Metales, metaloides y no metales

La materia está formada por elementos cuya unidad fundamental es el átomo. Estos elementos se organizan en la tabla periódica y pueden clasificarse como metales, metaloides y no metales. Cada categoría presenta una química muy particular con propiedades características que permiten diferenciarlas.

 

Metales Metaloides No metales
Estado físico Sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio (Hg) y el francio (Fr), que son líquidos. Sólidos a temperatura ambiente. Sólidos, como el carbono (C); líquidos, como el bromo (Br); y gaseosos, como el oxígeno (O).
Apariencia Tienen brillo metálico.La mayoría son plateados, excepto el cobre (Cu) que es rojizo y el oro (Au) que es amarillo. La mayoría tiene brillo metálico. No tienen brillo metálico. Se presentan de diversos colores: el bromo (Br) es rojo y el azufre (S) es amarillo.
Abundancia en la Tierra Baja. A pesar de que el

79 % de los elementos existentes son metales, en la Tierra éstos son los menos abundantes.

Algunos son abundantes en la corteza terrestre como el silicio (Si), y otros son muy raros de encontrar, como el polonio (Po). Alta. A pesar de que el 21 % de los elementos existentes son no metales, son los más abundantes en nuestro planeta.
Presentes en el cuerpo humano
  • Na y K: ayudan a transportar oxígeno.
  • Ca: fortalece los huesos.
  • Mg: ayuda a la coagulación de la sangre.
  • Fe: asimila el oxígeno en la sangre y produce hemoglobina.
  • Cu: combate la anemia.
  • Zn: ayuda a metabolizar carbohidratos y fortalece el sistema inmune.
Presentes en concentraciones mínimas.
  • O: indispensable para la respiración.
  • C: presente en todas la biomoléculas.
  • H: presente en casi todas las biomoléculas.
  • N: presente en las proteínas y en los ácidos nucleicos.
  • P: presente en los ácidos nucleicos, en el ATP de las moléculas. Forma dientes y huesos.
  • S: forma parte de diversas proteínas.
Propiedades mecánicas Son muy dúctiles y maleables. Son intermedios entre los metales y los no metales. No son dúctiles ni maleables. Gran parte de ellos son duros y quebradizos.
Conductividad  Son buenos conductores de electricidad y calor. Son semiconductores. Son malos conductores de electricidad y calor.
Punto de fusión y ebullición  Relativamente altos. Altos respecto a los no metales. Relativamente bajos.
Capa de valencia Átomos con capa de valencia ocupada con pocos electrones, generalmente dos o tres. Átomos con capa de valencia ocupada con tres electrones. Átomos con capa de valencia ocupada con cuatros o más electrones, excepto el helio y el hidrógeno.
Electronegatividad Baja Intermedia Alta
Reactividad Tiende a perder electrones cuando se combina con otros elementos. Se convierten en cationes. Reactividad química variada. Se pueden comportar como metales o no metales. Tienden a ganar electrones cuando se combinan con otros elementos. Se convierten en aniones.
Ubicación en la tabla periódica
Ejemplos Litio (Li), sodio (Na), cromo (Cr), cobre (Cu), plata (Ag), oro (Au), platino (Pt), calcio (Ca), mercurio (Hg), hierro (Fe) y aluminio (Al), entre otros. Boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsénico (As), antimonio (Sb), polonio (Po), telurio (Te), astato (At) y selenio (Se). Hidrógeno (H), oxígeno (O), carbono (C), nitrógeno (N), azufre (S), fósforo (P), flúor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo (I), neón (Ne) y Argón (Ar), entre otros.

 

Euglena: ¿planta o animal?

