugar su parte en determinar el color en un compuesto de transición debido a cambios en la energía de los orbitales d. Los ligandos eliminan la degeneración de los orbitales y los dividen en grupos de alta y baja energía. La diferencia de energía entre los orbitales de alta y baja energía determinará el color de la luz que es absorbida, ya que la radiación electromagnética se absorbe si tiene una energía que se corresponda con esta diferencia. Cuando un ion con ligandos absorbe luz algunos electrones son promovidos a un orbital de mayor energía. Si la luz absorbida es de diferente frecuencia, se observan diferentes colores.

El color de un complejo depende de:

• la naturaleza del ion metálico, particularmente el número de electrones en los orbitales d

• el orden de los ligandos alrededor del ion metálico (por ejemplo, diferentes isómeros geométricos pueden mostrar diferentes colores)

• la naturaleza de los ligandos rodeando al ion metálico. Si los ligandos son más fuertes, es mayor la diferencia de energía entre los grupos 3d.

El complejo formado por el elemento zinc del bloque d (aunque no es estrictamente un elemento de transición) es incoloro, porque los orbitales 3d están completos y los electrones no son capaces de desplazarse al grupo superior.

• Elementos del bloque d

• Tabla periódica de los elementos

• Elemento representativo

• Teoría del campo de los ligantes

• Teoría del campo cristalino

• Metal del bloque p

Metal del bloque p

Los elementos metálicos situados en la tabla periódica junto a los metaloides (o semimetales), dentro del bloque p se distinguen de los metales de otros bloques de la tabla; en algunos casos son denominados "otros metales". Tienden a ser blandos y a tener puntos de fusión bajos.

Estos elementos son los siguientes:

• Aluminio

• Galio

• Indio

• Estaño

• Talio

• Plomo

• Bismuto

• Nihonio

• Flerovio

• Moscovio

• Livermorio

Aunque la división entre metales y no metales puede variar.

Los elementos con número atómico desde el 113 al 116 pueden incluirse en este grupo, pero no suelen ser considerados. Estos elementos tienen un nombre sistemático

Semimetal

Como con los metales y los no metales, los semimetales (también conocidos como metaloides) comprenden una de las tres categorías de elementos químicos siguiendo una clasificación de acuerdo con las propiedades de enlace e ionización. Se caracterizan por presentar un comportamiento intermedio entre los metales y los no metales, compartiendo características de ambos. Por norma general y en la mayoría de los casos, tienden a reaccionar químicamente con no metales, aunque hay ciertos compuestos formados por metal y semimetal como por ejemplo el boruro de magnesio. Pueden ser tanto brillantes como opacos, y su forma puede cambiar fácilmente. Generalmente, los metaloides son mejores conductores de calor y de electricidad que los no metales, pero no tanto como los metales. No hay una forma unívoca de distinguir los metaloides de los metales verdaderos, pero generalmente se diferencian en que los metaloides son semiconductores antes que conductores. A diferencia de los metales, los cuales al aumentar la temperatura disminuye su conductividad eléctrica, en los semimetales aumentar la temperatura supone lo contrario, aumenta su conductividad eléctrica. Los no metales son opacos y de varios colores. Suelen ser utilizados en ocasiones para formar aleaciones. Pueden ser anfóteros o levemente ácidos.

Son considerados metaloides los siguientes elementos:

• Boro (B)

• Silicio (Si)

• Germanio (Ge)

• Arsénico (As)

• Telurio (Te)

• Polonio (Po)

• Antimonio (Sb)

Dentro de la tabla periódica los metaloides se encuentran en línea diagonal desde el boro al ástato (este último no está incluido). Los elementos que se encuentran encima a la derecha son no metales, y los que se encuentran debajo a la izquierda son metales.

Todos estos elementos poseen tres electrones de valencia o más en su última órbita (B 3, Si 4, Ge 4, As 5, Sb 5, Te 6, Po 6). El silicio, por ejemplo, es un metaloide ampliamente utilizado en la fabricación de elementos semiconductores para la industria electrónica, como rectificadores, diodos, transistores, circuitos integrados y microprocesadores.

