Elementos del grupo 12 para niños
| Elementos naturales del grupo 12: |
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Zinc (Zn)
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Cadmio (Cd)
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Mercurio (Hg)
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El grupo 12 es una familia de elementos químicos que se encuentra en la tabla periódica. Según la IUPAC, este grupo incluye el zinc (Zn), el cadmio (Cd) y el mercurio (Hg). También se cree que el copernicio (Cn) pertenece a este grupo, basándose en experimentos con átomos individuales. Antiguamente, a este grupo se le conocía como IIB.
El zinc, el cadmio y el mercurio se encuentran en la naturaleza. Se usan mucho en aparatos eléctricos y electrónicos, y también para crear aleaciones (mezclas de metales). El zinc y el cadmio son metales sólidos con propiedades parecidas en condiciones normales. El mercurio es especial porque es el único metal que es líquido a temperatura ambiente. El zinc es muy importante para los seres vivos, pero el cadmio y el mercurio pueden ser perjudiciales. El copernicio no existe en la naturaleza y se fabrica en laboratorios.
Contenido
Propiedades de los elementos del grupo 12
Los elementos del grupo 12 tienen características especiales que los hacen únicos.
¿Cómo se comportan los electrones?
Como en otros grupos de la tabla periódica, los elementos del grupo 12 muestran patrones en cómo se organizan sus electrones. Esto es especialmente cierto en su capa más externa, llamada capa de valencia. Esta organización de electrones es lo que hace que se comporten de cierta manera en las reacciones químicas.
| Z | Elemento | N.º de electrones por capa |
|---|---|---|
| 30 | zinc | 2, 8, 18, 2 |
| 48 | cadmio | 2, 8, 18, 18, 2 |
| 80 | mercurio | 2, 8, 18, 32, 18, 2 |
| 112 | copernicio | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 2 (predicción) |
¿Qué características físicas tienen?
Los elementos del grupo 12 son metales suaves. Son diamagnéticos (no son atraídos por imanes) y tienen dos electrones de valencia. Tienen los puntos de fusión más bajos de todos los metales de transición.
- Zinc: Es brillante y de color blanco azulado. Las versiones que se usan en el comercio suelen tener un acabado mate.
- Cadmio: Es suave, dúctil (se puede estirar en hilos), maleable (se puede moldear) y de color blanco azulado.
- Mercurio: Es un metal líquido, pesado y plateado. Es el único metal que es líquido a temperatura ambiente. No conduce bien el calor, pero sí es un buen conductor de electricidad.
Se sabe muy poco del copernicio. Solo se ha confirmado su punto de ebullición de forma provisional.
| Nombre | Zinc | Cadmio | Mercurio | Copernicio |
|---|---|---|---|---|
| Punto de fusión | 693 K (420 °C) | 594 K (321 °C) | 234 K (−39 °C) | ? |
| Punto de ebullición | 1180 K (907 °C) | 1040 K (767 °C) | 630 K (357 °C) | 357+112 −108 K (84+112 −108 °C) |
| Densidad | 7,14 g cm−3 | 8,65 g cm−3 | 13,534 g cm−3 | 23,7 g cm−3 (?) |
| Apariencia | blanco azulado metálico | blanco azulado | plateado | ? |
| Radio atómico | 135 pm | 155 pm | 150 pm | 147 pm (?) |
El zinc es un poco menos denso que el hierro. Tiene una estructura cristalina hexagonal. Es un metal duro y frágil, pero se vuelve maleable entre 100 y 150 °C. Si se calienta por encima de 220 °C, se vuelve frágil de nuevo. El zinc es un buen conductor eléctrico y tiene puntos de fusión y ebullición relativamente bajos para un metal.
El cadmio es parecido al zinc en muchos aspectos. Es resistente a la corrosión, por eso se usa para proteger otros metales. El cadmio no se disuelve en agua y no se quema fácilmente. Sin embargo, si está muy dividido, puede arder y liberar vapores. El mercurio tiene un punto de fusión muy bajo para ser un metal.