Este género de más de 1.000 especies está compuesto de microorganismos flagelados unicelulares que presentan características tanto de plantas como de animales. Estos organismos han sido considerados en algunas ocasiones algas y en otras protozoos.

clasificación

Reino: Protista

Filo: Euglenophycota

Clase: Euglenophyceae

Orden: Euglenales

Familia: Euglenaceae

Género: Euglena (Ehrenberg, 1838)

La euglenas se identifican, entre otras cosas, por la presencia de una mancha ocular formada por pigmentos que absorben la luz.

características

Presenta una célula alargada de 15–500 micrómetros y un núcleo celular. Dentro de ella también se encuentran numerosos cloroplastos que contienen clorofila, una vacuola contráctil, una mancha ocular y uno o dos flagelos.

A diferencia de las células vegetales, la euglena carece de una pared de celulosa rígida y tiene una envoltura protéica flexible que le permite cambiar de forma y le da protección.

Aunque la mayoría de las especies realizan la fotosíntesis, también se alimentan de otros organismos a través de un proceso llamado fagocitosis.

La euglena se reproduce asexualmente a través de un proceso conocido como fisión binaria.

Bajo el microscopio

Por ser un organismo unicelular, no puede verse a simple vista. Por esta razón se debe utilizar un microscopio compuesto para observarla y estudiarla.

La euglena se puede encontrar en estanques y superficies de aguas poco profundas que contienen material orgánico. Por lo tanto, se pueden recoger y preparar fácilmente para su visualización.

La especie más observada en las demostraciones de laboratorio es la Euglena gracilis.

Forma y flagelos

Bajo el microscopio la euglena aparece como un organismo unicelular alargado que se mueve rápidamente a través de la superficie del campo. El cuerpo de este organismo generalmente tiene un extremo redondeado y uno puntiagudo.

El extremo redondeado es a menudo la parte principal de la cual surge la llamada cola en forma de látigo que se conoce como flagelo.

Aunque a menudo se ve un flagelo, las euglenas tienen dos flagelos y uno de estos generalmente se oculta en una parte conocida como reservorio.

El flagelo más largo y visible que se encuentra ubicado en el extremo anterior se mueve rápidamente, lo que hace posible que estos organismos se desplacen a través de la superficie del agua.

Membrana

A diferencia de la mayoría de las células vegetales, este organismo no tiene una pared celular. Los orgánulos y el citoplasma están unidos por una membrana plasmática que facilita el movimiento.

La observación de la euglena bajo un microscopio electrónico ha revelado la presencia de una película compuesta por una capa protéica debajo de la membrana plasmática.

La presencia de esta delgada capa protege la membrana celular y también ayuda a mantener su forma. Además, debido a su naturaleza flexible, facilita el movimiento.

Mancha ocular

Una observación más cercana del organismo revela a través del microscopio una mancha rojiza en la parte anterior. Este es un orgánulo compuesto de gránulos de carotenoides que le permiten sentir y moverse hacia la luz solar.

La mancha ocular también ayuda a filtrar la longitud de onda de la luz que llega al cuerpo paraflagelar, que es la estructura de detección de luz que se encuentra en la base del flagelo.

El movimiento corporal del organismo hacia la fuente de luz donde ocurre la fotosíntesis se conoce comúnmente como fototaxis positiva.

Clorofila

Además de la mancha ocular, también se logra notar bajo el microscopio unas manchas oscuras y verdosas en todo el cuerpo del organismo.

Algunos de estos puntos son cloroplastos que contienen clorofila, lo que produce el tono verde y es responsable de la fotosíntesis. Esto generalmente se conoce como clorofila A.


¿Sabías qué...?
Algunas euglenas tienen clorofila A y B. La clorofila B produce un color verde azulado y mejora la absorción de luz requerida para la fotosíntesis.

El cloroplasto en el organismo atrapa la luz solar que se utiliza para fabricar su alimento a través de la fotosíntesis. Este proceso se puede resumir de la siguiente manera:

Dióxido de carbono + agua, glucosa y oxígeno (en presencia de luz solar)

Aunque son capaces de fabricar su propio alimento, también se alimentan de otros organismos al envolverlos en sus membranas celulares a través de un proceso conocido como fagocitosis. 

