EL ROMPE- CABEZAS P E R I Ó D I C O

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4

E L R O M P E -

C A B E Z A S

P E R I Ó D I C O

D i m i t r i I v a n o v i c h M E N D E L E E V Un lugar para cada elemento y cada elemento en su lugar

Prof. Andrea López

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Rove-4 – El rompecabezas periódico En este capítulo analizaremos la Tabla Periódica. De inmediato surgen algunas preguntas: ¿qué es? ¿cómo fue construída? ¿para qué sirve?. Intentaremos contestar estos interrogantes y los que surjan oportunamente. Seguidamente haremos una breve referencia acerca de su construcción y luego analizaremos sus apli-caciones.

En la actualidad son conocidos 115 elementos químicos cuyas propieda-des físicas y químicas constituyen una gama tan extensa y variada, que su estudio de-mandaría un esfuerzo casi imposible de realizar. Sin embargo, si de alguna manera se agrupase a los elementos en conjuntos o familias con propiedades semejantes, bastaría conocer las propiedades de un solo miembro de la familia, para predecir las de los de-más. De esta forma, se simplificaría el estudio de los elementos y de la química en ge-neral. Por ejemplo, si tuviéramos que ubicar un conjunto de libros en los es-tantes de una biblioteca, podríamos ordenarlos según el tamaño de menor a mayor, o bien separándolos por contenidos temáticos en cada estante. Resulta evidente que el segundo criterio es más útil para su búsqueda. Esto nos indica la necesidad de clasificar a los elementos de acuerdo con algún criterio.

Los químicos del siglo XIX encontraron semejanzas entre las propiedades físicas de algunos elementos. Por ejemplo, el Sodio y el Potasio son metales; el Helio, el Neón y el Argón son gases de muy poca reactividad química. El pro-blema básico reside en elegir algún criterio que permita agrupar los elementos en una serie de familias cuyos miembros tengan propiedades fisicoquímicas seme-jantes. El trabajo es semejante a armar un rompecabezas. Al comenzar la tarea parece imposible. Hay que ubicar gran cantidad de piezas de distintas formas, colores y tamaños. Pero a medida que se estudia cada pieza y es colocada en el lugar apropiado, el rompecabezas parece resolverse por sí solo y la figura busca-da se ve cabusca-da vez más clara. Está claro que desde antes de empezar, sabemos que todas las piezas encajan perfectamente y que al terminar obtendremos una figura completa.

Las primeras clasificaciones de los elementos datan de la segunda mitad del siglo XIX. A la sazón, sólo eran conocidos 63 elementos. A diferencia de lo que ocurre con un rompecabezas, los químicos de la época no sabían si podían lograr un sistema completo y ni siquiera si poseían todas las piezas.

TRIADAS Y OCTAVAS

En la primera mitad del siglo XIX, los químicos pensaban que debía haber una estrecha relación entre los pesos atómicos* de los elementos con las semejanzas y diferencias entre ellos.

Hacia 1871 el químico alemán Johan Döbereiner descubrió ciertas se-mejanzas entre los elementos Calcio (Ca), Estroncio (Sr) y Bario (Ba). El Estroncio presentaba propiedades intermedias entre las del Calcio y el Bario. Además, observó que el peso atómico del Sr era muy similar al promedio de los pesos atómicos del Ca y del Ba:

137

)

Ba

(

Pa

5

.

88

2

137

40

y

88

)

Sr

(

Pa

40

)

Ca

(

Pa

=

=

+

=

=

Años después Döbereiner, encontró dos grupos de tres elementos cada uno: Azufre, Selenio, Telurio y Cloro, Bromo, Iodo, donde los elementos de cada grupo tenían propiedades similares. Lo más notable fue que nuevamente el peso atómico del Selenio era el promedio de los pesos atómicos del Azufre y del Telurio y lo mismo ocurría con el Bromo respecto del Cloro y del Iodo.

¿HACIA DONDE VAMOS ?

En este capítulo estudia-remos la organización sistemática de los ele-mentos en la Tabla Pe-riódica y la relación que hay con sus configura-ciones electrónicas.

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4 – El rompecabezas periódico Döbereiner denominó tríadas a estos grupos de tres elementos y entu-siasmado con su descubrimiento siguió buscando otras tríadas sin lograr encontrarlas. Esto hizo pensar a los científicos de su época que sus hallazgos habían sido una mera coincidencia.

En 1864 el inglés John Newlands, al ordenar los elementos entonces conocidos según el valor creciente de sus pesos atómicos, observó que las propie-dades se repetían cada ocho elementos. Es decir, el octavo elemento de su lista presentaba propiedades similares a las del primero, el noveno a las del segundo y así sucesivamente. Así, exceptuando al Hidrógeno cuyas propiedades son peculiares, encontró semejanzas entre las propiedades del Litio y el Sodio, el Berilio y el Magnesio, etc. Como los elementos así ordenados, repetían sus propiedades en intervalos de siete, Newlands comparó a éstos con las siete notas de la escala musical, como se muestra en la Figura 1.

H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl 1.0 6.9 9.0 10.8 12 14 16 19 23 24.3 27 28 31 32 35.5

do re mi fa sol la si do re mi fa sol la si

Figura 1: Repetición de las propiedades de algunos elementos en intervalos de a siete, como ocurre con las notas de la escala musical.

A esta periodicidad de las propiedades que se repetía en el octavo ele-mento, la llamó ley de las octavas, por su analogía con las octavas de la escala musical, donde la octava nota es igual a la primera. Además, Newlands construyó su tabla dividiendo la lista en columnas de siete elementos cada una.

Desafortunadamente para él algunos elementos no encajaban correc-tamente en los lugares que les había asignado en la tabla, pero el gran descubrimiento estaba muy cerca.

MENDELEEV Y SU TABLA

En 1869, el alemán Julius Lothar Meyer y el ruso Dimitri Mendeleev, en forma independiente y siguiendo el mismo criterio que Newlands, ordenaron los elementos según su peso atómico creciente. De esta forma, los elementos con propiedades similares quedaron agrupados en columnas en una tabla.

La mayor parte del mérito de este descubrimiento es atribuido al ruso, porque él efectuó los aportes más notables para la construcción de esta tabla y sobre todo por el uso extraordinario que le dio.

Mendeleev buscaba un sistema armonioso que permitiera relacionar los elementos unos con otros, de acuerdo con sus propiedades.

Tras años de recolectar y analizar datos, dispuso los 63 elementos des-cubiertos hasta ese momento en orden creciente de sus pesos atómicos, empe-zando por el Hidrógeno y terminando con el uranio. Los ubicó de tal manera, que los que tuvieran propiedades análogas quedaran en la misma columna. Esto dio origen a una clasificación de los elementos, que es la base de la ac-tual Tabla Periódica. Por primera vez, apareció una tabla que organizaba a todos los elementos en familias definidas y no se trataba de coincidencias ais-ladas como las tríadas o las octavas.

En febrero de 1869, Mendeleev formuló su ley periódica de la siguiente manera:

Los elementos ordenados según sus pesos atómicos crecientes, pre-sentan periodicidad en sus propiedades.

Para comprender mejor el trabajo del sabio ruso, coloquemos los prime-ros 18 elementos, en orden creciente de sus masas atómicas. En la Figura 2 mostramos estos elementos, comenzando por el Hidrógeno y terminando con el Cloro, ordenados según ese criterio.

Si ahora buscamos los elementos que presentan propiedades químicas semejantes, podemos descubrir que el Helio se asemeja al Neón, que se halla ubicado 8 lugares más adelante, el Litio al Sodio y así sucesivamente. Es decir, las propiedades de los elementos se repiten de a 8. aquí nuevamente es con-veniente exceptuar al Hidrógeno que tiene propiedades singulares.

