Los elementos químicos

RESUMEN: Español

El desarrollo industrial en nuestro país debe basarse en la industria química. El pivote estratégico fundamental del proceso de industrialización de nuestra economía nacional ha sido el sector agropecuario. Por esta razón los mayores esfuerzos de nuestro partido y gobierno, así como de la población en general están dirigidos a lograr un desarrollo altamente tecnificado en esta dirección. El propio avance agropecuario exige que se desarrollen paralelamente ciertas ramas industriales. Se impone la necesidad de utilizar la tecnología más avanzada, la automatización y la creación de nuevas industrias, así como el aumento de las áreas sembradas, la introducción de innovaciones en el proceso industrial.

En la creación de nuevas industrias se debe intensificar el desarrollo científico y los estudios e investigaciones relacionadas con la industria química. Las industrias químicas cubanas que se destacan por su importancia en el desarrollo económico, la industria azucarera, la de níquel, la de fertilizantes y la del cemento.

El basamento de este folleto es obtener información científica técnica actualizada al utilizar métodos racionales y económicos que posibilitan evaluar impactos ambientales y la necesidad de la conservación del medio ambiente basados en los conocimientos adquiridos durante el estudio y profundización de esta asignatura.

Introducción

Al estudiar los elementos químicos es fundamental la caracterización de estos a partir de sus propiedades tanto físicas como químicas, de su composición de su acción fisiológica, de la similitud y diferencia de estos elementos químicos en su relación con otros elementos químicos, lo que permite su clasificación, la forma de su presentación en la naturaleza sus aplicaciones e importancia económica y su obtención en el laboratorio y la industria.

Para el estudio de los elementos químicos se puede plantear la siguiente metodología:

• 1) Determinación del símbolo de su número atómico.

• 2) Clasificar y explicar los nombres dados en los grupos.

• 3) Representación de la estructura de los átomos del elemento por nivel por la notación nl x

• 4) Determinación de la posición del elemento en el sistema periódico grupo y periodo.

• 5) El pronóstico de las propiedades del elemento quimio en estado libre (sustancias simples) así como las formulas y propiedades de sus compuestos, partiendo de la estructura de los átomos del elemento.

• 6) La presencia de la correspondiente sustancia simple en la naturaleza.

• 7) Los métodos de su obtención en estado libre para uso social

• 8) Las formulas y propiedades de los compuestos. Características del enlace químico que lo forma.

• 9) Disposición en el mercado.

• 10) Papel o función biológica y sobre el medio ambiente agropecuario.

Objetivo:

Caracterizar integralmente al elemento químico a partir de sus sustancias simples y los compuestos que de esta forma, enfatizado en su papel bilógico, la influencia que ejerce sobre el medio ambiente, su disposición en el mercado y su ubicación geográfica.

Reseña histórica de los elementos en estudio

Fósforo (P):El fósforo —del latín phosphorus, y este del griego f?ofópo? , portador de la luz — antiguo nombre del planeta Venus, fue descubierto por el alquimista alemán Hennig Brand en 19669 en Hamburgo al destilar una mezcla de orina y arena (utilizo 50 cubos)mientras buscaba la piedra filisofal,al evaporar la urea obtuvo un material blanco que brillaba en la oscuridad y ardía como una llama brillante, desde entonces , la sustancias que brillan en la oscuridad sin arder se les llama fosforescentes. Brand, la primera persona conocida que ha descubierto un elemento químico, mantuvo su descubrimiento en secreto pero otro alquimista alemán, Kunckel, lo redescubrió en 1667 y enseño a Bolye la forma de gastarlo.

Mercurio (Hg): Es uno de los metales conocidos por los antiguos Teofrasto (300 a.c) lo obtuvo triturando cinabrio con vinagre en un mortero de latón. Aristóteles menciona el metal, como ¨Plata fluida ¨o plata viva. Discórdio lo llamo Hydro argiros (plata liquida) de aquí se deriva su nombre latino Hydrargyrum, que ha dado origen a su símbolo actual Hg. Los antiguos químicos lo designaron con el nombre del alado mensajero de los dioses.

