Elementos de Transicion,Lantanidos y Actinidos

Cuando se inició el estudio de la Clasificación Periódica de los Elementos , se dejo de lado a drede una serie de Elementos Quimicos.Estos son los "Metales de Transición, los Lantanidos y los Actinidos.



Los Metales de Transicion son elementos en los que los electrones ocupan capas que no estan completamente llenas de electrones.Cuando se vio el tema de las Capas electronicas, se INSISTIO en que habia un Numero Maximo de electrones en cada una de ellas.No significaba que TENIAN que poseer ese numero.Por ello es que nos detuvimos cuando llegamos al elemento Calcio.A partir de ese elemento comienzan a completarse las Capas que no estaban totalmente ocupadas.

Los metales de transición son aquellos elementos químicos que están situados en la parte central del sistema periódico, en el bloque D, cuya principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital D, parcialmente lleno de electrones. Esta definición se puede ampliar considerando como elementos de transición a aquellos que poseen electrones alojados en el orbital d, esto incluiría a zinc, cadmio, y mercurio. La IUPAC define un metal de transición como "un elemento cuyo átomo tiene una subcapa d ( subnivel de energía) incompleta o que puede dar lugar a cationes"

Los lantánidos son un conjunto de elementos que forman parte del periodo 6 de la tabla periódica de los elementos. Estos elementos son llamados «tierras raras» debido a que se encuentran en forma de óxidos, y también, junto con los actínidos, forman los «elementos de transición interna».

La denominacion " tierras raras" es antigua , no es que sea raro su hallazgo, la razon para el nombre es que era muy dificil su aislamiento ( separacion).

Los lantanidos tienen una enorme importancia en la Industria Electronica moderna.

El nombre procede del elemento químico lantano, que suele incluirse dentro de este grupo, dando un total de 15 elementos, desde el de número atómico 57 (el lantano) al 71 (el lutecio).¹​²​³​

Los actínidos  son un grupo de elementos que forman parte del periodo 7 de la tabla periódica. Estos elementos, junto con los lantánidos, son llamados elementos de transición interna. El nombre procede del elemento químico actinio, que suele incluirse dentro de este grupo, que da un total de 15 elementos, desde el de número atómico 89 (el actinio) al 103 (lawrencio).¹​²​³​⁴​

Estos elementos presentan características parecidas entre sí. Tienen un alto número atómico, y algunos como el Uranio se encuentran en ínfimas cantidades en la naturaleza y tienen tiempos de vida media cortos; todos sus isótopos son radiactivos.

Contenidos opcionales B ( No seran evaluados)

El "Efecto Invernadero" y el "Calentamiento Global"

Se llama "Calentamiento Global" al actual aumento de la temperatura promedio del Sistema Climatico de la Tierra.Es una parte mayor del Cambio Climático que tambien incluye los cambios en las lluvias, la elevacion del nivel del mar, el retroceso de los Glaciares, los cambios en las migraciones de animales, etc.
Un resumen puede verse en este video

El registro de temperaturas muestra las fluctuaciones de la temperatura de la atmósfera y de los océanos a través de varios tramos de tiempo. La información más detallada existente comienza en 1850, cuando empiezan los registros metódicos de termometría. Existen numerosas estimaciones de temperaturas desde finales de la glaciación del Pleistoceno, particularmente durante la época del Holoceno, y periodos más antiguos son estudiados por la paleoclimatología.

Los cambios de temperatura varían a lo largo del mundo, pero desde 1880, la temperatura promedio de la superficie de la Tierra ha aumentado alrededor de 0,8 °C.³³​ La velocidad de calentamiento casi se duplicó en la segunda mitad de dicho periodo (0,13 ± 0,03 °C por década, versus 0,07 ± 0,02 °C por década).

En este gráfico ( NASA -Goddard)  se representa como se fue alejando la temperatura promedio del Planeta desde 1880 a la actualidad ( 2020).

