Los no metales son elementos químicos con propiedades típicamente no metálicas que ocupan la esquina superior derecha de la Tabla Periódica . Las cursivas indican metaloides cuyas propiedades son cercanas a las de los metales.
| Grupo | yo | tercero | IV | V | VI | VII | viii |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1er periodo | H | Él | |||||
| 2do periodo | B | C | norte | O | F | Nordeste | |
| 3er periodo | Si | PAGS | S | cl | Arkansas | ||
| 4to periodo | Como | Se | hermano | kr | |||
| 5to periodo | Te | yo | Xe | ||||
| 6to periodo | A | Rn |
A diferencia de los metales , hay muchos menos no metales, en total hay 22 - 23 elementos.
Un rasgo característico de los no metales es un número mayor (en comparación con los metales ) de electrones en el nivel de energía externa de sus átomos . Esto determina su mayor capacidad para unir electrones adicionales y la manifestación de una actividad oxidativa más alta que la de los metales.
Los no metales tienen altos valores de afinidad electrónica , gran electronegatividad y alto potencial redox.
Debido a las altas energías de ionización de los no metales, sus átomos pueden formar enlaces químicos covalentes con átomos de otros no metales y elementos anfóteros . En contraste con la naturaleza predominantemente iónica de la estructura de los compuestos metálicos típicos , las sustancias no metálicas simples, así como los compuestos no metálicos, tienen una estructura de naturaleza covalente.
En forma libre, puede haber sustancias simples no metálicas gaseosas: flúor , cloro , oxígeno , nitrógeno , hidrógeno , gases inertes , sólidos: yodo , astato , azufre , selenio , telurio , fósforo , arsénico , carbono , silicio , boro , en temperatura ambiente en líquido existe bromo .
Algunos no metales exhiben alotropía . Entonces, el oxígeno gaseoso se caracteriza por dos modificaciones alotrópicas: oxígeno (O 2 ) y ozono (O 3 ), el carbono sólido tiene muchas formas: diamante , astralenos , grafeno , grafito , carabina , lonsdaleita , fullerenos , carbono vítreo , dicarbono , nanoestructuras de carbono ( nanoespuma , nanoconos , nanotubos , nanofibras ) y carbono amorfo ya se han descubierto, y también son posibles otras modificaciones, por ejemplo, caoíta y carbono metálico .
En forma molecular, el nitrógeno , el oxígeno y el azufre se presentan como sustancias simples en la naturaleza . Más a menudo, los no metales se encuentran en una forma químicamente unida: estos son agua , minerales , rocas , varios silicatos , fosfatos , boratos . En términos de prevalencia en la corteza terrestre, los no metales difieren significativamente. Los más comunes son el oxígeno , el silicio , el hidrógeno ; los más raros son arsénico , selenio , yodo , telurio , astato .
Un no metal es un elemento químico que tiene, entre otras cosas, una densidad relativamente baja y una electronegatividad de moderada a alta . En general, carecen de las típicas propiedades metálicas, como brillo metálico, deformabilidad , buena conductividad térmica y eléctrica y baja electronegatividad. Debido a que no existe una definición estricta de un no metal, puede haber alguna variación entre las fuentes en cuanto a qué elementos se clasifican como no metales. Tales decisiones dependen de qué propiedad o propiedades se consideren más representativas del carácter no metálico o metálico.
Aunque Steudel reconoció veintitrés elementos como no metales en 2020, cualquier lista de este tipo está abierta a cuestionamientos. Catorce elementos casi siempre se reconocen como tales: hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y azufre; halógenos corrosivos flúor, cloro, bromo y yodo; y los gases nobles helio, neón, argón, criptón, xenón y radón; véase, por ejemplo, Larrañaga et al. Aunque los mismos autores reconocieron el carbono, el fósforo y el selenio como no metales, Vernon había informado anteriormente que estos tres elementos a veces se consideraban metaloides. Los elementos comúnmente denominados metaloides, a saber, boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio, a veces se consideran una clase intermedia entre metales y no metales cuando los criterios utilizados para distinguir entre metales y no metales no son concluyentes; en otros casos, se consideran no metales a la luz de su química no metálica.
De los 118 elementos conocidos, 23 pueden considerarse no metales; los metales los superan varias veces. Astatine, el quinto halógeno, a menudo se pasa por alto debido a su rareza y alta radiactividad ; Los datos teóricos y experimentales indirectos indican de manera convincente que se trata de un metal. Los elementos superpesados de copernicium ( Z = 112) y oganesson (118) pueden resultar no metales ; su estado real aún no se ha confirmado.