Definiciones

Basado en el juicio

Un metaloide es un elemento que posee una preponderancia de propiedades intermedias, o que son una mezcla de las de los metales y los no metales, y que, por tanto, es difícil de clasificar como metal o como no metal. Se trata de una definición genérica que se basa en los atributos de los metaloides que se citan sistemáticamente en la literatura

Siguen las definiciones y los extractos de diferentes autores, que ilustran aspectos de la definición genérica:

• "En química un metaloide es un elemento con propiedades intermedias entre las de los metales y las de los no metales"​

• "Entre los metales y los no metales de la tabla periódica encontramos elementos ... [que] comparten algunas de las propiedades características tanto de los metales como de los no metales, lo que hace difícil situarlos en cualquiera de estas dos categorías principales"​

• "Los químicos a veces utilizan el nombre de metaloide ... para estos elementos que son difíciles de clasificar de una manera u otra"​

• "Dado que los rasgos que distinguen a los metales de los no metales son bombomclat cualitativa, algunos elementos no caen inequívocamente en ninguna de las dos categorías. Estos elementos ... se llaman metaloides ..."​

Más ampliamente, los metaloides han sido denominados como:

• "elementos que ... son una especie de cruce entre metales y no metales"; o

• "elementos extraños intermedios".​

La dificultad de categorización es un atributo clave. La mayoría de los elementos tienen una mezcla de propiedades metálicas y no metálicas,​ y pueden clasificarse en función de qué conjunto de propiedades sea más pronunciado.​

El oro, por ejemplo, tiene propiedades mixtas pero sigue siendo reconocido como el "rey de los metales". Además del comportamiento metálico (como la alta conductividad eléctrica, y la formación de cationes), el oro muestra un comportamiento no metálico:

• Tiene el más alto potencial de electrodo

• Tiene la tercera mayor energía de ionización entre los metales (después del zinc y el mercurio)

• Posee la mayor afinidad de electrón

• Su electronegativida de 2.54 es la mayor entre los metales y supera a a la de algunos semimetales (hidrógeno 2.2; fósforo 2.19; y radón 2.2)

• Forma el anión auridio Au−, donde en este caso actúa como un halógeno

• A veces presenta una tendencia, denominada "aurofilicidad", a vincularse consigo mismo.​

Sobre su naturaleza de halógeno ver Belpassi et al.,​ quién indica que en ellos áuridos MAu (M = Li–Cs) el oro "se comporta como un halógeno, intermedio entre el Br y el I"; sobre aurofilicidad ver Schmidbaur and Schier.​

Solo los elementos en o cerca de los márgenes, que carecen de una preponderancia suficientemente clara de propiedades metálicas o no metálicas, se clasifican como metaloides..​

El boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y teluro normalmente son identificados como metaloides.14​n 1​

Otros autores se han basado, por ejemplo, en la conductancia atómica o número de coordinación global.​

Jones, al escribir sobre el papel de la clasificación en la ciencia, observó que "[las clases] generalmente se definen por más de dos atributos".​ Masterton and Slowinski21​ utilizaron tres criterios para describir los seis elementos comúnmente reconocidos como metaloides: los metaloides tienen energías de ionización alrededor de 200 kcal/mol (837 kJ/mol) y valores de electronegatividad cercanos a 2,0. También dijeron que los metaloides son típicamente semiconductores, aunque el antimonio y el arsénico (semimetales desde una perspectiva física) tienen conductividades eléctricas que se acercan a las de los metales. Se sospecha que el selenio y el polonio no están en este esquema, mientras que el estatus de la astatina es incierto.​

En este contexto, Vernon propuso que un metaloide es un elemento químico que, en su estado estándar, tiene (a) la estructura de banda electrónica de un semiconductor o un semimetal; y (b) un primer potencial de ionización intermedio "(digamos 750-1.000 kJ/mol)"; y (c) una electronegatividad intermedia (1,9-2,2).​