El efecto invernadero es el proceso mediante el cual la absorción y emisión de radiación infrarroja por los gases en la atmósfera de un planeta calientan su atmósfera interna y la superficie.

En la Tierra, las cantidades naturales de gases de efecto invernadero tienen un efecto de calentamiento medio de aproximadamente 33 °C.⁸⁴​⁸⁵​ Sin la atmósfera, la temperatura promedio de la Tierra estaría muy por debajo del punto de congelación del agua.⁸⁶​ Los principales gases de efecto invernadero son el vapor de agua (causante de alrededor de 36-70 % del efecto invernadero); el dióxido de carbono (CO₂, 9-26 %), el metano (CH₄, 4-9 %) y el ozono (O₃, 7,3 %).⁸⁷​⁸⁸​⁸⁹​ Las nubes también afectan el balance radiativo a través de los forzamientos de nube similares a los gases de efecto invernadero.

El "agujero de Ozono" 

Se trata de otra alteración que se verifica en  la Alta Atmósfera por la cual el contenido de Ozono a esa altitud ha disminuido ,por lo cual el Efecto Protector ante la Radiacion Ultravioleta del Sol del mismo se ve atenuado.Se considera que la destruccion del Ozono de esa capa se debe a la presencia de ciertos  gases en particular algunos que se utilizan en REFRIGERACION ( Freones) y en la Industria de los Plasticos.Existen tratados Internacionales por los cuales se ha prohibido la Fabricacion de algunos Gases Refrigerantes y se promueve su reemplazo por gases "Ecológicos" que no afectan tanto la Capa de Ozono.

Alotropía de los Elementos

Alotropía (cambio, giro) es la propiedad de algunas sustancias simples de poseer estructuras atómicas o moleculares diferentes.¹​ Las moléculas formadas por un solo elemento y que poseen distinta estructura molecular se llaman alótropos.

• Oxígeno. Puede existir como oxígeno atmosférico (O₂) y como ozono (O₃), que genera el olor penetrante distintivo en las proximidades de las caídas de agua.²​
• Fósforo. Se manifiesta como fósforo rojo (P₄) y como fósforo blanco (P₄), de características físicas distintas.³​ Ambos tienen la misma fórmula química, ya que lo que le da propiedades diferentes es su estructura interna.
• Carbono. Variedades alotrópicas: grafito, diamante, grafeno, nano tubos de carbono, fullereno y carbono.⁴​
• Estaño .Es otro de los elementos que presentan Alotropia.Hay dos formas solidas del Estaño. 

La alotropía ocurre debido a la capacidad de algunos elementos químicos de presentarse como varios compuestos naturales simples, las cuales son sustancias con diferentes estructuras moleculares y diferente o igual cantidad de átomos. En general los cambios de estado de agregación de la materia o de sus fenómenos concomitantes, como la temperatura o la presión, son uno de los factores más importantes que influyen sobre cuales alótropos de un elemento se presentan.

La variación de las propiedades de los alótropos de un elemento, son causados por las diferencias en las estructuras moleculares de estos compuestos alótropos. Por ejemplo, en los cristales de diamante cada átomo de carbono está unido a cuatro átomos vecinos de este mismo elemento

En el siguiente video podemos escuchar una explicacioón sobre la alotropia

En este otro video vemos como preparar "azufre plástico"calentando el Azufre comunmente encontrado ( el alótropo mas comun) y enfriandolo rápidamente.El Elemento azufre en su forma alotropica mas comun , es un solido amarillo quebradizo.Por calentamiento hasta su fusion puede hacerse que se formen cadenas de atomos de azufre que al enfriarse adquieren un aspecto flexible.Posteriormente expontaneamente se vuelve a la forma alotropica comun.