Exteriormente, aproximadamente la mitad de los elementos no metálicos en condiciones normales son gases incoloros o coloreados, y la mayoría del resto son sólidos brillantes. El bromo, el único líquido, es tan volátil que normalmente se cubre con una capa de su vapor; El azufre es el único no metal sólido coloreado. Los no metales líquidos tienen densidades, puntos de fusión y ebullición muy bajos, y son malos conductores del calor y la electricidad. Los elementos no metálicos duros son de baja densidad, quebradizos o quebradizos, con baja resistencia mecánica y estructural, y malos a buenos conductores.
La estructura interna y la disposición de los enlaces de los no metales explican sus diferencias de forma. Los no metales que existen como átomos individuales (p. ej., xenón) o moléculas (p. ej., oxígeno, azufre, bromo) tienden a tener puntos de fusión y ebullición bajos porque se mantienen unidos por fuerzas de dispersión de London débiles que actúan entre sus átomos o moléculas. Muchos de ellos son gases a temperatura ambiente. Los que forman estructuras gigantes, como cadenas de hasta 1000 átomos (como el selenio), láminas (carbono) o redes tridimensionales (silicio), tienen puntos de fusión y ebullición más altos porque se requiere más energía para superar su enlace covalente más fuerte. , todos son sólidos. Los que están más cerca del lado izquierdo de la tabla periódica, o más abajo en la columna, a menudo tienen algunas interacciones metálicas débiles entre sus moléculas, cadenas o capas, en consonancia con su proximidad a los metales; esto ocurre en boro, carbono, fósforo, arsénico, selenio, antimonio, telurio y yodo.
La conductividad de los no metales y la fragilidad de los sólidos también están relacionadas con su estructura interna. La buena conductividad térmica y eléctrica y la plasticidad (ductilidad, ductilidad) generalmente se asocian con la presencia de electrones que se mueven libremente y se distribuyen uniformemente en los metales; con pocas excepciones, los electrones de los no metales suelen carecer de dicha movilidad. Entre los elementos no metálicos:
Las diferencias físicas entre los metales y los no metales surgen de las fuerzas atómicas internas y externas. Dentro de un átomo, la carga nuclear positiva mantiene en su lugar a sus electrones externos. Exteriormente, los mismos electrones están sujetos a las fuerzas de atracción de las cargas nucleares en los átomos vecinos. Cuando las fuerzas externas son mayores o iguales a la fuerza interna, se espera que los electrones externos se vuelvan itinerantes (libres para moverse entre los átomos) y se predicen las propiedades metálicas. De lo contrario, se esperan propiedades no metálicas.
| Aspecto | Rieles | no metales |
|---|---|---|
| electronegatividad | Inferior a los no metales
con algunas excepciones |
Moderado a Alto |
| Químico
conexión |
Rara vez forma
enlaces covalentes |
A menudo se forman
enlaces covalentes |
| Bonos metálicos (aleaciones)
entre metales |
enlaces covalentes
entre no metales | |
| Enlaces iónicos entre no metales y metales | ||
| Estados de oxidación | Positivo | negativo o positivo |
| óxidos | Básico en óxidos inferiores;
más ácido en óxidos superiores |
Ácido; nunca mayor |
| En el agua
solución |
Existen como cationes. | Existen como aniones.
o oxianiones |
Los no metales tienen valores de electronegatividad de moderados a altos y tienden a formar compuestos ácidos en las reacciones químicas. Por ejemplo, los no metales sólidos (incluidos los metaloides) reaccionan con el ácido nítrico para formar un ácido o un óxido que es ácido o tiene propiedades predominantemente ácidas.
Tienden a ganar o compartir electrones cuando reaccionan, a diferencia de los metales que tienden a donar electrones. Más específicamente, y dada la estabilidad de las configuraciones electrónicas de los gases nobles (capas externas llenas), los no metales normalmente ganan suficientes electrones para recibir la configuración electrónica del próximo gas noble, mientras que los metales tienden a perder suficientes electrones para mantenerlos. con la configuración electrónica del gas noble anterior. Para los elementos no metálicos, esta tendencia se resume en las reglas empíricas del dúo y el octeto (y para los metales, existe una regla menos estricta de 18 electrones).
Cuantitativamente, los no metales generalmente tienen energías de ionización más altas, afinidades electrónicas más altas, valores de electronegatividad más altos y potenciales de reducción estándar más altos que los metales. En general, cuanto más altos son estos valores, más no metálico es el elemento en cuestión.
Las diferencias químicas entre los metales y los no metales surgen en gran medida de la fuerza de atracción entre la carga nuclear positiva de un átomo individual y sus electrones externos cargados negativamente. De izquierda a derecha, en cada período de la tabla periódica, la carga del núcleo aumenta a medida que aumenta el número de protones en el núcleo. Hay una disminución asociada en el radio atómico a medida que el aumento de la carga nuclear atrae a los electrones externos más cerca del núcleo. En los metales, la influencia de la carga nuclear suele ser más débil que en los elementos no metálicos. Por lo tanto, cuando se unen químicamente, los metales tienden a perder electrones y forman átomos o iones con carga positiva o polarizados, mientras que los no metales tienden a ganar los mismos electrones debido a su carga nuclear más fuerte y forman iones con carga negativa o átomos polarizados.