MÚSICA, MA-ESTRO

Mendeleev

Es considerado el crea-dor de la clasificación periódica. Nació el pri-mero de febrero de 1834, en la ciudad de Tobolsk, un lugar desolado de Siberia oriental. Era el menor de los 17 hijos del director de la escuela local. Hombre corpulen-to y de mirada penetran-te, fue nombrado profe-sor titular de la Univer-sidad de San Petesburgo cuando sólo contaba con 31 años de edad.

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4 – El rompecabezas periódico H He Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl Al 1.0 4.0 6.9 9.0 10.8 12 14 16 19 23 24.3 27 28 31 32 35.5 39.9

Figura 2: Lista de los primeros dieciocho elementos ordenados según sus masas atómicas crecientes. Hasta aquí Mendeleev había seguido los pasos de Newlands, pero luego siguió ordenando más elementos, logrando agruparlos en forma más adecuada de acuerdo con sus propie-dades. Además predijo propiedades de elementos que aún no habían sido descubiertos.

Si ordenamos estos primeros dieciocho elementos en grupos de ocho, colocándolos uno debajo del otro, en filas sucesivas, obtenemos:

H 1.0

He 4.0 Li

6.94 Be 9.0

B 10.8

C 12

N 14

O 16

F 19

Ne 20.2 Na

23

Mg 24.3

Al 27

Si 28

P 31

S 32

Cl 35.5

Ar 39.9

De esta forma, salvo el Hidrógeno, los elementos con propiedades se mejantes quedan ubicados en una misma columna, perteneciendo así a la misma fa-milia.

Sin embargo, al continuar ordenando los elementos conocidos según dicho criterio, Mendeleev observó que algunos no quedaban ubicados con los de su familia en la tabla. Entonces los corrió de lugar de forma tal, que quedaran acomoda-dos correctamente, dejando esos lugares vacíos (“huecos”). Además, supuso que es-tos huecos deberían ser ocupados por elemenes-tos que aúno no habían sido descubier-tos. Lo que había que hacer era buscarlos, decía Dimitri convencido de su sistema periódico. Más aún, basándose en la posición que estos elementos debían ocupar en la tabla, predijo muchas de sus propiedades.

Su confianza en la clasificación era tan grande, que publicó un informe detallado acerca de las propiedades de tres elementos que a la sazón, no habían sido descubiertos. Uno de ellos debía ubicarse debajo del Aluminio y por su parecido con éste lo llamó Eka-aluminio. El segundo elemento debía de tener propiedades intermedias entre el Silicio y el Estaño ya que había un lugar vacío entre ello, como se muestra en la Figura 3, y lo llamó Eka-silicio (Es). Por último predijo también las propiedades del Eka-boro, el tercer elemento desconocido.

El mundo científico recibió con escepticismo sus predicciones, pero por suerte Mendeleev no tuvo que esperar demasiado. Años más tarde, en 1874, el químico francés Paul Emil Lecoq estudiando un mineral, descubrió un nuevo elemento al que denominó Galio. Apenas Mendeleev leyó la descripción del nuevo elemento comprendió que se trataba de su Eka-aluminio.

Cuatro años después Lars Frederick Nilson un químico sueco, descubrió un nuevo elemento al que llamó Escandio en honor a Escandinavia. Sus propiedades eran semejantes al Eka-boro descripto por Mendeleev. Finalmente, en 1886 se cumple su última predicción. El químico alemán Clemens Alexander Winkler descubre el Germanio cuyas propiedades indicaban sin duda que se trataba del Eka-silisio. En la Tabla 1 mostramos un cuadro comparativo con las predicciones hechas por Mendeleev de las propiedades de su Eka-silicio con las del Germanio.

Propiedad Eka-silicio (Es, 1871) Germanio (Ge, 1886)

Masa atómica 72 73.2

Densidad (g/cm3) 5.50 5.47

Color Gris Gris claro

Fórmula del cloruro EsCl4 GeCl4

Densidad del cloruro 1.90 1.88

Solubilidad en HCl Poco soluble insoluble

Tabla 1: Cuadro comparativo de las propiedades predichas por Mendeleev para el Eka-silicio, con las del Germanio.

Ya no cabían dudas, su Tabla Periódica no era obra de la casualidad. ¡El genial ruso había resuelto el rompecabezas, contando apenas con algo más de la mitad de las piezas!. La

14 15

1

2 C N

3 Si P

4 Es As

5 Sn Sb

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4 – El rompecabezas periódico tabla podía ser usada para predecir como se comportaría un elemento determinado con sólo observar qué posición ocupaba. Su tabla fue entonces reconocida como un trabajo sensacional.

Pero así como no hay rosas sin espinas, la clasificación periódica cons-truida según el orden creciente de los pesos atómicos de los elementos, también tenía las suyas. En efec-to, analizando la actual Tabla Periódica, observamos que el Potasio que tiene masa atómica 39.10u, figu-ra ubicado después del Argón cuya masa atómica es mayor (39.5u). Sin embargo, el Argón es un gas noble y el Potasio un metal alcalino, y por lo tanto había que invertir el orden de los elementos para que cada uno quede con su familia. El mismo problema se presentaba en los casos del Cobalto con el Níquel y del Telurio con el Iodo. Mendeleev se dio cuenta de este inconveniente y suponiendo que los pesos atómicos habían sido mal determinadas, invirtió el orden de estos tres pares de elementos para que quedaran ubi-cados con sus respectivas familias. Pero en realidad, los valores de los pesos atómicos eran correctos. Estos hechos sugerían que debía existir otra magnitud distinta del peso atómico, que permitiera ordenar correctamente los elementos, para que cada uno estuviera con su correspondiente familia.

En 1913 el físico británico Henry G.Moseley, estudiando el fenómeno de difracción de los rayos X producidos por los átomos de distintos elementos, observó que la carga nuclear aumentaba en una unidad, al pasar de un elemento a otro en la Tabla Periódica. Es decir, cada elemento tenía un protón más que el anterior. Lue-go, caracterizó a cada elemento mediante el número de protones de sus átomos, al que denominó número atómico (Z).

Tomando este número como nuevo criterio para ordenar los elementos, Moseley encontró que desaparecían las inversiones que había en la tabla de Mendeleev, quedando todos los elementos correctamente ubicados.

De esta forma, la tabla actual ha sido construida ubicando los elemen-tos, en orden creciente de sus número atómicos y de manera talque los elementos con propiedades análo-gas, queden situados sobre una misma columna. Los elementos quedan así ordenados en filas horizontales (períodos) y en columnas verticales (grupos).

Luego, la ley periódica moderna podemos enunciarla como sigue: Los elementos ordenados según sus números atómicos crecientes, presentan periodicidad en sus propiedades”

A este ordenamiento de los elementos en períodos y grupos en una ta-bla, se lo denomina clasificación periódica.

Las propiedades fisicoquímicas de los elementos de un mismo período en general son distintas, mientras que las de un mismo grupo son similares.

Por otra parte, como el número de protones aumenta regularmente en una unidad al pasar de un elemento a otro a lo largo de las filas en la Tabla Periódica, el número atómico nos indica, además, el lugar que ocupa el elemento de la tabla.

EL ÚLTIMO ORDENAMIENTO

Hasta 1944, la tabla no tenía el aspecto actual. Los períodos y los gru-pos estaban dispuestos de otra forma.

Hacia 1940 había sido descubiertos 92 elementos, desde el Hidrógeno (H, Z=1) hasta el Uranio (U, Z=92). Debido a que el Uranio tenía propiedades similares al Tungsteno (W, Z=74), los elementos Torio (Th, Z=90), Protactinio (Pa, Z=91) y Uranio (U, Z=92) estaban ubicados en la Tabla Periódica debajo del Hafnio (Hf, Z=72), Tantalio (Ta, Z=73) y Tungsteno (W, Z=74) respectivamente.