Silicio(Si): El nombre de silicio se deriva del latin sílex(pedernal).los compuestos del silicio fueron de gran importancia en la prehistoria.Las herramientas y las armas hechas de pedernal (SiO2),fueron los primeros utensilios del hombre. Davy creyó que la sílice no era un elemento. En 1823 Berzelius obtuvo silicio amorfo. En 1854, Sainte Claire Deville preparo silicio cristalino.

Hierro (Fe): Es uno de los setes metales conocidos desde el tiempo más remotos. Su símbolo era el escudo y la lanza de Marte, el dios de la guerra. Los métodos de fundir hierro se suponen originarios del extremo Oriente. Los romanos desarrollaron una industria siderúrgica en España. Las fraguas se introdujeron en Alemania a mediados del siglo XlV y en Inglaterra hacia el año 1500.

DESARROLLO:

ALGUNAS ORIENTACIONES:

• 1) Explicar en que consiste los nombres dados en la clasificación de los grupos.

• 2) Distribución electrónica.

• 3) Grupo y periodo al que pertenece.

• 4) ¿Cómo se comportan las propiedades químicas estudiadas según su ocupación en la tabla periódica?

• 5) Formas en que se presenta en la naturaleza

• 6) Posibles números de oxidación

• 7) Distribución electrónica de un ejemplo de in que pueda formar.

• 8) ¿Compuestos probables que pueda formar , tipos de enlace, principales características del enlace que forma?

• 9) ¿Cómo se obtiene para su uso social?

• 10) ¿Cuál es la disposición en el mercado si es posible determinar?

• 11) ¿Cuál es su papel biológico sobre la muestra que le corresponde y el medio ambiente agropecuario?

• 12) Referirse a la muestra asignada en su ubicación gráfica, comunista, sus características químicas, biológicas.

• 13) Ponga una ecuación química con algunos de los elementos o sus compuestos donde pueda explicar las leyes estequiometrias, realizar su análisis termodinámico y cinético fundamentalmente en su conducción de reacción endotérmica o exotérmica.

1)El silicio (Si): Se clasifica como elementos representativos por tener electrón diferenciante e orbitales s o p del ultimo nivel de energía, es decir el nivel más extremo incompleto solo ocupan electrones los subniveles s o p. Las configuraciones electrónicas de los elementos representativos van de ns´ a ns2np5.

El fosforo (P): Se clasifica como elementos representativos por tener el electrón diferenciante e orbitales s o p del ultimo nivel de energía, es decir el nivel más extremo incompleto solo ocupan electrones los subniveles s o p. Las configuraciones electrónicas de los elementos representativos van de ns´ a ns2np5.

Macronutrientes: Estos son llamados elementos mayores o macro elementos, son elementos tomados en grandes cantidades del suelo, se designa como elementos mayores o primarios. Estos comúnmente se las proporcionan al suelo mediante la materia orgánica o los fertilizantes industriales.

El Hierro (Fe): Se clasifica como un elemento de transición: son los elementos cuyos átomos tienen el electrón diferenciante e el subnivel d del penúltimo nivel y, en general, tienen dos electrones en el subnivel s del último nivel. Se hace necesario recortar, que en algunos elementos de transición en vez de dos electrones en el último nivel. Se hace necesario recordar, que en algunos elementos de transición en vez de dos electrones en el último nivel s, puede existir solamente uno, por la tendencia a lograr un subnivel d semicompleto (n-1)d5 o completo (n-1)d10.

Microelementos o micronutriente (Fe): Se demostró mediante investigaciones científicas y en la práctica agrícola que ellos cuando son utilizados aumenta considerablemente el crecimiento de los recechos, aceleran el desarrollo de las plantas, mejoran la calidad de los productos vegetales, ejercen una acción positiva en la estabilidad contra las condiciones desfavorables del medio (temperatura, humedad, concentración de sales, etc.) Y protegen a las plantas y los animales de algunas enfermedades.