El número de compuestos formados por no metales es enorme. Los diez primeros lugares en la tabla "Top 20" de elementos que se encuentran con mayor frecuencia en los 895,501,834 compuestos enumerados en el registro del Chemical Abstracts Service al 2 de noviembre de 2021 son no metales. El hidrógeno, el carbono, el oxígeno y el nitrógeno se encuentran en la mayoría de los compuestos (80%). El silicio, un metaloide, estaba en el puesto 11. El metal mejor clasificado con una frecuencia de ocurrencia de 0,14% fue el hierro, que ocupó el puesto 12. Ejemplos de compuestos no metálicos son: ácido bórico (H 3 BO 3 ) utilizado en esmaltes cerámicos; selenocisteína (C 3 H 7 NO 2 Se), el aminoácido 21 requerido para; sesquisulfuro de fósforo (P 4 S 3 ), coincide en el sitio de impacto; y teflón ( ( C2F4 ) n ) .
La química de los no metales se complica por las anomalías observadas en la primera fila de cada bloque de la tabla periódica. Estas anomalías se notan en el hidrógeno, el boro (ya sea en forma de no metal o metaloide), carbono, nitrógeno, oxígeno y flúor; y extenderse a la periodicidad secundaria o tendencias periódicas no uniformes que descienden por la mayoría de los grupos de caja p; y estados de oxidación inusuales en no metales más pesados.
Anomalía en la primera filaComenzando con el hidrógeno, la anomalía de la primera fila surge principalmente de las configuraciones electrónicas de los elementos en cuestión. El hidrógeno es conocido por varias formas de formar enlaces. La mayoría de las veces forma enlaces covalentes. Puede perder su único electrón en una solución acuosa, dejando atrás un protón desnudo con un tremendo poder de polarización. Esto, por lo tanto, se une al par de electrones solitario del átomo de oxígeno en la molécula de agua, formando así la base de la química ácido-base. Un átomo de hidrógeno en una molécula puede formar un segundo enlace más débil con un átomo o grupo de átomos en otra molécula. Este enlace “ayuda a dar a los copos de nieve su simetría hexagonal, une el ADN en una doble hélice; forma formas tridimensionales de proteínas; e incluso eleva el punto de ebullición del agua lo suficiente como para hacer una taza de té decente".
Para el hidrógeno y el helio, y desde el boro hasta el neón, dado que las subcapas 1s y 2p no tienen contrapartes internas (es decir, no hay capa nula ni subcapa 1p) y, por lo tanto, no experimentan efectos de repulsión de electrones, tienen radios relativamente pequeños, en contraste a la subcapa 1p. Subcapas 3p, 4p y 5p de elementos más pesados. Las energías de ionización y la electronegatividad entre estos elementos son, por lo tanto, más altas de lo que cabría esperar, teniendo en cuenta las tendencias periódicas. Los pequeños radios atómicos de carbono, nitrógeno y oxígeno facilitan la formación de enlaces dobles o triples.
Aunque generalmente se espera que el hidrógeno y el helio se asienten sobre los elementos del bloque S fuertemente metálicos en función de su configuración electrónica, la anomalía de la primera fila en estos dos elementos es lo suficientemente fuerte como para justificar una ubicación alternativa. El hidrógeno a veces se encuentra por encima del flúor en el grupo 17 en lugar del litio en el grupo 1. El helio generalmente se encuentra por encima del neón en el grupo 18 en lugar del berilio en el grupo 2.
Periodicidad secundariaInmediatamente después de la primera fila de metales de transición, los electrones 3d en la cuarta fila de elementos, es decir, en galio (metal), germanio, arsénico, selenio y bromo, no son tan efectivos para proteger el aumento de carga positiva del núcleo. . Un efecto similar acompaña a la aparición de los catorce metales del bloque f entre el bario y el lutecio, lo que finalmente da como resultado radios atómicos más pequeños de lo esperado para los elementos desde el hafnio (Hf) en adelante. El resultado final, especialmente para los grupos 13 a 15, es una alternancia de algunas tendencias periódicas que descienden de los grupos 13 a 17.