Fagocitosis

En este proceso, el organismo envuelve la partícula de alimento en una vacuola para ser digerida a través de la liberación de ciertas enzimas. Las euglenas también tiene una vacuola contráctil que ayuda a recolectar y eliminar el exceso de líquidos de la célula. Esto evita que la célula ingiera demasiada agua, para evitar que la misma colapse y se rompa.

Reproducción

Este organismo se reproduce de forma asexual a través de un proceso conocido como fisión binaria. Este proceso comienza cuando la euglena replica su ADN y se expande en tamaño. Luego se divide por la mitad y crea dos organismos completos, cada uno con ADN idéntico.

La parte más importante de la fisión binaria es la división del núcleo donde se encuentra el material genético, que se produce a través de la mitosis que consta de cuatro etapas.

Corteza terrestre

El planeta se compone de tres capas principales: la corteza, el manto y el núcleo. El núcleo representa sólo el 15 % del volumen de la Tierra, mientras que el manto ocupa el 84 %y la corteza compone el 1 % restante.

¿Qué es la corteza terrestre?

La corteza de la Tierra es una capa extremadamente fina de roca que forma la más externa cubierta sólida de nuestro planeta. En términos comparativos, su espesor es como el de la piel de una manzana. Supone menos de la mitad del 1 % de la masa total del planeta, pero desempeña un papel vital en la mayoría de los ciclos naturales de la Tierra.

La corteza puede tener un grosor de más de 80 kilómetros en algunos lugares y menos de un kilómetro de grosor en otros.
La corteza puede tener un grosor de más de 80 kilómetros en algunos lugares y menos de un kilómetro de grosor en otros.

Aquí en tierra firme, en las plataformas continentales, la corteza tiene unos 30 kilómetros de espesor, mientras que en el medio del océano es de aproximadamente 5 kilómetros.

¿Cómo sabemos que la Tierra tiene una corteza?

No se supo que la Tierra tenía una corteza hasta principios del siglo XX. Hasta entonces, todo lo que sabíamos era que nuestro planeta se tambaleaba en relación con el cielo como si tuviera un núcleo grande y denso. Luego vino la sismología, que trajo un nuevo tipo de evidencia desde abajo, la velocidad sísmica.

La velocidad sísmica mide la velocidad en la que las ondas sísmicas se propagan a través de los diferentes materiales por debajo de la superficie. Con algunas excepciones importantes, la velocidad sísmica dentro de la Tierra tiende a aumentar con la profundidad.

En 1909, un documento del sismólogo Andrija Mohorovicic estableció un cambio repentino en la velocidad sísmica a unos 50 kilómetros de profundidad en la Tierra. Las ondas sísmicas rebotan de él (reflejan) y doblan (refractan) mientras que lo atraviesan, de la misma manera que la luz se comporta en la discontinuidad entre el agua y el aire.

Esa discontinuidad, llamada discontinuidad de Mohorovicic o “Moho”, es el límite aceptado entre la corteza y el manto.

Composición de la corteza

La corteza se compone de muchos tipos diferentes de rocas que caen dentro de tres categorías principales: ígneas (más del 90 % en volumen), metamórficas y sedimentarias. Sin embargo, la mayoría de estas rocas se originaron como granito o basalto. El manto debajo está hecho de peridotita. Bridgmanita, el mineral más común en la Tierra, se encuentra en el manto profundo.

La capa externa de la Tierra está formada por dos grandes categorías de rocas: basálticas y graníticas.
La capa externa de la Tierra está formada por dos grandes categorías de rocas: basálticas y graníticas.

Tipos de corteza

En general, hay dos tipos de corteza: corteza oceánica (basáltica) y corteza continental (granítica).

Corteza oceánica

La corteza oceánica cubre aproximadamente el 60 % de la superficie de la Tierra. La corteza oceánica es delgada y joven, no tiene más de 20 km de espesor ni más de 180 millones de años. Todo lo anterior ha sido arrastrado debajo de los continentes por subducción. La corteza oceánica nace en las crestas donde las placas del océano se separan. Cuando esto sucede, la presión sobre el manto subyacente se libera y la peridotita comienza a derretirse. La fracción que se funde se convierte en lava basáltica, que se eleva y entra en erupción mientras que el resto de la peridotita se agota.