Notas

1. ↑ Como la relación se basa en argumentos clásicos​ no da cabida al hallazgo de que el polonio, que tiene un valor de ~0,95, adopta una estructura metálica (en lugar de covalente) cristalina, por motivos relativista.​ Even so it offers a first order rationalization for the occurrence of metallic character amongst the elements.​

2. ↑ Atomic conductance is the electrical conductivity of one mole of a substance. It is equal to electrical conductivity divided by molar volume.​

3. ↑ El selenio tiene una energía de ionización (IE) de 225 kcal/mol (941 kJ/mol) y a veces se describe como un semiconductor. Tiene una electronegatividad (EN) relativamente alta de 2,55. El polonio tiene un IE de 194 kcal/mol (812 kJ/mol) y una EN de 2,0, pero tiene una estructura de banda metálica. La astatina tiene un IE de 215 kJ/mol (899 kJ/mol) y un EN de 2,2. Su estructura de banda electrónica no se conoce con certeza.

No metal

Los no metales son elementos químicos que no son buenos conductores de la corriente eléctrica y el calor. Son muy débiles, por lo que no se pueden ni estirar ni convertir en una lámina.​

Las propiedades químicas de los no metales, a diferencia de los metales, son muy diversas, a pesar de que representan un número muy reducido, la mayoría de ellos son esenciales para los sistemas biológicos (oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, fósforo y azufre). En el grupo de los no metales se incluyen los halógenos1​ (flúor, cloro, bromo, yodo, astato y téneso), que tienen 7 electrones en su última capa de valencia y los gases nobles (helio, neón, argón, kriptón, xenón, radón), que tienen 8 electrones en su última capa (excepto el helio, que tiene 2). Por lo tanto, dicha capa está completa y son poco reactivos. El resto de los no metales pertenecen a diversos grupos y son hidrógeno, carbono, azufre, selenio, nitrógeno, oxígeno y fósforo. Las propiedades únicas del hidrógeno lo apartan del resto de los elementos en la Tabla Periódica de Elementos.

Los no metales son los elementos situados a la derecha en la Tabla, por encima de la línea quebrada de los grupos 14 a 17 (incluido el hidrógeno).2​ Colocados en orden creciente de número atómico, los elementos pueden clasificarse por similitud de propiedades en 18 familias o grupos (verticalmente por columnas).

Desde el punto de vista de la electrónica, los elementos de una familia poseen la misma configuración electrónica en la última capa, aunque difieren en el número de capas (períodos).3​ Los grupos o familias son 18 y se corresponden con las columnas de la Tabla Periódica de Elementos.

La mayoría de los no metales tienen aplicaciones biológicas, tecnológicas o domésticas. Los organismos vivos están compuestos casi en su totalidad por los no metales hidrógeno, oxígeno, carbono y nitrógeno. Casi todos los no metales tienen usos individuales en medicina, farmacias, iluminación, lasers y artículos domésticos.

Aunque el término "no metálico" se remonta a 1566, no existe una definición precisa de no metal ampliamente aceptada. Algunos elementos presentan una marcada mezcla de propiedades metálicas y no metálicas, y los casos límite que se consideran no metales varían en función de los criterios de clasificación. Catorce elementos se reconocen siempre como no metales y otros nueve se califican parcialmente como no metales.

Definición y elementos aplicables

Un no metal es un elemento químico que se considera que carece de una preponderancia de propiedades metálicas como el brillo, la deformabilidad, una buena conductividad térmica y eléctrica y la capacidad de formar un óxido básico (en lugar de ácido). Puesto que no existe una definición rigurosa de un no metal, existe cierta variación entre las fuentes en cuanto a qué elementos se clasifican como tales. Las decisiones implicadas dependen de qué propiedad o propiedades se consideran más indicativas del carácter no metálico o metálico.​