Estados de oxidación inusualesLos radios atómicos más grandes de los no metales más pesados del grupo 15-18 proporcionan números de coordinación a granel más altos y dan como resultado valores de electronegatividad más bajos que toleran mejor las cargas positivas más altas. Por lo tanto, los elementos involucrados pueden exhibir estados de oxidación distintos al más bajo de su grupo (es decir, 3, 2, 1 o 0), por ejemplo, en el pentacloruro de fósforo (PCl 5 ), el hexafluoruro de azufre (SF 6 ), el heptafluoruro de yodo (IF 7 ) y difluoruro de xenón (XeF 2 )
Los enfoques para la clasificación de los no metales pueden incluir de dos a seis o siete subclases. Por ejemplo, la tabla periódica de la Encyclopædia Britannica tiene gases nobles, halógenos y otros no metales, y los elementos comúnmente considerados metaloides se dividen en "otros metales" y "otros no metales"; mientras que la Tabla Periódica de la Royal Society of Chemistry utiliza diferentes colores para cada uno de sus ocho grupos principales, y los no metales se pueden encontrar en siete de ellos.
De derecha a izquierda, en términos de la tabla periódica, generalmente se distinguen tres o cuatro tipos de no metales. Eso:
Dado que los metaloides ocupan un área fronteriza donde los metales se encuentran con los no metales, su interpretación varía de un autor a otro. Algunos los consideran separados tanto de los metales como de los no metales; algunos los consideran no metales o una subclase de no metales. Otros consideran que algunos de ellos son metales, como el arsénico y el antimonio, por su similitud con los metales pesados. Los metaloides se tratan aquí como no metales a la luz de su comportamiento químico y con fines comparativos.
Además de los metaloides, se puede discernir cierta confusión y superposición entre otras subclases de no metales (como ocurre comúnmente con los esquemas de clasificación). El carbono, el fósforo, el selenio y el yodo bordean los metaloides y muestran cierto carácter metálico, al igual que el hidrógeno. Entre los gases nobles, el radón es el más metálico y comienza a exhibir cierto comportamiento catiónico, lo cual es inusual para un no metal.
Seis no metales se clasifican como gases nobles: helio, neón, argón, criptón, xenón y radón radiactivo. En las tablas periódicas ordinarias, ocupan la columna más a la derecha. Se denominan gases nobles por su muy baja reactividad.
Tienen propiedades muy similares: todos son incoloros, inodoros y no inflamables. Las capas exteriores llenas de electrones de los gases inertes provocan sus débiles fuerzas de atracción interatómica, lo que conduce a puntos de fusión y ebullición muy bajos. Por lo tanto, todos son gases en condiciones estándar, incluso aquellos con una masa atómica mayor que la de muchos elementos normalmente sólidos.
Desde un punto de vista químico, los gases nobles tienen energías de ionización relativamente altas, afinidad electrónica nula o negativa y electronegatividad relativamente alta. Los compuestos de gas inerte se cuentan por cientos, aunque la lista continúa creciendo, y la mayoría resulta de la combinación de oxígeno o flúor con criptón, xenón o radón.
En términos de la tabla periódica, se puede establecer una analogía entre los gases nobles y los metales nobles como el platino y el oro, siendo este último también reacio a entrar en una combinación química. Como otro ejemplo, el xenón en el estado de oxidación +8 forma un óxido explosivo amarillo pálido, XeO 4 , y el osmio, otro metal noble, forma un óxido altamente oxidante amarillo, OsO 4 . También hay paralelismos en las fórmulas de los oxifluoruros: XeO 2 F 4 y OsO 2 F 4 , así como XeO 3 F 2 y OsO 3 F 2 .
La atmósfera de la Tierra contiene alrededor de 10 15 toneladas de gases inertes. El gas natural también contiene helio en una cantidad de hasta un 7%. El radón se difunde desde las rocas, donde se forma durante la descomposición natural del uranio y el torio. En 2014, se informó que el núcleo de la Tierra podría contener aprox. 10 13 toneladas de xenón, en forma de intermetálicos estables XeFe 3 y XeNi 3 . Esto puede explicar por qué "los estudios de la atmósfera de la Tierra han demostrado que se ha agotado más del 90% de la cantidad esperada de Xe".
Aunque los halógenos no metálicos son elementos corrosivos, se pueden encontrar en compuestos inofensivos como la sal común de mesa (NaCl). Su alta reactividad como no metales puede contrastarse con la igualmente alta reactividad de los metales alcalinos como el sodio y el potasio .
Físicamente, el flúor y el cloro son gases de color amarillo pálido y verde amarillento; el bromo es un líquido de color marrón rojizo (generalmente cubierto por una capa de humo); y el yodo en luz blanca es un sólido metálico. Eléctricamente, los primeros tres son aislantes y el yodo es un semiconductor (la conductividad es mayor a lo largo de los planos del cristal).
Químicamente, tienen altas energías de ionización, afinidades electrónicas y valores de electronegatividad, y generalmente son agentes oxidantes relativamente fuertes. Las manifestaciones de este estado incluyen su naturaleza corrosiva intrínseca. Los cuatro tienden a formar predominantemente compuestos iónicos con metales, mientras que los restantes no metales, excepto el oxígeno, tienden a formar predominantemente compuestos covalentes con metales. La naturaleza reactiva y fuertemente electronegativa de los halógenos no metálicos representa la encarnación del carácter no metálico.