Como se vio en un parrafo anterior, una de las formas alotrópicas del Elemento Carbono es el Diamante.El grafito de la mina de un simple lapiz negro esta formado del mismo elemento que el valioso diamante, la diferencia esta en la forma en que estan unidos entre sí los atomos de carbono que los componen.Como curiosidad, en el siguiente video se puede como a partir del cabello de un difunto puede hacerse un Diamante recordatorio a pedido de sus deudos.Se trata de un proceso donde se emplean altísimas presiones y temperaturas para obtener esa transformacion.

El Ozono es otra  variedad alotópica del Oxigeno.Esta formado por TRES atomos de Oxígeno unidos entre simientras que la variedad comun del Oxigeno en la atmósfera es la MOLECULA Bi-atomica.

Se dice que la Molecula de Ozono es un "hibrido resonante" entre dos estructuras por eso se la representa en el grafico anterior con una doble flecha indicando que se interconvierten ambas especies.Si tratásemos de construir una Estructura de Lewis del Ozono no podriamos hacer que se satisfaga la regla de los 8 electrones alrededor de cada átomo de Oxígeno.
Aplicaciones del Ozono, por ser una molécula muy reactiva ( reacciona con otras moleculas muy avidamente) es un poderoso oxidante ( oxidantes son aquellas sustancias que toman electrones) y se emplea como Desinfectante, Bactericida y Viricida.Tambien se emplea para eliminar olores.
Una forma de obtenerlo es por medio de Descargas Eléctricas por eso su olor  se percibe cerca de equipos de alta tensión.
Otra propiedad del Ozono es que absorbe la Luz Ultravioleta , de ahi su importancia en la Alta Atmósfera como barrera contra la Radiacion Ultravioleta del Sol.

Como dijimos, el Estaño es un metal que puede existir en el estado solido en dos formas, en este video se muestra una consecuencia de las diferentes propiedades que poseen estos ALOTROPOS.Los tubos de los ORGANOS Musicales de las Iglesias ( hechos de Estaño) sufrian una "enfermedad" por la cual se destruian.

Quinta Tarea a entregar

1)Completar en la siguiente tabla el dato de la Diferencia de Electronegatividad y decidir si se trata de una union Polar ó No Polar. Que concluye a partir de los datos de polaridad de enlace y Punto de Ebullición?

Sustancia	formula	Diferencia de electronegatividad	Punto Ebullicion °C	Polar ó No Polar
agua	H2O		100
amoniaco	NH3		-33
acido selenhidrico	SeH2		-41
acido sulfhidrico	SH2		-60
acido clorhidrico	ClH		-85
fosfina	PH3		-88
metano	CH4		-162

2) Cuantos átomos de cada elemento hay en las moléculas de cada una de las sustancias anteriores


3) Que tipo de Union se formará entre el Cesio y el Oxígeno
4) Que tipo de Union se formará entre el Fluor y el Cloro
5) Que tipo de Union se formara entre el Potasio y el Fluor
6) Que tipo de Union se formara  entre el Calcio y el Cloro


7) Escribir la Fórmula Quimica de una sustancia que posee un total de 5 atomos :Un atomo de Carbono, dos átomos de Cloro , un atomo de Hidrógeno y un atomo de Fluor



8)Escribir la Fórmula Química de una sustancia que posee un total de 7 átomos: Un atomo de azufre, cuatro átomos de Oxigeno y dos átomos de Hidrógeno.

9) Representar por medio de las Estructuras de Lewis la Molecula del gas Nitrógeno ( son dos atomos de Nitrógeno unidos ).
10) Representar por medio de Estructuras de Lewis la Molécula de Fosfina y la Molécula de acido Clorhidrico.

Como saber si un enlace entre atomos sera de Tipo Ionico ó de Tipo Covalente

Para saber esto hay una regla , se calcula la DIFERENCIA de Electronegatividad entre  los átomos que se uniran.El resultado , no importa el signo, se interpreta segun muestra la siguiente tabla.

