Metales y no metales: propiedades físicas, comportamiento químico y usos (con diagrama)
Sobre la base de sus propiedades generales, los elementos a menudo se dividen en dos clases: metales y no metales. Más de 110 elementos son conocidos hoy en día. De estos, 24 son no metales y el resto son metales.
Propiedades físicas:
Generalmente buscamos un metal cuando necesitamos un material fuerte. Esto es porque los metales son en general duros y fuertes. Algunos ejemplos de metales son potasio (K), calcio (Ca), sodio (Na), magnesio (Mg), aluminio (Al), hierro (Fe), zinc (Zn), estaño (Sn), cobre (Cu), mercurio (Hg), plata (Ag), oro (Au) y platino (Pt).
Rieles:
Los metales tienen las siguientes propiedades generales:
1. Generalmente son sólidos duros y fuertes, por ejemplo, aluminio, hierro, zinc, estaño y cobre. Son lo suficientemente fuertes para soportar cargas pesadas, es decir, tienen una alta resistencia a la tracción.
Excepciones:
El sodio y el potasio son sólidos blandos que pueden cortarse con un cuchillo, y el mercurio es un líquido en condiciones normales.
2. Tienen un brillo, conocido como brillo metálico. Por ejemplo, el aluminio, el hierro, el zinc, el cobre, la plata y el oro son todos brillantes. Tales metales pueden ser pulidos también.
3. Los metales son sonoros. Cuando se golpean, producen un sonido llamado sonido metálico o tintineo metálico. Recuerde el sonido de una campana o el tintineo de las monedas.
4. Los metales son maleables. En otras palabras, pueden ser golpeados o enrollados en hojas. El aluminio, el hierro, el cobre o la plata se pueden batir o enrollar en láminas delgadas. Ejemplos comunes son la lámina de plata utilizada para decorar dulces y la lámina de aluminio utilizada para empacar alimentos.
5. Los metales son dúctiles, es decir, son flexibles y pueden introducirse en cables. Por ejemplo, el hierro, el aluminio, el cobre, la plata y el oro pueden introducirse fácilmente en los cables.
¿Puedes dibujar un alambre de un trozo de madera o carbón? No, porque la madera y el carbón son frágiles, no flexibles.
6. Los metales son buenos conductores del calor, es decir, permiten que el calor pase a través de ellos fácilmente. Debido a esta propiedad, utilizamos utensilios de metal en las cocinas. El calor suministrado en un lugar del utensilio se lleva a cabo por todas partes.
No se puede usar una sartén hecha de, digamos, cartón porque es un mal conductor del calor. Cuando se coloca sobre el fuego, el cartón no distribuye el calor por toda la sartén. En su lugar, comienza a arder debido al calor localizado.
7. Los metales son buenos conductores de la electricidad, es decir, permiten que una corriente eléctrica pase a través de ellos fácilmente. Esta es la razón por la que la electricidad se transmite de un punto a otro a través de cables metálicos, como los de cobre o aluminio.
La plata es el mejor conductor de la electricidad; El siguiente mejor es el cobre y luego el aluminio. No se pueden usar cuerdas de nylon o de yute para la transmisión eléctrica, ya que el nylon y el yute son malos conductores de la electricidad.
No metales
En contraste con los metales, los no metales no son conocidos por su resistencia. Son
yo. Generalmente sin brillo (opaco), excepto grafito y yodo,
ii. Frágil (si es sólido),
iii. Los malos conductores del calor,
iv. Malos conductores de electricidad (excepto grafito), y
v. No sonoro (es decir, no producen un tintineo metálico).
De los 24 no metales conocidos en la actualidad,
vi. 12 son sólidos (por ejemplo, carbono, silicio, fósforo, azufre, yodo),
vii 1 es un líquido (bromo), y
viii. 11 son gases (por ejemplo, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro, helio, neón, argón) en condiciones normales.
Actividad:
Usando un circuito eléctrico del tipo que se muestra en la Figura 6.4, puede probar fácilmente si algo conduce electricidad. La bombilla se iluminará cuando el material de prueba sea metálico, como una llave, pero no cuando no sea metálico, como un bloque de madera.
Afile un lápiz pequeño en ambos extremos y conecte los dos extremos desnudos del 'cable' al circuito. La bombilla se encenderá, mostrando que el 'cable' del lápiz conduce la electricidad. El 'plomo' de un lápiz está hecho de una mezcla de arcilla y grafito, y el grafito (una forma de carbono) es un buen conductor de electricidad.