Mercurio (Hg): Se clasifica como un elemento de transición: son los elementos cuyos átomos tienen el electrón diferenciante e el subnivel d del penúltimo nivel y, en general, tienen dos electrones en el subnivel s del último nivel. Se hace necesario recortar, que en algunos elementos de transición en vez de dos electrones en el último nivel. Se hace necesario recordar, que en algunos elementos de transición en vez de dos electrones en el último nivel s, puede existir solamente uno, por la tendencia a lograr un subnivel d semicompleto (n-1)d5 o completo (n-1)d10.

Distribución electrónica

(Si): 1s22s22p63s23p2 Z= 14

Pertenece al grupo lV lA, periodo 3 de la tabla periódica.

(P): 1s22s22p63s23p3 Z= 15

Pertenece al grupo V A, período 3 de la tabla periódica.

(Fe): 1s22s22p63s23p64s23d6

1s22s22p63s23p63d64s2 Z= 26

Pertenece al grupo Vlll B, periodo 4 de la tabla periódica.

(Hg): 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f145d10

1s22s22p63s22p63d104s24p64d104p145s25p65d106s2

Z=80 Pertenece al grupo ll B, periodo 7 de la tabla periódica.

Comportamiento de las propiedades químicas

Las propiedades químicas de las sustancias son una consecuencia de la estructura electrónica de sus átomos o sea :

Silicio (Si), Fosforo(P):

Tiene más de 3 ? de valencia, facilidad para ganar electrones y como consecuencia:

• Forman iones negativos(aniones)

• Sus óxidos son ácidos

• Actúan iones oxidantes

Hierro (Fe), Mercurio(HG):

Tiene 2 ? en su último nivel, tienden a perder electrones y como consecuencia:

• Forman iones positivos(cationes)

• Sus óxidos son básicos.

• Actúan como reductores.

Estado natural

Fosforo (P): Debido a su mercada actividad con el oxígeno, el fosforo se encuentra libre en la naturaleza. En el suelo y en los minerales se encuentra únicamente en formas de sales de ácido fosfórico, fundamentalmente de fosfato de calcio Ca3(PO4)2.Los principales minerales en cuya composición entra dicha sal son el apetito y la fosforita.

Hierro (Fe): El hierro solo existe en estado libre en unas pocas localidades, en concreto al oeste de Groenlandia. También se encuentran en los meteoritos, normalmente aleado con el níquel, en forma de compuestos químicos, está distribuido por todo el mundo el principal mineral del hierro es la hemetita, goethita, la magnetita, la siderita y el hierro de pantano (limonita). También existen pequeñas cantidades de hierro combinadas con aguas naturales y en las plantas, además es un componente de la sangre.

Silicio (Si): El silicio no existe libre en estado natural, sus números compuestos forman la mayor parte de las rocas (granitos, gneis, basaltos)y de los minerales(cuarzo, feldespato, mica,etc.)La arena y la arcilla que constituye la parte mineral de los terrenos, también son compuestas del silicio.

Mercurio (Hg): A partir del cinabrio se tuesta la mena al aire y los gases generados se hacen pasar a través de un sistema de condensación.

6) Posibles números de oxidación:

Silicio (Si): 4+ y 4- Mercurio (Hg):2+ y 1+

Hierro (Fe): 2+ y 3+ Fosforo (P): 5+ y 3+

7) Ejemplo de ion que pueda formar:

• Silicio(Si):[1s22s22p63s23p6]4-

• Fosforo(P):[1s22s22p63s23p6]3-

• Hierro(Fe):[1s22s22p63s23p63d6]2+

• Mercurio(Hg):

[1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d10]2+

8) Compuestos probables:

Fosforo: P2(s)+O2(g)=P2O5

HPO3+H2O=H3PO4(ac)

Tipo de enlace: Enlace covalente

El hierro con el dioxigeno varios óxidos, el ferroso Fe2O3(de rojo), y el oxígeno mixto denominado oxido ferroso-férrico.

