¿Cuál es el elemento más metálico?

En la tabla periódica, el carácter metálico aumenta de derecha a izquierda a lo largo de un período, y de arriba abajo a lo largo de un grupo. Por esta razón, el elemento más metálico de la tabla periódica es el Francio.

Sin embargo, el francio es un elemento que posee un núcleo inestable y que, por lo tanto, se desintegra rápidamente para formar otros núcleos más pequeños. Esto hace que sea muy difícil encontrar francio de forma natural. De hecho, es uno de los metales menos abundantes en la corteza terrestre, encontrándose de forma natural únicamente en menas de otros elementos radiactivos tales como el uranio, donde se forman núcleos de francio constantemente, reponiendo cualquier cantidad que se desintegra en el tiempo.

El cesio quiere el título

El hecho de que el francio sea tan inestable y de que se suela sintetizar de manera artificial únicamente en aceleradores de partículas, hace que muchos consideren al francio como un elemento sintético y, en consecuencia, no lo tomen en cuenta como candidato para el elemento más metálico. Para aquellos que piensan de esta manera, el cesio, que está justo encima del francio en la tabla periódica, es el elemento natural más metálico (haciendo énfasis en natural).

Este argumento es completamente válido para los elementos sintéticos, ya que estos sólo se pueden obtener en cantidades ínfimas y durante tan solo fracciones de segundo, lo que casi imposibilita cualquier evaluación experimental de sus propiedades físicas y químicas. Sin embargo, por muy poco estable que sea, el francio sí se encuentra en la naturaleza, y sí se han podido medir muchas de las propiedades que determinan su carácter metálico.

Por otro lado, se puede argumentar que el francio no tiene ninguna aplicabilidad como metal debido a que se terminará desintegrando para formar otros elementos. Esto también es un argumento válido.

Por lo tanto, en adelante consideraremos al francio como el elemento más metálico de la tabla periódica, mientras que al cesio como el elemento «estable» más metálico de la tabla periódica.

A continuación, exploraremos qué es lo que hace que un elemento sea un metal, y por qué estos elementos de la esquina inferior izquierda de la tabla periódica son los mejores metales que conocemos.

Las propiedades de los metales

Los metales son elementos caracterizados por poseer las siguientes propiedades:

• Son buenos conductores térmicos y eléctricos.
• La mayoría son sólidos de alto punto de fusión.
• Poseen brillo metálico.
• Son dúctiles, es decir, que se puedan extender para formar alambres largos.
• Son maleables, es decir, que se puedan aplastar para formar láminas delgadas.
• Poseen alta densidad.
• Suelen tener pocos electrones en su capa de valencia.
• Son los elementos menos electronegativos de la tabla periódica, es decir, son electropositivos.
• Poseen energías de ionización bajas, lo que hace que sea muy fácil quitarles electrones e su capa de valencia para formar cationes.
• Poseen una afinidad electrónica alta, lo que significa que es muy difícil convertirlos en aniones (casi imposible en condiciones normales).

Tendencia periódica de las propiedades metálicas

Entender por qué el francio es el elemento más metálico pasa por comprender la forma cómo las propiedades físicas y químicas varían a lo largo de la tabla periódica. Muchas de estas propiedades poseen un comportamiento predecible al comparar los elementos de un grupo o de un período y en la mayoría de los casos, esto se debe a la configuración electrónica de los átomos y de la carga nuclear efectiva.

Tendencia periódica y la configuración electrónica

La configuración electrónica consiste en la manera cómo están repartidos los electrones en los distintos orbitales que posee un átomo. En la tabla periódica, los elementos que forman parte del mismo período poseen sus electrones de valencia en el mismo nivel de energía. Es decir, poseen la misma capa de valencia.

Por otro lado, los elementos que forma parte del mismo grupo, por lo general comparten la misma configuración electrónica de capa de valencia, y solo se diferencian en el nivel de energía de esta capa de valencia. A medida que nos movemos de derecha a izquierda a lo largo de un grupo, los elementos poseen cada vez menos electrones de valencia, hasta llegar a los metales alcalinos que poseen solo uno.

Tendencia periódica de la energía de ionización

La energía de ionización corresponde a la cantidad de energía que se debe invertir para retirarle el electrón más externo en su estado fundamental a un átomo en estado gaseoso. Por lo tanto, mide qué tan fácil es quitarle un electrón a un átomo.