Comportamiento químico de los metales:
Aunque la mayoría de los metales experimentan reacciones similares, el "vigor" con el que reaccionan no es el mismo. Algunos son más activos que otros. Los metales junto con el hidrógeno (un no metal) se ordenan según su actividad en una serie, llamada la serie de actividades, que se muestra en la Figura 6.5. Esta serie nos ayuda a entender las reacciones de los metales.
Acción del aire sobre los metales.
El oxígeno presente en el aire actúa sobre los metales para formar sus óxidos. Los metales como el potasio (K) y el sodio (Na), ubicados en la parte superior de la serie son tan activos que reaccionan muy rápido con el aire, formando sus óxidos. Así, el potasio y el sodio se almacenan bajo el queroseno.
El magnesio, el aluminio y el hierro reaccionan más lentamente con el aire. Cuando se dejan expuestos, se empañan (pierden su brillo) porque se forma una película delgada de óxido sobre su superficie. Al ser calentado en aire (u oxígeno), estos metales reaccionan más rápido. Por ejemplo, una pieza de magnesio, cuando se enciende, arde en el aire con una luz blanca deslumbrante. Cuando el magnesio se quema en un recipiente de gas abierto, se depositan partículas sólidas blancas de MgO en la pared interna del recipiente.
Como ustedes saben, el hierro se oxida lentamente en el aire húmedo. El óxido es un óxido hidratado de hierro Fe 2 0 3 xH 2 0 (el número de moléculas de H 2 O varía).
Los metales que se encuentran más abajo en la serie conservan su brillo durante más tiempo porque no reaccionan con el aire tan fácilmente. Cuando se calienta fuertemente en el aire, el cobre forma un óxido negro (CuO), pero la plata (Ag) y el oro (Au) no lo hacen.
Cuando la acción química del aire se prolonga más allá del deslustre, los compuestos formados comen lentamente el metal. Esto se llama corrosión. La oxidación (de hierro) es un ejemplo común de corrosión. Otros metales, como el magnesio, el aluminio, el zinc y el cobre, también se corroen por la acción prolongada del aire. El cobre forma un sólido verde en su superficie, mientras que los otros (excepto el hierro) forman sólidos de color blanco grisáceo.
Desplazamiento de un metal por otro:
Un metal más activo desplaza un metal menos activo de los compuestos de este último en solución. Por ejemplo, el aluminio y el hierro desplazan el cobre de una solución de sulfato de cobre.
Actividad:
Disuelva algunos cristales de sulfato de cobre (II) (CuSO 4 5H 2 O, que también se llama vitriol azul) en agua. Coloque un clavo de hierro en la solución. En un momento, la porción del clavo que está dentro de la solución se volverá roja. Esto se debe a que una capa de cobre se deposita sobre la superficie de la uña. El color de la solución cambiará lentamente de azul a verde debido a la formación de sulfato de hierro (II).
Puede repetir esta actividad utilizando un trozo de magnesio o aluminio en lugar de la uña. El cobre se depositará, pero la solución resultante será incolora porque el sulfato de magnesio y el sulfato de aluminio son incoloros.
Desplazamiento de hidrógeno del agua:
Los metales más altos que el hidrógeno en la serie de actividades desplazan el hidrógeno del agua. Los que están por debajo del hidrógeno no lo hacen. Además, cuanto más activo es el metal, más vigorosamente reacciona con el agua. Así, el potasio y el sodio reaccionan vigorosamente incluso con agua fría, mientras que el magnesio reacciona solo con vapor. Una pieza ardiente de magnesio continúa ardiendo vigorosamente, cuando se pone en contacto con el vapor.
Actividad:
Puedes realizar la siguiente actividad con la ayuda de tu profesor. Corte una pequeña porción de sodio y elimine el queroseno presionando la pieza entre los pliegues de un papel de filtro. Deje caer la pieza de metal en un recipiente de agua.
Se derrite para formar un glóbulo blanco plateado que se extiende sobre la superficie del agua, con un silbido. También observará una llama amarilla sobre el glóbulo y escuchará 'pops' intermitentes. Esto se debe a que el calor evolucionado en la reacción funde el metal y el hidrógeno producido se incendia.
Después de la reacción, el "agua" del canal se volverá azul a un papel de tornasol rojo debido al hidróxido de sodio (un álcali) formado.
Desplazamiento de hidrógeno de los ácidos:
Los metales por encima del hidrógeno en la serie de actividades desplazan al hidrógeno de los ácidos clorhídrico y sulfúrico diluidos, pero los que están por debajo del hidrógeno no lo hacen. Además, la reactividad del metal disminuye en la serie.