En términos de la tabla periódica, los análogos de los halógenos altamente no metálicos en el grupo 17 son los metales altamente reactivos como el sodio y el potasio en el grupo 1. halógenos.
Los halógenos no metálicos se encuentran en minerales de sal. El flúor se encuentra en la fluorita, que es un mineral muy extendido. Las salmueras contienen cloro, bromo y yodo. Como excepción, un estudio de 2012 informó la presencia de 0,04% de flúor natural (F 2 ) por peso en antosonita, atribuyendo estas inclusiones a la radiación de la presencia de pequeñas cantidades de uranio.
Después de clasificar los no metales como gases nobles, halógenos o metaloides (ver más abajo), los siete no metales restantes son hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno, fósforo, azufre y selenio. Tres de ellos en los alótropos más estables son gases incoloros (H, N, O); tres son metálicos (C, P, Se); y uno amarillo (S). Eléctricamente, el carbono grafítico es un semimetal en sus planos y un semiconductor en una dirección perpendicular a sus planos; el fósforo y el selenio son semiconductores; y el hidrógeno, el nitrógeno, el oxígeno y el azufre son aislantes. Por lo general, se consideran demasiado diversos para merecer un estudio colectivo y se denominan otros no metales [o, más simplemente, no metales , ubicados entre los metaloides y los halógenos]. De ahí que se tienda a enseñar su química de manera diferente, según sus respectivos cuatro grupos de la tabla periódica, por ejemplo: hidrógeno en el grupo 1; no metales del carbono del grupo 14 (carbono y posiblemente silicio y germanio); no metales del grupo 15 pnictógenos (nitrógeno, fósforo y posiblemente arsénico y antimonio); y no metales calcógenos del grupo 16 (oxígeno, azufre, selenio y posiblemente telurio). Otras divisiones son posibles según las preferencias individuales de los autores.
En particular, el hidrógeno se comporta como un metal en algunos aspectos y como un no metal en otros. Como un metal, puede (primero) perder su único electrón; puede reemplazar metales alcalinos en estructuras típicas de metales alcalinos; y es capaz de formar hidruros similares a aleaciones con enlaces metálicos con algunos metales de transición. Por otro lado, es un gas diatómico aislante, como un no metal típico, y en reacciones químicas más generales tiende a alcanzar la configuración electrónica del helio. Lo hace formando un enlace covalente o iónico o, si ha perdido su electrón, uniendo un par solitario de electrones.
Sin embargo, algunos o todos estos no metales comparten varias propiedades. La mayoría de ellos, al ser menos reactivos que los halógenos, pueden ocurrir naturalmente en el medio ambiente. Desempeñan un papel biológico y geoquímico destacado. Aunque sus propiedades físicas y químicas son "moderadamente no metálicas", en general son todos corrosivos. El hidrógeno puede corroer los metales. La corrosión por carbono puede ocurrir en las celdas de combustible. La lluvia ácida es causada por nitrógeno o azufre disueltos. El oxígeno corroe el hierro a través del óxido. El fósforo blanco, la forma más inestable, se enciende en el aire para formar un residuo de ácido fosfórico. El selenio no tratado en el suelo puede conducir a la formación de gas seleniuro de hidrógeno corrosivo. Cuando se combinan con metales, los no metales no clasificados pueden formar compuestos sólidos (incrustados o refractarios) debido a sus radios atómicos relativamente pequeños y energías de ionización bastante bajas. Tienden a unirse entre sí, especialmente en compuestos en estado sólido. Las proporciones de la tabla periódica diagonal entre estos no metales repiten relaciones similares entre los metaloides.
En términos de la tabla periódica, existe una analogía geográfica entre los no metales no clasificados y los metales de transición. Los no metales no clasificados ocupan el territorio entre los halógenos fuertemente no metálicos a la derecha y los metaloides débilmente no metálicos a la izquierda. Los metales de transición ocupan territorio "entre los metales venenosos y corrosivos a la izquierda de la tabla periódica y los metales tranquilos y satisfechos a la derecha... [y] ... forman un puente entre ellos".
Los no metales no clasificados generalmente se presentan en formas elementales (oxígeno, azufre) o se presentan en asociación con cualquiera de estos dos elementos:
Los seis elementos más comúnmente denominados metaloides son el boro, el silicio, el germanio, el arsénico, el antimonio y el telurio, todos los cuales tienen apariencia metálica. En la tabla periódica estándar, ocupan una región diagonal en el bloque p, que se extiende desde el boro en la parte superior izquierda hasta el telurio en la parte inferior derecha a lo largo de la línea divisoria entre metales y no metales que se muestra en algunas tablas periódicas.
Son frágiles y no conducen bien el calor y la electricidad. El boro, el silicio, el germanio y el telurio son semiconductores. El arsénico y el antimonio tienen estructuras electrónicas semimetálicas, aunque ambos tienen alótropos semiconductores menos estables.