FeO Fe2O3 o Fe3O4

Tipo de enlace: Enlace iónico

Fe(s) +Cl (g) =FeCl2(s)

2Fe(s) + 3Cl2(g) =2FeCl3(s)

Mercurio: 8HNO3 + 3Hg =3Hg(NO3)2 +2NO +4H2O

HgCl2 + Hg= Hg2Cl2

Hg2Cl2 + 2NH3 = Hg + HgCl (NH2) + NH4Cl

Tipo de enlace: Enlace iónico

Si: SiCl4 + 4K =Si + 4KCl

SiO2 + 2C =Si + 2CO

Si + 2NaOH + H2O =Na2SiO3 + 2H2

SiO2 + Na2CO3 = Na2SiO3 + CO2

Principales características del enlace que forma:

• 1) Teoría de enlace de valencia (T.E.V)

• 2) Teoría de los orbitales moleculares(T.O.M)

Teoría de enlace de valencia: Presupone que los átomos que se enlazan mantienen su individualidad y que el enlace llega de la integración de los electrones de valencia cuando los átomos se acercan entre sí.

Enlace iónico o electrovalente. Principales características

Puede producirse entre átomos de elementos que presentan muy baja energía de ionización (poco electronegativo) y elementos con afinidad electrónica elevada (muy electronegativo)

• Teoría de enlace de valencia: está basada en el pareamiento de electrones con spin opuesto.

• Teoría de los orbitales moleculares: Se basa en la combinación lineal de orbitales átomos de diferentes átomos.

El enlace covalente es el producido al competirse dos electrones por dos átomos.

El pareamiento de electrones, de forma tal que los átomos tengan ocho electrones en su capa externa, o regla del —octeto—.El pareamiento de electrones conformación del enlace entre dos átomos se denominan frecuentemente "regla del dueto".

En la teoría de la resonancia se tiene en cuenta que :

Las posiciones relativas de todos los átomos de la molécula son iguales y lógicamente, en todas las formulas estructurales de una molécula hay el mismo número de electrones y de pares de electrónicos, y si bien pueden originarse indistintamente a unos u otros átomos.

Características de los tipos de enlaces covalentes – sigma y pi

Enlace sigma: Es el enlace simétrico respecto al eje imaginario que une los núcleos de átomos que se enlazan y que, al mismo tiempo, contienen a dicho eje.

Enlace pi (): Es el enlace simétrico respecto del plano que pasa por el eje imaginario que une los núcleos de ambos átomos que se enlazan, pero este enlace no contiene a dicho eje.

9) Obtención para su uso social:

La silicie fundida que es un vidrio que se obtiene fundiendo cuarzo o hidrolizado tetracloruro de silicio se caracteriza por un bajo coeficiente de dilatación y una alta resistencia a la mayoría de los productos químicos, El gel de sílice es una sustancia incolora, precipitado gelatinoso de ácido silicio, SiO2H2O el cual se obtiene añadiendo HCL(ac) a una disolución de silicato de sodio, se usa como agente desecante y decolorante.

Los compuestos de hierro (ll) se oxidan con facilidad a compuesto de hierro (lll). El compuesto más importante de hierro(ll) es el sulfato de hierro ll FeSO4 denominado caparrosa vede, normalmente existe en forma de cristales verdes pálidos que contienen siete moléculas de agua de hidratación. Sé obtiene en grandes cantidades como mordiente en el teñido, para obtener tónicos medicinales y para fabricar tinta y pigmentos.

Para obtener Hg a partir del cinabrio se tuesta la mena al aire y los gases generadores se hacen pasar a través de un sistema de condensación. Se utiliza un termómetro debido a que su coeficiente de dilatación es casi constante, se usa en las bombas de vacío barómetros, interruptores, rectificadores eléctricos. Las lámparas de vapor de mercurio se utilizan como fuente de rayos ultravioletas en los hogares y para esterilizar el agua. El vapor de mercurio se emplea en lugar del vapor del agua en las calderas de algunos motores de turbina. El mercurio se combina con todos los metales comunes, excepto hierro y platino formando aleaciones llamadas amalgamas.