Por otra parte, los elementos del 58 (Cerio) al 71 (Lutecio) constituían una serie conocida como tierras raras. Todos estos elementos tienen propiedades muy parecidas al Lanta-no (57) y por ello se los deLanta-nominó Lantánidos. Por razones de espacio se los ubicó en una fila separada al pie de la Tabla.

Pág 13, Cap 2.

Período es cada fila o secuencia horizontal de elementos de la tabla

.

Grupo es cada columna o secuencia vertical de elementos de la

ta-bla.

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4 – El rompecabezas periódico En 1940 Edwin M.McMillan descubrió trazas del primer elemento artifi cial el 93 (Neptunio), como resultado del bombardeo de átomos de Uranio. Poco después, el químico Glenn Seaborg descubrió el elemento 94 (Pluto-nio). De acuerdo con la estructura que tenía ese momento la tabla, estos dos elementos debían ir ubicados debajo del Renio (Re, Z=75) y del Osmio (Os, Z=76). Pero tanto el Neptunio como el Plutonio no tenían propiedades parecidas al Renio y al Osmio, sino que se comportaban químicamente igual que los elementos de las tierras raras. Luego de descubrir los elementos 94, 95 y 96, Seaborg concluyó que los elementos que comenzaban con el Actino (89), deberían formar una segunda serie de tierras raras y se los denominó Actínidos.

Basándose en las propiedades de los elementos que él había descubier-to, Glenn Seaborg reestructuró la Tabla Periódica. “En 1944, mientras trabajaba en el Laboratorio Me-talúrgico de Chicago – relata Seaborg – se me ocurrió que estos elementos (Th, Pa, y U) estaban mal ubi-cados y que debían ser los tres primeros integrantes de la serie de los actínidos. Entonces saqué los tres elementos y los puse en el nivel inferior debajo del Cerio (Ce, Z=58) y luego continué con el 93 hasta el 103. Presenté esta idea en un seminario y provocó gran conmoción en el mundo científico. Mis colegas pensaban que tanto el Th como el Pa y el U debían estar en esas sacrosantas posiciones, en el cuerpo de la tabla”.

Recién después de la Segunda Guerra Mundial, cuando Glenn pudo pu-blicar su nuevo ordenamiento fue aceptada la nueva tabla. Sus ideas fueron verificadas cuando se pudie-ron obtener artificialmente los elementos siguientes. La nueva disposición permitió predecir las propieda-des de muchos elementos. Fue merecedor del Premio Noble de Química en 1951 y en su honor, el elemen-to 106 se denominó Seaborgio (Sg).

En este libro seguiremos la versión de la Tabla Periódica recomendada por la IUPAC en 1985, en la cual aparecen 18 grupos y 7 períodos numerados correlativamente.

Para que vayan conociendo la tabla, les proponemos que realicen la siguiente actividad:

1.

En el siguiente esquema de la Tabla Periódica

1 18

1 1 2 3

57 72 73

89 104 105 106 107 108 109 110 111 112 114 116 118

58 90

a) Indicar los períodos y los grupos en los casilleros sombreados

b) Colocar en cada casillero el número atómico del elemento correspondien-te.

2.

Completar el siguiente cuadro:

PERIODO 1 2 3 4 5 6 7 Nº DE ELEMENTOS

6 72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os 7 90

Th 91 Pa

92 U

Viejo ordenamiento de los elementos Te, Pa y U.

(7)

4 – El rompecabezas periódico Figura 3: Tabla Periódica actual en la que los elementos se hallan ubicados según el orden creciente de sus números atómicos, donde se indica la separación entre metales y no metales.

A cada elemento le corresponde un casillero perfectamente identificado por su número atómico (Z).

Hay 18 grupos de elementos de los cuales 8 son largos (1 y 2 y del 13 al 18), pues contienen mayor número de elementos, y 10 cortos (del 3 al 12) con menor número de elementos que figuran en el centro dela tabla.

Hay 7 períodos de distinta extensión puesto que tienen diferente núme-ro de elementos. Además, en el sexto período luego del elemento 57 (La), los 14 elementos siguientes (del 58 al 71), tienen propiedades muy semejantes entre sí y por lo tanto constituyen una familia en sí misma. (Lantánidos). Algo similar ocurre en el período 7, con los 14 elementos que siguen al Actino (del 90 al 103). (Actínidos).

Estas dos familias de elementos, son ubicadas separadamente en dos fi-las en la parte inferior de la misma, evitando una longitud excesiva en la tabla.

El séptimo período aún está incompleto y en él se van incorporando los nuevos elementos.

Cada elemento aparece en la tabla en un casillero representado por su símbolo. En dicho casillero figuran, además, otros datos referidos al elemento, como número atómico (Z), masa atómica (Ae), número de oxidación, configuración electrónica, etc. Así por ejemplo, la letra C mayúscula de imprenta es el símbolo con el que designamos al elemento química Carbono. Debajo figura la masa atómi-ca y luego la configuración electróniatómi-ca. Abajo y a la izquierda aparece el número atómico correspondiente y en la parte superior están los números de oxidación. En general estos datos aparecen en un casillero aparte, como se muestra en la Figura 3, aunque pueden diferir según la versión de la Tabla Periódica utilizada.

Un análisis exhaustivo de la tabla actual nos permite observar algunos aspectos interesantes.

1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

1

H 1 He 2

2

Li 3 Be 4 5 B C 6 N 7 O 8 9 F Ne 10

3

Na 11 Mg 12 13 Al 14 Si 15 P 16 S 17 Cl 18 Ar

4

19 K 20 Ca 21 Sc 22 Ti 23 V 24 Cr Mn 25 Fe 26 Co 27 28 Ni 29 Cu Zn 30 Ga 31 Ge 32 33 As 34 Se 35 Br 36 Kr

5

37 Rb 38 Sr 39 Y 40 Zr Nb 41 Mo 42 43 Tc Ru 44 Rh 45 Pd 46 47 Ag Cd 48 49 In 50 Sn 51 Sb 52 Te 53 I 54 Xe

6

55 Cs 56 Ba 57 La 72 Hf 73 Ta 74 W 75 Re Os 76 77 Ir 78 Pt 79 Au Hg 80 81 TI Pb 82 83 Bi 84 Po 85 At 86 Rn

7

87 Fr 88 Ra 89 Ac 104 Rf 105 Db 106 Sg 107 Bh 108 Hs 109 Mt Uun 110 Uuu 111 Uub 112 113 Uut Uuq 114 Uuo 115 Uuh 116 Uus 117 Uuo 118

Lantánidos

Actínidos

Metales No Metales 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr CONCLUSIONES DE LA ACTIVIDAD 1 CAMINANDO POR LA TABLA

Metales

alcalinos

+4, -4, +2

6

C

Carbono 12.0111

1s22s22p2

Metales

alcalinotérreos

Elementos de transición

pnicógenos

calcógenos

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4 – El rompecabezas periódico En una primera instancia, los elementos pueden clasificarse, según sus propiedades más características, en metales y no metales. Sobre la derecha de la Tabla de la Figura 3, podemos observar una línea escalonada que sepa-ra los metales y los no metales. Esta división no es muy rigurosa, ya que algunos elementos cercanos a esta línea, tienen propiedades intermedias entre metales y no metales.

En líneas generales, podemos decir que los metales tienen brillo, pue-den convertirse en láminas (son maleables), puepue-den ser estirados en hilos (son dúctiles) y son buenos con-ductores del calor y la electricidad. Todos los metales son sólidos a presión normal y temperatura ambien-te (1 atm y 25ºC), con excepción del Mercurio (Hg) y del Francio (Fr) que son líquidos.

Los no metales, por el contrario, son malos conductores del calor y la corriente eléctrica. A presión normal y temperatura ambiente pueden ser gases, líquidos o sólidos quebra-dizos.

