Metales cercanos a la frontera entre metales y no metales - Metals close to the border between metals and nonmetals

Metales posteriores a la transición y relacionados en la tabla periódica
  Elementos clasificados como metales de post-transición por Masterton, Hurley y Neth: Ga, In, Tl, Sn, Pb, Bi
  También reconocidos por Huheey, Keiter y Keiter: Al, Ge, Sb, Po ; y por Cox: Zn, Cd, Hg
  También reconocidos por Deming: Cu, Ag, Au (pero contó Al y los grupos 1 y 2 como 'metales ligeros')
  También reconocido por Scott & Kanda: Pt
  Elementos que pueden ser metales de postransición: At, Cn, Nh, Fl, Mc, Lv, Ts
También se muestra la línea divisoria tradicional entre metales y no metales . Los elementos comúnmente reconocidos como metaloides (B, Si Ge, As, Sb, Te) se encuentran a ambos lados de esta línea.

Los metálicos elementos en la tabla periódica situado entre los metales de transición y los químicamente débiles no metálicos metaloides han recibido muchos nombres en la literatura, tales como metales post-transición , metales pobres , otros metales , metales del bloque p y metales químicamente débiles ; ninguno ha sido recomendado por la IUPAC . El nombre más común, metales posteriores a la transición , se usa generalmente en este artículo. Dependiendo de dónde se considere que comienzan y terminan los conjuntos adyacentes de metales de transición y metaloides, hay al menos cinco propuestas en competencia para qué elementos contar como metales posteriores a la transición: los tres más comunes contienen seis, diez y trece elementos, respectivamente ( ver imagen). Todas las propuestas incluyen galio , indio , estaño , talio , plomo y bismuto .

Físicamente, estos metales son blandos (o quebradizos), tienen poca resistencia mecánica y, por lo general, tienen puntos de fusión más bajos que los de los metales de transición. Al estar cerca del borde metal-no metal , sus estructuras cristalinas tienden a mostrar efectos de enlace covalente o direccional , teniendo generalmente mayor complejidad o menos vecinos más cercanos que otros elementos metálicos.

Químicamente, se caracterizan, en diversos grados, por tendencias de enlace covalente, anfoterismo ácido-base y la formación de especies aniónicas como aluminatos , estannatos y bismutatos (en el caso del aluminio , estaño y bismuto, respectivamente). También pueden formar fases de Zintl (compuestos semimetálicos formados entre metales altamente electropositivos y metales moderadamente electronegativos o metaloides).

Elementos aplicables

Diagrama de dispersión de los valores de electronegatividad y puntos de fusión para metales (hasta fermio, elemento 100) y algunos elementos limítrofes (Ge, As, Sb, At). Los elementos categorizados por algunos autores como metales posteriores a la transición se distinguen por sus valores de electronegatividad relativamente altos y puntos de fusión relativamente bajos. La alta electronegatividad corresponde a un carácter no metálico creciente; La temperatura de fusión baja corresponde a fuerzas de cohesión más débiles entre átomos y resistencia mecánica reducida. La geografía de la trama coincide ampliamente con la de la tabla periódica. Comenzando por la parte inferior izquierda y siguiendo en el sentido de las agujas del reloj, los metales alcalinos son seguidos por los metales alcalinotérreos más pesados ; las tierras raras y los actínidos (Sc, Y y los lantánidos aquí se tratan como tierras raras); metales de transición con valores de electronegatividad y puntos de fusión intermedios; los metales refractarios ; los metales del grupo del platino ; y los metales de acuñación que conducen y forman parte de los metales posteriores a la transición. El aumento de la electronegatividad de Be y Mg y el punto de fusión más alto de Be distancia estos metales alcalinotérreos ligeros de sus congéneres más pesados. Esta separación se extiende a otras diferencias en el comportamiento físico y químico entre los metales alcalinotérreos ligeros y más pesados.

Por lo general, en esta categoría se incluyen los metales del grupo 13-15 en los períodos 4-6: galio , indio y talio ; estaño y plomo ; y bismuto . Otros elementos que a veces se incluyen son los metales del grupo 11 cobre , plata y oro (que generalmente se consideran metales de transición); los metales del grupo 12 zinc , cadmio y mercurio (que de otro modo se consideran metales de transición); y aluminio , germanio , arsénico , selenio , antimonio , telurio y polonio (de los cuales el germanio, el arsénico, el antimonio y el telurio generalmente se consideran metaloides). Se ha predicho que la astatina , que generalmente se clasifica como no metal o metaloide, tiene una estructura cristalina metálica. Si es así, sería un metal posterior a la transición. Elementos 112-118 ( copernicium , nihonium , flerovium , moscovium , livermorium , tennessine , y oganesson ) puede ser metales post-transición; se han sintetizado cantidades insuficientes de ellos para permitir una investigación suficiente de sus propiedades físicas y químicas reales.

Los elementos que comienzan a contarse como metales posteriores a la transición dependen, en términos de la tabla periódica, de dónde terminan los metales de transición. En la década de 1950, la mayoría de los libros de texto de química inorgánica definían los elementos de transición como acabado en el grupo 10 ( níquel , paladio y platino ), excluyendo por lo tanto el grupo 11 ( cobre , plata y oro ) y el grupo 12 ( zinc , cadmio y mercurio ). Una encuesta de libros de química en 2003 mostró que los metales de transición terminaron en el grupo 11 o en el grupo 12 con aproximadamente la misma frecuencia. El lugar donde terminan los metales posteriores a la transición depende de dónde comiencen los metaloides o los no metales. El boro , el silicio , el germanio, el arsénico, el antimonio y el telurio se reconocen comúnmente como metaloides; otros autores tratan algunos o todos estos elementos como no metales.