Las rocas basálticas contienen más silicio y aluminio que la peridotita dejada atrás, que tiene más hierro y magnesio.

Las rocas basálticas son también menos densas.

La corteza oceánica es una fracción muy pequeña de la Tierra, pero su ciclo de vida sirve para separar el contenido del manto superior en un residuo pesado y un conjunto más ligero de rocas basálticas.

Corteza continental

La corteza continental es gruesa y más antigua, en promedio tiene unos 50 km de espesor y alrededor de 2 mil millones de años. Cubre alrededor del 40 % del planeta.

Los continentes crecen lentamente a lo largo del tiempo geológico a medida que la corteza oceánica y los sedimentos del fondo marino son arrastrados debajo de ellos por subducción. Los basaltos descendentes tienen el agua y los elementos incompatibles que estos expulsan, este material se eleva para provocar más fusión en la llamada fábrica de subducción.

La corteza continental está hecha de rocas graníticas, que tienen aún más silicio y aluminio que la corteza oceánica basáltica. También tienen más oxígeno gracias a la atmósfera. Las rocas graníticas son aún menos densas que el basalto.

La corteza continental representa menos del 0,4 % de la Tierra, pero representa el producto de un doble proceso de refinación, primero en las crestas de los océanos y la segunda en las zonas de subducción.

Los elementos incompatibles que terminan en los continentes son importantes porque incluyen los principales elementos radiactivos uranio, torio y potasio. Estos crean calor, lo que hace que la corteza continental actúe como una manta eléctrica en la parte superior del manto. El calor también suaviza lugares gruesos en la corteza, como la meseta tibetana y los hace extenderse lateralmente.

Los continentes son rasgos verdaderamente permanentes y autosustentables de la superficie de la Tierra.
¿Sabías qué...?
La temperatura de la corteza es diferente en cada parte, comienzan en unos 200 °C y pueden elevarse hasta 400 ° C.

Corteza y placas

La corteza y las placas tectónicas no son lo mismo. Las placas son más gruesas que la corteza y consisten en la combinación de la corteza más el manto que está justo debajo de ella. Esta dura y frágil combinación de dos capas se llama litósfera. Las placas litosféricas se encuentran sobre una capa de roca de manto más blanda y más plástica llamada astenósfera que permite que las placas se muevan lentamente sobre ella como una balsa en barro grueso.

Estructuras de Lewis

Estudiar cómo se combinan los elementos químicos en la naturaleza es primordial para la química aplicada, es por ello que a lo largo de los años se han planteados diversas teorías y formas de representación que facilitan el entendimiento de los compuestos químicos.

Los átomos se combinan entre sí para formar diversos compuestos o sustancias químicas, esto implica la formación de enlaces químicos entre los átomos involucrados en las reacciones químicas. En función de la naturaleza química se conocen tres tipos de enlace:

  • Enlace iónico: se forma como resultado de las fuerzas electrostáticas existentes entre iones de carga opuesta. Este tipo de enlace implica la transferencia de electrones de un átomo a otro.
  • Enlace covalente: es aquel donde dos átomos comparten electrones, en función del número de electrones compartidos se distinguen tres tipos de enlaces covalente: simple (2 e), doble (4 e) y triple (6 e).
  • Enlace metálico: en este tipo de enlaces los electrones se mueven dentro de la red tridimensional del metal, lo que le confiere al mismo su propiedad característica, la conductividad eléctrica.

Los electrones que participan en un enlace químico se denominan electrones de valencia y son aquellos que se encuentran en la capa más externa de los átomos.

 

Átomo de nitrógeno.

Estructuras de Lewis

Lewis fue un químico estadounidense que propuso simbolizar los electrones de valencia mediante el uso de puntos que se ubican arriba, abajo y a los lados del símbolo químico de cada elemento, esta forma de representación se conoce como símbolos de Lewis.


