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NATURALEZA ATÓMICA Y SISTEMA PERIÓDICO

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Academic year: 2018

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(1)

El sistema periódico actual se debe al químico Alfred Werner y es una modificación del creado por Dimitri Mendeleiev finales del siglo XIX. Dicha tabla se encuentra ordenada en orden creciente de números atómicos.

 A las filas horizontales se les llama periodos. El más corto tiene dos elementos y el más largo 32. En los periodos 6 y 7 los 14 elementos que siguen al lantano y al actinio se encuentran aparte del cuerpo principal de la tabla. El cuarto periodo es el primer periodo largo y contiene la 1ª serie de transición. El quinto periodo es el segundo periodo largo y contiene la 2ª serie de transición. El sexto periodo contiene la tercera serie de transición y la primera serie de transición interna (lantánidos). El séptimo periodo contiene la cuarta serie de transición y la 2ª serie de transición interna (actínidos).

(2)

NOMBRES DE LOS GRUPOS:

GRUPO

NOMBRE DEL GRUPO

1 o IA

Alcalinos

2 o IIA

Alcalino-térreos

3-12 o IIIA-IIB

Metales de transición

13 o IIIB

Térreos

14 o IVB

Carbonoideos

15 o VB

Nitrogenoideos

16 o VIB

Anfígenos

17 o VIIB

Halógenos

18 o 0

Gases nobles o

(3)

Por ejemplo, los elementos del grupo de los halógenos17:

Flúor

Cloro Bromo

Yodo

1s2 2s2 2p5

1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p5

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 4d10 5s2 5p5

Estos hechos sugieren que las propiedades químicas de un elemento están relacionadas con la configuración electrónica de su capa de valencia

Los elementos de un mismo periodo poseen las mismas capas electrónicas pero difieren en el número de electrones.

Los elementos de un mismo periodo poseen unas propiedades que varían de forma progresiva.

Los elementos de un mismo grupo, tienen propiedades químicas semejantes, y se observan que tienen el mismo número de electrones en su capa de valencia (última capa electrónica) los cuales están distribuidos en orbitales del mismo tipo.

Litio: 1s2 2s1

Berilio: 1s2 2s2

Boro: 1s2 2s2 2p1

Carbono: 1s2 2s2 2p2

Nitrógeno: 1s2 2s2 2p3

Oxígeno: 1s2 2s2 2p4

Fluor: 1s2 2s2 2p5

(4)

Los Bloques del Sistema Periódico.

Se distinguen varios bloques caracterizados por una configuración electrónica típica de la capa de valencia

Su electrón diferenciador se aloja en un orbital

s o un orbital p.

 La configuración electrónica de su capa de valencia es:

n sx (x =1, 2) o n s2 n px (x= 1, 2, ..., 6)

 Los elementos representativos constituyen los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18 del sistema periódico.

A) Elementos representativos

Su electrón diferenciador se aloja en un orbital

d

 La configuración electrónica de su capa de valencia es:

(n-1) dx n s2 (x= 1, 2, ..., 10)

 Los metales de transición constituyen los grupos del 3 al 12 del sistema periódico.

B

) Metales de transición

C) Metales de transición interna

 Su electrón diferenciador se aloja en un orbital f.

 La configuración electrónica de su capa de valencia es:

(n-2) fx (n-1) d0 n s2 (x= 1, 2, ..., 14)

Excepciones

El hidrógeno de configuración 1s1 no tiene un sitio definido dentro de los bloques.

 Por su comportamiento químico diferente, los elementos del grupo 12 (Zn, Cd, Hg), cuya capa de valencia tiene una configuración (n-1) d10 n s2, no se

consideran elementos de transición debido a su comportamiento

(5)

p

5

p

4

p

6

p

3

p

1

p

2

s

2

p

ns

2

np

x

s

2

s

1

s

ns

x

d

10

d

8

d

7

d

9

d

6

d

4

d

3

d

5

d

2

d

1

d

ns

2

(n

-

1)d

x

ELEMENTOS REPRESENTATIVOS

METALES DE TRANSICIÓN

f

10

f

8

f

7

f

9

f

6

f

4

f

3

f

5

f

2

f

1

f

11

f

12

f

13

f

14

ns

2

(n

-

1)d

1

(n

-

2) f

x

f

(6)

Propiedades periódicas.

Los átomos e iones no tienen un tamaño definido, pues sus orbitales no ocupan una región del espacio con límites determinados. Sin embargo, se acepta un tamaño de orbitales que incluya el 90% de la probabilidad de encontrar al electrón en su interior, y una forma esférica para todo el átomo.

Los radios de algunos elementos pueden determinarse midiendo experimentalmente la distancia entre los núcleos de dos átomos iguales en el estado sólido o en una molécula gaseosa. El valor del radio atómico corresponde a la mitad de la distancia internuclear,.

A continuación se muestra con el tamaño relativo de los átomos de los elementos representativos. Los radios están expresados en nm (1 nm = 10-9 m)

Los radios de los átomos varían en función de que se encuentren en estado gaseoso o unidos mediante enlaces iónico, covalente o metálico.

Las propiedades químicas y físicas de los elementos están determinadas por la configuración electrónica y son por tanto función periódica del número atómico.

