Los elementos representativos y las familias de uso cotidiano
Los elementos representativos son los que completan los orbitales s y p de su átomo. Reúnen las familias que aparecen en los objetos y en los procesos de todos los días.
Este artículo explica cómo se clasifica un elemento por su columna y por su fila. El repaso aterriza en cuatro elementos representativos de uso común.
El cierre reúne las fuentes oficiales que respaldan el repaso. El artículo incluye además dos ejercicios resueltos paso a paso.
Qué son los elementos representativos
Los elementos representativos son aquellos en los que se van llenando los orbitales s y p. Los metales de transición, en cambio, llenan los orbitales d.
Esa diferencia separa la zona central de la tabla del resto. El grupo 12 también se cuenta entre los representativos, porque su último electrón entra en un orbital s.
Dentro de los representativos hay metales, metaloides y no metales. El silicio es un metaloide representativo y el yodo es un no metal representativo.
Los representativos incluyen tres clases de elementos. Los metales, los metaloides y los no metales conviven en esas columnas.
El grupo 18 cierra la tabla con los gases nobles. Ese grupo también forma parte de los representativos.
Los metales representativos se reparten por los grupos 1, 2, 3, 12, 13, 14 y 15. La mayoría reacciona con el agua y con el oxígeno del aire.
Por eso muchos no se encuentran libres en la naturaleza. Esa reactividad también explica que algunos se guarden bajo aceite en el laboratorio.
La tabla asigna a cada elemento una columna y una fila. Esos dos datos bastan para clasificarlo dentro de una familia.
Grupos y periodos: qué comparte cada columna y cada fila
Los elementos de una misma columna integran un grupo, llamado también familia. Todos coinciden en el número de electrones de su capa más externa.
La semejanza es de comportamiento químico y no de propiedades físicas idénticas. El litio, el sodio y el potasio reaccionan con el agua de forma semejante.
La semejanza se debe a la última capa de electrones. Esa capa decide cómo se combina un elemento con otro.
Los elementos de una misma fila comparten el periodo. Ahí la semejanza química se pierde: el sodio y el cloro comparten la fila 3.
El sodio es un metal blando y de brillo metálico. Reacciona con el agua y forma una disolución básica.
El cloro, en cambio, es un gas amarillo verdoso y muy reactivo.
La tabla siguiente resume qué comparten cuatro columnas y qué elemento sirve de ejemplo en cada una.
| Columna | Familia | Qué comparten sus elementos |
|---|---|---|
| Grupo 1 | Metales alcalinos | El litio, el sodio y el potasio reaccionan con el agua |
| Grupo 2 | Metales alcalinotérreos | El magnesio y el calcio forman compuestos parecidos |
| Grupo 17 | Halógenos | El cloro, el bromo y el yodo forman sales con los metales |
| Grupo 18 | Gases nobles | Reaccionan poco con las demás sustancias |
Compartir columna también sirve para buscar un elemento desconocido. Si se conoce el grupo, la lista de candidatos se acorta.
La posición como etiqueta: clasificar un elemento, no solo ubicarlo
Ubicar un elemento es encontrar su casilla en la tabla. Clasificarlo es deducir a qué familia pertenece y qué cabe esperar de él.
La columna entrega la familia. La fila entrega el periodo, es decir, la vuelta de la tabla en la que se encuentra el elemento.
Los dos datos juntos funcionan como una etiqueta. El magnesio está en la columna 2 y en la fila 3.
De esa etiqueta se deduce que pertenece a los alcalinotérreos, junto con el calcio y el berilio.
El silicio ocupa la columna 14 y la fila 3. Comparte columna con el carbono y con el estaño.
El carbono y el silicio comparten la columna 14. El carbono está en la fila 2 y el silicio, en la fila 3.
El yodo ocupa la columna 17 y la fila 5. Esa columna es la de los halógenos, la misma del cloro.
La lectura de la tabla se apoya en los símbolos y en el número atómico de cada casilla. Ese primer repaso está en elementos químicos: símbolos, tabla periódica y usos cotidianos.
Cómo reconocer que dos elementos son de la misma familia
Dos elementos pertenecen a la misma familia cuando ocupan la misma columna. No importa que uno sea un gas y el otro un líquido.