10) Disposición en el mercado:

(Hg): Entre los compuestos de relevancia comercial se encuentra el Sulfuro de mercurio(ll)HgS, un antiséptico común también utilizado en pintura para obtener el color bermellón , el cloruro de mercurio(l)HgCl o calomelanos, antes empleado como purgante, se usa para electrodos, el cloruro de mercurio(ll), o sublimado corrosivo y productos medicinales como el mercurio o mentiolate

(P): Los compuestos comerciales del fosforo más importantes son el ácido fosfórico y sus sales denominadas fosfato. La mayor parte de los compuestos del fosforo se utilizan como fertilizantes en aleaciones de fosforo –bronce y fosforo –cobre. El fosforo blanco se usa para preparar raticidas y el fosforo rojo para elaborar fósforos o cerillas. También se emplean para aclarar disoluciones azucaradas, así como en pruebas de tejidos de seda y materiales ignífugos. El fosforo se representa en tres formas alotrópicas diferentes fosforo ordinario(o blanco), fosforo rojo y fosforo negro. De los tres solamente el blanco y el rojo tienen importancia a nivel comercial. El fosforo ordinario recién preparado es blanco volviéndose amarillo pálido al exponerse a la luz del sol. El fosforo es un sólido ceroso cristalino y traslucido que restablece débilmente con aire húmedo y resulta fuertemente venenoso. Este fosforo se prepara comercialmente calentando fosfato de calcio con arena (dióxido de silicio) y coque, en un horno eléctrico. Al calentarse en ausencia de aire a una temperatura entre 230 y 300oC se trasforma en fosforo rojo, un polvo micro cristalino no venenoso.

(Fe): Comercialmente el hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. Los compuestos de hierro se utilizan en la medicina para el tratamiento de la anemia. El hierro fundido es un material frágil, en cambio los aceros son materiales plásticos que se pueden forjar, laminar reducir o alambrones y estampar.

(Si):El silicato sódico es el más importante aunque sólido, se encuentra generalmente en el comercio en forma de disolución concentrada con el nombre de *vidrio soluble*.se utiliza para hacer incombustibles de madera y los tejidos como adhesivos en el cemento, como selleno o carga en los jabones baratos y para conservar huevos, envases y ventanas. La sílice y los silicatos se utilizan en la fabricación de vidrios, barnices, cemento, esmaltes y porcelana.

• 11) Papel biológico y el medio ambiente agropecuario:

La obra emprendida por el gobierno revolucionario encaminada a poner fin a la criminal destrucción del medio criminal que durante siglos a sufrido el país , se expresa en la protección del suelo en respecto a los elementos que lo salinizan y en la evacuación del Instituto Nacional de Desarrollo y Aprovechamiento Forestal para atender la preservación y repoblación de los bosques y salvaguarda de la fauna.

El hallazgo e introducción de nuevas variedades más producidas ha significado un incremento en los sedimentos por área en cultivo tales como arroz, caña de azúcar, viandas, ofrecen enormes perspectivas para multiplicar los resultados actuales.

(P):Los compuestos de fosforo intervienen en funciones vitales para los seres vivos, por lo que está considerado como un elemento químico esencial. Forma parte de la molécula de Pi(fosfato inorgánico), así como de las moléculas de ADN y ARN. Las células lo utilizan para almacenar y transportar la energía mediante el adenosin trifosfato. Además, la adición y eliminación de grupos fosfato a las proteínas, fosforilación y desfosforilacion, respectivamente, es el mecanismo principal para regular la actividad de proteínas intracelulares, y de ese modo el metabolismo de las células eucariotas tales como los espermatozoides.

Asimilación de fosforo en las plantas: Las plantas absorben fosforo, preferentemente, desde la disolución del suelo en forma de iones, y una cantidad de fosforo no muy grande la obtienen las plantas sólidas del suelo. En la disolución del suelo existen iones monovalentes, bivalentes y trivalentes del ácido fosfórico, donde las proporciones varían en dependencia del Ph. La disolución del H3PO4 como acido débil depende de la reacción alcalina, y en condiciones naturales o en medio ligeramente ácido durante la disociación se forman los iones HPO42- y H2PPO42- , los PO43- no tienen un valor esencial en la nutrición de las plantas. En condiciones habituales las plantas se nutren por fósforo mineral, sin embargo en determinadas condiciones las plantas pueden absorber algunos fosfatos orgánicos.

(Fe): El hierro en forma de distintos compuestos entra en la composición de vegetales y animales, aunque el hierro no entra en la composición de la clorofila, es indispensable.