(7)

En un grupo: el tamaño atómico aumenta al descender en un grupo

 Al descender en el grupo aumenta el número atómico y, por tanto, la carga nuclear. Los electrones son atraídos con más fuerza y por consiguiente disminuye el tamaño

 Al descender en el grupo, aumentan el número de capas, con lo que el tamaño aumenta.

Este factor prevalece sobre el anterior.

En un período: el tamaño atómico disminuye al avanzar en un período

 Al aumentar el número de electrones en la misma capa, aumenta la carga nuclear y los electrones se acercan más al núcleo. Los

elementos de una serie de transición externa no presentan

modificaciones notables en sus radios atómicos al variar el número atómico.

Dentro de cada período, los átomos de los metales

alcalinos son los más grandes. Los de menor

volumen son los de

(8)

Variación del tamaño de los iones

En iones positivos (cationes): el tamaño del catión es más pequeño que el del átomo neutro ya que al perder electrones de la capa más externa, los que quedan son atraídos por el núcleo con más fuerza por la carga positiva del núcleo. Aumenta la carga nuclear efectiva.

En iones negativos (aniones): el tamaño del anión es más grande que el del átomo neutro. Un ión negativo se forma cuando el átomo gana electrones. Estos electrones aumentan las fuerzas de repulsión existentes entre ellos. Disminuye la carga nuclear efectiva.

Li

Li

+

Pierde 1 e

-F

F

-

Gana 1 e

(9)

Energía de Ionización.

La primera energía de ionización (EI) es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en estado gaseoso. Constituye una medida de la fuerza con que un átomo retiene electrones por lo que, en definitiva, es una medida de la estibilidad de la estructura electrónica de un átomo aislado.

Ca (g) + EI Ca+ (g) + e

-La segunda energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el siguiente electrón del ión monopositivo formado:

Ca+ (g) + 2ªEI Ca2+ (g) + e-

La energía de ionización disminuye al descender en un grupo ya que la carga nuclear aumenta y también aumenta el número de capas electrónicas, por lo que el electrón a separar que está en el nivel energético más externo, éste siente menos la atracción de la carga nuclear (está más apantallado) y necesita menos energía para ser separado del átomo

La energía de ionización crece al avanzar en un período ya que al avanzar en un período, disminuye el tamaño atómico y aumenta la carga positiva del núcleo. Así, los electrones al estar atraídos cada vez con más fuerza, cuesta más arrancarlos

(10)

Afinidad Electrónica. (AE)

Afinidad electrónica es el cambio de energía que acompaña al proceso de adición de un electrón a un átomo gaseoso (AE).

Los valores de la afinidad electrónica se consideran, normalmente, para 1 mol de átomos

Aplicando el convenio de termodinámica de signos, un ejemplo sería:

𝐹(𝑔) + 𝑒− → 𝐹− (𝑔)+

328𝑘𝐽

𝑚𝑜𝑙 ⟹ 𝐴𝐸 < 0 (𝐴𝐸 = −

328𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 )

𝐵𝑒 + 𝑒− → 𝐵𝑒− (𝑔)+

240𝑘𝐽

𝑚𝑜𝑙 ⟹ 𝐴𝐸 > 0 (𝐴𝐸 = +

240𝑘𝐽 𝑚𝑜𝑙 )

La mayoría de los átomos neutros, al adicionar un electrón, desprenden energía, siendo los halógenos los que más desprenden y los alcalinotérreos los que absorben más energía.

La variación de la afinidad electrónica es similar a la de la energía de ionización, sin embargo hay algunas excepciones y la afinidad electrónica de algunos elementos se desconoce.

(11)

La electronegatividad es la tendencia que tienen los átomos de un elemento a atraer hacia sí los electrones cuando se combinan con átomos de otro elemento. Por tanto es una propiedad de los átomos enlazados

Electronegatividad.

La electronegatividad aumenta con el número atómico en un período

(12)

Los Gases Nobles. Regla del Octeto.

Los gases nobles

tienen una configuración electrónica externa

ns

2

np

6

es decir, tienen

8 electrones en su última capa

(excepto

el He que tiene 2).

Una capa de valencia con

8 electrones se denomina octeto

, y

Lewis enunció la

regla del octeto

diciendo:

“En la formación de un compuesto, un átomo tiende a intercambiar

electrones con otros átomos hasta conseguir una capa de valencia

de ocho electrones”

H

-

He

Li

+

Be

2+

N

3-

O

2-

F

-

Ne

Na

+

Mg

2+

Al

3+

S

2-

Cl

-

Ar

K

+

Ca

2+

Se

2-

Br

-

Kr

Rb

+

Sr

2+

Te

2-

I

-

Xe

Cs

+

Ba

2+

(13)

Anomalías en las configuraciones electrónicas de algunos elementos: (Los elementos subrayados son los que más suelen aparecer)

Columna Elemento Configuración electrónica

5 Niobio Kr4d45s1

6 Cromo Ar3d54s1

6 Molibdeno Kr4d55s1

8 Rutenio Kr4d75s1

9 Rodio Kr4d85s1

10 Paladio Kr4d10

11 Cobre Ar3d104s1

11 Plata Kr4d105s1

Referencias

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