El cloro es un gas amarillo verdoso y el bromo es un líquido rojo oscuro. Los dos son halógenos y comparten columna.
Los dos dan sales cuando se combinan con un metal. Ese comportamiento parecido proviene de su columna compartida.
El sodio y el cloro comparten la fila y no la columna. Por eso no son de la misma familia y se comportan de manera distinta.
La sal de mesa reúne un metal de la columna 1 y un no metal de la columna 17. Esa pareja de columnas es la que forma la sal de cocina.
El mismo criterio sirve para descartar pares. El sodio y el calcio están en columnas distintas, así que no son de la misma familia.
El berilio y el magnesio sí comparten columna. Los dos son alcalinotérreos y ocupan el grupo 2.
El litio y el oxígeno tampoco comparten columna. El hierro y el azufre pertenecen a zonas separadas de la tabla.
Cuatro elementos representativos de uso cotidiano
Cuatro elementos representativos aparecen en objetos y en procesos de la vida diaria. Los cuatro pertenecen a familias distintas.
La tabla siguiente los reúne con su columna, su familia y el uso que los hace conocidos.
| Elemento | Columna y familia | Uso que lo explica |
|---|---|---|
| Silicio | Grupo 14, metaloide | Celdas solares y chips de computadora |
| Yodo | Grupo 17, halógeno | Sal de consumo fortificada |
| Fósforo | Grupo 15, no metal | Cabeza de los cerillos y fertilizantes |
| Calcio | Grupo 2, metal alcalinotérreo | Roca caliza para fabricar cemento |
Cada uno se usa por una propiedad que comparte con su familia. El repaso de los cuatro ocupa los apartados siguientes.
Los cuatro aparecen en objetos que se usan a diario. Su posición anticipa el comportamiento que aprovecha cada uso.
Ninguno se elige al azar, porque la posición anticipa el comportamiento. Ese es el sentido de clasificar un elemento antes de aplicarlo.
El silicio, el elemento de los paneles y las placas
El silicio ocupa la columna 14 y la fila 3 de la tabla periódica. Es un metaloide representativo, con propiedades que quedan entre las de un metal y las de un no metal.
Los metaloides separan los metales de los no metales en la tabla. Seis elementos forman esa franja y el silicio es uno de ellos.
El silicio conduce la electricidad de forma intermedia. Por esa razón se usa como semiconductor.
El silicio puro es necesario en transistores, en chips de computadora y en celdas solares. Alcanzar esa pureza exige un proceso de purificación cuidadoso.
El panel solar y la placa de un carrito de robótica dependen del mismo elemento. Los dos aprovechan la conductividad intermedia del silicio.
El silicio abunda en la arena y en el vidrio. Comparte columna con el carbono, otro elemento de la misma familia.
El grupo 14 se conoce a veces como la familia del carbono. El silicio ocupa el segundo lugar de esa columna.
Las aplicaciones de los elementos en los materiales de trabajo se repasan en fuentes y aplicaciones de los elementos químicos.
El yodo, el elemento que se agrega a la sal
El yodo ocupa la columna 17 y la fila 5. Pertenece a los halógenos, la misma familia del cloro y del bromo.
El yodo es esencial para el funcionamiento de la glándula tiroides. Su carencia afecta la salud de las mujeres y la calidad de vida.
La Organización Mundial de la Salud recomienda fortificar con yodo toda la sal de grado alimentario. Esa medida previene los trastornos por deficiencia de yodo.
La recomendación alcanza el uso en el hogar y el procesamiento de alimentos. La concentración de yodo se ajusta y se vigila para no excederla.
El yodo es esencial para el desarrollo del cerebro del feto y del niño pequeño. La fortificación de la sal busca elevar el consumo de yodo en toda la población.
La sal fortificada se vende en los mercados como un producto de consumo diario. El yodo llega con ella hasta la mesa de cada casa.
El fósforo, el elemento que arde en el cerillo
El fósforo ocupa la columna 15 y la fila 3. Es un no metal representativo y un elemento químico activo.
El fósforo es importante en la fabricación de cerillos y de algunos plásticos. También se emplea en la elaboración de plaguicidas.
El tetrafósforo trisulfuro forma parte de la cabeza de los cerillos que se encienden al frotarlos. Ese compuesto lleva fósforo y azufre.