Los símbolos punto-electrón para construir las denominadas estructuras de Lewis de diversas moléculas o compuestos son una herramienta útil al momento de estudiar los enlaces químicos, formación y tipos.

Regla del octeto

Cuando se forma un enlace químico los átomos pierden, ganan o comparten electrones con la finalidad de emular la configuración electrónica del gas noble más cercano a ellos, los cuales deben su estabilidad al número de electrones que contienen en su capa de valencia.

Símbolos de Lewis de los gases nobles.

 

Con excepción del helio, todos los gases nobles poseen ocho electrones en la capa de valencia, hecho en el que se fundamenta la denominada regla del octeto: los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta estar rodeados por ocho electrones de valencia.

A continuación se muestran algunos ejemplos de estructuras de Lewis:

  • Metano
    • Fórmula química: CH4
    • Tipo de enlace: covalente
    • Configuración electrónica:


  • Estructura de Lewis:


  • Dióxido de carbono
    • Fórmula química: CO2
    • Tipo de enlace: covalente
    • Configuración electrónica:


  • Estructura de Lewis:


  • Agua
    • Fórmula química: H2O
    • Tipo de enlace: covalente
    • Configuración electrónica:


  • Estructura de Lewis:


Estructura de Lewis en compuestos iónicos

Uno de los compuestos iónicos más utilizados es la sal de mesa, compuesta por cloruro de sodio dibujar su estructura de Lewis sigue el siguiente procedimiento:

  1. Escribir la formula química: NaCl
  2. Conocer el tipo de enlace: iónico.
  3. Realizar la configuración electrónica, considerando el efecto de las cargas en el anión y catión.

 

  1. Realizar la estructura de Lewis.


Excepciones de la regla del octeto

La regla del octeto no se cumple para todos los compuestos químicos, las excepciones se pueden resumir en tres casos:

  • Moléculas que tienen un número impar de electrones

La presencia de un número de electrones impar hace imposible que los mismos se apareen totalmente y por tanto al menos uno de los átomos involucrados no alcanza el octeto. Por ejemplo el monóxido de nitrógeno (NO).

Estructura de Lewis del monóxido de nitrógeno.

 

  • Moléculas con menos de ocho electrones

Son aquellas moléculas donde un átomo o ion de la misma no puede alcanzar el octeto, un caso emblemático es el trifloruro de boro (BF3).

Estructura de Lewis del trifloruro de boro.

 

  • Moléculas con más de ocho electrones

Son compuestos químicos donde al menos uno de los átomos o iones sobrepasa los ocho electrones en la capa de valencia. Algunos ejemplos representativos son el pentacloruro de fosforo (PCl5).

Estructura de Lewis del pentacloruro de fosforo.

¿Qué debes saber para dibujar estructuras de Lewis?

Para dibujar una estructura de Lewis es necesario dominar los conceptos básicos de la química y sus elementos. Algunas de las consideraciones a tener en cuenta son:

  1. Determinar los electrones de valencia de los elementos involucrados, para ello se puede usar una tabla periódica. También es importante recordar que en el caso de los iones se deben sumar o restar electrones en la capa de valencia; para los aniones cada carga negativa significa que se debe sumar un electrón, en tanto, para los cationes una carga positiva implica que se debe restar un electrón.
  2. Escribir los símbolos químicos e indicar que tipo de enlace los une. Por lo general, las fórmulas químicas indican el orden de unión de los átomos mientras que la naturaleza del enlace está determinada por la diferencia de electronegatividad que existe entre los mismos.
  3. Completar primero los octetos de los elementos unidos al átomo central.
  4. Colocar los electrones faltantes en el átomo central aun si no cumplen con la regla del octeto.
  5. Cuando el átomo central no cumple con el octeto es recomendable probar con enlaces múltiples.
  6. Conocer las excepciones de la regla del octeto.