Razón fundamental

La naturaleza metálica disminuida de los metales posteriores a la transición se atribuye en gran parte al aumento de la carga nuclear que atraviesa la tabla periódica, de izquierda a derecha. El aumento de la carga nuclear se compensa parcialmente con un número creciente de electrones, pero como estos se distribuyen espacialmente, cada electrón extra no filtra por completo cada aumento sucesivo de la carga nuclear y, por lo tanto, este último domina. Con algunas irregularidades, los radios atómicos se contraen, las energías de ionización aumentan, hay menos electrones disponibles para los enlaces metálicos y "los iones [se vuelven] más pequeños y más polarizados y más propensos a la covalencia". Este fenómeno es más evidente en los metales posteriores a la transición del período 4-6, debido al filtrado ineficaz de sus cargas nucleares por sus configuraciones electrónicas d 10 y (en el caso de los metales del período 6) f 14 ; el poder de apantallamiento de los electrones disminuye en la secuencia s> p> d> f. Las reducciones en el tamaño atómico debidas a la interjección de los bloques d y f se denominan, respectivamente, "contracción del bloque d " o " contracción del bloque d " y " contracción del lantánido ". Los efectos relativistas también "aumentan la energía de enlace", y por lo tanto la energía de ionización, de los electrones en "la capa 6s en oro y mercurio, y la capa 6p en elementos subsiguientes del período 6."

Química descriptiva

Esta sección describe las propiedades físicas y químicas relevantes de los elementos típicamente o algunas veces clasificados como metales de post-transición. Para obtener perfiles completos, que incluyen historia, producción, usos específicos y roles y precauciones biológicos, consulte el artículo principal de cada elemento. Abreviaturas: MH - dureza de Mohs ; BCN - número de coordinación a granel .

Grupo 10

Cristales de platino.jpg

El platino es un metal moderadamente duro (MH 3.5) de baja resistencia mecánica, con una estructura cúbica compacta centrada en las caras (BCN 12). En comparación con otros metales de esta categoría, tiene un punto de fusión inusualmente alto (2042 K frente a 1338 para el oro). El platino es más dúctil que el oro, la plata o el cobre, por lo que es el más dúctil de los metales puros, pero es menos maleable que el oro. Como el oro, el platino es un elemento calcófilo en términos de su presencia en la corteza terrestre, prefiriendo formar enlaces covalentes con azufre. Se comporta como un metal de transición en sus estados de oxidación preferidos de +2 y +4. Hay muy poca evidencia de la existencia de iones metálicos simples en medios acuosos; la mayoría de los compuestos de platino son complejos de coordinación (covalentes). El óxido (PtO 2 ) es anfótero, predominando las propiedades ácidas; se puede fusionar con hidróxidos alcalinos (MOH; M = Na, K) u óxido de calcio (CaO) para dar platinatos aniónicos, como Na 2 PtO 3 rojo y K 2 PtO 3 verde . El óxido hidratado se puede disolver en ácido clorhídrico para dar el hexaclorometalato (IV), H 2 PtCl 6 .

Al igual que el oro, que puede formar compuestos que contienen el ion aururo -1, el platino puede formar compuestos que contienen iones platinido, como las fases Zintl BaPt, Ba 3 Pt 2 y Ba 2 Pt, siendo el primer metal de transición (inequívoco) en hacerlo.

Grupo 11

Los metales del grupo 11 se clasifican típicamente como metales de transición dado que pueden formar iones con capas D incompletas. Físicamente, tienen puntos de fusión relativamente bajos y valores de electronegatividad altos asociados con los metales posteriores a la transición. "La subcapa d llena y el electrón s libre de Cu, Ag y Au contribuyen a su alta conductividad eléctrica y térmica . Los metales de transición a la izquierda del grupo 11 experimentan interacciones entre los electrones sy la subcapa d parcialmente llena que reducen la movilidad de los electrones". Químicamente, los metales del grupo 11 en sus estados de valencia +1 muestran similitudes con otros metales posteriores a la transición; ocasionalmente se clasifican como tales.

Un cristal de un mineral metálico de color cobrizo de pie sobre una superficie blanca
Cobre
Un cristal de un cristal de metal plateado sobre una superficie gris
Plata
Un cristal de metal amarillo sobre una superficie blanca
Oro

El cobre es un metal blando (MH 2.5-3.0) con baja resistencia mecánica. Tiene una estructura cúbica compacta centrada en las caras (BCN 12). El cobre se comporta como un metal de transición en su estado de oxidación preferido de +2. Los compuestos estables en los que el cobre se encuentra en su estado de oxidación menos preferido de +1 (Cu 2 O, CuCl, CuBr, CuI y CuCN, por ejemplo) tienen un carácter covalente significativo. El óxido (CuO) es anfótero, predominando las propiedades básicas; se puede fusionar con óxidos alcalinos (M 2 O; M = Na, K) para dar oxicupratos aniónicos (M 2 CuO 2 ). El cobre forma fases de Zintl como Li 7 CuSi 2 y M 3 Cu 3 Sb 4 (M = Y, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Gd, Tb, Dy, Ho o Er).

La plata es un metal blando (MH 2.5-3) con baja resistencia mecánica. Tiene una estructura cúbica compacta centrada en las caras (BCN 12). La química de la plata está dominada por su estado de valencia +1 en el que muestra propiedades físicas y químicas generalmente similares a los compuestos de talio, un metal del grupo principal, en el mismo estado de oxidación. Tiende a unirse covalentemente en la mayoría de sus compuestos. El óxido (Ag 2 O) es anfótero, predominando las propiedades básicas. La plata forma una serie de oxoargentados (M 3 AgO 2 , M = Na, K, Rb). Es un constituyente de fases de Zintl como Li 2 AgM (M = Al, Ga, In, Tl, Si, Ge, Sn o Pb) e Yb 3 Ag 2 .

El oro es un metal blando (MH 2.5-3) que se deforma fácilmente. Tiene una estructura cúbica compacta centrada en las caras (BCN 12). La química del oro está dominada por su estado de valencia +3; todos estos compuestos de oro presentan enlaces covalentes, al igual que sus compuestos +1 estables. El óxido de oro (Au 2 O 3 ) es anfótero, con predominio de las propiedades ácidas; forma hidroxoauratos aniónicos M [Au (OH)
4
]
, donde M = Na, K, ½Ba, Tl; y auratos como NaAuO 2 . El oro es un componente de las fases de Zintl como M 2 AuBi (M = Li o Na); Li 2 AuM (M = In, Tl, Ge, Pb, Sn) y Ca 5 Au 4 .

