Metales, no metales, metaloides y gases nobles
Lo que vas a aprender
- Ubicar en la tabla periódica las regiones de los metales, los no metales, los metaloides y los gases nobles.
- Describir las propiedades generales de cada familia (brillo, conducción, maleabilidad, reactividad).
- Clasificar un elemento con Z ≤ 20 a partir de su lugar en la tabla y de sus electrones de valencia.
- Relacionar una propiedad de un elemento con un uso cotidiano.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
Los cables que llevan la electricidad a tu casa son de cobre. Las latas de gaseosa y muchas ollas son de aluminio. Los chips de los celulares se hacen con silicio, y los globos que flotan en las fiestas se llenan de helio. Nadie escogió esos elementos al azar: cada uno se usa por sus propiedades, y esas propiedades se pueden anticipar mirando dónde está el elemento en la tabla periódica.
En esta lección vas a conocer las cuatro grandes familias de elementos, a encontrarlas en la tabla y a usar lo que ya sabes de los electrones de valencia para clasificar un elemento sin tenerlo en la mano.
Explicación
Cuatro regiones en un mismo mapa
Si coloreas la tabla periódica según cómo se comportan los elementos, aparecen cuatro regiones bien marcadas:
- los metales ocupan la izquierda y todo el centro: son la gran mayoría de los elementos;
- los no metales están arriba a la derecha;
- los metaloides forman una escalera en la frontera entre metales y no metales;
- los gases nobles llenan la última columna, el grupo 18.
Hay un caso que conviene recordar desde ya: el hidrógeno está arriba a la izquierda, en el grupo 1, pero no es un metal. Es un gas formado por moléculas de dos átomos, H₂, que no brilla ni conduce la electricidad. Lo ponen en el grupo 1 porque tiene 1 electrón de valencia, como el litio y el sodio.
Los veinte primeros elementos en la forma de la tabla, coloreados por familia. El hidrógeno queda en la columna de los metales, pero es un no metal.
Los metales
El hierro, el cobre, el aluminio, el oro, el sodio y el calcio son metales. Aunque se ven distintos, comparten varias propiedades:
- tienen brillo metálico cuando su superficie está limpia;
- son buenos conductores del calor y de la electricidad;
- son maleables, porque se pueden aplanar en láminas (el papel de aluminio), y dúctiles, porque se pueden estirar en hilos (los alambres de cobre);
- casi todos son sólidos a temperatura ambiente. El mercurio es la excepción famosa: es un metal líquido.
Los metales que están hasta el calcio tienen pocos electrones de valencia: 1, 2 o 3. Los de los grupos 1 y 2 reaccionan con facilidad; el sodio, por ejemplo, reacciona con el agua, y por eso en el laboratorio se guarda bajo aceite.
Los no metales
El carbono, el nitrógeno, el oxígeno, el azufre y el cloro son no metales. En general son lo contrario de los metales:
- la mayoría no tiene brillo metálico;
- son malos conductores del calor y de la electricidad, por eso sirven de aislantes;
- muchos son gases a temperatura ambiente (el oxígeno, el nitrógeno, el cloro) y los que son sólidos, como el azufre, son frágiles: si los golpeas, se desmoronan en vez de aplanarse.
Hasta el calcio, los no metales distintos del hidrógeno tienen de 4 a 7 electrones de valencia.
Los metaloides
Entre los primeros veinte elementos hay dos metaloides: el boro y el silicio. Tienen propiedades intermedias. El silicio, por ejemplo, tiene un brillo parecido al de un metal, pero es quebradizo como un no metal, y conduce la electricidad mejor que un no metal y peor que un metal. Por eso es un semiconductor, y con él se fabrican los chips.
Fíjate en un detalle: el boro y el aluminio están en el mismo grupo y tienen los dos 3 electrones de valencia, pero el boro es metaloide y el aluminio es metal. La frontera de la escalera pasa justo entre ellos. Los electrones de valencia ayudan a ubicar, pero no lo deciden todo: el lugar en la tabla es la mejor guía.