¿Qué aleaciones forman?
El zinc, el cadmio y el mercurio forman muchas aleaciones. Por ejemplo, el latón es una aleación de zinc y cobre. El zinc también se mezcla con aluminio, oro, hierro, plomo, mercurio, plata, estaño y otros metales.
El cadmio se usa en aleaciones para soldadura y en cojinetes. Esto es gracias a que tiene poca fricción y es resistente al desgaste. También se encuentra en aleaciones con puntos de fusión muy bajos, como el metal de Wood.
El mercurio, al ser líquido, disuelve otros metales. Las aleaciones que forma se llaman amalgamas. Hay amalgamas con oro, zinc y sodio. El hierro es una excepción, por eso se usan recipientes de hierro para guardar mercurio. Otros metales que no se mezclan con mercurio son el tantalio, el wolframio y el platino. La amalgama de sodio se usa mucho en química. El mercurio también se combina fácilmente con aluminio. Por esta razón, no se permite llevar mercurio en aviones, ya que podría dañar las partes de aluminio.
Propiedades químicas
Solo se ha estudiado la química del zinc, cadmio y mercurio. La química del copernicio aún no se conoce bien.
¿Cómo reaccionan los elementos?
Todos los elementos del grupo 12 son metales. El zinc y el cadmio son electropositivos, lo que significa que tienden a perder electrones fácilmente. El mercurio no es tan electropositivo.
Los elementos del grupo 12 suelen tener un estado de oxidación de +2. Esto significa que sus iones tienen una configuración electrónica muy estable. Sin embargo, el mercurio puede reducirse a un estado de oxidación de +1. En este caso, dos iones de mercurio se unen formando un enlace metal-metal. El cadmio también puede formar compuestos con estado de oxidación +1.
¿Son metales de transición?
Los elementos del grupo 12 se consideran elementos del bloque d. Sin embargo, no siempre se les llama metales de transición. Esto se debe a que su capa d está completa. Algunos expertos los clasifican como elementos representativos.
Aun así, comparten muchas características con los elementos del elementos del grupo 11 (cobre, plata y oro), que sí son metales de transición. Por ejemplo, el zinc se parece al cobre en muchas cosas.
Según la definición de la IUPAC, un metal de transición es un elemento con una subcapa d incompleta o que puede formar iones con una subcapa d incompleta. Bajo esta definición, el zinc y el cadmio no son metales de transición. El mercurio sí podría serlo, ya que se conoce un compuesto (fluoruro de mercurio(IV)) donde su estado de oxidación es +4. Sin embargo, este compuesto es muy raro, por lo que se sugiere que el mercurio no se considere un metal de transición.
¿Qué relación tienen con los metales alcalinotérreos?
Aunque el grupo 12 está en el bloque d, los electrones d del zinc, cadmio y mercurio se comportan como electrones internos. Esto significa que no participan en los enlaces químicos. Este comportamiento es más parecido al de los elementos representativos.
Se pueden comparar las propiedades de los elementos del grupo 12 con los dos primeros metales alcalinotérreos: el berilio y el magnesio. Por ejemplo, el zinc y el cadmio se parecen al berilio y al magnesio en su tamaño atómico, tamaño de sus iones y en cómo forman compuestos.