Aunque Steudel, en 2020, reconoció veintitrés elementos como no metales, cualquier lista de este tipo está abierta a cuestionamiento.​ Catorce casi siempre reconocidos son hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre; los altamente reactivos halógenos flúor, cloro, bromo y yodo; y los gases nobles helio, neón, argón, criptón, xenón y radón (véase, por ejemplo, Larrañaga et al).​ Los autores reconocieron el carbono, el fósforo y el selenio como no metales; Vernon11​ había informado anteriormente de que estos tres elementos a veces se consideraban metaloides. Los elementos comúnmente reconocidos como metaloides, a saber, boro; silicio y germanio; arsénico y antimonio; y telurio se cuentan a veces como una clase intermedia entre los metales y los no metales cuando los criterios utilizados para distinguir entre metales y no metales no son concluyentes. En otras ocasiones se cuentan como no metales a la luz de su química no metálica.​

De los 118 elementos conocidos​ no más del 20% se consideran no metales. El estatus de unos pocos elementos es menos seguro. El astato, el quinto halógeno, a menudo se ignora debido a su rareza e intensa radioactividad; la teoría y las pruebas experimentales sugieren que es un metal. Los elementos superpesados copernicio (Z= 112), flerovio (114), y oganeso (118) pueden resultar no metales; su estatus no ha sido confirmado.​

Características

Los no metales varían mucho en su apariencia, no son lustrosos y por lo general son malos conductores del calor y la electricidad. Sus puntos de fusión son más bajos que los de los metales (aunque el diamante, una forma de carbono, funde a 3570 °C).​ Varios no metales existen en condiciones ordinarias como moléculas diatómicas.

En esta lista están incluidos cinco gases (H2, N2, O2, F2 y Cl2), un líquido (Br2) y un sólido volátil (I2). El resto de los no metales son sólidos que pueden ser duros como el diamante o blandos como el azufre. Al contrario de los metales, son muy frágiles y no pueden estirarse ni en hilos ni en láminas.

Se encuentran en los tres estados de la materia a temperatura ambiente: son gases (como el oxígeno), líquidos (bromo) y sólidos (como el carbono). No tienen brillo metálico y no reflejan la luz. Muchos no metales se encuentran en todos los seres vivos: carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre en cantidades importantes. Otros son oligoelementos: selenio, yodo, cloro.

Pueden ser sólidos, líquidos o gases, indistintamente. Sus puntos de fusión y ebullición dependen de sus propiedades químicas, que están relacionadas con su capacidad para ganar electrones (los de la última capa, o sea los de valencia).

No conducen bien la electricidad, muchos ante ella se descomponen o recombinan químicamente. Con el agua dan generalmente sustancias ácidas. Están ubicados a la derecha de la Tabla Periódica de Elementos, y al combinarse químicamente ganan electrones para adquirir la configuración electrónica del gas noble del mismo periodo.

Propiedades generales

Físicas

Las propiedades físicas se aplican a los elementos en sus formas más estables en condiciones ambientales

Variedad en color y forma de algunos elementos no metálicos

Aproximadamente la mitad de los elementos no metálicos son gases; la mayoría del resto son sólidos brillantes. El bromo, el único líquido, es tan volátil que suele estar cubierto por una capa de sus vapores; el azufre es el único no metal sólido coloreado. Los no metales fluidos tienen densidades, punto de fusión y punto de ebullición muy bajos, y son malos conductores de calor y electricidad.​ Los elementos sólidos tienen densidades bajas, son quebradizos o desmenuzables con baja resistencia mecánica y estructural, y de malos a buenos conductores.n 1​

Las estructuras internas y las disposiciones de enlace de los no metales explican sus diferencias de forma. Los que existen como átomos discretos (por ejemplo, xenón) o moléculas (por ejemplo, oxígeno, azufre y bromo) tienen puntos de fusión y ebullición bajos, ya que se mantienen unidos por débiles fuerzas de dispersión de London que actúan entre sus átomos o moléculas. Muchos son gases a temperatura ambiente. Los no metales que forman estructuras gigantes, como cadenas de hasta 1000 átomos (por ejemplo, el selenio),​ láminas (por ejemplo, el carbono) o entramados tridimensionales (por ejemplo, el silicio), tienen puntos de fusión y ebullición más altos, ya que se necesita más energía para superar sus enlace covalentes más fuertes, por lo que todos son sólidos. Los que están más cerca del lado izquierdo de la tabla periódica, o más abajo en una columna, suelen tener algunas interacciones metálicas débiles entre sus moléculas, cadenas o capas, en consonancia con su proximidad a los metales; esto ocurre en el boro,​ carbono,​ fósforo, arsénico,​ selenio, antimonio, telurio y yodo.​

