¿Por qué existen elementos en diferentes estados físicos en condiciones de habitación?

Answer 1

Los diferentes elementos forman enlaces químicos entre sí (o no) para formar moléculas. Estos enlaces pueden ser de diferente fuerza o de diferente número, lo que significa que las moléculas se vuelven mucho más complicadas. Además de eso, los elementos tienen masas diferentes. Finalmente, tienen diferentes energías de ionización y diferentes niveles de energía.

El ejemplo más simple son los gases inertes, ninguno de los cuales forma moléculas entre sí. Sin embargo, tienen diferentes masas, por lo que el helio es tan liviano que tenía una temperatura de condensación extremadamente baja, mientras que el xenón tiene un punto de ebullición algo más alto porque se necesita más energía para que se separe en el estado de gas.

Si tomamos los halógenos, los átomos forman un enlace, por lo que las moléculas tienen dos átomos. Eso significa que las moléculas son más pesadas, tienen un tamaño que se pone en el camino y, lo que es más importante, su tamaño permite que sean polarizables, por lo que hay mayores fuerzas de van der Waals entre ellas. Aún así, no hay mucha fuerza, por lo que el cloro sigue siendo un gas, pero el bromo tiene la atracción suficiente para ser un líquido, y el yodo es un sólido.

Si vamos a los calcógenos, con dos electrones de valencia, los que no son oxígeno pueden formar cadenas y anillos, por lo que son sólidos a temperatura ambiente. El oxígeno es diferente porque solo puede formar O2 por una razón más complicada que cuando lo hace, forma una repulsión dirradical y de un solo par evita el desarrollo de la cadena.

Si opta por el carbono, forma cuatro enlaces fuertes, por lo que terminará con una matriz de diamante o grafito (el carbón vegetal es una mezcla de estas estructuras básicas con imperfecciones de óxido) y eso, con un tamaño y complejidad molecular extrema, es una sólido a muy altas temperaturas, pero a medida que ese grupo se vuelve más pesado, la resistencia de la unión disminuye, por lo que también lo hace el punto de fusión.

Finalmente, muchos elementos tienen el potencial de formar enlaces metálicos, al deslocalizar los electrones. Así que sí, depende de la configuración electrónica, pero hay una serie de problemas y sutilezas adicionales.

Answer 2

Diferentes elementos tienen diferentes configuraciones electrónicas. Cada configuración determina en gran medida qué tan bien atrae y se une cada átomo con sus vecinos similares.

A temperatura ambiente, los átomos se mueven y vibran. Para algunos elementos, el enlace atractivo determinado por la configuración electrónica domina sobre el movimiento termodinámico de los átomos. Estos son sólidos. Cuando los dos factores están mucho más cerca, los átomos se deslizan entre sí, pero la fuerza atractiva es suficiente para mantenerlos juntos. Cuando las fuerzas termodinámicas dominan las fuerzas atractivas, los átomos chocan entre sí, pero con esa fuerza no se pegan entre sí, tienes un gas.

Más o menos.

Si observa la tabla periódica, verá que estas fases no cambian simplemente a medida que aumenta la masa. En cambio, verá que muchas familias con configuraciones electrónicas similares tienen propiedades similares, pero no indenticas.

Y luego está el mercurio. Un metal líquido sin ninguna razón. A menos que entienda que los átomos de mercurio, debido a su configuración electrónica única, se unen entre sí muy débilmente.

Answer 3

Esto tiene que ver con los enlaces inter-moleculares. Es la energía que mantiene unidas a dos moléculas. Cuantas más moléculas se mantienen unidas entre más denso es el material, más denso es el material que define su estado.

Answer 4

Según las configuraciones electrónicas de los átomos, sus atracciones hacia otros átomos como ellos varían. Estas atracciones, ya sean grandes o pequeñas, determinan si la sustancia es un sólido, líquido o gas.

Answer 5

Debido a que tienen diferentes enlaces inter-moleculares y diferentes estructuras internas, por lo tanto requieren diferentes cantidades de energía para, por ejemplo, fundirse.