Grupo XIV

1. Grupo XIV • Claudia Lucía Millán Nebot • Rocío Cánovas Martínez • Verónica Lugardo Sepúlveda • Patricia Mª Calero Valdayo • Francisco García Benítez 1º Biotecnología

2. Tema 18: Estudio general de los elementos I. Metales 1.1: Elementos de la tabla periódica 1.2: Tendencias periódicas 1.3: Propiedades generales de los metales Propiedades físicas Teoría de bandas Propiedades químicas

3. 1.1.Elementos de la tabla periódicaHistoria • Precedentes: Tríadas de Döbereiner y octavas de Newlands • En 1969, Mendeleyev elaboró la ley periódica: “Cuando los elementos se organizan en orden creciente de sus masa atómicas, algunos conjuntos de propiedades se repiten periódicamente” Meleleyev dejó espacios en blanco para elementos todavía por descubrir (Sc,Ga,Ge y Tc) y alteró el orden de algunos de los elementos (In y U)

4. 1.1.Elementos de la tabla periódica • Hoy día, lo elementos viene colocados en orden creciente del numero atómico, formando grupos con las configuraciones electrónicas semejantes. • Las propiedades de un elemento vienen dadas por esta misma configuración

5. 1.1.Elementos de la tabla periódica • Los elementos pertenecientes a un mismo grupo comparten propiedades porque su configuración más externa es semejante. • Los elementos pertenecientes a un mismo período tienen propiedades diferentes porque las configuraciones de su capa de valencia son distintas. En una serie de transición, las diferencias en las configuraciones están en la capa más interna, por eso los elementos de transición de un mismo período son semejantes. Potasio Sodio

6. 1.1.Elementos de la tabla periódicaTABLA PERIÓDICA Grupos Períodos Lantánidos Actínidos

7. 1.2. Tendencias Periódicas • Radio Atómico: mitad de la distancia entre dos átomos enlazados. • Radio Iónico: radio de un ión esférico en su sólido iónico. • Oxidante: elemento que gana electrones y disminuye su estado de oxidación. • Reductor: elemento que pierde y aumenta su estado de oxidación. • Ácido: (Bronsted-Lowry) dador de protones. • Base: aceptor de protones. • Afinidad Electrónica: variación de energía asociada con la ganancia de un electrón por un átomo neutro (gaseoso). • Electronegatividad: medida de la capacidadde un átomo para atraer electrones. • Energía de Ionización: energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso.

8. Nº Atómico Peso Afinidad electrónica Energía de Ionización Electronegatividad Radio Atómico Radio Iónico Carácter Metálico 1.2. Tendencias PeriódicasRelación con el número atómico Menos reductor Más Oxidante Menos Básico Más Ácido Más reductor Menos Oxidante Más básico Menos ácido

9. 1.3. Propiedades Generales De Los Metales. Propiedades Químicas *No son solubles en agua ni en disolventes orgánicos. Kps (AgCl) =1.8·10-10 M2 (metálico) Kps (NaCl) =37.69 M2 (no metálico) *La mayoría de los óxidos con metales de transición son bases por lo que reaccionan con ácidos. *Sin embargo algunos óxidos presenta carácter ácido a medida que aumenta el nº de oxidación. CrO +2 básico Cr2O3 +3 anfótero CrO3 +6 ácido *Los Metales, en su mayoría forman compuestos iónicos. NaCl CsCl ZnS CaF2 NiAs *Algunos metales forman compuestos covalente (Mg, Be, Grupo 3A). BeCl2

10. Propiedades Químicas *Los Metales poseen electronegatividad bajas, por lo que actúan como dadores de electrones, formando cationes y con nº de oxidación positivos. Ba 0.89 > Ba2+ Sc 1,36 > Sc3+ F 3,98 > F- N 3.04 > N-3 *Sufren fenómenos de corrosión. *Es la interacción de un metal con el medio que lo rodea, la especie que se corroe cede sus electrones, por lo que se oxida.

11. Propiedades Químicas Inhibidores de la corrosión Aislamiento del medio. Por medio de pinturas, recubrimientos de plásticos. Protección catódica. En medio acuoso, consiste en incluir una pieza de metal (ánodo de sacrificio) con mayor tendencia a oxidarse, hace que la corriente neta del entorno, pase por este ánodo oxidándolo por lo que queda el metal en cuestión intacto. Galvanizado. En medio Aéreo, consiste en recubrir un metal con otro más oxidable, por lo que se crea una película que protege al anterior. Se usa Zn, Cr, por ejemplo.

12. Teoría De Bandas La teoría de bandases un tipo de teoría de orbitales moleculares empleada para explicar el enlace metálico. La teoría de bandas da explicación a la conductividad eléctrica y térmica, la facilidad de deformación y el lustre de los metales. La idea central de esta teoría es la de que los electrones de valencia de cada átomo se distribuyen a través de toda la estructura. El solapamiento de un gran número de orbitales atómicos conduce a un conjunto de orbitales moleculares que se encuentran muy próximos en energías y que forman virtualmente lo que se conocecomo BANDA. Las bandas se encuentran separadas entre sí mediante espacios energéticos a los que no les corresponde ningún orbital molecular. El nivel de Fermi es el orbital molecular de mayor energía ocupado. La banda de menor energía que está ocupada o semiocupada se denomina banda de valencia. La banda de menor energía que está vacía se denomina banda de conducción.