Se espera que el roentgenio sea ​​similar a su homólogo de oro más ligero en muchos aspectos. Se espera que tenga una estructura cúbica compacta centrada en la carrocería. Debe ser un metal muy denso, con una densidad de 28,7 g / cm 3 superando todos los elementos estables conocidos. Se espera que la química del roentgenio esté dominada por el estado de valencia +3, de manera similar al oro, en el que debería comportarse de manera similar como un metal de transición. El óxido de roentgenio (Rg 2 O 3 ) debe ser anfótero; También deberían existir compuestos estables en los estados de valencia -1, +1 y +5, exactamente análogos al oro. De manera similar, se espera que el roentgenio sea un metal muy noble: se espera que el potencial de reducción estándar para el par Rg 3+ / Rg sea +1.9 V, más que el +1.52 V para el par Au 3+ / Au. El Rg (H
2
O)
2
Se espera que el catión
] + sea ​​el más blando entre los cationes metálicos. Debido a la estabilización relativista de la subcapa 7s, se espera que el roentgenio tenga una subcapa s completa y una subcapa d parcialmente llena, en lugar del electrón s libre y la subcapa d completa de cobre, plata y oro.

Grupo 12

Sobre los metales del grupo 12 (zinc, cadmio y mercurio), Smith observó que "los escritores de libros de texto siempre han encontrado dificultades para tratar con estos elementos". Hay una reducción abrupta y significativa en el carácter físico metálico del grupo 11 al grupo 12. Su química es la de los elementos del grupo principal. Una encuesta de 2003 de libros de química mostró que se los trataba como metales de transición o como elementos del grupo principal sobre una base de 50/50. El Libro Rojo de la IUPAC señala que, aunque los elementos del grupo 3-12 se denominan comúnmente elementos de transición, los elementos del grupo 12 no siempre se incluyen. Los elementos del grupo 12 no satisfacen la definición de IUPAC Gold Book de un metal de transición.

Un cristal de metal plateado, un cristal de metal oscuro y un cubo de metal sobre una superficie gris claro.
Zinc
Una barra y un cubo de cristal de metal plateado sobre una superficie gris
Cadmio
Un líquido viscoso oscuro que se vierte sobre una superficie de vidrio
Mercurio

El zinc es un metal blando (MH 2.5) con malas propiedades mecánicas. Tiene una estructura cristalina (BCN 6 + 6) ligeramente distorsionada del ideal. Muchos compuestos de zinc son de carácter marcadamente covalente. El óxido y el hidróxido de zinc en su estado de oxidación preferido de +2, a saber, ZnO y Zn (OH) 2 , son anfóteros; forma cincatos aniónicos en soluciones fuertemente básicas. El zinc forma fases de zinc como LiZn, NaZn 13 y BaZn 13 . El zinc altamente purificado, a temperatura ambiente, es dúctil. Reacciona con el aire húmedo para formar una fina capa de carbonato que evita una mayor corrosión.

El cadmio es un metal blando y dúctil (MH 2.0) que sufre una deformación sustancial , bajo carga, a temperatura ambiente. Como el zinc, tiene una estructura cristalina (BCN 6 + 6) que se distorsiona ligeramente del ideal. Los haluros de cadmio, con la excepción del fluoruro, exhiben una naturaleza sustancialmente covalente. Los óxidos de cadmio en su estado de oxidación preferido de +2, a saber, CdO y Cd (OH) 2 , son débilmente anfóteros; forma cadmates en soluciones fuertemente básicas. El cadmio forma fases de Zintl como LiCd, RbCd 13 y CsCd 13 . Cuando se calienta en el aire a unos pocos cientos de grados, el cadmio representa un peligro de toxicidad debido a la liberación de vapor de cadmio; cuando se calienta hasta su punto de ebullición en el aire (justo por encima de 1000 K; 725 C; 1340 F; cf acero ~ 2700 K; 2425 C; 4400 F), el vapor de cadmio se oxida, 'con una llama de color amarillo rojizo, dispersándose como un aerosol de partículas de CdO potencialmente letales. ' Por lo demás, el cadmio es estable en el aire y en el agua, en condiciones ambientales, protegido por una capa de óxido de cadmio.

El mercurio es un líquido a temperatura ambiente. Tiene la unión metálica más débil de todas, como lo indica su energía de unión (61 kJ / mol) y punto de fusión (-39 ° C) que, en conjunto, son los más bajos de todos los elementos metálicos. El mercurio sólido (MH 1.5) tiene una estructura cristalina distorsionada, con enlaces covalentes metálicos mixtos y un BCN de 6. "Todos los metales del [Grupo 12], pero especialmente el mercurio, tienden a formar compuestos covalentes en lugar de iónicos". El óxido de mercurio en su estado de oxidación preferido (HgO; +2) es débilmente anfótero, al igual que el sulfuro congénere HgS. Forma tiomercuratos aniónicos (como Na 2 HgS 2 y BaHgS 3 ) en soluciones fuertemente básicas. Forma o es parte de fases de Zintl como NaHg y K 8 In 10 Hg. El mercurio es un metal relativamente inerte, que muestra poca formación de óxido a temperatura ambiente.

