Tendencia de reactividad por grupos

Los primeros veinte elementos que son los más comunes en la naturaleza aparecen en los grupos A (IA, IIA, IIIA al VIIIA), éstos se conocen como elementos representativos, mientras que los metales de los grupos B reciben el nombre de elementos de transición y a los que se encuentran en el bloque f (debajo de la tabla periódica) se les conoce como elementos de transición interna, como se mencionó en los capítulos anteriores. A continuación se dará la información más relevante de cada uno de los grupos de estos elementos.

La baja reactividad de los gases nobles

Iniciaremos este estudio con los gases nobles, que si bien pertenecen a los elementos principales por ser muy estables gracias a que poseen su último orbital lleno (es decir, tienen ocho electrones en su capa de valencia) son poco reactivos. Hasta el año 1962 estos elementos se consideraron gases inertes hasta que en ese mismo año se observó la reacción del xenón (Xe).

El helio (He) tiene lleno el nivel de energía n=1, por lo que a la fecha no se ha logrado obtener ningún compuesto derivado de éste. Sin embargo, debido a que es el elemento con menor punto de licuefacción (-268.9 °C a 1 atm de presión) se utiliza como el refrigerante más frío que existe. Algunos materiales presentan fenómenos cuánticos como la superconductividad o la superfluidez.

Al igual que el helio, el neón (Ne) tiene lleno el nivel 2. En el 2010 Tanaka publicó un estudio teórico en el que se plantea la posibilidad de que exista una estructura cristalina de un hidrato de neón a presiones del orden de gigapascales (GPa) y temperaturas elevadas; este estudio nos da una idea de la estabilidad del neón.

En el caso del argón (Ar), cuya configuración electrónica es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶, no se puede decir que el orbital está lleno pues aún falta el 3d que se encuentra vacío, sin embargo, es casi tan inerte como el neón.

El kriptón o criptón (Kr) y el xenón (Xe) que también presentan llenos los orbitales s y p para n=4 y n=5, respectivamente, son los únicos elementos de los que se tiene registro que han reaccionado. No obstante, los pocos compuestos que existen son altamente inestables. Por su parte, el radón (Rn) es un gas radiactivo.

Debido a la poca reactividad de los gases nobles se utilizan en algunos procesos que requieren condiciones inertes, por ejemplo, para llenar con ellos bombillas eléctricas y así prolongar la vida de los filamentos.

Aplicaciones interesantes de los metales de transición interna: lantánidos y actínidos

Al avanzar en la construcción de configuraciones electrónicas para los elementos llega un momento en que debe empezar a llenarse el primer subnivel f, inmediatamente después del 6s. Así, después del bario (Ba) que tiene una configuración externa 6s² siguen catorce que comienzan a ocupar el subnivel 4f (recuerda que como su inclusión dentro de la tabla la haría demasiado larga se acostumbra ponerlos en la parte de abajo). Observa la posición de los elementos que van del lantano (La) (Z=57) al lutecio (Lu) (Z=71), conocidos como tierras raras o lantánidos.

Posteriormente, una vez que se ha llenado el subnivel 7s con el radio (Ra) vuelve a aparecer un segundo periodo de metales de transición interna que van del actinio (Ac) al lawrencio (Lr) y llenan el subnivel 5f, se les conoce como actínidos.

Las tierras raras son los elementos con números atómicos entre 57 y 71. La primera noción de su existencia data de 1788, pero fue cincuenta años más tarde cuando Mosander pudo aislar el lantano de un mineral llamado cerita.

La separación y aislamiento de estos metales tardó más de cien años hasta que se obtuvo el prometio (Pm) puro en 1947 (se trata de un elemento inexistente en la naturaleza que se produjo mediante reacciones nucleares).

Estos elementos son difíciles de separar debido a que sus propiedades químicas son muy similares pues sus configuraciones electrónicas son parecidas ya que todos van llenando el subnivel 4f y sus electrones más externos son los 6s y, como hemos insistido, las propiedades químicas son determinadas esencialmente por los electrones más externos y forman iones estables con carga 3+. Las excepciones son el cerio (Ce) que forma iones 4+ y el europio (Eu) que presenta la carga 2+.

Con el tiempo, y haciendo poco honor a su nombre, ha resultado que estos elementos no son tan raros pues se encuentran muy difundidos en la corteza terrestre. Por ejemplo, el cerio es más abundante que el cobre (Cu) y hay cuatro veces más tulio (Tm) que plata (Ag), además, su utilización se ha generalizado, por lo que se han convertido en materiales estratégicos. A continuación se ejemplifican algunas de sus aplicaciones.

Estos metales se incorporan a los aceros para mejorar sus propiedades, tales como la flexibilidad, así como la resistencia a la corrosión y al impacto. Asimismo, permiten a los geólogos clasificar, datar y determinar el origen de las rocas. Por su parte, el samario (Sm), el europio (Eu) y el gadolinio (Gd) se emplean en las barras de control de neutrones de los reactores nucleares. En ciertos compuestos el europio es luminiscente y se emplea para producir el color rojo en los monitores de televisión.

Las aleaciones de lantano (La) y del níquel (Ni) absorben gran cantidad de hidrógeno (H), con ellas se han diseñado vehículos no contaminantes que emplean hidrógeno como combustible. Otra aplicación destacable es en los imanes permanentes más potentes que existen pues contienen samario y han hecho posible el diseño de motores electrónicos más eficientes. El neodimio (Nd), el holmio (Ho) y disprosio (Dy) han permitido diseñar nuevas fuentes de rayos láser. El lantano (La) se empleó para fabricar la primera cerámica superconductora de alta temperatura.

Ahora sí, estás preparado para la “guerra de la Química” dondequiera que te encuentres. Siempre que tengas a la mano una tabla periódica podrás utilizar toda la información que se te proporcionó en esta unidad.

La segunda sección fue creada con la intención de que la estructura de la tabla periódica actual sea clara para ti y puedas decodificar la información que permite relacionar las configuraciones electrónicas de los elementos con su posición en la tabla.

Revisaste los conceptos de las propiedades periódicas, así como las tendencias que éstas siguen en la tabla con el objetivo de que te resulten comprensibles, por ello en esta sección se procuró explicar dichos conceptos con ejemplos que resultaran cercanos a tu cotidianidad.

El último apartado tiene como finalidad conocer cómo las propiedades periódicas afectan la reactividad de los elementos, esto quiere decir que al conocer la posición del elemento en la tabla periódica se puede predecir la reactividad y por ello, a su vez, se puede pronosticar el estado de oxidación que tendrá el elemento al combinarse con otro u otros.

Examina la sección denominada Materiales de apoyo donde encontrarás información sobre la propiedad de electronegatividad que muestran los elementos al combinarse unos con otros para formar compuestos.