| Nombre | Berilio | Magnesio | Calcio | Estroncio | Bario | Radio |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Config. electrones de valencia | 2s2 | 3s2 | 4s2 | 5s2 | 6s2 | 7s2 |
| Config. electrones internos | [He] | [Ne] | [Ar] | [Kr] | [Xe] | [Rn] |
| Estados de oxidación | +2, +1 | +2, +1 | +2, +1 | +2, +1 | +2 | +2 |
| Punto de fusión | 1560 K (1287 °C) | 923 K (650 °C) | 1115 K (842 °C) | 1050 K (777 °C) | 1000 K (727 °C) | 973 K (700 °C) |
| Punto de ebullición | 2742 K (2469 °C) | 1363 K (1090 °C) | 1757 K (1484 °C) | 1655 K (1382 °C) | 2170 K (1897 °C) | 2010 K (1737 °C) |
| Apariencia | metálico grisáceo | gris metálico | plateado mate | blanco plateado | gris plateado | blanco plateado |
| Densidad | 1,85 g cm−3 | 1,738 g cm−3 | 1,55 g cm−3 | 2,64 g cm−3 | 3,51 g cm−3 | 5,5 g cm−3 |
| Electronegatividad de Pauling | 1,57 | 1,31 | 1,00 | 0,95 | 0,89 | 0,9 |
| Radio atómico | 105 pm | 150 pm | 180 pm | 200 pm | 215 pm | 215 pm |
| Radio iónico | 59 pm | 86 pm | 114 pm | 132 pm | 149 pm | 162 pm |
| Color de la llama | blanca | blanca brillante | rojo ladrillo | carmesí | verde manzana | carmesí |
| Química organometálica | amplia | amplia | pobre | muy pobre | muy pobre | extremadamente pobre |
| Hidróxido | anfótero | básico | básico | fuertemente básico | fuertemente básico | fuertemente básico |
| Óxido | anfótero | fuertemente básico | fuertemente básico | fuertemente básico | fuertemente básico | fuertemente básico |
| Nombre | Berilio | Magnesio | Zinc | Cadmio | Mercurio | Copernicio |
| Config. electrones de valencia | 2s2 | 3s2 | 4s2 | 5s2 | 6s2 | 7s2 (?) |
| Config. electrones internos | [He] | [Ne] | [Ar]3d10 | [Kr]4d10 | [Xe]4f145d10 | [Rn]5f146d10 (?) |
| Estados de oxidación | +2, +1 | +2, +1 | +2, +1 | +2, +1 | +4, +2, +1 | +4, +2, +1, 0 (?) |
| Punto de fusión | 1560 K (1287 °C) | 923 K (650 °C) | 693 K (420 °C) | 594 K (321 °C) | 234 K (−39 °C) | ? |
| Punto de ebullición | 2742 K (2469 °C) | 1363 K (1090 °C) | 1180 K (907 °C) | 1040 K (767 °C) | 630 K (357 °C) | 357+112 −108 K (84+112 −108 °C) |
| Apariencia | metálico grisáceo | gris metálico | gris azulado metálico | gris plateado | plateado | ? |
| Densidad | 1,85 g cm−3 | 1,738 g cm−3 | 7,14 g cm−3 | 8,65 g cm−3 | 13,534 g cm−3 | 23,7 g cm−3 (?) |
| Electronegatividad de Pauling | 1,57 | 1,31 | 1,65 | 1,69 | 2,00 | ? |
| Radio atómico | 105 pm | 150 pm | 135 pm | 155 pm | 150 pm | 147 pm (?) |
| Radio iónico | 59 pm | 86 pm | 88 pm | 109 pm | 116 pm | 75 pm (?) |
| Color de la llama | blanca | blanca brillante | verde azulada | ? | ? | ? |
| Química organometálica | amplia | amplia | amplia | amplia | amplia | ? |
| Hidróxido | anfótero | básico | anfótero | débilmente básico | ? | ? |
| Óxido | anfótero | fuertemente básico | anfótero | moderadamente básico | moderadamente básico | ? |
¿Qué compuestos forman?
Los iones de zinc, cadmio y mercurio forman muchos compuestos con forma tetraédrica. El zinc y el cadmio también pueden formar compuestos con forma octaédrica. El mercurio, sin embargo, rara vez se une a más de cuatro elementos.
Elementos más allá del copernicio
El copernicio es el elemento más pesado conocido del grupo 12. Pero hay teorías sobre elementos aún más pesados en este grupo. Se predice que el siguiente elemento del grupo 12 sería el elemento 164, llamado unhexcuadio (Uhq). Se cree que sus electrones se comportarían como electrones internos y no participarían en las reacciones. Sin embargo, se espera que el unhexcuadio se comporte químicamente como un metal de transición normal.
