Elementos no metálicos
La fórmula molecular que tienen los elementos químicos, así como también muchas de las propiedades que poseen, se encuentran relacionados con la estructura electrónica que tienen, y con las características de sus enlaces. A continuación damos algunos ejemplos ilustrativos de elementos no metálicos.
- Elementos monoatómicos, moléculas biatómicas y moléculas poliatómicas:
Los gases nobles, como tienen su estructura electrónica completa, presenta una serie de especies monoatómicas caracterizadas por la poca reactividad que poseen, pues de hecho, no fue hasta 1962, que se supo la existencia de este tipo de elementos, a los cuales se les conocía como gases inertes.
El hidrógeno, así como los halógenos, se encuentran caracterizados por tener un electrón menos que el gas noble del cual se encuentren más cercanos; es por esto que presentan una alta tendencia a formar enlaces de tipo sencillo de dos electrones, llegando así a alcanzar una configuración de gas noble. En condiciones normales hay moléculas biatómicas con un enlace covalente simple. La interacción que existe entre moléculas es muy débil en elementos como el hidrógeno y en el flúor, pero en cambio entre los halógenos se alza a medida que aumenta al tamaño de éstos, de esta manera, mientras en condiciones normales elementos como el hidrógeno, flúor o cloro son gaseosos, elementos como el bromo son líquidos y en el caso del yodo, es sólido.
El oxígeno y el nitrógeno son también elementos gaseosos formados por moléculas biatómicas, las cuales presentan enlaces de tipo múltiple, siendo doble en el caso del oxígeno, o triple en el caso del nitrógeno, cosa que consigue justificar la poca reactividad que tiene. Es interesante realizar una comparación entre el enlace del oxígeno y el del nitrógeno, con los elementos pertenecientes a su mismo grupo. La principal diferencia que encontramos se encuentra en los enlaces π entre orbitales p de los elementos que se encuentran en el tercer período que son bastante menos efectivos.
Las moléculas del azufre se encuentran formadas por anillos de ocho átomos de azufre, los cuales se enlazan entre sí a través de enlaces tipo covalentes simples, que se suelen mantener en el punto de fusión. En el caso del fósforo, la forma conocida como fósforo blanco consiste en moléculas de P4 donde los átomos completan el octeto al formar enlaces simples con los otros tres átomos de fósforo de la molécula. Las diferencias existentes entre las características de los enlaces justifican que el oxígeno, así como el nitrógeno sean gaseosos y se presenten en forma de moléculas diatómicas, mientras que las formas más estables de elementos como el azufre o el fósforo, sean sólidos formados por discretas moléculas de S8 y P4.
- Moléculas gigantes del carbono:
El carbono tiene la particularidad de formar redes cristalinas con enlaces covalentes entre los átomos. En el caso del diamante, cada uno de sus átomos de carbono se encuentran enlazados a través de orbitales híbridos sp^3 a los otros cuatro átomos de carbono que se encuentran dispuestos en posición tetraédrica. La red que se ha formado de la manera anteriormente mencionada, se caracteriza por presentar un punto de fusión alto, una dureza extrema, y además no ser nada conducto de la electricidad.
En el caso del grafito, cada uno de los átomos de carbono se encuentra unido a otros tres átomos en un mismo plano a través de orbitales híbridos sp^2, habiendo un enlace tipo π adicional. Dicho enlace extendido da movilidad a los electrones, justificando así la conductividad eléctrica del grafito. Esta forma alotrópica del carbono es usada a menudo en electrodos y se encuentra también en lubricantes. Los alótropos del carbono, el diamante y el grafito, así como también algunas otras formas que se encuentren contaminadas con dicho elemento, como puede ser el caso del carbón, se encuentran con relativa facilidad en la naturaleza.
Hace pocos años, estudiando las formas posibles del carbono que pudiesen ser encontradas en el espacio exterior, se descubrió una serie de alótropos nuevos, a los que se les dio el nombre de fullerenos, los cuales contienen anillos de carbono dispuesto de manera esférica o elipsoidal. La preparación de estos debe hacerse a altas temperaturas y con unas especiales condiciones. Entre ellos, el fullereno más sencillo de preparar es el de forma esférica C60, a la cual en algún momento se le nominó como futbolleno, debido al gran parecido entre él y un balón de fútbol. En la estructura esférica del fullereno, los anillos de carbono, se colocan como 20 hexágonos y 12 pentágonos. Este tipo de moléculas es objeto de estudio actualmente, siendo sus descubridores, H.W. Kroto, R.F. Curl y R.E. Smalley, consiguieron el premio Nobel de Química en 1996.