Finalmente hay ciertos elementos que no tienen propiedades bien defi-nidas, sino intermedias entre las de un metal y un no-metal. Por esta razón algunos autores los denominan semimetales y están situados próximos a la línea escalonada que divide los metales de los no metales en la Tabla Periódica. Por ejemplo, son semimetales el Alumino, el Germanio y el Antimonio.

Los elementos de los grupos 1, 2 y del 13 al 18 se denominan elementos representativos. Dentro de estos grupos hay algunos que reciben nombres especiales, como el 1 (metales alcalinos), el 2 (metales alcalinotérreos), el 15 (pnicógenos), el 16 (calcógenos), el 17 (halógenos), y el 18 (gases nobles). Los diez grupos cortos situados en el centro de la Tabla Periódica (del 3 al 12), correspon-den a los correspon-denominados elementos de transición. Separados al pie de la tabla aparecen los elementos de transición interna dividios en dos series: lantánidos y actínidos, llamados así por sus semejanzas con el Lantano y el Actino.

Los nombres de los elementos 101 al 109 fueron acordados en 1997, según las últimas recomendaciones de la IUPAC. Los nombres y símbolos de los elementos 110, 11,112, 114, 116 y 118 aún no están definidos.

Cabe destacar, que los elementos 113, 115 y 117 aún no han sido descu-biertos, pero están incluidos en esta Tabla Periódica a solo efecto de mostrar la posición que ocuparían. Además, los elementos 114, 116 y 118 fueron descubiertos recientemente y sus características aún no

están bien definidas.

3.

Utilizando la Tabla Periódica, completar el siguiente cuadro:

Elemento Z Ae Período Grupo Nombre del Grupo Metal

Sodio 1

6 Halógeno no

4 11

18 92

Más allá del 112

De una manera simple, podemos decir que los átomos consisten en un núcleo central formado

por protones y neutrones, rodeado por una nube de electrones. Sin embargo, no todas las combinaciones de protones y neutrones en el núcleo son estables. Por ejemplo, no puede encon-trarse normalmente en la naturaleza, ningún elemento cuyos átomos sean más pesados que los de Uranio – 238, con 92 protones y 146 neutrones.

Los científicos han creado artificialmente nue-vos elementos por colisión entre dos núcleos de elementos pesados, esperando que ellos formen un nuevo núcleo más pesado. Los elementos sintetizados artificialmente, a menudo tienen un corto período de vida, pero constituyen un valioso aporte para analizar la estructura del núcleo atómico. Además, brindan la oportunidad de estudiar las propiedades de elementos más pesados que el uranio.

El 114

El 30 de enero de 1999, el diario Clarín de Buenos Aires publicó el si-guiente artículo:

En el Apéndice de este capítulo hay una lista de todos los elementos conoci-dos en la actualidad.

ACTIVIDAD 2

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4 – El rompecabezas periódico Crean el elemento más pesado

Científicos rusos y estadounidenses aseguran haber creado un nuevo elemento de la Tabla Periódica, el “ultrapesado” jamás inventado. Al que se creía imposible...

De confirmarse los resultados positivos del experimento (todavía falta que lo publique en una revista especializada) el hallazgo podría marcar un hito en la historia de la física atómica. El elemento 114 – presentado por científicos del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de los Estados Unidos y el Instituto de Investigaciones de Duban, Rusia – no sólo es más pesado que cualquier otro de la naturaleza sino que es el único que pudo sobrevivir en el laboratorio para su estudio.

Es el acontecimiento más importante de nuestras vidas, dijo a la revista Science, Albert Ghiorso, del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley. El científico pasó los últimos 35 años tras este resultado. El experimento abre las ventanas a un nuevo “campo de estudio”, agregó Sigurd Hofmann, del Instituto para las Investigaciones en la Ionización Dura de Alemania.

Los científicos lograron el primer átomo del elemento 114 en uno de los más grandes ciclotrones rusos, tras un extenso bombardeo de átomos de Calcio sobre otros de Pluto-nio. Después de cuatro meses hallaron un raro elemento que contenía 114 protones y 184 neutrones en su nuevo núcleo. Pero lo más notable fue que el átomo resultante sobrevivió 30 segundos, período muy largo comparado con experiencias anteriores.

El 114 podría dar con el origen a una nueva generación de elementos artificiales ultrapesados. Esto inauguraría un nuevo panorama en el campo de los descubrimientos nu-cleares.

La posibilidad de crear un elemento superpesado y estable fue predicha por los físicos atómicos de la década del 40. Pero a pesar de los intensos esfuerzos durante más de medio siglo, el objetivo nunca había sido logrado. Siempre se chocó con el mismo obstáculo; hasta el elemento 114, altos niveles de energía provocados por la colisión de dos núcleos atómicos siempre terminaba des-estabilizando el nuevo núcleo resultante.

El nombre provisorio de este elemento es Ununquadium (Unq). Se pre-sume que es un sólido a temperatura ambiente y con características metálicas.

¡El 118!

El mundo científico todavía no ha salido del asombro causado por el descubrimiento del elemento 114, cuando el 9 de junio de 1999 se produjo otra sorpresa: la creación de dos nuevos y “superpesados” elementos. Éstos fueron “fabricados” por el bombardeo de átomos de plomo con la energía empaquetada por átomos de Kriptón, a la velocidad de dos trillones por segundo. En efec-to, los científicos del Laboratorio Nacional de Lawrence Berkeley (EEUU), han producido recientemente tres átomos del elemento 118, que contienen 118 protones y 175 neutrones en sus núcleos.

Este nuevo elemento decayó casi instantáneamente al elemento 116, el cual fue de corta vida. Pero por ese pequeño momento fueron los únicos tres átomos de esos elementos que jamás han existido sobre la Tierra.

Ken Gregorich, el químico nuclear que dirigió el equipo de descubrido-res, dijo: “Nuestro inesperado suceso en producir estos elementos superpesados abre un mundo completo de posibilidades usando reacciones similares: elementos nuevos e isótopos”. El Secretario de Energía de EE.UU, Bill Richardson, comentó: “Este extraordinario descubrimiento abre la puerta a posteriores inves-tigaciones dentro de la estructura del núcleo atómico”.

El elemento 118 toman menos que un milésimo de segundo para decaer por emisión de una partícula alfa, convirtiéndose en un átomo del elemento 116 que contienen 116 pro-tones y 173 neutrones. El 116 es también radiactivo y decae a un átomo del elemento 114, por emisión de una partícula alfa.

La cadena de sucesivas emisiones alfa continua hasta alcanzar por lo menos, el elemento 106.

Los nombres provisorios de los elementos 116 y 118 son Ununhexium (Uuh) y Ununoctium (Uuo), respectivamente.

(10)

4 – El rompecabezas periódico

¿QUÉ ES EL ELECTRÓN DIFERENCIAL?

De acuerdo con lo expuesto hasta aquí, sabemos que en la tabla actual los elementos están ordenados según el valor creciente de sus número atómicos. Luego, el número atómico de cualquier elemento es una unidad mayor que el del que le ante-cede en la tabla.

Por otra parte, el número atómico de un elemento es el número de protones y también de electrones de los átomos que lo constituyen. En consecuencia, el átomo de un ele-mento cualquiera posee un protón y un electrón más que el átomo del que le antecede en la tabla. Por ejemplo, un átomo del elemento Boro (B) cuyo número atómico es 5, tienen cinco protones y cinco elec-trones. El elemento que le antecede que es el Berilio (Be), de número atómico 4, tiene cuatro protones y cuatro electrones.

Esto significa que conocida la configuración electrónica de un elemento de la tabla, podemos establecer la del siguiente, por “adición” de un electrón. Este último electrón ad-quiere particular importancia, porque básicamente establece la diferencia existente entre dos elementos consecutivos de la tabla.