Los gases nobles
El helio, el neón y el argón son gases nobles. Su último nivel está lleno: el helio tiene sus 2 electrones en el primer nivel y los demás tienen 8 en el último. Por eso casi no reaccionan con otros elementos. Son gases sin color y sin olor, y sus usos aprovechan esa calma:
- el helio llena globos, porque es más liviano que el aire y no se quema;
- el neón brilla con luz rojiza en los avisos luminosos cuando pasa la electricidad;
- el argón se pone dentro de algunos bombillos, donde no reacciona con el filamento caliente.
De la propiedad al uso
Cuando te pregunten por qué un objeto está hecho de cierto elemento, busca la propiedad que explica el uso: el cobre conduce, por eso es cable; el aluminio es maleable, liviano y conduce el calor, por eso es lata y olla; el helio no reacciona y es liviano, por eso es globo.
Ejemplo resuelto
¿Metal o no metal? El sodio y el azufre
El sodio y el azufre están en la misma fila de la tabla periódica. Ubícalos y di a qué familia pertenece cada uno.
Ver la solución paso a paso
El sodio tiene 1 electrón de valencia: está en el grupo 1, a la izquierda de la tabla, en la región de los metales. Es blando, brilla al cortarlo y reacciona con el agua.
El azufre tiene 6 electrones de valencia: está en el grupo 16, a la derecha, en la región de los no metales. Es un sólido amarillo, sin brillo metálico y frágil.
Dentro de un periodo, al avanzar hacia la derecha se pasa de los metales a los no metales.
Respuesta: El sodio, del grupo 1, es un metal; el azufre, del grupo 16, es un no metal.
Ejemplo resuelto
Del uso a la propiedad
Los cables de la casa son de cobre, muchas ollas son de aluminio y los globos de las fiestas se inflan con helio. ¿Qué propiedad explica cada uso?
Ver la solución paso a paso
El cobre es un metal buen conductor de la electricidad y dúctil: se estira en hilos. Por eso es cable.
El aluminio es un metal maleable, liviano y buen conductor del calor: se hace lámina y calienta rápido la comida.
El helio es un gas noble: es más liviano que el aire y casi no reacciona, así que no se quema.
Respuesta: El cobre conduce y se estira en hilos; el aluminio es maleable y conduce el calor; el helio es liviano y no reacciona.
Ejemplo resuelto
El hidrógeno, un vecino engañoso
El hidrógeno está arriba a la izquierda de la tabla, en la misma columna que el litio y el sodio. ¿Por qué está ahí si no es un metal?
Ver la solución paso a paso
El hidrógeno tiene un solo electrón, y es su electrón de valencia.
El litio y el sodio también tienen 1 electrón de valencia. Por ese único electrón, los tres quedan en el grupo 1.
Pero el hidrógeno es un gas de moléculas H₂, sin brillo y que no conduce: sus propiedades son de no metal. El lugar en la tabla ayuda, pero no decide solo la familia.
Respuesta: Está en el grupo 1 por su único electrón de valencia; por sus propiedades, es un no metal.
Práctica
¿Verdadero o falso? El potasio está debajo del sodio, en el grupo 1, y los dos son metales que reaccionan con facilidad.
Los dos tienen 1 electrón de valencia y están en el grupo 1. Son metales muy reactivos: por eso el sodio se guarda bajo aceite.
¿En qué parte de la tabla periódica están los no metales?
Los no metales están arriba a la derecha, más el hidrógeno. El centro y la izquierda son de los metales, y la última columna es de los gases nobles.
Con el silicio se fabrican los chips. ¿Qué propiedad lo hace útil para eso?
El silicio tiene propiedades intermedias: brilla como un metal, es quebradizo como un no metal y conduce a medias. Por eso es semiconductor.
¿Verdadero o falso? El neón casi no reacciona porque su último nivel de electrones está lleno.
Los gases nobles tienen el último nivel lleno; por eso casi no reaccionan con otros elementos.
¿Verdadero o falso? Como el boro y el aluminio tienen los dos 3 electrones de valencia, los dos son metales.
Están en el mismo grupo, pero la escalera de la frontera pasa entre ellos: el aluminio es metal y el boro es metaloide. Los electrones de valencia ayudan a ubicar, pero no lo deciden todo.
¿Cuál de estos elementos es un gas noble?