Ejemplos : Calculemos el tipo de enlace que se establecera entre el litio y el Cloro.Buscamos en la Tabla donde figuran las Electronegatividades de los Elementos y hacemos el cálculo.

La electronegatividad del Li es 1.0  y la del Cl es 3.0 , la DIFERENCIA es 2 por consiguiente el Enlace sera de Tipo Ionico.

Veamos un enlace entre atomos de Carbono y atomos de Hidrogeno.Para el H la electronegatividad es 2.1 y para el C la electronegatividad es 2.5 , la diferencia es 0,4 por consiguiente el Enlace entre esos átomos sera de Tipo Covalente No  Polar.

Como  sera el Tipo de Enlace formado entre el Oxígeno y el Calcio , hacemos la cuenta y el resultado es 2,5 por consiguiente la Union sera de Tipo Ionico.

Como seran las Uniones entre atomos iguales ( H-H ;O-O ;  F-F; Cl-Cl, Br-Br; N-N; I-I) ?

Ahora veamos el caso de union entre Hidrógeno y Oxígeno , la Diferencia de electronegatividades nos da 3,5 -2,1 = 1,4 lo que indica que sera una Union Covalente Polar.

Consecuencias de la existencia de Polaridad en las propiedades de una Molecula.

Una consecuencia es la de AUMENTAR el Punto de Ebullición de las sustancias que poseen Enlaces Polares, es decir se necesitará mas temperatura  para hacer que una sustancia polar hierva .Ello se debe a que entre las moleculas habrá atracciones y ello se opondrá a que formen moleculas gaseosas libres.

En este esquema vemos una representacion de la molécula del agua  , esas letras  "delta" con signos mas ó menos indican que en esa zona de la molecula hay "cargas electricas parciales" positivas ó negativas respectivamente.

En este esquema vemos como entre moleculas de agua vecinas se establecen uniones ( lineas de rayitas) debidas a la atracción que sufren esas zonas que poseen cargas parciales de distinto signo.

Estas interacciones entre moléculas de agua le permiten a esta formar los llamados "clatratos" ( jaulas) donde por ejemplo pueden insertarse moléculas de METANO.

Esto tiene consecuencias sobre el Calentamiento Global ya que grandes cantidades de hielo contienen Metano atrapado de esta manera.El descongelamiento de estos hielos liberaria cantidades de Metano a la Atmósfera incrementando el "Efecto Invernadero".

Como se combinan los Elementos Quimicos?El caso de la Union Covalente

En el Capitulo anterior vimos un tipo de union entre los Elementos llamada "Union Ionica" , tambien vimos que existen diferencias en cuanto a la tendencia a TOMAR electrones que poseen los distintos Elementos.Las uniones ionicas se forman cuando la DIFERENCIA de Electronegatividad entre los elementos que se unen toma cierto valor.En el caso de que no se alcance ese valor , la union que se forma se denomina Union Covalente.Es una Union en la que los atomos COMPARTEN los electrones con el mismo objetivo que lo hacian en el caso de la UNION Ionica, es decir adquirir la Configuración electrónica del "Gas Inerte mas cercano".Las Uniones Covalentes a su vez pueden ser "Polares o No Polares" , lo que se refiere a que los electrones de la Union Covalente pueden estar mas desplazados hacia uno de los átomos, creando asi "polos" en la molécula del compuesto formado.

Veamos el caso mas simple , la union de dos átomos de Hidrógeno para formar la MOLECULA de Hidrógeno. Como vimos anteriormente , el atomo de Hidrógeno querra tomar la Configuración electrónica del Helio , para lo cual necesita tomar un electrón.Si existe otro atomo de Hidrógeno cerca de el, ambos átomos COMPARTIRAN sus electrónes y asi sera equivalente a poseer cada uno 2 electrones en su capa externa.En las imágenes que siguen podemos ver esquemas que muestran la formación de moléculas de Hidrógeno, de Cloro, de Oxigeno y de Nitrógeno.Como podemos comprobar, al COMPARTIR los electrones (de la CAPA MAS EXTERNA)  cada átomo interviniente en la union, queda con la Configuracion electrónica del Gas Inerte mas cercano a el en la Clasificacion Periódica.Obserbacion , en el caso de las los atomos de Cloro y de Oxígeno no se representaron los elkectrones de la primera capa.