Dicho electrón, denominado electrón diferencial, se ubica en el orbital vacante de acuerdo con las reglas de construcción, vistas en el capítulo anterior.

Por ejemplo, comparemos las configuraciones electrónicas del Berilio y del Boro, que son elementos consecutivos en la tabla.

C.E (4Be): 1s2 2s2 C.E (5B) : 1s2 2s2 2p1

Como podemos observar, la única diferencia entre ambas configuracio-nes está en el último electrón del Boro que se ubica en el orbital 2p. Éste es el electrón diferencial del Boro.

4.

Con la ayuda de la regla de la diagonal, completar el siguiente esque-ma, ubicando en cada casillero el tipo de orbital donde se ubica el electrón diferen-cial del elemento correspondiente.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

1 1s 1s

2 2s 3s 2p 2p

3

4 3d

5 6

7 6d

6 4f 7 5f

5.

Teniendo en cuenta la tabla anterior, completar el siguiente cuadro co-locando los orbitales que se van llenando en cada período y el número cuántico principal (n) del nivel más extenso.

Pág 29 Cap. 3

EL ÚLTIMO ELECTRÓN

Es el último electrón de la C.E que diferencia a un elemento del que

le antecede en la clasificación periódica.

ELECTRÓN

DIFERENCIAL

(11)

4 – El rompecabezas periódico Período Orbitales n

1

2 2s y 2p 2 3

4 5 6 7

Existe una correspondencia entre la ubicación de los elementos en la tabla, y sus configuraciones electrónicas.

Al iniciar cada período, comienzan a completarse los orbitales de un nuevo nivel, caracterizado por el número cuántico principal (n).

El número cuántico principal correspondiente al último nivel, coincide con el número del período.

En cada período se ocupan los orbitales del último nivel y de niveles an-teriores.

Observando los resultados de la Actividad 3, podemos dividir la tabla en cuatro bloques de elementos designados por s, p, d y f, según el orbital en el que se encuentra el electrón diferencial, como se muestra en la Figura 4.

Figura 4: División de la Tabla Periódica en bloques de elementos, según la ubicación del electrón dife-rencial.

La Tabla Periódica queda así dividida de manera tal que los elementos con igual número de electrones en la C.E.E están situados en el mismo grupo. Por ejemplo, si escribimos la C.E de los elementos del grupo 1 donde resaltamos en negrita la C.E.E, tenemos:

1H: 1s

1

3Li: 1s 1

2s1

11Na: 1s 1

2s13s1

19K: 1s 1

2s1 3s14s1

37Rb: 1s1 2s1 3s1 4s15s1 55Cs: 1s1 2s1 3s1 4s1 5s1 6s1 87Fr: 1s1 2s1 3s1 4s1 5s1 6s17s1 CONCLUSIONES

DE LA ACTIVIDAD 3

BLOQUE DE ELEMENTOS

3 d

4 d

5 d

6 d

e le m e n t o s d e t r a n s ic ió n e le m e n t o s r e p r e s e n t a t iv o s

B lo q u e d 1 s

2 s

3 s

4 s

5 s

6 s

7 s B

l o q u e

s 3 d

4 d

5 d

6 d

2 p

3 p

4 p

5 p

6 p

7 p

B lo q u e p 1 s

4 f

5 f B lo q u e f

e le m e n t o s d e

(12)

4 – El rompecabezas periódico Los átomos de todos estos elementos tienen un único electrón en su C.E.E que se halla en un orbital s. La C.E.E de los elementos de este grupo, puede escribirse en forma general, como ns1, siendo n el número cuántico principal.

Haciendo lo propio con otros grupos obtenemos, por ejemplo, que la C.E.E generla de los metales alcalinotérreos (grupo 2) es ns2, la de los halógenos (grupo 17) es ns2np5 y la de los gases nobles (grupo 18) es ns2np6.

El bloque s está constituido por los elementos de los dos primeros gru-pos y el Helio. El bloque p comprende los elementos de los seis grupos que van desde el 13 al 18. los diez grupos desde el 3 al 12, constituyen el bloque d y al pie de la tabla aparece el grupo f que tiene catorce columnas.

Observemos que estos números: 2, 6, 10 y 14, corresponden al número máximo de electrones que pueden ocupar los orbitales s, p, d y f.

La división de los elementos en bloques, pone de manifiesto la estrecha relación entre la ubicación de un elemento en la tabla y su configuración electrónica externa. Además, los electrones de la C.E.E son los que están relacionados con las propiedades químicas de los elementos y son los que intervienen en las uniones químicas entre átomos, para formar diversas sustancias.

Teniendo en cuenta los bloques indicados en la Figura 4, podemos clasi-ficar a los elementos químicos de la siguiente manera:

Elementos representativos (bloques s y p)

Los elementos representativos son aquellos cuyos átomos tienen su electrón diferencial ubicado en un orbital s ó p del último nivel.

Sus propiedades fisicoquímicas muestran una variación periódica defini-da. Dentro del bloque s se encuentran el Hidrógeno, el Helio y los metales alcali-no y alcalialcali-notérreos.

En el bloque p se ubican en el siguiente orden, los elementos de las familias Boro, del Carbono, los pnicógenos, los calcógenos, los halógenos y los gases nobles*.

A continuación daremos las características de los elementos más impor-tantes de cada uno de los grupos correspondientes a los elementos representativos.

El Hidrógeno

Es el primer elemento que aparece en la Tabla (Z=1) y su C.E es 1s1. La pérdida de su electrón produce el catión monopositivo H+, al igual que los metales alcali-nos (grupo 1) que producen cationes con una sola carga positiva. Por otra parte, le falta un electrón para completar su nivel, como ocurre con los halógenos (grupo 17) y como ellos, puede formar un anión mononegativo (H-) por ganancia de un electrón. Sin embar-go, sus propiedades no se parecen en nada a las de los elementos del grupo 1 ni a los del 17. por estas razones, el Hidrógeno no tiene una ubicación adecuada en la tabla, aunque tradicionalmente se lo ubica en el grupo 1 junto con los metales alcalinos.

El Hidrógeno libre, es un gas incoloro e inodoro constituido por molécu-las diatómicas (H2). Es el más liviano de todos los gases conocidos.

Los metales alcalinos

La C.E.E general de los elementos de este grupo es ns1, por lo cual tie-nen un único electrón en el nivel más externo. Tietie-nen tendencia a formar iones monopositivos (carga 1+) por pérdida de dicho electrón.

Presentan en alto grado las características metálicas y gran actividad química. Reaccionan violentamente con el agua generando sustancias con propiedades básicas.

Los iones sodio (Na+) se encuentran en el agua de mar y en grandes yacimientos de sal (salinas), formando compuestos que en su mayoría son solubles en agua.

Pág 29 Cap. 3

*Algunos autores prefieren colocar a los gases nobles en un bloque aparte.

GRUPO I

(13)

4 – El rompecabezas periódico Los metales alcalinotérreos

Presentan claras características metálicas, aunque en menor medida que las de los metales alcalinos.

La C.E.E general es ns2, es decir, tienen dos electrones en su capa más externa y su pérdida origina iones positivos con carga 2+.

Se hallan en la naturaleza formando diversas sustancias, como cloruro de calcio, sulfato de bario, etc. Muchos de estas sustancias, a diferencia de las del grupo 1, son insolubles en agua.

Grupo del Boro

La configuración electrónica general del último nivel de los elementos de este grupo (C.E.E) es ns2np1, es decir, tienen 3 electrones en su nivel más externo. Se lo conoce también como grupo del Aluminio, por ser éste el elemento más importante por sus múltiples aplicaciones, aunque no es el primero del grupo.

Con excepción del Boro, que tiene propiedades no metálicas, los demás elementos de este grupo presentan propiedades metálicas típicas.