El argón está en el grupo 18 y casi no reacciona. El cloro es un no metal gaseoso, pero reacciona mucho; el potasio es metal y el azufre, no metal.
¿Verdadero o falso? Un trozo de azufre se aplana en una lámina si lo golpeas, como el aluminio.
El azufre es un no metal sólido y frágil: al golpearlo se desmorona. Los que se aplanan en láminas son los metales, que son maleables.
Un material brilla, se puede estirar en hilos y conduce muy bien la electricidad. ¿De qué familia es, con mayor probabilidad?
Brillo, ductilidad y buena conducción son las tres propiedades típicas de los metales. Un metaloide como el silicio brilla, pero es quebradizo y conduce menos.
¿Por qué se usa helio, y no hidrógeno, para inflar los globos de las fiestas, si los dos son más livianos que el aire?
El hidrógeno arde con facilidad; el helio, con su único nivel lleno, casi no reacciona. Ninguno de los dos es metal, y el gas noble es el helio, no el hidrógeno.
Reto
Lleva cada elemento a su familia.
Arrastra cada elemento a su canasta. Si dudas, piensa en dónde está en la tabla.
Reto
Busca las palabras de las familias de elementos.
Encuentra las seis palabras escondidas, en horizontal o en vertical.
Cierre
En resumen
Los metales ocupan la izquierda y el centro de la tabla; los no metales, arriba a la derecha; los metaloides, la escalera de la frontera; los gases nobles, el grupo 18.
Los metales brillan, conducen el calor y la electricidad, y son maleables y dúctiles; casi todos son sólidos, menos el mercurio.
Los no metales no tienen brillo metálico, conducen mal y muchos son gases; los sólidos son frágiles.
Los metaloides, como el boro y el silicio, tienen propiedades intermedias; el silicio es un semiconductor.
Los gases nobles tienen el último nivel lleno y casi no reaccionan. El hidrógeno está en el grupo 1, pero es un no metal.
Vocabulario
- Metal
Elemento con brillo, buen conductor del calor y de la electricidad, que se puede aplanar en láminas y estirar en hilos.
- No metal
Elemento sin brillo metálico (en su mayoría), mal conductor; muchos son gases y los sólidos son frágiles.
- Metaloide
Elemento con propiedades intermedias entre las de los metales y las de los no metales. Está en la frontera entre las dos regiones de la tabla.
- Gas noble
Elemento del grupo 18; su último nivel está lleno y casi no reacciona con otros elementos.
- Maleable
Que se puede aplanar en láminas sin romperse.
- Dúctil
Que se puede estirar en hilos sin romperse.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Muestre un cable de cobre, papel de aluminio y un globo de helio (o la foto de uno), y pregunte por qué se usa cada elemento.
- Explicación · 15 min — Colorear con los estudiantes una tabla en blanco con las cuatro regiones; resolver en el tablero el sodio y el azufre, y el censo de los veinte primeros.
- Práctica · 15 min — Preguntas en parejas; las canastas se pueden hacer en voz alta pidiendo una propiedad que justifique cada elección.
- Cierre · 5 min — Cada estudiante nombra un objeto de su casa y la familia del elemento con que está hecho, con la propiedad que lo explica.
Preguntas para el salón
- Si el hidrógeno tiene 1 electrón de valencia como el sodio, ¿por qué no brilla ni conduce?
- ¿Qué propiedad de los gases nobles los hace útiles dentro de un bombillo?
- ¿Por qué una olla tiene el cuerpo de metal y el mango de otro material?
Errores típicos
- Clasificar el hidrógeno como metal porque está en el grupo 1. Contraste sus propiedades (gas, sin brillo, no conduce) con las del sodio, y recuerde que el grupo sale de los electrones de valencia.
- Creer que todo lo que brilla es metal. Presente el silicio: brilla, pero se quiebra. Pida dos o tres propiedades antes de clasificar.
- Pensar que los gases nobles no existen en la vida diaria. Recorra con ellos los usos del helio, el neón y el argón.
Tarea sugerida
Hacer una lista de diez objetos de la casa, decir de qué elemento principal están hechos (si lo saben), a qué familia pertenece y qué propiedad explica su uso.