En estevideo podemos ver como se forma una MOLECULA de Hidrógeno a partir de la UNION de dos atomos de Hidrógeno.

En lo anterior vimos la formación de moleculas cuyos atomos son iguales , veamos algunos casos donde estos átomos son diferentes.Las siguientes son representaciones de la : molecula de Amoniaco,Acido Clorhidrico,Agua y  Metano,

Una forma de representar las estructuras electronicas de las moleculas es hacerlo por medio de las llamadas  "Estructuras de Lewis".Consiste en representar a los atomos con su Simbolo químico rodeados por tantos puntos, circulitos, extrellitas, cruces, etc como electrones posean en su capa electrónica mas externa.En el grafico siguiente se ven las de los elementos representativos .

Para representar una molecula empleando estas estructuras a veces  lo que se hace es usar distintos simbolos para los electrones de cada atomo de manera de poder identificar facilmente a cual átomo pertenecen. como se ve a continuacion en las representaciones del : agua;metano;amoniaco y dioxido de carbono.

En el siguiente video podemos ver una demostración del carácter polar de la molécula del agua.

Como podemos ver, los  electrones compartidos forman "pares de union" y cada par de ellos representa una union .En el caso del agua tenemos 2 "uniones simples" Hidrogeno -Oxigeno

                En el caso del metano tenemos 4 "uniones simples" Carbono-Hidrógeno

               En el caso del amoniaco tenemos 3 "uniones simples" Nitrogeno-Hidrógeno

           En el caso del Dioxido de Carbono tenemos dos  "Uniones Dobles" Carbono-Oxigeno

En el siguiente ejemplo , se trata del acetileno ó etino , vemos 3 pares de electrones compartidos .Se trata de una union TRIPLE Carbono-Carbono 

En este video se explican propiedades generales de los solidos cristalinos

En este otro video vemos como usar las Estructuras de Lewis para representar los enlaces covalentes

Fotografia de un cristal de cuarzo ( Dioxido de Silicio) se aprecian las Formas Geometricas , planos, ángulos, que reflejan una estructura interna ordenada y repetitiva.

Como se combinan los elementos quimicos? El caso de la Union Ionica

Una vez conocida la estructura del átomo, podemos comenzar a estudiar la forma en que los elementos se combinan pues de eso se trata la Quimica, de estudiar las Transformaciones de la Materia.Como una/ unas  sustancia/s  se transforma en otra u otras sustancias.
Para ello resulto fundamental comprender los ultimos capitulos donde se vio la Estructura Electrónica de los átomos, el concepto de Carga neta, la terminologia de Anion/ cation y  la propiedad de los "Gases Inertes" de ser muy poco reactivos.
Para  comenzar diremos que los Elementos poseen diferentes tendencias a TOMAR  ó CEDER electrones , una Propiedad que se llama "ELECTRONEGATIVIDAD". Existe una escala numérica de Electronegatividades de los Elementos que refleja la tendencia que posee un Elemento a TOMAR electrones.
En las siguientes imágenes se pueden ver 1) los valores de Electronegatividades de los Elementos Representativos  y 2) las tendencias dentro del Ordenamiento de la Tabla Periódica.