La cabeza se frota contra la tira rugosa de la caja y la mezcla se enciende. El fósforo explica esa facilidad para arder.
Los fosfatos del fósforo sirven además como fertilizantes. Con ellos el suelo recibe un nutriente que las plantas aprovechan.
El fósforo comparte columna con el nitrógeno. Los dos encabezan una familia que aporta nutrientes a los cultivos.
El fósforo también se usa en la fabricación de aleaciones especiales. Con el hierro forma el ferrofósforo.
El calcio, el elemento de la roca caliza y el cemento
El calcio ocupa la columna 2 y la fila 4. Es un metal representativo de la familia de los alcalinotérreos.
La roca caliza es carbonato de calcio. Ese compuesto es el que aporta el calcio al proceso.
El cemento se fabrica calentando materiales ricos en carbonatos, sobre todo caliza. El producto que sale del horno se llama clínker.
En ese proceso se consumen grandes cantidades de roca caliza. Por eso la caliza es la materia prima principal del clínker y del cemento.
El calcio comparte columna con el magnesio y con el berilio. Los tres integran la familia de los alcalinotérreos.
La caliza también forma cuevas y estalactitas al disolverse con agua y dióxido de carbono. El elemento ayuda a explicar esos procesos del terreno.
El cemento se mezcla con agua y arena para formar el concreto. Ese concreto se endurece y sostiene calles y edificios.
Los elementos representativos en los seis países
Cada país de América organiza este contenido en su propio currículo. El tema se ubica en el grado que corresponde a octavo año.
- Costa Rica: el programa de ciencias del tercer ciclo pide interpretar los datos de la tabla periódica para reconocer y agrupar los elementos.
- Colombia: el grupo de grados octavo y noveno incluye la tabla periódica como herramienta para predecir procesos químicos.
- Chile: el temario de octavo básico incluye identificar la organización en grupos o familias y en periodos.
- Ecuador: la comprensión de la tabla periódica y la variación periódica se desarrollan en los bloques de Química del bachillerato.
- México: la química de tercer grado de secundaria interpreta la tabla por grupos y periodos e identifica los elementos representativos.
- Perú: las propiedades periódicas de los elementos se relacionan con la estructura del átomo en el ciclo siguiente al grado equivalente.
Ecuador lleva el contenido a los bloques de química del bachillerato. México lo ubica en el tercer grado de secundaria.
Dos países declaran ese contenido en un grado distinto del equivalente a octavo año. El lugar donde se estudia el tema no cambia su contenido.
Cada currículo elige su grado y su enfoque, pero el objeto de estudio es el mismo. Todos buscan que el estudiante lea la posición de un elemento y la clasifique.
Ejercicio resuelto 1: clasificar un elemento con la fila y la columna
Situación: una ficha describe un elemento del tercer periodo y de la columna 17. La ficha no indica su nombre.
Hay que ubicarlo en la tabla, identificarlo y nombrar su familia.
- Paso 1. La ficha entrega dos datos de posición: la fila 3 y la columna 17.
- Paso 2. La columna 17 es la de los halógenos.
- Paso 3. La fila 3 indica el tercer periodo de la tabla periódica.
- Paso 4. En la columna 17 y la fila 3 se encuentra el cloro.
- Paso 5. El símbolo del cloro es Cl.
- Paso 6. La familia del cloro son los halógenos, por su columna.
Respuesta: el elemento es el cloro, de símbolo Cl, del grupo 17 y del periodo 3. Su familia son los halógenos.
Ejercicio resuelto 2: dos elementos de la misma fila
Situación: el sodio y el cloro aparecen en la misma fila horizontal de la tabla periódica.
Hay que decidir si pertenecen a la misma familia y qué comparten entre sí.
- Paso 1. El sodio se ubica en la columna 1 y en la fila 3.
- Paso 2. El cloro ocupa la columna 17 y la fila 3.
- Paso 3. Los dos comparten la fila, así que están en el mismo periodo.
- Paso 4. La columna es distinta, así que no son de la misma familia.
- Paso 5. El sodio pertenece a los metales alcalinos.
- Paso 6. El cloro forma parte de los halógenos.
- Paso 7. Su unión produce el cloruro de sodio, conocido como sal de mesa.