13. Teoría De Bandas Dependiendo del tipo de orbitales solapados se pueden formar unas bandas determinadas: • BANDA P: Cuando en los átomos existen orbitales de tipoP , y éstos pueden solapar formando este tipo de bandas. Como los orbitales P poseen mayor energía que los Sde la misma capa se observa la separación entra ambas capas, pero si las bandas son anchas y las energías de los orbitales S y P de una misma capa no difieren mucho, ambas capas se solapan. • BANDA S:Banda formada por el solapamiento de orbitales S.

14. Teoría De Bandas LOS AISLANTES Un sólido es aislante cuando su banda de valencia se encuentra totalmente ocupada y existe una gran separación entre ésta y la banda de conducción ( esta separación energética debe ser mayor de 3.0 eV para que se considere un aislante ). Estructura de un aislante.

15. Teoría De Bandas SEMICONDUCTORES Hay brechas de energía muy angostas entre las bandas de energía totalmente ocupadas y las bandas de energía vacías. A temperaturas bajas, los electrones permanecen en la banda de baja energía llena y los semiconductores no son buenos conductores. A temperaturas elevadas, cuando se aplica un campo eléctrico, algunos electrones tienen suficiente energía para saltar la brecha y entrar en una banda de energía vacía, esto permite que fluya una corriente eléctrica. Los semiconductores se pueden clasificar en : • Intrínsecos: La separación entre la banda de valencia y la de conducción es tan pequeña que a temperatura ambiente algunos electrones ocupan niveles de energía de la banda de conducción. • Extrínsecos: Es aquel en el que se han introducido pequeñas cantidades de una impureza con el fin de aumentar la conductividad del material a la temperatura ambiente, este proceso se denomina dopado.

16. Propiedades Físicas Brillo • Los metales poseen un brillo metálico muy característico. • Esto es debido a que reflejan la luz que incide sobre su superficie. • La mayor parte de las propiedades físicas de los metales se deben al enlace característico que presentan sus elementos. Este enlace, está caracterizado por un mar/nube de electrones (Mar de Drude) sobre unos cationes fijos.

17. Dureza Elevada La presentan en dos escalas de dureza: • Escala mineralógica: mide la resistencia de un material a ser rayado, y se emplea mucho en geología, pese a que hay otras escalas de dureza más específicas para distintos materiales. • Escala de metalurgia: mide la resistencia de un material a la identación o penetración.

18. Elevado punto de fusión • Dado que el enlace metálico es muy fuerte, los puntos de fusión de los metales son en general elevados con respecto al resto de los elementos. El Wolframio posee el más elevado, de 3695 K.

19. Elevada densidad • Dado que la densidad depende de la masa, el tamaño y el empaquetamiento de los átomos, los metales, al presentar una gran cantidad de cationes en un volumen pequeño, poseen una densidad elevada. Además, según su densidad, los metales se clasifican en: • Ultraligeros: Densidad en g/cm³ inferior a 2. Los más comunes de este tipo son el magnesio y el berilio. • Ligeros: Densidad en g/cm³ inferior a 4,5. Los más comunes de este tipo son el aluminio y el titanio. • Pesados: Densidad en g/cm³ superior a 4,5. Son la mayoría de los metales. Elevada tenacidad La tenacidad se refiere a la capacidad de los metales para absorber la energía que se aplica sobre ellos y deformarse plásticamente antes que fracturarse. Se acusa especialmente en el hierro (Fe) y el cobre (Cu). La tenacidad aumenta con el temple, laminado, trefilado y añadiendo carbono, con lo que se obtiene el acero; otros agregados la disminuyen, como por ejemplo el azufre.

20. Elevadas ductilidad y maleabilidad • La ductilidad y la maleabilidad responden a la facilidad con la que un metal se puede estirar, forjar y doblar sin romperse. Se deben, entre otros factores, a: • Las estructuras internas cristalinas metálicas, normalmente bastante simples. • A la movilidad de los electrones en la red. • Al poco carácter direccional del enlace metálico. • A que la red de electrones, no siendo de máxima densidad, puede sufrir desplazamientos relativos de los planos de cationes hacia estructuras de mayor densidad sin que ello suponga la rotura o fragmentación del metal. La ductilidad, que es la facultad de ser estirado en hilos finos, es muy acusada en los metales nobles (oro, plata, platinio, rutenio, osmio, rodio, iridio y paladio). La maleabilidad, que es la facultad de ser extendido en láminas finas, se acusa especialmente de nuevo en los metales nobles y en el escandio (Sn).

21. Elevadas conductividad térmica y eléctrica • Conductividad térmica: debido al empaquetamiento compacto de los átomos en los cristales metálicos. El calor se propaga en los metales gracias al fluido electrónico. • Conductividad eléctrica: debido a la deslocalización y movilidad de los electrones en los cristales metálicos. Los electrones más externos están débilmente retenido en los átomos. Disminuye con el aumento de la temperatura.