Podemos ver que la Electronegatividad ( tendencia a TOMAR electrones) aumenta hacia la derecha a lo largo de un Período , y  dentro de un mismo Grupo aumenta   hacia "arriba".
Viendo los valores numéricos podemos comprobar que los Elementos de los Grupos VI y VII son mucho más Electronegativos que los elementos de los Grupos I y II ,es decir tendran mas tendencia a TOMAR electrones.
En este Curso de Quimica elemental, veremos dos formas en las que los atomos de los elementos pueden UNIRSE para formar nuevas Sustancias.
Pensemos por empezar que ocurriria con los electrones de las capas mas externas de los atomos de un par de  Elementos si los enfrento , es decir si los pongo en contacto unos con otros .
Tomemos por ejemplo , atomos de Litio y átomos de Fluor.En el Capitulo anterior vimos que los atomos tratan de obtener la Configuracion Electrónica mas estable, que es la del Gas Inerte mas cercano.
Entonces , los átomos de el Litio van a CEDER ( un electron) con lo que quedaran como el CATION Litio y los atomos de Fluor van a tomar un electron ( el que CEDIO  el Litio) con lo que quedaran como el ANION Fluor.Entonces quedaron convertidos en  : un CATION  y un ANION y por poseer CARGAS OPUESTAS se ATRAEN.Esa carga electrica opuesta es la que los mantiene UNIDOS en un nuevo COMPUESTO que se llama Fluoruro de Litio. Su FORMULA QUIMICA es LiF , expresa que hay un atomo de Litio por cada atomo de Fluor.

Si hubieramos enfrentado atomos de Sodio con átomos de Cloro , ocurrira algo similar.Y se obtendra como resultado el NaCl , que es  la conocida Sal de Mesa ( Cloruro de Sodio).Otra vez, la Formula expresa que hay un atomo de Sodio por cada atomo de Cloro.

Como se ve , los COMPUESTOS  obtenidos poseen CARGA NETA CERO porque hay una positiva y una negativa.

Ahora veamos que pasaria si combinamos Elementos del Grupo II con los del Grupo VII

Por ejemplo atomos de Magnesio con atomos de Cloro.Como sabemos ( Se hicieron ejercicios sobre este tema) cada atomo de  Magnesio DEBE CEDER dos electrones y cada atomo de Cloro tomara un electron.Entonces por cada atomo de Magnesio se necesita que haya DOS atomos de Cloro que acepten esos dos electrones.La sustancia obtenida por combinacion se llama Cloruro de Magnesio y la Formula Quimica sera MgCl₂

En la formula del Cloruro de Magnesio (MgCl₂ ) vemos que contiene el numero 2 como SUBINDICE.Eso es para indicar que en esa sustancia  por cada atomo de Magnesio  hay 2 de Cloro.El numero 1 como SUBINDICE no se coloca en las Formulas Quimicas, como vimos en el caso del NaCl.

En todos los ejemplos que vimos, el Enlace entre los atomos se da atravez de la llamada " Union de Tipo Ionico" ya que los atomos intervinientes estan en su forma Ionica ( Cationes y Aniones), es decir POSEEN Carga Neta de un signo u otro.

Veamos otros ejemplos, supongamos que enfrentamos para que se combinen atomos de Litio y atomos de Oxígeno.Como ya vimos en un ejercicio de un Trabajo Practico, el Oxigeno TOMARA 2 electrones mientras que el Litio CEDERA 1 electron, por eso se necesitarán 2 atomos de Litio por cada atomo de Oxígeno para formar una sustancia que se llama "Oxido de Litio" de fórmula Li₂O 

Ese numero 2 abajo del simbolo Li indica que en el compuesto Oxido de Litio existen 2 atomos de Litio por cada atomo de Cloro.

Reacciones similares y formulas similares obtendriamos al combinar Oxigeno con Sodio , Oxigeno con Potasio ,Oxigeno con Rubidio , Oxigeno con Cesio ( todos son Elementos del Grupo I) , todos esos elementos CEDEN 1 electron.

 Cual podria ser la Fórmula Quimica de un compuesto  formado por combinación de Azufre y Sodio? Y de uno formado por combinacion de  Azufre y Magnesio?

En del siguiente video se explican los conceptos anteriores y el concepto de sólido cristalino