Se espera que el copernicio sea ​​un líquido a temperatura ambiente, aunque los experimentos hasta ahora no han logrado determinar su punto de ebullición con suficiente precisión para demostrarlo. Al igual que su congénere más ligero, el mercurio, muchas de sus propiedades singulares se derivan de su configuración electrónica de capa cerrada d 10 s 2 , así como de fuertes efectos relativistas. Su energía cohesiva es incluso menor que la del mercurio y probablemente solo sea más alta que la del flerovium. Se espera que el copernicio sólido cristalice en una estructura cúbica compacta centrada en el cuerpo y tenga una densidad de aproximadamente 14,7 g / cm 3 , disminuyendo a 14,0 g / cm 3 al fundirse, que es similar a la del mercurio (13,534 g / cm 3). 3 ). Se espera que la química del copernicio esté dominada por el estado de oxidación +2, en el que se comportaría como un metal de postransición similar al mercurio, aunque la estabilización relativista de los orbitales 7s significa que este estado de oxidación implica ceder electrones 6d en lugar de 7s. . Una desestabilización relativista concurrente de los orbitales 6d debería permitir estados de oxidación más altos como +3 y +4 con ligandos electronegativos, como los halógenos. Se espera un potencial de reducción estándar muy alto de +2,1 V para el par Cn 2+ / Cn. De hecho, el copernicio a granel puede incluso ser un aislante con una banda prohibida de 6,4 ± 0,2 V, lo que lo haría similar a los gases nobles como el radón , aunque anteriormente se había predicho que el copernicio era un semiconductor o un metal noble. Se espera que el óxido de copernicio (CnO) sea predominantemente básico.

Grupo 13

Aluminio
Galio
Indio
Talio

El aluminio a veces se cuenta o no como un metal posterior a la transición. Tiene un núcleo de gas noble [Ne] bien protegido en lugar del núcleo de [Ar] 3d 10 , [Kr] 4d 10 o [Xe] 4f 14 5d 10 menos bien protegido de los metales de postransición. El pequeño radio del ion de aluminio combinado con su alta carga lo convierten en una especie fuertemente polarizante, propensa a la covalencia.

El aluminio en forma pura es un metal blando (MH 3.0) con baja resistencia mecánica. Tiene una estructura compacta (BCN 12) que muestra alguna evidencia de unión parcialmente direccional. Tiene un punto de fusión bajo y una conductividad térmica alta. Su resistencia se reduce a la mitad a 200 ° C, y para muchas de sus aleaciones es mínima a 300 ° C. Las últimas tres propiedades del aluminio limitan su uso a situaciones en las que no se requiere protección contra incendios o requieren una mayor protección contra incendios. Se une covalentemente en la mayoría de sus compuestos; tiene un óxido anfótero; y puede formar aluminatos aniónicos. El aluminio forma fases de Zintl como LiAl, Ca 3 Al 2 Sb 6 y SrAl 2 . Una fina capa protectora de óxido confiere un grado razonable de resistencia a la corrosión. Es susceptible al ataque en condiciones de pH bajo (<4) y pH alto (> 8,5), un fenómeno que generalmente es más pronunciado en el caso de aluminio y aleaciones de aluminio de pureza comercial. Dadas muchas de estas propiedades y su proximidad a la línea divisoria entre metales y no metales , el aluminio se clasifica ocasionalmente como metaloide. A pesar de sus deficiencias, tiene una buena relación resistencia-peso y una excelente ductilidad; su resistencia mecánica se puede mejorar considerablemente con el uso de aditivos de aleación; su muy alta conductividad térmica se puede aprovechar en disipadores e intercambiadores de calor ; y tiene una alta conductividad eléctrica. A temperaturas más bajas, el aluminio aumenta su resistencia a la deformación (al igual que la mayoría de los materiales) mientras mantiene la ductilidad (al igual que los metales cúbicos centrados en las caras en general). Químicamente, el aluminio a granel es un metal fuertemente electropositivo , con un alto potencial de electrodo negativo .

El galio es un metal blando y quebradizo (MH 1.5) que se derrite a solo unos pocos grados por encima de la temperatura ambiente. Tiene una estructura cristalina inusual con enlaces covalentes metálicos mixtos y baja simetría (BCN 7, es decir, 1 + 2 + 2 + 2). Se une covalentemente en la mayoría de sus compuestos, tiene un óxido anfótero; y puede formar galatos aniónicos. El galio forma fases de Zintl como Li 2 Ga 7 , K 3 Ga 13 e YbGa 2 . Se oxida lentamente en aire húmedo en condiciones ambientales; una película protectora de óxido evita una mayor corrosión.

El indio es un metal blando y altamente dúctil (MH 1.0) con una baja resistencia a la tracción. Tiene una estructura cristalina parcialmente distorsionada (BCN 4 + 8) asociada con átomos incompletamente ionizados. La tendencia del indio "... a formar compuestos covalentes es una de las propiedades más importantes que influyen en su comportamiento electroquímico". Los óxidos de indio en su estado de oxidación preferido de +3, a saber, In 2 O 3 e In (OH) 3 son débilmente anfóteros; forma indatos aniónicos en soluciones fuertemente básicas. El indio forma fases de Zintl como LiIn, Na 2 In y Rb 2 In 3 . El indio no se oxida en el aire en condiciones ambientales.

El talio es un metal blando y reactivo (MH 1.0), tanto que no tiene usos estructurales. Tiene una estructura cristalina compacta (BCN 6 + 6) pero una distancia interatómica anormalmente grande que se ha atribuido a la ionización parcial de los átomos de talio. Aunque los compuestos en el estado de oxidación +1 (principalmente iónico) son los más numerosos, el talio tiene una química apreciable en el estado de oxidación +3 (en gran parte covalente), como se observa en sus calcogenuros y trihaluros. Es el único de los elementos del Grupo 13 que reacciona con el aire a temperatura ambiente, formando lentamente el óxido anfótero Tl 2 O 3 . Forma talatos aniónicos tales como Tl 3 TlO 3 , Na 3 Tl (OH) 6 , NaTlO 2 y KTlO 2 , y está presente como el anión Tl - taluro en el compuesto CsTl. El talio forma fases de Zintl, como Na 2 Tl, Na 2 K 21 Tl 19 , CsTl y Sr 5 Tl 3 H.