Químicamente, los metaloides generalmente se comportan como no metales (débiles). Entre los elementos no metálicos, tienden a tener las energías de ionización, las afinidades electrónicas y los valores de electronegatividad más bajos; y son agentes oxidantes relativamente débiles. Además, muestran una tendencia a formar aleaciones con metales.
En términos de la tabla periódica, a la izquierda de los metaloides débilmente no metálicos hay un conjunto indefinido de metales débilmente metálicos (como el estaño, el plomo y el bismuto), a veces llamados metales posteriores a la transición. Dingle explica la situación de la siguiente manera:
... con metales "indudables" en el extremo izquierdo de la tabla y no metales indiscutibles en el extremo derecho... la brecha entre los dos extremos se llena primero con metales pobres (post-transición) y luego con metaloides , que, tal vez siguiendo el mismo principio, podrían renombrarse todos juntos como "pobres no metales".Los metaloides generalmente se presentan en formas asociadas con oxígeno o azufre o, en el caso del telurio, con oro o plata. El boro está contenido en minerales de borato de boro y oxígeno, incluso en las aguas de los manantiales volcánicos. El silicio se produce en el mineral de sílice sílice (arena). El germanio, el arsénico y el antimonio se encuentran principalmente en la composición de los minerales sulfurados. El telurio se encuentra en los minerales de telururo de oro o plata. Se han informado formas naturales de arsénico, antimonio y telurio.
La mayoría de los elementos no metálicos existen en formas alotrópicas. El carbono, por ejemplo, se presenta como grafito y diamante. Dichos alótropos pueden exhibir propiedades físicas que son más metálicas o menos no metálicas.
Entre los halógenos no metálicos y los no metales no clasificados:
Todos los elementos más comúnmente considerados metaloides forman alótropos:
También se conocen otras formas alotrópicas de elementos no metálicos, ya sea bajo presión o en forma de monocapas. A presiones suficientemente altas, se ha descubierto que al menos la mitad de los elementos no metálicos que son semiconductores o aislantes, empezando por el fósforo a 1,7 GPa, forman alótropos metálicos. Las formas bidimensionales de una sola capa de no metales incluyen borofeno (boro), grafeno (carbono), siliceno (silicio), fosforeno (fósforo), germaneno (germanio), arseneno (arsénico), antimoneno (antimonio). y telureno (telurio), denominados colectivamente xenos.
| Dominio | Componentes principales | Siguiente
cantidad |
|---|---|---|
| Corteza | 61%, 20% | H 2,9% |
| Atmósfera | H 78 %, O 21 % | Desde 0.5% |
| Hidrosfera | O 66,2 %, H 33,2 % | Cl 0,3% |
| Biomasa | O 63%, C 20%, H 10% | H 3,0% |
Se estima que el hidrógeno y el helio constituyen aproximadamente el 99 % de toda la materia ordinaria del universo y más del 99,9 % de sus átomos. El oxígeno se considera el siguiente elemento más abundante, en ca. 0,1%. Se cree que menos del cinco por ciento del universo consiste en materia ordinaria, representada por estrellas, planetas y seres vivos. El resto consiste en energía oscura y materia oscura, que en la actualidad son poco conocidas.
Cinco no metales, a saber, hidrógeno, carbono, nitrógeno, oxígeno y silicio, constituyen la mayor parte de la corteza terrestre, la atmósfera, la hidrosfera y la biomasa en las cantidades indicadas en la tabla.
Los no metales y los metaloides se extraen en su forma bruta de:
A partir de enero de 2022, aunque los no metales no radiactivos son relativamente económicos, existen algunas excepciones. El boro, el germanio, el arsénico y el bromo pueden costar entre $ 3 y $ 11 por gramo (ver plata a alrededor de $ 0,75 por gramo). Los precios pueden caer bruscamente cuando se trata de lotes al por mayor. El fósforo en su forma negra más estable "puede costar hasta $1,000 por gramo" (alrededor de 15 veces el precio del oro), mientras que el fósforo blanco regular está disponible por $30 por cada 100 gramos. Los investigadores esperan poder reducir el costo del fósforo negro a $1 por gramo. Hasta 2013, el radón estaba disponible en el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología por $1636 por unidad de 0,2 ml, equivalente a aprox. $86,000,000 por gramo sin descuentos por lotes a granel.
La mayoría de los no metales se descubrieron en los siglos XVIII y XIX. Antes de esto, en la antigüedad se conocían el carbono, el azufre y el antimonio; el arsénico fue descubierto en la Edad Media (por Alberto el Grande); y Hennig Brand aisló fósforo de la orina en 1669. El helio (1868) se considera el primer (y hasta ahora el único) elemento no descubierto en la Tierra. El radón fue el último no metal que se descubrió, solo se descubrió a fines del siglo XIX.