(Hg): De acuerdo con su incidencia en el medio ambiente son diez los principales agentes que contaminan el planeta y dos son los fosfatos y el mercurio. El mercurio lo produce la utilización de combustibles fósiles, la industria cloro alcalina, los centrales de energía eléctrica, la fabricación de pinturas, los procesos de laboreo de minas y de refinación y preparación de pasta de papel. Constituye un grabe agente contaminante de los alimentos especialmente los provenientes del mar, y en un veneno cuya acumulación afecta al sistema nervioso.

12) Ubicación Geográfica:

Fe: Ocupa el cuarto lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre, después del aluminio es el más abundante de todos los metales. Se encuentra además en Santa María (P. del Rio), Cienfuegos, Camagüey, Santiago de Cuba.

P: Ocupa el lugar once en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. No se da en estado puro, sino se encuentra principalmente en forma de fosfato, como roca fosfática y apetito. También se presenta en estado combinado en los suelos fértiles y en muchas aguas naturales. Está presente en todos los huesos de los animales en forma de fosfato-calcio.

Si: Es el segundo elemento en orden de abundancia y ocupa el 28 % de la composición total de la corteza terrestre.

Hg: ocupa el lugar 67 en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre. Se encuentra en estado puro o combinado con plata en pequeñas cantidades, pero es más frecuente encontrarlo en forma de sulfuro, como el cinabrio, la principal mena del mercurio. Para obtener el mercurio a partir del cinabrio se tuesta la mena al aire y los gases generados se hacen pasar a través de un sistema de condensación.

13. Leyes Esquiometricas:

Ley de Proust: Cuando dos sustancias se combinan entre sí para formar los mismos compuestos lo hacen siempre a proporciones fijas.

Ley de Dalton o de las proporciones múltiples:

Cuando dos sustancias simples o compuestas se combinan entre si para formar diferentes compuestos lo hacen de forma tal, que si la masa de una de ellas permanece entre las masas de la otra según una relación de números enteros y sencillos.

Ley de Richter o de las proporciones reciprocas: Las masa de elementos diferentes que se combinan con una misma sustancia de elemento dado, si la masa relativa de aquellos elementos cuando sé que combinan entre sí, o bien múltiplos o submúltiplos de esa masa.

Se toma como ejemplo el (P):

P4+3O2 2P2O3

P4+4O2 2P2O4

P4+5O2 2P2O5

Para que Si y O2 se combinen gráficamente y formen el SiO2 es necesario suministrarle energía eso infiere que estamos trabajando con una reacción cuyo H>O.

Explicación de las Leyes

Ley de Proust: Se combina el P4 y O2 entre sí forman el mismo compuesto, es decir el P2O3(Se analiza teniendo en cuenta la masa, la cantidad de sustancia o volumen si son gaseosos)

Ley de Dalton: Cuando dos sustancias simples P4 y 4 O2 se combinan entre sí forman diferentes compuestos,

Si la masa de una permanece constante y la masa de la otra varía según una relación de números enteros y sencillos. En el caso del O2 de la primera ecuación es segunda y la tercera

Ley de Richter: La masa de los números diferentes que se combinan en una misma sustancia de un elemento dado, ej: P4 con el O2 son las masas relativas de aquellos elementos cuando se combinan entre sí.

Conclusiones

• 1) Se realizó un estudio sobre los fundamentos teóricos para caracterizar integralmente a los diferentes elementos químicos a partir de sus sustancias simples y los compuestos.

• 2) Según los diagnósticos realizados es insuficiente el estudio de los elementos químicos sin relacionarlos con el sector agropecuario para el desarrollo industrial de nuestro país y así nuestra economía nacional.

• 3) Se ha elaborado un folleto teniendo en cuenta cuatro elementos químicos, enfatizando en su papel biológico, la influencia que ejerce sobre el medio ambiente, su disposición en el mercado y su ubicación geográfica.

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• Technische Universit Darmstady y CEEP-recuperacion de Fósforo.

• Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el trabajo de España.

Autor:

Lázara Caturla García

Vivian Elena Crespo Díaz