Se predice que el unhexcuadio sería un metal suave, como el mercurio. También se espera que tenga un punto de fusión alto. Además, se cree que sería un ácido de Lewis suave.
El interés en el unhexcuadio se debe a que se cree que su isótopo 482Uhq podría estar en el centro de una "isla de estabilidad". Esto significa que este isótopo sería mucho más estable que otros elementos superpesados.
Historia de los elementos del grupo 12
Los elementos de este grupo se han descubierto a lo largo de la historia. Algunos se han usado desde la antigüedad, y otros se han descubierto en laboratorios. El grupo 12 no tiene un nombre especial, pero antes se le llamaba "grupo IIB".
Zinc
El zinc impuro se ha usado desde la antigüedad, por ejemplo, en aleaciones como el latón hace más de dos mil años. En la India, ya se conocía como metal alrededor del año 1374. También lo usaban los alquimistas. El nombre "zinc" apareció por primera vez en el siglo XVI.
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En el mundo occidental, varias personas descubrieron el zinc metálico de forma independiente en el siglo XVII. Se le atribuye al químico alemán Andreas Sigismund Marggraf el descubrimiento del zinc metálico en 1746. Él calentó una mezcla de calamina (un mineral de zinc) y carbón, obteniendo el metal.
En 1780, los experimentos de Luigi Galvani con latón y ranas ayudaron a descubrir la pila eléctrica. Ese mismo año, Alessandro Volta inventó la pila voltaica. La importancia del zinc en la biología se descubrió en 1940. Se vio que una enzima que ayuda a eliminar el dióxido de carbono de la sangre, la anhidrasa carbónica, tiene un átomo de zinc.
Cadmio
El cadmio fue descubierto en Alemania en 1817 por Friedrich Stromeyer y Karl Samuel Leberecht Hermann. Lo encontraron como una impureza en minerales de zinc. Su nombre viene de la palabra latina "cadmia", que era el nombre de la calamina.
En 1927, la Oficina Internacional de Pesas y Medidas usó la luz roja del cadmio para definir el metro. Aunque esta definición ha cambiado, muestra la importancia del cadmio en la ciencia.
Mercurio
El mercurio se usaba en el antiguo Egipto para cosméticos, hace más de 3500 años. En la antigua China, se creía que mejoraba la salud. Alrededor del año 500 a.C., ya se usaba para hacer amalgamas. Durante la época de la alquimia, el mercurio era muy importante. Se pensaba que era el material base del que venían todos los metales. Los alquimistas creían que podían convertir metales comunes en oro usando mercurio.
El símbolo químico del mercurio es Hg. Viene del nombre latino "hydrargyrus", que significa "agua de plata" por su apariencia. El nombre "mercurio" viene del dios romano Mercurio, conocido por su velocidad. También se relaciona con el planeta Mercurio.
Copernicio
El copernicio, el elemento más pesado del grupo 12, fue creado por primera vez el 9 de febrero de 1996. Esto ocurrió en el laboratorio GSI en Alemania, por Sigurd Hofmann y su equipo. El 19 de febrero de 2010, en el aniversario del nacimiento de Nicolás Copérnico, la IUPAC le dio el nombre oficial de "copernicio".
¿Dónde se encuentran estos elementos?
La cantidad de estos elementos en la Tierra disminuye a medida que aumenta su número atómico. El zinc es el más abundante del grupo, con 65 ppm. El cadmio (0,1 ppm) y el mercurio (0,04 ppm) son mucho menos comunes. El copernicio es un elemento sintético y solo se encuentra en los laboratorios donde se produce.
Los metales del grupo 12 prefieren formar sulfuros. Sus minerales se formaron cuando la Tierra se solidificó. El mineral de zinc más importante es la blenda, que es sulfuro de zinc (ZnS).
