Grupo 16 de la Tabla Periódica: Familia del Oxígeno

El grupo 16 de la tabla periódica es también llamado como anfígenos, calcógenos o la familia del oxígeno. El término anfígeno procede del griego y significa formador de ácidos y bases. Por su parte, el término calcógeno proviene del griego y significa formador de minerales.

El grupo 16 está formado por los siguientes elementos: Oxígeno (O), Azufre (S), Selenio (Se), Telurio (Te), Polonio (Po) y el elemento sintético Livermorio (Lv).

El oxígeno se halla en la naturaleza siendo el elemento más abundante de la tierra con un 50,5% en masa de la corteza, encontrándose en el aire y combinado con hidrógeno para producir agua. También se encuentra formando óxidos, hidróxidos y algunas sales. Por su parte, el azufre también se muestra en cantidad en estado elemental y combinado formando compuestos. El selenio y el telurio se hallan libres y combinados, no obstante con menos abundancia que los elementos anteriores. En último lugar, tenemos al polonio, el cual es un elemento radiactivo que se halla difícilmente en la naturaleza, generalmente en forma de sales.

En cuanto a su configuración electrónica, poseen cinco electrones en su nivel energético más externo y presentan la siguiente configuración electrónica: ns²np⁴ (2 electrones s y 4 electrones p), exhibiendo los siguientes estados de oxidación: -2, +2, +4 y +6; los dos últimos se debe a la existencia de orbitales d a partir del azufre.

Propiedades físicas

Las propiedades físicas de este grupo varían mucho en cada elemento y el carácter metálico aumenta del selenio al polonio.

El oxígeno en ambientes estándar de presión y temperatura se encuentra formando el dioxígeno, un gas diatómico incoloro, inodoro e insípido con fórmula O₂. Otro alótropo importante es el trioxígeno (O₃) o como normalmente se le conoce, el ozono. El ozono es un gas de olor picante y habitualmente incoloro, pero en altas concentraciones puede tornarse levemente azulado.

El azufre es un no metal sólido de color amarillo limón que presenta un olor característico. Se presenta en varias formas alotrópicas, por ejemplo en estado sólido se pueden apreciar las variedades rómbica y monoclínica (anillos S₈), azufre plástico (cadenas S_n). Por su parte, en estado líquido formando anillos S₈ y cadenas de longitud variable y en fase gaseosa formando cicloazufre, que son cadenas S_n (n = 3-10), S_2.

El selenio es un metaloide que presenta, al igual que el azufre, varias formas alotrópicas. Primero el selenio rojo coloidal, el cual está compuesto por moléculas Se₈. El selenio negro vítreo formado por anillos Se_n con n muy grande y variable (forma amorfa) y por último el selenio gris cristalino de estructura hexagonal, la cual es la forma más común y análoga a la del azufre plástico. Este alótropo exhibe aspecto metálico, de hecho es un semimetal y es fotoconductor.

El telurio es un metaloide sólido de color gris plateado similar a la forma alotrópica del selenio gris, pero con un carácter más metálico.

Y finalmente el polonio, el cual es un metaloide altamente radiactivo, con una química equivalente al telurio y al bismuto. Este elemento muestra dos alótropos: el cúbico simple y el romboédrico, en los que cada átomo está directamente rodeado por seis vecinos a distancias iguales (d0=355pm). Ambos alótropos tienen carácter metálico.

 Propiedades químicas

Los elementos del grupo 16 ostentan algunas propiedades químicas similares, entre estas tenemos:

• No reaccionan con el agua.
• No reaccionan con las bases a excepción del azufre.
• Reaccionan con el ácido nítrico concentrado, excepto el oxígeno.
• Forman óxidos, sulfuros, seleniuros y telururos con los metales, y dicha estabilidad se ve reducida desde el oxígeno al teluro.
• Con el oxígeno componen dióxidos que con agua originan oxoácidos. El carácter ácido de los oxoácidos disminuye a medida que se desciende en el grupo.
• Los calcogenuros de hidrógeno son todos débiles en disolución acuosa y su carácter ácido aumenta a medida que se desciende en el grupo.
• Las combinaciones hidrogenadas de estos elementos (excepto el agua) son gases tóxicos de olor desagradable.

Usos y aplicaciones de los elementos del grupo 16

Oxígeno.

El oxígeno es uno de los elementos más importantes y por tal razón posee una gran cantidad de aplicaciones. Principalmente, es utilizado en medicina como terapia para las personas que tienen dificultad para respirar debido a alguna enfermedad como enfisema o neumonía. El oxígeno gaseoso es venenoso para las bacterias anaeróbicas que producen gangrena (muerte de tejidos orgánicos), por lo que se emplea para eliminarlos. El envenenamiento por monóxido de carbono se trata también con oxígeno gaseoso.

El alótropo ozono es empleado en una terapia denominada ozonoterapia para aliviar enfermedades como artritis, óseas, hepáticas y neurológicas entre otras. El ozono una vez introducido al organismo desencadena una serie de reacciones metabólicas positivas que ayudan a combatir a todos estos trastornos.