Se espera que el nihonium tenga una estructura cristalina hexagonal compacta, aunque basada en la extrapolación de los elementos más ligeros del grupo 13: se espera que su densidad sea de alrededor de 16 g / cm 3 . Se predice un potencial de electrodo estándar de +0,6 V para el par Nh + / Nh. La estabilización relativista de los electrones 7s es muy alta y, por lo tanto, el nihonium debería formar predominantemente el estado de oxidación +1; sin embargo, como para el copernicio, el estado de oxidación +3 debería ser alcanzable. Debido al cierre de la capa en flerovium causado por el acoplamiento espín-órbita, el nihonium también está a un electrón 7p menos que una capa cerrada y, por lo tanto, formaría un estado de oxidación -1; en los estados de oxidación +1 y -1, el nihonium debería mostrar más similitudes con el astato que con el talio. Se espera que el ion Nh + también tenga algunas similitudes con el ion Ag + , particularmente en su propensión a la complejación. Se espera que el óxido de nihonio (Nh 2 O) sea anfótero.

Grupo 14

Germanio
Estaño
Dirigir

El germanio es un elemento semimetálico duro (MH 6) muy frágil. Originalmente se pensó que era un metal de mala conducción, pero tiene la estructura de banda electrónica de un semiconductor . El germanio generalmente se considera un metaloide en lugar de un metal. Como el carbono (como el diamante) y el silicio, tiene una estructura cristalina tetraédrica covalente (BCN 4). Los compuestos en su estado de oxidación preferido de +4 son covalentes. El germanio forma un óxido anfótero, GeO 2 y germanates aniónicos, como Mg 2 GeO 4 . Forma fases de Zintl como LiGe, K 8 Ge 44 y La 4 Ge 3 .

El estaño es un metal blando, excepcionalmente débil (MH 1.5); una varilla de 1 cm de grosor se doblará fácilmente bajo una leve presión con los dedos. Tiene una estructura cristalina irregularmente coordinada (BCN 4 + 2) asociada con átomos incompletamente ionizados. Todos los elementos del Grupo 14 forman compuestos en los que se encuentran en el estado de oxidación +4, predominantemente covalente; incluso en el estado de oxidación +2, el estaño generalmente forma enlaces covalentes. Los óxidos de estaño en su estado de oxidación preferido de +2, concretamente SnO y Sn (OH) 2 , son anfóteros; forma estanitos en soluciones fuertemente básicas. Por debajo de los 13 ° C (55,4 ° F) el estaño cambia su estructura y se convierte en 'estaño gris', que tiene la misma estructura que el diamante, el silicio y el germanio (BCN 4). Esta transformación hace que el estaño ordinario se desmorone y se desintegre ya que, además de ser frágil, el estaño gris ocupa más volumen debido a que tiene una estructura de empaquetadura cristalina menos eficiente. El estaño forma fases de Zintl como Na 4 Sn, BaSn, K 8 Sn 25 y Ca 31 Sn 20 . Tiene buena resistencia a la corrosión en el aire debido a que forma una fina capa protectora de óxido. El estaño puro no tiene usos estructurales. Se utiliza en soldaduras sin plomo y como endurecedor en aleaciones de otros metales, como cobre, plomo, titanio y zinc.

El plomo es un metal blando (MH 1.5, pero se endurece cerca de fundirse) que, en muchos casos, no puede soportar su propio peso. Tiene una estructura compacta (BCN 12) pero una distancia interatómica anormalmente grande que se ha atribuido a la ionización parcial de los átomos de plomo. Forma un dióxido semi-covalente PbO 2 ; un sulfuro de PbS unido covalentemente; haluros unidos covalentemente; y una gama de compuestos organolépticos unidos covalentemente, como el mercaptano de plomo (II) Pb (SC
2
H
5
)
2
, plomo tetraacetato Pb (CH
3
CO
2
)
4
, y el aditivo antidetonante, una vez común, tetraetil plomo (CH
3
CH
2
)
4
Pb
. El óxido de plomo en su estado de oxidación preferido (PbO; +2) es anfótero; forma plumbatos aniónicos en soluciones fuertemente básicas. El plomo forma fases de Zintl como CsPb , Sr
31
Pb
20
, La
5
Pb
3
N
y Yb
3
Pb
20
. Tiene una resistencia a la corrosión razonable a buena; en aire húmedo, forma una capa gris mixta de óxido, carbonato y sulfato que dificulta una mayor oxidación.

Se espera que el flerovio sea ​​un metal gaseoso debido al acoplamiento de espín-órbita que "desgarra" la subcapa 7p, de modo que su configuración de valencia 7s 2 7p 1/2 2 forma una capa casi cerrada similar a las del mercurio y el copernicio. De hecho, la evidencia experimental sugiere que tiene un punto de ebullición de alrededor de -60 ° C, que es, con mucho, el más bajo de todos los metales. El flerovium sólido debe tener una estructura cúbica centrada en las caras y ser un metal bastante denso, con una densidad de alrededor de 14 g / cm 3 . Se espera que Flerovium tenga un potencial de electrodo estándar de +0,9 V para el par Fl 2+ / Fl. Se espera que el óxido de flerovio (FlO) sea anfótero y forme flerovatos aniónicos en soluciones básicas.

Grupo 15

Antimonio
Bismuto

El antimonio es un elemento semimetálico blando (MH 3.0) y frágil. Es comúnmente considerado como un metaloide, o por algunos otros autores como un metal o no metal. Presenta una mala conductividad eléctrica que, como un metal, disminuye con la temperatura. Tiene una estructura cristalina relativamente abierta y parcialmente covalente (BCN 3 + 3). El antimonio forma enlaces covalentes con la mayoría de los demás elementos. El óxido en su estado de oxidación preferido (Sb 2 O 3 , +3) es anfótero. El antimonio forma una serie de antimonitos y antimonatos aniónicos como NaSbO 2 y AlSbO 4 , y fases de Zintl como K 5 Sb 4 , Sr 2 Sb 3 y BaSb 3 .