Esta propiedad depende de qué tan fuertemente unidos al núcleo están los electrones de valencia, así como de la estabilidad electrónica del catión que se forma al perder el electrón. Lo primero depende de la carga nuclear efectiva que sienten los electrones de valencia, la cual disminuye fuertemente al pasar de un período al siguiente debido al incremento en el número de electrones apantallantes. A lo largo de un período, la carga nuclear efectiva aumenta ya que aumenta la carga total del núcleo, pero no aumenta el efecto apantallante de los electrones (porque está en la misma capa de valencia).

Por otro lado, la estabilidad del catión que se forma por pérdida de un electrón depende de la configuración electrónica de dicho catión. A medida que nos movemos de derecha a izquierda en la tabla periódica, como los elementos tienen cada vez menos electrones de valencia, la pérdida de un electrón los acerca más a la configuración electrónica de un gas noble.

Como consecuencia, la energía de ionización disminuye hacia abajo y a la izquierda.

En el caso de los metales alcalinos como el cesio y el francio, al tener tan solo un electrón de valencia, estos elementos pueden adquirir una configuración electrónica de gas noble perdiendo ese único electrón, razón por la que tienen la energía de ionización más baja de toda la tabla periódica.

Tendencia periódica de la electronegatividad

En parte debido al aumento en la carga nuclear efectiva al movernos hacia la derecha y hacia arriba en la tabla periódica, la electronegatividad aumenta en la misma dirección. Esto se debe a que la electronegatividad es una medida de la capacidad de un átomo de atraer los electrones de un enlace químico.

Consecuentemente, como la carga nuclear efectiva disminuye hacia la izquierda y hacia abajo, entonces la electronegatividad disminuye en la misma dirección, haciendo del cesio y del francio los dos elementos menos electronegativos (o más electropositivos) de la tabla periódica.

Reactividad química

La electronegatividad determina, entre otras cosas los tipos de enlaces químicos que pueden formar los elementos al combinarse con otros. Una característica típica de los metales es su tendencia a reaccionar con no metales para formar sales y óxidos. Mientras mayor es la diferencia de electronegatividad entre los dos elementos que reaccionan, mayor es la tendencia a formar compuestos iónicos. Es por esto que el francio y el cesio son los elementos más reactivos de entre todos los metales, reaccionando violentamente con el agua para formar hidróxidos iónicos al igual que con otros no metales para formar sales haloideas de carácter fuertemente iónico.

Otras propiedades que no siguen una tendencia periódica clara

El punto de fusión

Con algunas excepciones como el mercurio y algunos otros metales, la mayoría de los elementos metálicos poseen alto punto de fusión. A diferencia de las propiedades anteriores, el punto de fusión es una propiedad que no muestra un comportamiento claramente periódico. Esto se debe a que la relación entre el número atómico y la configuración electrónica no es tan simple como en los casos anteriores.

En términos generales, el punto de fusión tiende a aumentar hacia abajo en la tabla periódica, pero el comportamiento a lo largo de un período no es uniforme. De hecho, primero tiende a aumentar al pasar de los metales alcalinos a los metales de transición, y luego vuelve a disminuir al pasar al bloque p de la tabla periódica.

Esto quiere decir que, desde el punto de vista del punto de fusión, ni el francio ni el cesio se llevan el primer lugar.

La conductividad

En términos de conductividad térmica y eléctrica, ni el cesio ni el francio son realmente los campeones. Por ejemplo, el cesio posee una conductividad eléctrica de 4,88.10⁶ S/m, que es menos de la décima parte de la conductividad de la plata, el metal más conductor de la tabla periódica. Algo similar sucede al comparar estos dos elementos con el oro, que es el mejor conductor térmico. Sin embargo, tanto el cesio como el francio siguen siendo excelentes conductores, por lo que no ocupar el primer puesto no necesariamente significa que, en términos generales, no tengan un mayor carácter metálico que los demás metales.

Existen otras propiedades metálicas que tampoco tienen un comportamiento periódico bien definido y para las cuales el cesio y el francio no son los mejores representantes. Sin embargo, de igual manera, estas propiedades, que incluyen la densidad, la maleabilidad y la ductilidad, están presentes en buena medida en estos dos elementos, por lo que no tener el primer puesto no les quita que los consideremos los elementos más metálicos de la tabla periódica.

Referencias

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TP Laboratorio Químico. (s. f.). Propiedades Periodicas. TP Laboratorio Químico. https://www.tplaboratorioquimico.com/quimica-general/la-tabla-periodica/propiedades-periodicas.html