El oxígeno con un alto grado de pureza se emplea en los trajes espaciales para que los astronautas puedan respirar.

De igual manera, es usado en los tanques de buceo, no obstante, se suele combinar con aire normal. Los tanques de oxígeno son también utilizados frecuentemente en aviones y submarinos en caso de emergencias.

Igualmente, el oxígeno puro es usado para garantizar la combustión completa de los productos químicos.

Una gran cantidad del oxígeno producido para aplicaciones comerciales se emplea para convertir el mineral de hierro en acero.

Entre otros usos del oxígeno tenemos:

Para el tratamiento de agua

Cortar y soldar metales

Obtención de polímeros de poliéster y los anticongelantes. Los polímeros se usan para fabricar plástico y telas.

El oxígeno líquido es usado como comburente para el lanzamiento de cohetes espaciales, generalmente empleando RP-1 como combustible, en una mezcla llamada Kerolox.

Azufre.

Es un elemento químico fundamental y un componente principal de los aminoácidos cisteina y metionina y, por lo tanto, indispensable para la síntesis de proteínas presentes en todos los organismos vivos. Por tal razón, muchos agricultores que cultivan alimentos orgánicos emplean azufre como un pesticida y fungicida natural.

Pero la aplicación más destacada en el ámbito comercial de este elemento es en la obtención de ácido sulfúrico. El ácido sulfúrico es sumamente necesario para una gran cantidad de industrias. Este compuesto se emplea en la elaboración de fertilizantes, tratamiento de aguas residuales, baterías de plomo para vehículos, extracción de mineral, eliminación de óxido de hierro, producción de nylon y obtención de ácido clorhídrico.

El azufre se usa para vulcanizar caucho. La vulcanización es un proceso mediante el cual se calienta el caucho crudo en presencia de azufre, con la finalidad de tornarlo más duro y resistente al frío. El caucho vulcanizado se emplea para elaborar neumáticos para automóviles, mangueras, suelas de zapatos y discos de hockey sobre hielo.

Entre los compuestos de azufre más utilizados tenemos:

El sulfato de magnesio se emplea como laxante, en sales de baño y como un complemento de magnesio para las plantas.

El disulfuro de carbono se usa para elaborar celofán y rayón.

Los sulfitos se emplean para blanquear el papel y conservar la fruta.

Selenio.

Anteriormente estudiamos las formas alotrópicas del selenio. Estas diferentes formas le permiten al selenio tener múltiples aplicaciones dependiendo del alótropo. Por ejemplo, el selenio gris conduce la electricidad, sin embargo su conductividad varía con la intensidad luminosa, es decir, es buen conductor en la luz que en la oscuridad. Por tal razón, se emplea en dispositivos fotoeléctricos, como las células solares, cámaras de rayos x, fotocopiadoras, medidores de luz, diodos LED de color azul y blanco, entre otros.

Por su parte, el selenio rojo o como seleniuro de sodio se emplea para proporcionar un color rojo carmesí al vidrio, barnices y esmaltes. También se puede usar para eliminar las tintas de color verde o amarillo ocasionados por otras impurezas durante el proceso de elaboración de vidrio.

La aleación selenio con el bismuto se utiliza para elaborar un latón sin plomo.

El compuesto sulfuro de selenio es un componente habitual en el champú anticaspa que elimina el hongo que origina la descamación del cuero cabelludo. Asimismo se puede destinar para tratar algunos problemas de la piel producidos por otros hongos.

Telurio.

El telurio aleado con otros elementos es utilizado en la fabricación de discos compactos regrabables. La capa del CD-RW que contiene la información está constituida por una aleación cristalina de plata, indio, antimonio y telurio.

También se alea con cobre y plomo para mejorar la tenacidad y dureza a la hora de elaborar rectificadores y dispositivos termoeléctricos.

Al igual que el selenio, es utilizado para teñir el vidrio, en este caso de color azul.

El teluro coloidal se aprovecha para la preparación de insecticidas, germicidas y fungicidas.

Es usado como agente vulcanizador en el proceso de elaboración de caucho sintético y natural.

Polonio.

Los isótopos del polonio son una excelente fuente de radiación alfa pura. Aleado con berilio, es una fuente de neutrones.

También se usa en dispositivos destinados a la ionización el aire para la eliminación de cargas electrostáticas en cepillos específicos para limpiar el polvo almacenado en películas fotográficas e impresiones.

Por su parte, el isótopo Po-210 se emplea como fuente ligera de calor para proveer energía a las células termoeléctricas de ciertos satélites artificiales y sondas lunares.

El Po-210 está presente en el humo de tabaco. Desde los años 60, las empresas de producción de tabaco se comprometieron a eliminar esta sustancia de sus productos pero no lo han logrado.

Livermorio.

Al igual que muchos elementos radiactivos y sintéticos, al producirse en pequeñas cantidades, no posee uso comercial. Por lo tanto, es empleado en la investigación científica.