El bismuto es un metal blando (MH 2.5) que es demasiado frágil para cualquier uso estructural. Tiene una estructura cristalina empaquetada abierta (BCN 3 + 3) con un enlace intermedio entre metálico y covalente. Para un metal, tiene una conductividad eléctrica y térmica excepcionalmente baja. La mayoría de los compuestos ordinarios de bismuto son de naturaleza covalente. El óxido, Bi 2 O 3 es predominantemente básico pero actuará como un ácido débil en KOH caliente y muy concentrado. También se puede fusionar con hidróxido de potasio en el aire, lo que da como resultado una masa marrón de bismutato de potasio. La química de la solución del bismuto se caracteriza por la formación de oxianiones; forma bismutatos aniónicos en soluciones fuertemente básicas. El bismuto forma fases de Zintl como NaBi, Rb 7 In 4 Bi 6 y Ba 11 Cd 8 Bi 14 . Bailar y col. se refieren al bismuto como "el metal menos" metálico "en sus propiedades físicas" dada su naturaleza frágil (y posiblemente) "la conductividad eléctrica más baja de todos los metales".

Se espera que el moscovio sea ​​un metal bastante reactivo. Se espera un potencial de reducción estándar de -1,5 V para el par Mc + / Mc. Esta reactividad aumentada es consistente con la cáscara casi cerrada de flerovium y el comienzo de una nueva serie de elementos con el relleno de la subcapa 7p 3/2 débilmente unida , y es bastante diferente de la nobleza relativa del bismuto. Al igual que el talio, el moscovio debe tener un estado de oxidación +1 común y un estado de oxidación +3 menos común, aunque sus estabilidades relativas pueden cambiar dependiendo de los ligandos complejantes o del grado de hidrólisis. El óxido de moscovio (I) (Mc 2 O) debería ser bastante básico, como el del talio, mientras que el óxido de moscovio (III) (Mc 2 O 3 ) debería ser anfótero, como el del bismuto.

Grupo 16

El polonio es un metal blando radiactivo con una dureza similar al plomo. Tiene una estructura cristalina cúbica simple caracterizada (según lo determinado por cálculos de densidad de electrones) por un enlace parcialmente direccional y un BCN de 6. Tal estructura normalmente da como resultado una ductilidad y resistencia a la fractura muy bajas, sin embargo, se ha predicho que el polonio es un metal dúctil. Forma un hidruro covalente; sus haluros son compuestos covalentes y volátiles, parecidos a los del telurio. El óxido de polonio en su estado de oxidación preferido (POO 2 ; 4) es predominantemente básica, pero anfótero si se disolvió en álcali acuoso concentrado, o fusionado con hidróxido de potasio en el aire. El ion polonato amarillo (IV) PoO2−
3
se conoce en soluciones acuosas de baja concentración de Cl - y pH alto. Los polónidos como Na 2 Po, BePo, ZnPo, CdPo y HgPo presentan aniones Po 2− ; excepto el HgPo, estos son algunos de los compuestos de polonio más estables.

Livermorium se espera que sea menos reactivo que moscovium. Se espera que el potencial de reducción estándar del par Lv 2+ / Lv sea de alrededor de +0,1 V. Debería ser más estable en el estado de oxidación +2; Se espera que los electrones 7p 3/2 estén tan débilmente unidos que los dos primeros potenciales de ionización del livermorio deberían encontrarse entre los de los metales alcalinotérreos reactivos magnesio y calcio . El estado de oxidación +4 solo debería ser alcanzable con los ligandos más electronegativos. El óxido de hígado (II) (LvO) debe ser básico y el óxido de hígado (IV) (LvO 2 ) debe ser anfótero, análogo al polonio.

Grupo 17

La astatina es un elemento radiactivo que nunca se ha visto; una cantidad visible se vaporizaría inmediatamente debido a su intensa radiactividad. Puede ser posible evitar esto con suficiente enfriamiento. La astatina se considera comúnmente como un no metal, menos comúnmente como un metaloide y ocasionalmente como un metal. A diferencia de su congénere yodo más ligero, la evidencia de astato diatómico es escasa y no concluyente. En 2013, sobre la base de un modelo relativista, se predijo que el astato sería un metal monoatómico, con una estructura cristalina cúbica centrada en las caras. Como tal, se podría esperar que el astato tenga un aspecto metálico; mostrar conductividad metálica; y tienen una excelente ductilidad, incluso a temperaturas criogénicas. También podría esperarse que muestre un carácter no metálico significativo, como suele ser el caso de los metales en el bloque p o en sus proximidades. Oxianiones de astatina AtO - , AtO-
3
y AtO-
4
son conocidas, siendo la formación de oxianiones una tendencia de los no metales. Se presume que el hidróxido de astato At (OH) es anfótero. La astatina forma compuestos covalentes con los no metales, incluidos el astato de hidrógeno HAt y el tetraastatido de carbono CAt 4 . Se ha informado que los aniones at - forman astatidas con plata, talio, paladio y plomo. Pruszyński y col. tenga en cuenta que los iones de astatida deben formar complejos fuertes con cationes de metales blandos como Hg 2+ , Pd 2+ , Ag + y Tl 3+ ; enumeran el astatido formado con mercurio como Hg (OH) At.

Se espera que la tennessina , a pesar de estar en la columna de halógenos de la tabla periódica, se acerque aún más a la metalicidad que la astato debido a su pequeña afinidad electrónica. El estado -1 no debería ser importante para la tennessina y sus estados de oxidación principales deberían ser +1 y +3, con +3 más estable: se espera que Ts 3+ se comporte de manera similar a Au 3+ en medios de haluro. Como tal, se espera que el óxido de tennessina (Ts 2 O 3 ) sea anfótero, similar al óxido de oro y al óxido de astato (III).

Grupo 18

Se espera que Oganesson sea ​​un "gas noble" muy pobre e incluso puede metalizarse por su gran radio atómico y la unión débil de los electrones 7p 3/2, que se eliminan fácilmente : ciertamente se espera que sea un elemento bastante reactivo que es sólido en temperatura ambiente y tiene algunas similitudes con el estaño , ya que un efecto de la división del espín-órbita de la subcapa 7p es una "inversión parcial del papel" de los grupos 14 y 18. Debido a la inmensa polarización de oganesson, se espera que no solo oganesson El fluoruro (II), pero también el fluoruro de oganesson (IV), debe ser predominantemente iónico, lo que implica la formación de cationes Og 2+ y Og 4+ . Se espera que el óxido de Oganesson (II) (OgO) y el óxido de oganesson (IV) (OgO 2 ) sean anfóteros, similares a los óxidos de estaño.