¿El cobre o la plata liberarán hidrógeno de los ácidos diluidos? No, porque son menos activos que el hidrógeno.
Reacciones con bases:
Sólo algunos metales (por ejemplo, aluminio y zinc) se disuelven en álcalis como el hidróxido de sodio y el hidróxido de potasio, formando sales y liberando hidrógeno. Recuerde que estas reacciones no ocurren con el hidróxido de amonio, que también es un álcali.
Aluminio + hidróxido de potasio → aluminato de potasio + hidrógeno
Zinc + hidróxido de sodio → zincato de sodio + hidrógeno
Comportamiento químico de los no metales:
Los no metales son más reactivos con los metales que con otros no metales. Por ejemplo, el cloro actúa sobre el cloruro de sodio formador de sodio y el oxígeno actúa sobre el óxido de sodio formador de sodio, pero el cloro no reacciona con el oxígeno. En general, los no metales reaccionan entre sí solo a altas temperaturas.
Acción del aire:
Excepto el fósforo blanco (el fósforo tiene muchas variedades (blanco, rojo, negro), los no metales no reaccionan con el aire a temperatura ambiente. El fósforo blanco se quema en el aire (u oxígeno) a temperaturas ordinarias para formar sus óxidos. Por lo tanto, se almacena bajo el agua.
El hidrógeno, cuando se enciende en el aire (u oxígeno), se quema con un "pop" para formar agua.
Cuando se enciende en aire (u oxígeno), el carbono y el azufre se queman para formar dióxido de carbono (CO 2 ) y dióxido de azufre (SO 2 ) respectivamente. En un suministro insuficiente de aire, el carbono también forma monóxido de carbono (CO).
Acción del agua:
En general, los no metales no reaccionan con el agua. Sin embargo, el cloro se disuelve en agua para formar una solución ácida. Cuando la solución se coloca a la luz del sol o se calienta, se libera oxígeno y se deja el ácido clorhídrico.
Cuando el vapor pasa a través de coque al rojo vivo (carbono), se forma una mezcla gaseosa de monóxido de carbono e hidrógeno. Esta mezcla, llamada gas de agua, tiene muchos usos industriales.
Desplazamiento de un no metal por otro de una solución salina:
Al igual que los metales, los no metales también difieren en sus actividades. Esto se observa mejor entre elementos con propiedades similares, que se dice que forman una familia. Por ejemplo, el flúor (F), el cloro (CI), el bromo (Br) y el yodo (I) constituyen la familia de los halógenos.
Entre los halógenos comunes (CI, Br e I), el cloro es el más activo, el bromo menos que el cloro y el yodo, el menos. Así, el cloro desplaza el bromo y el yodo de las soluciones de bromuro de sodio y yoduro de sodio.
En general, los ácidos y las bases no actúan sobre los no metales en condiciones normales.
Usos de los metales:
Desde los pasadores de seguridad hasta los puentes, los metales se utilizan para hacer una multitud de cosas que son parte integral de nuestras vidas.
1. Los cables de cobre se utilizan generalmente para el cableado doméstico y los cables de aluminio para la transmisión eléctrica a larga distancia. El aluminio es más ligero y más barato que el cobre.
2. El hierro es un metal muy útil ya que es resistente, fuerte y barato. Se utiliza para fabricar herramientas, máquinas y equipos agrícolas, y también para la construcción de casas.
Para evitar la oxidación, el hierro a menudo se galvaniza. En este proceso, un artículo de hierro se sumerge en zinc fundido y luego se deja enfriar. El zinc forma un recubrimiento firme sobre el hierro y evita la oxidación. El hierro galvanizado se usa para hacer troncos, tuberías de agua, alambre de púas y redes de alambre. El hierro recubierto con estaño se utiliza para hacer latas.
3. El hierro, el aluminio y el cobre se utilizan en la fabricación de utensilios.
4. Como saben, el magnesio se quema en el aire con una luz blanca deslumbrante cuando se enciende. Por lo tanto, se utiliza en fuegos artificiales.
5. El mercurio no se adhiere al vidrio. Al mismo tiempo, es un buen conductor del calor. Por eso se usa para hacer termómetros.
6. La plata, el oro y el platino se denominan metales nobles, ya que no reaccionan fácilmente con otras sustancias. Una vez pulidos, conservan su brillo durante mucho tiempo. Por lo tanto, se utilizan para hacer joyas. El oro se mezcla con pequeñas cantidades de plata y cobre para que sea duro.
