No Metales QUÍM.

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Química

Integran el grupo de los n. m. los elementos hidrógeno, carbono, nitrógeno, fósforo, oxígeno, azufre, selenio, flúor, cloro, bromo, yodo y los gases nobles (v. GASES II). Un total de 17 elementos, es decir, 1/6 del total de los conocidos, situados a la derecha del Sistema Periódico (ELEMENTOS QUÍMICOS I). Podemos incluir también en el grupo de los n. m. a los elementos boro, silicio, arsénico, teluro y astalo, los cuales, si bien forman la línea divisoria entre los metales y n. m. (con propiedades intermedias entre ambos grupos), tienen propiedades físicas y químicas predominantes del carácter de los n. m.

Como indica su denominación, carecen de caracteres metálicos, tales como la conductividad eléctrica y térmica, la opacidad y el brillo, y de ciertas propiedades mecánicas tales como la ductilidad y maleabilidad. Si todas estas propiedades de los metales (v.) pueden ser interpretadas como una consecuencia de la movilidad de los electrones en las redes de los sólidos metálicos, deberemos concluir que los n. m. (aisladores, muchas veces gases trasparentes o sólidos frágiles) se deben caracterizar estructuralmente por la localización de los electrones en regiones aisladas. Esta localización se deberá a intensas acciones nucleares que obligan a los electrones a permanecer en regiones de enlace o atómicas, compactas. Los electrones así localizados por las atracciones de sus núcleos se repelerán entre sí por acciones culombianas, lo que dará origen a la formación de enlaces dirigidos o a la localización de los electrones en determinadas regiones. Cuando el número de electrones sea tal que no quede ninguno desapareado, el principio de exclusión convertirá a estas regiones periféricas en zonas en las que no podrán existir más que los electrones de un solo átomo y el n. m. adoptará la estructura de gas monoatómico (gases nobles). Cuando el proceso de apareamiento deje alguna de las regiones de las capas de valencia pobladas por electrones desapareados, surgirá la posibilidad de formación de enlaces covalentes por pares electrónicos fuertemente retenidos en regiones internucleares, orientadas en el espacio unas con respecto a las demás. Como el carácter de n. m. aparece a la derecha del Sistema Periódico, en los elementos en que abundan los electrones en la capa de valencia el número de electrones desapareados será pequeño y restringido también el número de enlaces. Así, los átomos de los halógenos, con siete electrones en la capa de valencia, o el de hidrógeno, que solamente tiene uno, darán origen a moléculas diatómicas XZ o HZ. Cuando el número de electrones desapareados sea mayor (anfígenos, nitrogenoideos), si los elementos son del primer periodo corto, las moléculas contendrán enlaces múltiples (OZ, Nz) o bien formarán cadenas o anillos (S8, Sn, Se8) en las que los electrones de las capas de valencia se distribuyen en pares solitarios y electrones de enlace, caracterizándose todos por estar sometidos a intensas acciones nucleares que los retienen con fuerza. Cuando el número de electrones desapareados aumenta más (N, P, C) se forman o enlaces triples, NZ, o bien sólidos covalentes bi o tridimensionales (grafito, diamante, fósforo rojo) o moléculas finitas como la P4 (V. ENLACES QUÍMICOS).

El comportamiento de n. m. es siempre una consecuen

cia de la intensidad con que los electrones externos quedan sujetos por la acción de los restos atómicos (núcleos y capas electrónicas profundas). A medida que en el Sistema Periódico se avanza hacia la derecha, al aumento de cargas positivas nucleares le corresponde un incremento del número de electrones en la capa externa, pero al tener todos estos electrones el mismo número cuántico principal no ejercen buena acción de pantalla y la carga positiva nuclear no ve neutralizada su acción atractiva por efecto de pantalla (v. ÁTOMO II). Por ello, en todos los periodos, en cuanto la acción atractiva nuclear adquiere cierto predominio, surge el comportamiento de n. m., que se manifiesta tanto más pronto cuanto menor es la distancia entre el núcleo y los electrones de valencia (p. ej., ya en el grupo IIIB del primer periodo). Esta intensa acción nuclear se manifiesta en los valores elevados de los potenciales de ionización, máximos en los n. m. de cada periodo; en los valores elevados de las electroafinidades y también en los valores de las electronegatividades. Los caracteres fundamentales de un n. m. son esencialmente el tener un elevado potencial de ionización (resistencia a formar cationes) y una gran electroafinidad (tendencia a la formación de aniones). A consecuencia de esta tendencia a cargarse negativamente los n. m. poseen potenciales electrónicos positivos frente al electrodo de hidrógeno y se comportan como oxidantes tanto más poderosos cuanto más nos acercamos a la columna de los halógenos. Los gases nobles, que desde luego son n. m., sólo en raras circunstancias manifiestan propiedades químicas, pero cuando lo hacen muestran poseer tan enorme tendencia a apoderarse de los electrones de los átomos con los que se combinan (p. ej., cuando han sido convertidos en iones positivos por agentes energéticos suficientes), que sólo los elementos más electronegativos, flúor y oxígeno, pueden soportar su acción y formar compuestos en que comparten electrones con ellos. Su tendencia a poseer capas electrónicas completas, sin compartir electrones, les confiere como rasgo fundamental la inercia química.