No hay grandes depósitos de minerales de cadmio. Se encuentra casi siempre junto a la blenda. Por eso, el cadmio se obtiene como un producto secundario al procesar minerales de zinc. El mercurio es raro en la Tierra. Aunque puede encontrarse puro, suele aparecer en minerales como el cinabrio (sulfuro de mercurio, HgS).
Las reservas mundiales de zinc se estiman en 1900 millones de toneladas. Los principales depósitos están en Australia, Canadá y Estados Unidos. Se calcula que las reservas de zinc podrían agotarse entre 2027 y 2055 si el consumo sigue al ritmo actual. China es el mayor productor de mercurio.
¿Cómo se producen?
El zinc es el cuarto metal más usado, con una producción anual de unos 13 millones de toneladas. El 95% del zinc se extrae de depósitos de sulfuros. El zinc metálico se produce calentando el sulfuro de zinc para convertirlo en óxido de zinc. Luego, se puede obtener el metal reduciendo el óxido con monóxido de carbono o mediante electrólisis.
El cadmio es una impureza común en los minerales de zinc. Se obtiene durante el procesamiento del zinc. Puede aislarse de los vapores o precipitándolo de la solución.
Los minerales de mercurio más ricos pueden contener hasta un 2,5% de este metal. El cinabrio es el mineral más común. El mercurio se extrae calentando el mineral en aire y luego condensando el vapor.
Los elementos superpesados como el copernicio se producen bombardeando átomos más ligeros en aceleradores de partículas. Esto provoca reacciones de fusión nuclear. La primera vez que se produjo copernicio fue en 1996, combinando plomo y zinc:
Se han producido unos 75 átomos de copernicio en total.
Aplicaciones de los elementos del grupo 12
Los elementos del grupo 12 se usan en muchas cosas debido a sus propiedades.
- Zinc y cadmio: Se usan para proteger otros metales de la corrosión, un proceso llamado galvanización. Esto se hace cubriendo el objeto con el metal fundido o mediante un proceso eléctrico. También se usan en electroquímica.
- Zinc: Se usa mucho para el cincado (55%) y para hacer latón, bronce y otras aleaciones (37%). El zinc es un ánodo de sacrificio en la protección catódica. Esto significa que se corroe él mismo para proteger otro metal. Por ejemplo, se usa para proteger tuberías enterradas o metales expuestos al agua de mar. El zinc también se usa en pilas, como las pila de zinc-carbono o las batería de cinc-aire. El latón es una aleación de zinc muy común. Es más dúctil y duro que el cobre, y más resistente a la corrosión. Por eso se usa en equipos de comunicación, instrumentos musicales y válvulas de agua. Otras aleaciones de zinc son la alpaca y el bronce comercial. Las aleaciones de zinc, cobre, aluminio y magnesio se usan en la industria automotriz y eléctrica.
- Cadmio: Se usa mucho en la fabricación de baterías, especialmente en las baterías recargables de níquel-cadmio. También se encuentra en pigmentos de cadmio y recubrimientos. La galvanoplastia con cadmio se usa en la industria aeronáutica para proteger componentes de acero de la corrosión.
- Mercurio: Se usa principalmente para fabricar productos químicos industriales y en aplicaciones eléctricas y electrónicas. Se usa en algunos termómetros, sobre todo para medir altas temperaturas. Una cantidad creciente se usa como mercurio gaseoso en lámparas fluorescentes. Sin embargo, muchas de sus aplicaciones se están eliminando debido a las normas de seguridad. El mercurio y sus compuestos se usaron en medicina, pero ahora son menos comunes debido a sus efectos perjudiciales. Todavía se usa en las amalgamas dentales.
Galería de imágenes
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Modelo de barras y bolas de la molécula de fluoruro de mercurio(IV), HgF4.
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Cadmio
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Zinc
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Mercurio
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Espectro de emisión del cadmio, en el rango visible.
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Símbolo alquímico asignado al zinc.
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Blenda tallada con corte esmeralda
Véase también
En inglés: Group 12 element Facts for Kids