Grupo del Carbono

Los elementos de este grupo tienen 4 electrones externos, siendo su C.E.E general ns2np2.

Los dos primeros elementos y más importantes de este grupo por los usos, son no metales. El Carbono, porque forma compuestos que constituyen la base de la materia viva y el Silicio porque sus compuestos minerales están en casi toda la corteza terrestre. Los restantes elementos del grupo son metales.

Pnicógenos (Grupo del Nitrógeno)

Los elementos de este grupo presentan la C.E.E ns2np3, es decir, tie-nen 5 electrones en su último nivel. Al recorrer este grupo de arriba hacia abajo van cambiando ostensiblemente las propiedades metálicas de los elementos. En efecto: tan-to el Nitrógeno como el Fósforo, son dos no metales típicos, el Arsénico y el Antimonio tienen propiedades intermedias, mientras que el Bismuto, que es el elemento más pesa-do del grupo es metálico.

Calcógenos (Grupo del Oxígeno)

Los elementos de este grupo tienen la C.E.E ns2np4

correspondiente a 6 electrones en su nivel más externo. Esto significa que si de algún modo uno de ellos adquiera dos electrones adicionales, tendría igual configuración electrónica que el gas noble de su mismo período. Esto hace que estos elementos tengan tendencia a formar iones dinegativos.

GRUPO 2

2 1 2 Be 3 Mg 4 Ca 5 Sr 6 Ba 7 Ra

GRUPO 13

13 1 2 B 3 Al 4 Ga 5 In 6 TI

GRUPO 14

14 1 2 C 3 Si 4 Ge 5 Sn 6 Pb

GRUPO 15

15 1 2 N 3 P 4 As 5 Sb 6 Bi

GRUPO 16

(14)

4 – El rompecabezas periódico

Los halógenos

La configuración electrónica externa general de estos elementos ns2np5

, nos indica que poseen 7 electrones externos, es decir, uno menos que los gases nobles. Por esta razón, los halógenos presentan gran tendencia a ganar un electrón dando lugar a iones negativos monovalentes (una sola carga).

Son no metales típicos aunque el Astato (At), el elemento más pesado del grupo, presenta algunas características metálicas.

Los gases nobles

Todos estos elementos a presión normal y temperatura ambiente son ga-ses que se encuentran en pequeñas cantidades en la atmósfera. Sus moléculas son mono-atómicas y sus átomos tienen todos sus niveles completos. Presentan la configuración electrónica exterior ns2np6 con 8 electrones en su último nivel, salvo el caso del Helio que solo posee 2 electrones y cuya C.E es 1s2. esta configuración les confiere gran esta-bilidad. Podemos considerar a cada gas noble como la estación terminal donde se com-pleta la configuración electrónica de los elementos de su período. A estos hechos se atribuye la escasísima reactividad química que presentan, por lo cual también se los conoce como gases inertes. No existen otros elementos que presenten estas característi-cas. No obstante, desde 1962 se han sintetizado algunos compuestos de kriptón y de xenón.

Elementos de transición (bloque d)

Son aquellos elementos cuyos átomos tienen su electrón diferencial en un orbital d del penúltimo nivel (n-1). Es decir, van completando el orbital d del nivel n-1.

Ocupan los períodos cuarto, quinto, sexto y séptimo y están comprendi-dos dentro de los grupos que van desde el 3 hasta el 12, que se hallan en el centro de la tabla.

Los elementos de transición aparecen recién en el cuarto período sien-do el Escandio (Sc) el primer representante de esta serie.

Son todos metales, algunos muy conocidos como Fe, Cu, Zn, Ag, Au, Hg, etc. Además de las semejanzas entre los elementos de un mismo grupo, presentan similares propiedades físicas dentro de un mismo período, conocidas como analogías horizontales.

Elementos de transición interna (bloque f)

Los átomos de estos elementos tienen su electrón diferencial ubicado en un orbital f del antepenúltimo nivel (n-2), que es el que están completando. Van llenando los orbitales 4f (lantánidos) y 5f (actínidos). Están situados al pie de la tabla constituyendo las series de los lantánidos y de los actínidos con 14 elementos cada una, también denominados tierras raras. Pertenecen a los perío-dos 6 y 7 de la tabla aunque el grupo no está definido. Las propiedades de los miembros de cada serie son muy semejantes y también se registran analogías entre los elementos de ambas series.

IDENTIFICACIÓN DEL PERÍODO Y DEL GRUPO DE UN

GRUPO 17

17 1 2 F 3 Cl 4 Br 5 I 6 At

GRUPO 18

18 1 He 2 Ne 3 Ar 4 Kr 5 Xe 6 Rn

GRUPOS 3-12

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 4

(15)

4 – El rompecabezas periódico

ELEMENTO.

La configuración electrónica de un elemento guarda una estrecha relación con el lugar que éste ocupa dentro de la Tabla.

Para localizar un elemento en la tabla es necesario conocer el período y el grupo al que per-tenece. A continuación veremos como es posible determinar el período y el grupo a los que pertenece un

elemento, utilizando su C.E.

Período

De acuerdo con la segunda conclusión de la Activi-dad 3, el número del período al que pertenece un elemento viene Activi-dado por el número cuántico principal del nivel más externo de su C.E., caracterizado por el mayor valor de n. Así por ejemplo el Silicio (Z=14) cuya C.E. es 1s22s22p63s23p2, pertenece al tercer período dado que su nivel más externo es el 3.

En el caso del Titanio (Z=22) de C.E., es 1s22s22p63s24s23d2, el nivel más externo es el 4 y por lo tanto pertenece al cuarto período. Como podemos observar en los ejemplos anteriores, el nivel más externo corresponde al mayor número cuántico principal de la configuración electrónica.

Grupo

Con el objeto de determinar el grupo al que pertenece un elemento, les proponemos la siguiente Actividad.

Un análisis de la Tabla Periódica nos indica que el grupo al que perte-nece un elemento depende del bloque en el que se halla.

Para determinar el grupo al que pertenece un elemento, es conveniente establecer su C.E.E. y observar en qué tipo de orbital se halla ubicado el electrón diferencial.

6.

Para obtener reglas que nos permitan determinar el grupo, les propo-nemos que completen y analicen el siguiente cuadro:

Elemento Z Configuración electrónica C.E.E. Bloque Grupo Sodio 11 1s22s22p63s1 3s1 s 1 Calcio 20

Cloro 17 1s22s22p63s23p5 3s23p5 p 17 Arsénico 33

Vanadio 23 1s22s22p63s23p64s23d3 4s23d3 d 5 Cadmio 48

Relacionando el número de electrones de la C.E.E., con el grupo al que pertenecen los elementos del ejemplo anterior, podemos establecer las siguientes reglas:

Si el electrón diferencial está ubicado en un orbital s, como por ejem-plo en el Sodio, el número del grupo es igual al número de electrones de su C.E.E., pertenece al grupo 1.

Si el electrón diferencial se halla en un orbital p, como en el Cloro, el número del grupo es igual al número total de electrones de la C.E.E más 10 (debido a los 10 elementos de transición). Luego el grupo del Cloro es: 2+5+10 = 17.

Si el electrón diferencial se encuentra en un orbital d, como en el Va-nadio, el número del grupo es igual al número total de electrones de la C.E.E. Es decir, la suma de los electrones s y d. Por lo tanto el Vanadio pertenece al grupo : 2+3 = 5.

7.

Construir un esquema de la Tabla Periódica, indicando:

a) La ubicación de los períodos y el número de elementos que integra cada uno de ellos.

b) La ubicación de los grupos y el número de elementos que los com-ponen.

8.

Adjudicar a cada número atómico que aparece en la columna de la iz-quierda, la letra correspondiente al tipo de elemento que figura en la columna de la derecha.