Los elementos no metálicos son brillantes, coloreados o incoloros. En el caso del boro, el carbono grafítico, el silicio, el fósforo negro, el germanio, el arsénico, el selenio, el antimonio, el telurio y el yodo, sus estructuras presentan diversos grados de electrones deslocalizados que dispersan la luz visible entrante, dando lugar a un aspecto brillante.​ Los no metales coloreados (azufre, flúor, cloro, bromo) absorben algunos colores (longitudes de onda) y transmiten los colores complementarios. En el caso del cloro, su "familiar color amarillo verdoso... se debe a una amplia región de absorción en las regiones violeta y azul del espectro".​ En el caso de los no metales incoloros (hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y los gases nobles), sus electrones se mantienen con suficiente fuerza como para que no se produzca absorción en la parte visible del espectro y se transmita toda la luz visible.​

Las conductividades eléctrica y térmica de los no metales y la naturaleza frágil de los sólidos están igualmente relacionadas con sus disposiciones internas. Mientras que una buena conductividad y plasticidad (maleabilidad, ductilidad) se asocian normalmente con la presencia de electrones en movimiento libre y uniformemente distribuidos en los metales los electrones en los no metales carecen típicamente de tal movilidad.​ Entre los elementos no metálicos, la buena conductividad eléctrica y térmica se da sólo en el carbono, el arsénico y el antimonio.n 3​ Por lo demás, la buena conductividad térmica sólo se da en el boro, el silicio, el fósforo y el germanio;​ dicha conductividad se transmite a través de las vibraciones de las redes cristalinas de estos elementos.​ El boro, el silicio, el fósforo, el germanio, el selenio, el telurio y el yodo presentan una conductividad eléctrica moderada​}. La plasticidad se produce en circunstancias limitadas sólo en carbono, fósforo, azufre y selenio..

Las diferencias físicas entre metales y no metales surgen de las fuerzas atómicas internas y externas. Internamente, la carga positiva que surge de los protones en el núcleo de un átomo actúa para mantener los electrones externos del átomo en su lugar. Externamente, los mismos electrones están sometidos a fuerzas de atracción de los protones de los átomos cercanos. Cuando las fuerzas externas son mayores o iguales que la fuerza interna, se espera que los electrones externos se muevan libremente entre los átomos, y se predicen propiedades metálicas. En caso contrario, se esperan propiedades no metálicas.​

Químicas

Los no metales tienen valores de electronegatividad de moderados a altos50​ y tienden a formar compuestos ácidos. Por ejemplo, los no metales sólidos (incluidos los metaloides) reaccionan con ácido nítrico para formar o bien un ácido, o bien un óxido que tiene propiedades ácidas predominantes.n 6​.

Tienden a ganar o compartir electrones cuando reaccionan, a diferencia de los metales que tienden a donar electrones. Dada la estabilidad de las configuraciones electrónicas de los gases nobles, que tienen cáscara externa completa, los no metales generalmente ganan suficientes electrones para darles la configuración electrónica del siguiente gas noble, mientras que los metales tienden a perder electrones suficientes para dejarlos con la configuración electrónica del gas noble precedente. Para los elementos no metálicos esta tendencia se resume en la dueto y regla del octeto, y para los metales existe una regla de los 18 electrones menos rigurosamente predictiva​

Los no metales suelen tener valores de energías de ionización, afinidades electrónicas, electronegatividad y potencial de reducción estándar más altos que los metales. En general, cuanto más altos son estos valores, más no metálico es el elemento.​