7. Las aleaciones son mezclas sólidas homogéneas de metales, o de metales y no metales. La aleación se hace para hacer que el metal principal sea más fuerte. Algunos ejemplos comunes de aleaciones son el acero (una mezcla de hierro, cantidades muy pequeñas de carbono y manganeso), latón (una mezcla de cobre y zinc) y bronce (una mezcla de cobre y estaño).
8. El papel de aluminio, que es muy liviano, se usa para empacar alimentos, medicamentos, etc. El aluminio también se usa para hacer alambres eléctricos y utensilios.
9. Los dientes artificiales se hacían antes de plata u oro. Las cavidades dentales se llenan con lo que se conoce como amalgamas dentales: aleaciones de plata o Fig. 6.12. Usos de lata de aluminio con mercurio.
Usos de los no metales:
Estudiemos los usos de algunos no metales comunes.
Oxígeno:
El oxígeno es quizás el no metal más importante en nuestras vidas. Nosotros y la mayoría de los otros seres vivos lo necesitamos para respirar.
Algunos de sus otros usos son los siguientes:
yo. Todos los procesos de combustión necesitan oxígeno.
ii. Con el acetileno, el oxígeno se utiliza en antorchas de oxiacetileno para cortar y soldar metales.
iii. Se requiere para la extracción de metales de sus minerales y para la producción de acero a partir de hierro.
iv. Se utiliza en la fabricación de ácidos sulfúrico y nítrico.
v. El oxígeno líquido se utiliza para quemar combustible de cohetes.
Nitrógeno:
yo. Las plantas utilizan nitrógeno para fabricar proteínas.
ii. El nitrógeno líquido se utiliza para preservar la sangre, las córneas u otros órganos donados.
iii. Debido a su inercia (no reactividad), se utiliza para llenar paquetes de alimentos. (La comida no va mal en un medio inerte.)
iv. Se utiliza en la fabricación de amoníaco y urea.
Carbón:
El carbón de leña y el negro de humo son formas no cristalinas de carbono. El carbono se encuentra en dos formas cristalinas: diamante y grafito, que tienen los siguientes usos.
yo. El diamante se utiliza como una gema como también para cortar rocas o vidrio.
ii. El grafito es un buen conductor de la electricidad y, por lo tanto, se utiliza como electrodo.
iii. El grafito es un buen lubricante. Debido a que su punto de fusión es alto, se puede usar como lubricante en máquinas que adquieren altas temperaturas mientras se opera.
iv. El grafito también se utiliza en la fabricación de lápices.
Azufre:
Este sólido amarillo tiene varios usos.
yo. Se utiliza en la fabricación de tintes, fósforos, fuegos artificiales y pólvora.
ii. Se usa en muchos medicamentos y como fungicida para matar hongos dañinos.
iii. También se utiliza para tratar el caucho y para fabricar ácido sulfúrico.
Cloro:
Este gas amarillo verdoso tiene los siguientes usos.
yo. Se utiliza en la fabricación del plástico útil, cloruro de polivinilo (PVC).
ii. Se utiliza para desinfectar el agua, ya que mata los gérmenes. Esto se hace ya sea pasando el gas de cloro a través del agua o tratando el agua con un polvo blanqueador.
iii. Se utiliza como agente blanqueador en las industrias de papel y textiles. Los agentes de blanqueo para el hogar también contienen compuestos de cloro.
iv. El cloro se utiliza en la fabricación de ácido clorhídrico.
v. También se utiliza en la fabricación de pesticidas, como Gammexane.
Yodo:
Aunque es un no metal, el yodo es un sólido negro lustroso. Se sublima lentamente para formar un vapor violeta sobre el sólido dentro de una botella tapada.
yo. El yodo es un antiséptico. Una solución de yodo en alcohol (con algo de yoduro de potasio) se conoce como tintura de yodo. La tintura de yodo es de color marrón rojizo y se aplica sobre los cortes. Una pasta de yodo en vaselina alivia el dolor.
ii. En forma de un compuesto, se utiliza en sal yodada para prevenir enfermedades como el bocio.
Gases nobles:
Helio, neón, argón, etc., se llaman gases nobles debido a su naturaleza no reactiva.
yo. El helio se utiliza para llenar globos. Los buceadores utilizan una mezcla de helio y oxígeno para la respiración.
ii. El neón se utiliza para la iluminación. Se ilumina un rojo anaranjado en los carteles publicitarios.
iii. El argón se utiliza para llenar bombillas eléctricas. Cuando se mezcla con un poco de vapor de mercurio, se ilumina en verde en las señales publicitarias.