Las técnicas basadas en la química o la física utilizadas en los intentos de aislamiento incluyeron espectroscopia, destilación fraccionada, detección de radiación, electrólisis, acidificación del mineral, incineración, reacciones de sustitución y calentamiento: algunos no metales se encuentran naturalmente como elementos libres.
De los gases nobles, el helio fue detectado por su línea amarilla en el espectro coronal del Sol, y posteriormente por la observación de burbujas que escapaban de la uranita UO 2 disuelta en ácido.El neón se obtuvo a través del xenón por destilación fraccionada del aire. El radón se descubrió por primera vez en compuestos de torio tres años después del descubrimiento de la radiación por Henri Becquerel en 1896.
Los halógenos no metálicos se han preparado a partir de sus haluros por electrólisis, adición de ácido o sustitución. Algunos químicos han muerto como resultado de sus experimentos de aislamiento de flúor.
Entre los no metales no clasificados, el carbono se conocía (o producía) como carbón vegetal, hollín, grafito y diamante; se ha observado nitrógeno en el aire del que se ha eliminado el oxígeno; el oxígeno se obtuvo calentando óxido de mercurio; el fósforo se libera cuando se calienta el hidrógeno fosfato de amonio y sodio (Na(NH 4 )HPO 4 ), que se encuentra en la orina; el azufre se encontraba en la naturaleza como elemento libre; y se encontró selenio como residuo en ácido sulfúrico.
La mayoría de los elementos comúnmente considerados metaloides se han aislado calentando sus óxidos (boro, silicio, arsénico, telurio) o sulfuros (germanio). El antimonio era conocido en su forma natural, y también en que podía aislarse calentando su sulfuro.
La distinción entre metales y no metales surgió, de manera intrincada, de un crudo reconocimiento de los tipos naturales de materia, a saber, sustancias puras, mezclas, compuestos y elementos. Así, la materia podía dividirse en sustancias puras (como la sal, el bicarbonato de sodio o el azufre) y las mezclas (como el agua regia, la pólvora o el bronce), y las sustancias puras podían distinguirse finalmente en compuestos y elementos. Los elementos "metálicos" parecían tener propiedades ampliamente distinguibles que otros elementos no tenían, como su capacidad para conducir el calor o sus "tierras" (óxidos) para formar soluciones básicas en agua, como sucedió con la cal viva (CaO ).
El término "no metálico" se remonta a 1566. En un tratado médico publicado en el mismo año, Loys de L'Aunay (médico francés) mencionó las propiedades de las sustancias vegetales de las tierras metálicas y "no metálicas".
En los primeros tiempos de la química, Wilhelm Homberg (un naturalista alemán) mencionó el azufre "no metálico" en Des Essais de Chimie (1708). Cuestionó la división quíntuple de toda la materia en azufre, mercurio, sal, agua y tierra, como postula Étienne de Clave [ fr ] (1641) en La nueva luz filosófica de los verdaderos principios y elementos de la naturaleza. El enfoque de Homberg representa "un paso importante hacia el concepto moderno del elemento".
Lavoisier, en su obra "revolucionaria" de 1789, Traité élémentaire de chimie, publicó la primera lista moderna de elementos químicos, en la que distinguía entre gases, metales, no metales y tierras (óxidos termoestables). En los primeros diecisiete años de su trabajo, Lavoisier se reimprimió en veintitrés ediciones en seis idiomas y "llevó ... [su] nueva química por toda Europa y América".
En 1809, el descubrimiento del sodio y el potasio por parte de Humphry Davy "destruyó" la línea de demarcación entre los metales y los no metales. Los metales solían distinguirse por su gran peso o densidad relativamente alta. El sodio y el potasio, por otro lado, flotaban en la superficie del agua y, sin embargo, eran claramente metales en función de su comportamiento químico.
Desde 1811, varias propiedades (físicas, químicas y las asociadas con los electrones) se han utilizado para intentar aclarar la distinción entre metales y no metales. La tabla adjunta enumera 22 de tales propiedades por tipo y orden de fecha.
Probablemente la propiedad más conocida es que la conductividad eléctrica de un metal aumenta al disminuir la temperatura, mientras que la conductividad eléctrica de un no metal aumenta. Sin embargo, este esquema no funciona para plutonio, carbono, arsénico y antimonio. El plutonio, que es un metal, aumenta su conductividad eléctrica cuando se calienta en un rango de temperatura de -175 a +125 °C. El carbono, a pesar de ser ampliamente considerado un no metal, también aumenta su conductividad cuando se calienta. El arsénico y el antimonio a veces se clasifican como no metales, pero actúan de manera similar al carbono.