Alias ​​y agrupaciones relacionadas

Metales del subgrupo B

Superficialmente, los metales del subgrupo B son los metales de los Grupos IB a VIIB de la tabla periódica, correspondientes a los grupos 11 a 17 utilizando la nomenclatura actual de la IUPAC. En la práctica, los metales del grupo 11 (cobre, plata y oro) normalmente se consideran metales de transición (o algunas veces como metales de acuñación o metales nobles) mientras que los metales del grupo 12 (zinc, cadmio y mercurio) pueden o no ser tratados como Metales del subgrupo B dependiendo de si los metales de transición terminan en el grupo 11 o en el grupo 12. La nomenclatura 'B' (como en los Grupos IB, IIB, etc.) fue reemplazada en 1988, pero todavía se encuentra ocasionalmente en los grupos más recientes. literatura.

Los metales del subgrupo B muestran propiedades no metálicas; esto es particularmente evidente al pasar del grupo 12 al grupo 16. Aunque los metales del grupo 11 tienen estructuras metálicas empaquetadas normales, muestran una superposición en las propiedades químicas. En sus compuestos +1 (el estado estable para la plata; menos para el cobre) son metales del subgrupo B típicos. En sus estados +2 y +3, su química es típica de los compuestos de metales de transición.

Pseudo metales y metales híbridos

Los metales del subgrupo B se pueden subdividir en pseudo metales y metales híbridos . Se dice que los pseudo metales (grupos 12 y 13, incluido el boro) se comportan más como metales verdaderos (grupos 1 a 11) que como no metales. Los metales híbridos As, Sb, Bi, Te, Po, At, que otros autores llamarían metaloides, comparten por igual las propiedades de ambos. Los pseudo metales se pueden considerar relacionados con los metales híbridos a través de la columna de carbono del grupo 14.

Metales básicos

Mingos escribe que si bien los metales del bloque p son típicos, no son muy reductores y que, como tales, son metales básicos que requieren ácidos oxidantes para disolverlos.

Metales limítrofes

Parish escribe que, 'como se anticipó', los metales limítrofes de los grupos 13 y 14 tienen estructuras no estándar. El galio, indio, talio, germanio y estaño se mencionan específicamente en este contexto. También se observa que los metales del grupo 12 tienen estructuras ligeramente distorsionadas; esto se ha interpretado como evidencia de un enlace direccional débil (es decir, covalente).

Metales químicamente débiles

Rayner-Canham y Overton usan el término metales químicamente débiles para referirse a los metales cercanos al límite entre metal y no metal. Estos metales se comportan químicamente más como los metaloides, particularmente con respecto a la formación de especies aniónicas. Los nueve metales químicamente débiles identificados por ellos son berilio, magnesio, aluminio, galio, estaño, plomo, antimonio, bismuto y polonio.

Metales fronterizos

Vernon usa el término "metal de frontera" para referirse a la clase de metales químicamente débiles adyacentes a la línea divisoria entre metales. Señala que varios de ellos "se distinguen además por una serie de ... relaciones de movimiento de caballero , formadas entre un elemento y el elemento un punto hacia abajo y dos grupos a su derecha". Por ejemplo, la química del cobre (I) se asemeja a la química del indio (I): "ambos iones se encuentran principalmente en compuestos de estado sólido como CuCl e InCl; los fluoruros son desconocidos para ambos iones, mientras que los yoduros son los más estables". El nombre metal fronterizo es una adaptación de Russell y Lee, quienes escribieron que, "... el bismuto y el polonio del elemento del grupo 16 generalmente se consideran metales, aunque ocupan 'territorio fronterizo' en la tabla periódica, adyacente a los no metales".

Metales fusibles

Cardarelli, escribiendo en 2008, categoriza zinc, cadmio, mercurio, galio, indio, talio, estaño, plomo, antimonio y bismuto como metales fusibles. Casi 100 años antes, Louis (1911) notó que los metales fusibles eran aleaciones que contenían estaño, cadmio, plomo y bismuto en diversas proporciones, "el estaño variaba del 10 al 20%".

Metales pesados ​​(de bajo punto de fusión)

Van Wert agrupó los metales de la tabla periódica en a. los metales ligeros; B. los metales pesados ​​y frágiles de alto punto de fusión, c. los metales dúctiles pesados ​​de alto punto de fusión; D. los metales pesados ​​de bajo punto de fusión (Zn, Cd, Hg; Ga, In, Tl; Ge, Sn; As, Sb, Bi; y Po), y e. los metales fuertes, electropositivos. Britton, Abbatiello y Robins hablan de «los metales pesados ​​blandos y de bajo punto de fusión en las columnas lIB, IlIA, IVA y VA de la tabla periódica, a saber, Zn, Cd, Hg; Al, Ga, In, Tl; [Si], Ge, Sn, Pb; y Bi. La Tabla de los Elementos de Sargent-Welch agrupa los metales en: metales ligeros, la serie de lantánidos; la serie de actínidos; metales pesados ​​(quebradizos); metales pesados ​​(dúctiles); y metales pesados ​​(bajo punto de fusión): Zn, Cd, Hg, [Cn]; Al, Ga, In, Tl; Ge, Sn, Pb, [Fl]; Sb, Bi; y Po.

Metales menos típicos

Habashi agrupa los elementos en ocho categorías principales: [1] metales típicos (metales alcalinos, metales alcalinotérreos y aluminio); [2] lantánidos (Ce – Lu); [3] actínidos (Th-Lr); [4] metales de transición (Sc, Y, La, Ac, grupos 4–10); [5] metales menos típicos (grupos 11-12, Ga, In, Tl, Sn y Pb); [6] metaloides (B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, Bi y Po); [7] no metales covalentes (H, C, N, O, P, S y los halógenos); y [8] no metales monoatómicos (es decir, los gases nobles).