Respuesta: comparten el periodo 3, pero no la familia. El sodio es un metal alcalino y el cloro es un halógeno.
Estrategias para el examen y errores frecuentes
Conclusión
Los elementos representativos completan los orbitales s y p de su átomo. Por eso ocupan los grupos 1 y 2, el grupo 12 y los grupos del 13 al 18.
La columna entrega la familia y la fila entrega el periodo. Esos dos datos bastan para clasificar un elemento.
Los elementos que comparten columna tienen propiedades químicas parecidas, aunque no idénticas. Esa semejanza proviene del arreglo de sus electrones externos.
El silicio, el yodo, el fósforo y el calcio son representativos de uso cotidiano. Cada uno se usa por una propiedad que comparte con su familia.
El silicio se emplea en celdas solares y en chips. El yodo fortifica la sal, el fósforo enciende el cerillo y el calcio entra en el cemento.
Comprender la posición permite clasificar un elemento antes de aplicarlo. Antes de ver la solución, conviene intentar los ejercicios.
Fuentes de Referencia:
- Ministerio de Educación de Chile. (s. f.). Temario de exámenes libres 8.º básico: Ciencias Naturales. Ayuda Mineduc. https://ayudamineduc.cl/sites/default/files/temario_basica_8deg_basico_uce.pdf
- Ministerio de Educación Nacional de Colombia. (2004). Formar en ciencias: ¡el desafío! Estándares Básicos de Competencias en Ciencias Naturales y Ciencias Sociales (Serie Guías N.º 7). https://www.mineducacion.gov.co/1780/articles-81033_archivo_pdf.pdf
- Ministerio de Educación de Ecuador. (2019). Currículo de los niveles de educación obligatoria: Subnivel de básica superior. https://siteal.iiep.unesco.org/sites/default/files/sit_accion_files/11031.pdf
- Ministerio de Educación de Perú. (2016). Programa curricular de educación secundaria. https://www.minedu.gob.pe/curriculo/pdf/programa-curricular-educacion-secundaria.pdf
- Ministerio de Educación Pública de Costa Rica. (s. f.). Programa de estudio de Ciencias: Tercer ciclo de la educación general básica. https://www.mep.go.cr/sites/default/files/media/ciencias3ciclo.pdf
- OpenStax. (s. f.-a). Chemistry 2e: 2.5 The periodic table. Rice University. https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/2-5-the-periodic-table
- OpenStax. (s. f.-b). Chemistry 2e: 18.1 Periodicity. Rice University. https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-1-periodicity
- OpenStax. (s. f.-c). Chemistry 2e: 18.3 Structure and general properties of the metalloids. Rice University. https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-3-structure-and-general-properties-of-the-metalloids
- OpenStax. (s. f.-d). Chemistry 2e: 18.6 Occurrence, preparation, and properties of carbonates. Rice University. https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-6-occurrence-preparation-and-properties-of-carbonates
- OpenStax. (s. f.-e). Chemistry 2e: 18.8 Occurrence, preparation, and properties of phosphorus. Rice University. https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-8-occurrence-preparation-and-properties-of-phosphorus
- OpenStax. (s. f.-f). Chemistry 2e: 18.11 Occurrence, preparation, and properties of halogens. Rice University. https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/18-11-occurrence-preparation-and-properties-of-halogens
- Organización Mundial de la Salud. (2014). Guideline: fortification of food-grade salt with iodine for the prevention and control of iodine deficiency disorders. https://www.who.int/publications/i/item/9789241507929
- Organización Mundial de la Salud. (2023). Iodization of salt for the prevention and control of iodine deficiency disorders. https://www.who.int/tools/elena/interventions/salt-iodization
- Secretaría de Educación Pública de México. (2022). Programa sintético de la Fase 6: Educación secundaria. https://educacionbasica.sep.gob.mx/wp-content/uploads/2024/06/Programa_Sintetico_Fase_6.pdf
- Servicio Geológico de los Estados Unidos. (2022). Cement [Minerals Yearbook 2018, avance]. https://pubs.usgs.gov/myb/vol1/2018/myb1-2018-cement.pdf
Sigue estudiando: elementos químicos: símbolos, tabla periódica y usos cotidianos y compuestos químicos: molécula, compuestos binarios y ternarios.