Emsley señaló que "Ninguna propiedad ... puede usarse para clasificar todos los elementos como metales o no metales". Kneen et al. sugirió que los no metales podrían distinguirse después de haber elegido un [único] criterio de metalicidad, y agregó que "son posibles muchas clasificaciones arbitrarias, la mayoría de las cuales, si se eligen juiciosamente, serán similares, pero no necesariamente idénticas". Jones, por el contrario, observó que "las clases suelen definirse por más de dos atributos".
Johnson sugirió que las propiedades físicas podrían indicar mejor las propiedades metálicas o no metálicas de un elemento, siempre que se requieran otras propiedades en casos ambiguos. En particular, observó que todos los elementos gaseosos o no conductores son no metales; no metales duros: los metales son duros y quebradizos o blandos y desmenuzables, mientras que los metales suelen ser maleables y dúctiles; y los óxidos de no metales son ácidos.
Una vez que se establece la base para distinguir las "dos grandes clases de elementos", se descubre que los no metales carecen de las propiedades de los metales en mayor o menor medida. Algunos autores dividen además los elementos en metales, metaloides y no metales, aunque cualquier cosa que no sea un metal es, según la clasificación, un no metal.
La taxonomía básica de los no metales fue creada en 1844 por el médico, farmacéutico y químico francés Alphonse Dupasquier. Para facilitar el estudio de los no metales, escribió:
Se dividirán en cuatro grupos o secciones como se muestra a continuación: Organógenos O, N, H, C Sulfururos S, Se, P Cloruros F, Cl, Br, I Boroides B, C.Se puede ver un eco de la clasificación de cuatro partes de Dupasquier en las subclases modernas. Los organógenos y sulfuroides son una colección de no metales no clasificados. Varias configuraciones de estos siete no metales se denominan, por ejemplo, no metales básicos. biógenos; no metales centrales; CHNOPS; elementos principales; "no metales"; no metales huérfanos; o no metales redox; Los cloruros de los no metales llegaron a denominarse independientemente halógenos. Los no metales boroide se expandieron en metaloides. , a partir de 1864. Los gases nobles, como grupo separado, se clasificaron como no metales desde 1900.
En la tabla se dan algunas propiedades de metales y metaloides, no metales no clasificados, halógenos no metálicos y gases inertes. Las propiedades físicas se refieren a los elementos en sus formas más estables en condiciones ambientales y se enumeran sin ningún orden en particular para facilitar su identificación. Las propiedades químicas se enumeran de lo general a lo descriptivo y luego a lo específico. La línea punteada alrededor de los metaloides significa que, según el autor, los elementos involucrados pueden reconocerse o no como una clase o subclase separada de elementos. Los metales se incluyen como punto de referencia.
La mayoría de las propiedades muestran una progresión de izquierda a derecha de carácter metálico a no metálico o valores promedio. Por lo tanto, la tabla periódica se puede dividir condicionalmente en metales y no metales, y entre los no metales hay una gradación más o menos clara.
| Algunas propiedades entre subclases | |||||
| propiedad fisica | Rieles | metaloides | No metales no clasificados | Halógenos no metálicos | Gases nobles |
|---|---|---|---|---|---|
| Metales alcalinos, alcalinotérreos, lantánidos, actínidos, metales de transición y post-transición | Boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio (Sb), telurio | Hidrógeno, carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, azufre, selenio | flúor, cloro, bromo, yodo | Helio, neón, argón, criptón, xenón, radón | |
| Forma y peso |
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| Apariencia | brillante | brillante |
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incoloro |
| Elasticidad | mayormente maleable y dúctil (Hg líquido) | frágil |
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el yodo es frágil | inutilizable |
| conductividad eléctrica | Bueno |
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pobre |
| Estructura electronica | metal (bi - semimetal) | semimetal (As, Sb) o semiconductor |
|
semiconductor (I) o aislante | aislante |
| Propiedad quimica | Rieles | metaloides | No metales no clasificados | Halógenos no metálicos | Gases nobles |
| Metales alcalinos, alcalinotérreos, lantánidos, actínidos, metales de transición y post-transición | Boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio (Sb), telurio | Hidrógeno, carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, azufre, selenio | flúor, cloro, bromo, yodo | Helio, neón, argón, criptón, xenón, radón | |
| Comportamiento químico general |
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débilmente no metálico | moderadamente no metálico | fuertemente no metálico |
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| óxidos |
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| Conexiones con metales | aleaciones o compuestos intermetálicos | tienden a formar aleaciones o compuestos intermetálicos |
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mayormente iónico | compuestos simples en condiciones ambientales desconocidas |
| Energía de ionización (kJ mol −1 )†
(página de datos) |
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| Electronegatividad (escala de Pauling) †
(página de datos) |
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| † Las designaciones " bajo", "medio", "alto" y " muy alto " son arbitrarias según los rangos de valores enumerados en la tabla.
‡ El hidrógeno también puede formar hidruros similares a aleaciones | |||||
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