PERÍODOS Y GRUPOS

ACTIVIDAD 4

CONCLUSIONES DE LA ACTIVIDAD 4

(16)

4 – El rompecabezas periódico Z = 14… a: metal de transición

Z = 10… b: gas noble

Z = 30… c: elemento representativo Z = 36… d: elemento de transición interna

9.

La C.E. 1s22s22p63p6, corresponde a: a) un actínido

b) un gas noble

c) un metal de transición d) un halógeno

e) ninguno de los elementos mencionados

10.

Completar el siguiente cuadro:

Configuración electrónica Z Período Grupo Tipo de elemento 4

4 16

3 Halógeno

C.E.E 4s24p6 1s22s22p63s23p64s23d2

11.

Seleccionar entre los elementos que tienen los números atómicos si-guientes: 2, 9, 12, 17, 21, 37, 55.

a) Los del mismo período b) Los del mismo grupo

Justificar las respuestas, mediante la C.E.

12.

Dadas las siguientes afirmaciones indicar si son verdaderas o falsas, jus-tificando las respuestas.

a) la C.E.E. del cuarto halógeno es: 5s25p5

b) todos los átomos del tercer metal alcalino, tienen 11 protones en sus núcleos.

c) La C.E. del elemento del cuarto período y grupo 4 es: [Ar]4s23d2. d) Los átomos del elemento del segundo período y grupo 15 tienen 3 electrones en su nivel más externo.

e) El elemento X cuyo nucleído 37X tiene 20 neutrones en su núcleo, es el segundo halógeno.

13.

La C.E.E del último elemento de transición del cuarto período es: a) 4s23d2

b) 4d10 c) 4s23d10 d) 3s24d10

e) ninguna de las anteriores

14.

Indicar en el siguiente esquema de la Tabla Periódica:

a) El número de elementos que constituyen el tercer y el cuarto per-íodo

b) El segundo metal alcalino c) El tercer halógeno

d) El primer elemento de transición interna

e) Los elementos cuyos números atómicos son: 19, 13,48 y 92. f) El elemento cuya C.E. es: 1s22s22p63s23p64s23d3

(17)

4 – El rompecabezas periódico 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

1 2 3 4 5 6 7

LA CIENCIA EN NUESTRA VIDA

Seguidamente, describiremos las propiedades y aplicaciones más importantes de los elementos más representativos de cada grupo.

Comenzaremos recorriendo los diversos grupos de la tabla de izquierda a dere-cha.

El Hidrógeno (H) tiene propiedades que lo distinguen de los demás inte-grantes de este grupo. Existen más compuestos conocidos de Hidrógeno que de cualquier otro elemento, destacándose el agua (H2O) por su importancia.

Interviene en numerosos procesos industriales como en la hidrogenación de aceites (margarina) o en la síntesis del amoníaco.

El Sodio (Na) es el más abundante de los elementos del grupo 1. cada vez más frecuente su uso en lámparas de vapor de Sodio para el alumbrado público. El compuesto más importante del Sodio es el cloruro de sodio (NaCl), que conocemos como sal de cocina. Además, es la materia prima básica para la fabricación de Cloro e hidróxido de sodio (NaOH) mediante el proceso de electrólisis. El hidróxido de sodio, conocido en la industria como soda cáustica, es utilizado en la fabricación de jabones detergentes, destapa cañerías, etc.

El Potasio (K) también es muy abundante, siendo el cloruro de potasio (KCl) el compuesto más importante. Esta sustancia es cada vez más utilizada para sustituir al cloruro de sodio en la elaboración de sal de bajo contenido en sodio, destinado especialmente para personas hiper-tensas.

Los iones sodio (Na+) y potasio (K+) son constituyentes indispensables de los tejidos vivos. En efecto, la Na+ es el catión principal en los fluidos extracelulares mientras que el K+ lo es el interior de las células. Esta distribución de ambos iones, es imprescindible para la conservación de las células. Además, el proceso biosintético de las proteínas requiere iones potasio (K+).

El Cesio (Cs) se utiliza en la fabricación de células fotoeléctricas, gra-cias a su gran facilidad de desprender electrones por acción de la luz. Las células fotoeléctricas se usan como sensores en el encendido y apagado de las lámparas del alumbrado público, en los sistemas auto-máticos de apertura de puertas, en el cine, la televisión, en alarmas antirrobo, etc.

El Magnesio (Mg) es el más liviano de los metales de importancia co-mercial. Como es un metal poco resistente a la tracción se lo utiliza en aleaciones con Aluminio, cinc y magnesio. De esta forma es usado en la fabricación de aviones, utensilios domésticos, envases de lata para bebidas, llantas, marcos de bicicletas, etc. El Mg finamente dividido, arde vigorosamente emitiendo una luz muy intensa.

El óxido de magnesio en suspensión acuosa (leche de magnesia) se usa en medicina como laxante y para neutralizar la acidez estomacal. El cloruro de mag-nesio tiene propiedades energizantes (Total magnesiano).

El Calcio (Ca) es un elemento esencial para la formación de huesos y dientes sanos. Es un elemento muy abundante en el cuerpo humano. Se halla funda-mentalmente en los huesos. La principal fuente del Calcio es la lecha y sus derivados, de ahí la importancia de la leche en la alimentación infantil. El organismo requiere el Calcio para la transmisión de los impulsos nerviosos y para las funciones cardíacas en-tre otros procesos. Además, el Calcio ayuda a prevenir una enfermedad ósea que va debilitando los hue-sos, conocida como osteoporosis.

El carbonato de calcio (CaCO3) es el compuesto más importante del calcio y se presenta de diversas formas según su estructura cristalina, como por ejemplo mármol y calcita.

GRUPO 1 PROPIEDADES Y

USOS

GRUPO 2

(18)

4 – El rompecabezas periódico El óxido de calcio (CaO) conocido como cal viva reacciona con el agua formando el hidróxido de calcio (cal apagada):

)

s

(

)

OH

(

Ca

)

l

(

O

H

)

s

(

CaO

+

2

2

La cal apagada es un polvo blanco que mezclado con arena cemento y agua constituye el material básico para la construcción (ar-gamasa).

El sulfato de calcio (CaSO4) hidratado es un compuesto de color blanco conocido como yeso, que tiene múltiples aplicaciones.

Cuando el agua tiene iones Mg2+ y Ca2+ en cantidades apreciables, se la denomina “agua dura” y cuando ésta se evapora se producen depósitos calcáreos (compuestos insolubles

conocidos comúnmente como sarro) que obstruyen las cañerías y calderas. Los elementos de transición

Todos estos elementos son metálicos y presentan múltiples aplicaciones, muchas de las cua-les son muy conocidas. Haremos una breve referencia de sus propiedades y usos más relevantes.

EL Cobre (Cu) un metal de color rojizo, es un excelente conductor del calor y la electricidad. Esta última propiedad, hace del Cobre uno de los materiales más usados en la fa-bricación de cables conductores de la corriente eléctrica.

Dentro de los metales preciosos, se encuentran la Plata y el Oro. La Plata (Ag) es un metal blando de color blanco empleado en la acuña-ción de monedas, en la fabricaacuña-ción de vajillas y en joyería.

El Oro (Au) es un metal noble (no se oxida) de color amarillo muy inten-so y brillante que lo hace muy apreciado. También es utilizado para la acuñación de algunas monedas, y especialmente en joyería.

El Hierro (Fe) metálico puro se oxida fácilmente al aire y su uso es muy limitado. La mayor parte del hierro es sometido a tratamientos especiales encontrando su máxima utilidad en la fabricación de aceros que son de gran aplicación industrial. Por otra parte, el ión Fe2+ es indispensa-ble para la síntesis de la hemoglobina presente en los glóbulos rojos de la sangre, y su carencia en la dieta produce la anemia. Entre los alimentos ricos en compuestos de hierro figuran el hígado, las lentejas y los huevos.