Propiedades físicas de los no metales. Son consecuencia directa de su estructura. Los gases nobles se pueden condensar y solidificar con dificultad, para formar redes de máxima compacidad en las que se distribuyen en torno a un átomo todos cuantos quepan (12 al ser todos del mismo tamaño). Pero los átomos permanecen aislados y el sólido se conserva sólo merced a la acción de débiles fuerzas de van der Waals, que no implican compartición de electrones. El elevado índice de coordinación se debe al carácter no dirigido de estas fuerzas. La intensidad de las fuerzas de van der Waals crece con el número de electrones de la corteza y de aquí la evolución de los puntos de fusión y de ebullición de los mismos, - desde 4,18° K que posee el He, hasta los 208,16° K del radón. De esta forma, los sólidos son trasparentes (en contraste con la opacidad de las redes metálicas); no son conductores del calor ni de la electricidad (inmovilidad de los electrones en el cristal-movilidad restringida en el interior de cada átomo) y las entalpías de vaporización son muy pequeñas (crecen desde 0,022 Kcal/mol a 4,3 Kcal/mol al pasar del helio al radon), lo que al mismo tiempo que señala la debilidad de las fuerzas de van der Waals indica su crecimiento con el número atómico. En las demás familias de los n. m. encontramos una situación semejante (halógenos). Sin embargo, a medida que nos alejamos del extremo de la derecha del Sistema periódico y nos acercamos a la línea divisoria que separa los n. m. de los semimetales (diagonal del boro al fosfato), surge la posibilidad de formación de redes tridimensionales covalentes que contrastan mucho por sus propiedades con estas redes atómicas y moleculares. Así, en el diamante, la energía de enlace es de 83 Kcal/mol, en contraste con las 4,3 Kcal/mol del radon. El punto de fusión pasa a ser 3.570° C y la dureza es extremada (10 de la escala de Mohs). Entre estos casos extremos se encuentran los halógenos, anfígenos y nitrogenoideos (v. ENLACES QUÍMICOS).

Comportamiento químico de los no metales. Se caracterizan por su avidez electrónica. Cuando dos n. m. se combinan entre sí, la semejanza de los valores de las electronegatividades conduce a la formación de moléculas covalentes, muchas veces pequeñas, siendo en este caso las propiedades de los compuestos las típicas de los compuestos no iónicos. Predominarán los caracteres oxidantes derivados de su naturaleza negativa y con frecuencia encontraremos un carácter ácido de los compuestos como corresponde a moléculas formadas por elementos ávidos de cargas negativas (teoría positivo-negativa de Usanovich). Cuando los elementos no metálicos se combinen con metales darán origen a compuestos iónicos, desempeñando en este caso el n. m. el carácter de formador de aniones.

La importancia de los n. m. es enorme: Así, p. ej., subrayemos la participación del oxígeno en los procesos de combustión y respiración, la del agua como disolvente, la de los demás como elementos biogenéticos y fertilizantes, etc.

V. t.: ELEMENTOS QUÍMICOS I.

J. BELTRÁN MARTÍNEZ.

BIBL.: H. B. GRAY, y G. P. HAIGHT Ir., Principios básicos de Química, cap. XX; T. MOELLER, Química inorgánica, 3 ed. Barcelona 1961; H. R. CHRISTEN, Química, Barcelona 1960.