Metametales

Los metametales son zinc, cadmio, mercurio, indio, talio, estaño y plomo. Son elementos dúctiles pero, en comparación con sus vecinos de la tabla periódica metálica a la izquierda, tienen puntos de fusión más bajos, conductividades eléctricas y térmicas relativamente bajas y muestran distorsiones de formas compactas. A veces, el berilio y el galio se incluyen como metametales a pesar de tener baja ductilidad.

Metales ordinarios

Abrikosov distingue entre metales ordinarios y metales de transición donde las capas internas no están llenas. Los metales ordinarios tienen puntos de fusión y energías de cohesión más bajos que los de los metales de transición. El gris se identifica como metales ordinarios: aluminio, galio, indio, talio, nihonio, estaño, plomo, flerovio, bismuto, moscovio y livermorio. Añade que, "en realidad, la mayoría de los metales que la gente considera ordinarios son de hecho metales de transición ...".

Otros metales

Como se señaló, los metales que se encuentran entre los metales de transición y los metaloides en la tabla periódica a veces se denominan otros metales (ver también, por ejemplo, Taylor et al.). "Otro" en este sentido tiene los significados relacionados de "existente además, o distinto del ya mencionado" (es decir, los metales alcalinos y alcalinotérreos, los lantánidos y actínidos, y los metales de transición); 'auxiliar'; 'auxiliar, secundario'. Según Gray, debería haber un nombre mejor para estos elementos que "otros metales".

metales del bloque p

Los metales del bloque p son los metales de los grupos 13‒16 de la tabla periódica. Por lo general, esto incluye aluminio, galio, indio y talio; estaño y plomo; y bismuto. Algunas veces también se incluyen germanio, antimonio y polonio, aunque los dos primeros se reconocen comúnmente como metaloides. Los metales del bloque p tienden a tener estructuras que muestran números de coordinación bajos y enlaces direccionales. En sus compuestos se encuentra una covalencia pronunciada; la mayoría de sus óxidos son anfóteros.

El aluminio es un elemento indiscutible del bloque p por pertenencia al grupo y su configuración electrónica [Ne] 3s 2  3p 1 , pero el aluminio no viene literalmente después de los metales de transición a diferencia de los metales del bloque p del período 4 en adelante. El epíteto "post-transición" en referencia al aluminio es un nombre inapropiado, y el aluminio normalmente no tiene electrones d a diferencia de todos los demás metales del bloque p.

Metales peculiares

Slater divide los metales "con bastante precisión, aunque no perfectamente" en los metales ordinarios y los metales peculiares , los últimos de los cuales bordean los no metales. Los metales peculiares se encuentran hacia los extremos de las filas de la tabla periódica e incluyen "aproximadamente": galio, indio y talio; carbono, silicio ”(ambos tienen algunas propiedades metálicas, aunque los hemos tratado previamente como no metales),“ germanio y estaño; arsénico, antimonio y bismuto; y selenio '(que es en parte metálico)' y telurio. Los metales ordinarios tienen estructuras cristalinas centro-simétricas mientras que los metales peculiares tienen estructuras que involucran enlaces direccionales. Más recientemente, Joshua observó que los metales peculiares tienen enlaces covalentes-metálicos mixtos.

Metales pobres

Farrell y Van Sicien usan el término metal pobre , por simplicidad, "para denotar uno con un carácter covalente o direccional significativo". Hill y Holman observan que, “El término metales pobres no se usa ampliamente, pero es una descripción útil para varios metales, incluidos el estaño, el plomo y el bismuto. Estos metales se encuentran en un bloque triangular de la tabla periódica a la derecha de los metales de transición. Suelen ser de baja actividad (electroquímica) y tienen cierto parecido con los no metales ». Reid y col. escribe que 'metales pobres' es, '[Un] término más antiguo para los elementos metálicos de los Grupos 13 a 15 de la tabla periódica que son más blandos y tienen puntos de fusión más bajos que los metales usados ​​tradicionalmente para las herramientas'.

Metales posteriores a la transición

Un uso temprano de este nombre fue registrado por Deming, en 1940, en su conocido libro Fundamental Chemistry. Trató los metales de transición como acabado en el grupo 10 ( níquel , paladio y platino ). Se refirió a los elementos subsiguientes en los períodos 4 a 6 de la tabla periódica (cobre a germanio; plata a antimonio; oro a polonio) —en vista de sus configuraciones electrónicas subyacentes d 10— como metales de postransición.

Semimetales

En el uso moderno, el término 'semimetal' a veces se refiere, de manera flexible o explícita, a metales con carácter metálico incompleto en estructura cristalina, conductividad eléctrica o estructura electrónica. Los ejemplos incluyen galio , iterbio , bismuto , mercurio y neptunio . Los metaloides, que son elementos intermedios que no son ni metales ni no metales, a veces también se denominan semimetales. Los elementos comúnmente reconocidos como metaloides son boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio. En la química antigua, antes de la publicación en 1789 del "revolucionario" Tratado elemental de química de Lavoisier , un semimetal era un elemento metálico con "ductilidad y maleabilidad muy imperfectas" como el zinc, el mercurio o el bismuto.

Metales blandos

Scott y Kanda se refieren a los metales en los grupos 11 a 15, más el platino en el grupo 10, como metales blandos, excluyendo los metales muy activos, en los grupos 1-3. Señalan que muchas aleaciones no ferrosas importantes están hechas de metales de esta clase, incluida la plata esterlina , el latón (cobre y zinc) y bronces (cobre con estaño, manganeso y níquel).

Metales de transición

Históricamente, la serie de metales de transición "incluye aquellos elementos de la tabla periódica que 'cierran la brecha' entre los metales alcalinos y alcalinotérreos muy electropositivos y los no metales electronegativos de los grupos: nitrógeno-fósforo, oxígeno-azufre y los halógenos. . " Cheronis, Parsons y Ronneberg escribieron que, "Los metales de transición de bajo punto de fusión forman un bloque en la Tabla Periódica: los de los Grupos II 'b' [zinc, cadmio, mercurio], III 'b' [aluminio, galio, indio, talio] y germanio, estaño y plomo en el Grupo IV. Todos estos metales tienen puntos de fusión por debajo de 425 ° C ".

Notas

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Citas
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Otras lecturas

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