Las diferencias químicas entre metales y no metales surgen en gran medida de la fuerza de atracción entre la carga nuclear positiva de un átomo individual y sus electrones exteriores cargados negativamente. De izquierda a derecha a través de cada periodo de la tabla periódica, la carga nuclear aumenta a medida que aumenta el número de protones en el núcleo atómico. Hay una reducción asociada en el radio atómico​ a medida que el aumento de la carga nuclear acerca los electrones exteriores al núcleo.57​ En los metales, el efecto de la carga nuclear suele ser más débil que en los elementos no metálicos. En el enlace, por tanto, los metales tienden a perder electrones, y forman átomos o iones cargados positivamente o polarizados mientras que los no metales tienden a ganar esos mismos electrones debido a su carga nuclear más fuerte, y forman iones o átomos polarizados cargados negativamente.​

El número de compuestos formados por no metales es enorme.​ Los diez primeros puestos de una tabla de los "20 primeros" elementos que se encuentran con más frecuencia en 895.501.834 compuestos, según la lista del 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 se encontraban colectivamente en la mayoría (80%) de los compuestos. El silicio, un metaloide, ocupaba el undécimo lugar. El metal más valorado, con una frecuencia de aparición del 0,14%, fue el hierro, en el puesto 12. Algunos ejemplos de compuestos no metálicos son: ácido bórico (H
3BO
3), utilizado en esmaltes cerámicos; selenocisteína (C
3H
7NO
2Se), el 21º aminoácido de la vida;​ sesquisulfuro de fósforo (P4S3), en fósforos en cualquier lugar; y teflón ()n​ tal y como se utiliza en revestimientos antiadherentes para sartenes y otros utensilios de cocina.

Resumen

• Propiedades físicas:​

  • Sólidos (Ej: azufre y carbono).

  • Líquidos (únicamente el bromo).

  • Gaseosos (Ej: oxígeno e hidrógeno).

  • No poseen brillo metálico a excepción del yodo.

  • No son dúctiles ni maleables.

  • No son buenos conductores del calor y de la electricidad (a excepciones de algunas formas alotrópicas del carbono y el fósforo).

• Propiedades químicas:

  • Sus átomos tienen en su última capa 4, 5, 6 y/o 7 electrones.

  • Al ionizarse adquieren carga negativa.64​

  • Al combinarse con el oxígeno forman óxidos no metálicos o anhídridos.

  • Poseen moléculas formadas por dos o más átomos.

Reactividad, diferencia con los metales[editar]

Los no metales tienen tendencia a parecerse a los gases nobles más cercanos en cuanto a la configuración electrónica de su última capa. Los menos electronegativos tendrán tendencia a perder electrones frente a otros más electronegativos.

La reactividad de un elemento mide la tendencia a combinarse con otros.

• Variación de la reactividad en los grupos. Son más reactivos los grupos de la izquierda que los de la derecha dado que resulta más fácil perder un electrón de la última capa que dos, tres,... Cuando llegamos a cierto grupo la tendencia se invierte dado que resultará más fácil ganar los electrones que le faltan para parecerse al gas noble más cercano.65​ Por tanto, en un período.

• La reactividad de los metales aumenta cuanto más a la izquierda en el período (menos electrones a quitar).

• La reactividad de los no metales aumenta al avanzar en el período (menos electrones a coger).

• Variación de la reactividad en los grupos. A medida que descendemos en un grupo, los electrones de la última capa se encuentran más lejos del núcleo y, por tanto, resultará más fácil quitárselos y, en el caso de los No metales, más difícil el coger electrones.

• La reactividad de los metales aumenta al avanzar en un grupo (mayor tendencia a perder electrones).

• La reactividad de los no metales aumenta cuanto más arriba en el grupo (mayor tendencia a coger electrones)

Regla del octeto de Lewis[editar]

En la formación de compuestos existe una tendencia a coger, perder o compartir electrones entre los átomos y de esta forma parecerse a la configuración electrónica del gas noble más cercano (ocho electrones en la última capa salvo el helio que sólo tiene dos). Esta tendencia se denomina Regla del octeto.66​

La regla del octeto permite explicar que los metales adquieren la configuración de gas noble perdiendo electrones mientras que los no metales la adquieren compartiéndolos.67​

• Metaloide

• Gases nobles