El Mercurio (Hg) es un metal líquido a temperatura ambiente y tiene intenso brillo metálico. Presenta la notable propiedad de disolver numerosos metales como el Oro, el Co-bre y la Plata. Los productos obtenidos que pueden ser sólidos o líquidos, reciben el nomCo-bre de amalga-mas. Finalmente cabe señalar que el Mercurio es sumamente tóxico, por lo que debe evitarse el contacto prolongado.

Los metales de transición encuentran su máxima aplicación en la fabri-cación de aleaciones, debido a que generalmente éstas son más resistentes y duras que los metales que las componen.

El Boro (B) es el primer elemento de este grupo y se encuentra en forma de compuestos oxigenados. El bórax (Na2B4O7 x 10 H2O), se emplea en la fabricación de ciertos esmaltes y vidrios (pyrex). El ácido ortobórico (H3BO3) se emplea en medicina como antiséptico.

Con el Carbono forma el carburo de boro (B4C), que es la sustancia más dura que se conoce después del diamante.

El Aluminio (Al) es el elemento metálico más abundante en la corteza terrestre. Es blando, muy liviano y de regular resistencia. Al contacto con el aire el Aluminio se cubre rápidamente con una capa resistente y transparente de óxido de aluminio que lo protege de la posterior acción corrosiva. Por su elevada conductivi-dad del calor, se emplea en utensilios de cocina.

Delgadas láminas de aluminio son actualmente muy utilizadas para envases de alimentos, envoltorios flexibles y latas de fácil apertura. El reciclado de dichos recipientes es fundamental para conservar este material natural no renova-ble.

Para aumentar su resistencia, se lo usa en aleaciones como el duralu-minio (95% Al, 4% Cu, 0.5% Mn y 0.5% Mg) que es objeto de múltiples aplicaciones. Debido a la elevada resistencia en relación con su peso, es un material muy utilizado para construir aviones, vagones ferrovia-rios, estructuras metálicas livianas, etc.

GRUPO 3- 12

Pág 18 Cap. 1

GRUPO 13

(19)

4 – El rompecabezas periódico La resistencia a la corrosión, hacen del Aluminio un material apto para fabricar cascos de barco.

El óxido de aluminio (Al2O3) se presenta en la naturale-za como un mineral llamado corindon sumamente duro, que se utiliza como material

abrasivo. Muchas piedras preciosas, como el rubí y el zafiro, consisten principalmente en óxido de aluminio cristalino.

El Carbono (C) es el primer elemento de este grupo. Al estado libre es poco abundante en la corteza terrestre, pero combinado con el Hidrógeno y el Oxígeno, forma parte de todos los tejidos animales y vegetales. También se halla en el gas natural, el petróleo y en el carbón usado como combustible, que es un sólido natural de color negro constituido por Carbono amorfo y otros compuestos.

El Carbono libre se encuentra en la naturaleza en tres variedades de diferente estructura: el grafito, el diamante y el futboleno, denominadas variedades alotrópicas.

El grafito es un material blando de color gris oscuro, alto punto de fusión y buen conductor de la electricidad. Por esta propiedades se utiliza como material de electrodos. También se lo usa como lubricante y para minas de lápices.

El diamante es la sustancia más dura que se conoce y es empleada como piedra preciosa (gema). Las piedras de menor brillo son usadas como abrasivo industrial gracias a su dureza.

El futboleno, es otra variedad formada por moléculas de sesenta átomos de Carbono, con la misma disposición de pentágonos y hexágonos que una moderna pelota de fútbol.

En la atmósfera se encuentra como dióxido de carbono (CO2). Es un gas a presión normal y temperatura ambiente, usado en bebidas gaseosas. Puede licuarse bajo presión, y es usado al estado líquido como extinguidor de incendios. Como el CO2

sólido (“hielo seco”) se volatiliza, es usado como agente refrigerante, por ejemplo, en la venta de helados.

El dióxido de carbono es la sustancia vital para la fotosíntesis de las plantas utilizando la clorofila como catalizador. Mediante este proceso las plantas verdes utilizan la energía de la luz solar (hν) para convertir el CO2 y el agua en hidratos de carbono (alimento) y Oxígeno:

2 6 12 6 2

2

6

H

O

C

H

O

O

CO

6

+

+

Cuando se quema el Carbono o algún compuesto orgánico que lo con-tenga, como por ejemplo el gas natural, se produce una reacción con el Oxígeno del aire (combustión) que origina dióxido de carbono gaseoso:

)

g

(

CO

)

g

(

O

)

s

(

C

+

2

2

Si quemamos gas natural (metano) en la hornalla de una cocina o en una estufa a gas en un ambiente cerrado durante un tiempo prolongado, el oxígeno del aire se va consu-miendo a medida que va ocurriendo la combustión. En el ambiente pobre de oxígeno, éste no es suficiente para producir el CO2 pero sí monóxido de carbono (CO), que requiere menos oxígeno. Este proceso es una combustión incompleta, que podemos representar así:

)

g

(

CO

2

)

g

(

O

)

s

(

C

2

+

2

El CO es un gas incoloro e inodoro, producido como hemos dicho, por los procesos de combustión incompleta. Es uno de los principales contaminantes del aire. Es sumamente tóxico a causa de su capacidad de combinarse con la hemoglobina de la sangre, formando un compuesto muy estable denominado carboxihemoglobina. Esto impide que la hemoglobina se combine con el oxígeno de los pulmones y lo lleve a los tejidos. Como resultado de todo esto, se interrumpe el metabolismo celu-lar produciéndose la muerte por asfixia.

Por esta razón, debemos tener sumo cuidado cuando quemamos leña o carbón en una chimenea o un brasero, o cuando usamos estufas a gas, en ambientes cerra-dos. Lo aconsejable es verificar que la chimenea esté provista de un buen tiraje y utilizar estufas de tiro balanceado, que permiten la salida de los gases de la combustión al exte-rior. En ningún caso debemos usar braseros a leña o carbón. Algo similar ocurre cuando encendemos el motor de un auto en lugares cerrados. Los gases de escape de los vehículos suelen contener CO, producido por la combustión incompleta de las naftas.

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4 – El rompecabezas periódico Por último, gracias a la propiedad del Carbono de unirse consigo mismo dando lugar a largas cadenas carbonadas, existe una cantidad increíble de compuestos de Carbono. Los compuestos for-mados exclusivamente por C e H, denominados hidrocarburos, tienen múltiples usos: como combustibles, materiales plásticos, etc.

Los hidrocarburos y los compuestos formados por C,H, O y N, constitu-yen el extenso campo de la química orgánica, también denominada la química de los compuestos del car-bono. Es tan extensa y variada que allí encontramos compuestos que sirven de materias primas para la fabricación de jabones, detergentes, champúes, etc. Además, el Carbono está presente en todas las sus-tancias que constituyen la materia viva, como proteínas, lípidos, carbohidratos (hidratos de carbono), etc. El Silicio (Si) es después del oxígeno el elemento más abundante en la Tierra. La mayoría de las rocas que constituyen la corteza terrestre, están compuestas por minerales de Silicio (silicatos).

El dióxido de silicio (sílice) es el principal constituyente de la arena y es utilizado en la fabricación del vidrio y del cemento.

El Nitrógeno (N) se encuentra libre en la atmósfera en forma de molé-cula diatómicas (N2), siendo el principal componente del aire con un 78% en volumen. Se trata de un elemento esencial en la mayoría de las sustancias que constituyen la materia viva, como aminoácidos y proteínas.

El compuesto más importante del Nitrógeno es el amoníaco (NH3), que es un gas muy soluble en agua dando soluciones básicas, por lo cual se lo usa como desengrasante en agentes de limpieza.

El nitrato de potasio (KNO3) se emplea para la conservación de carnes, y en la fabricación de pólvora que es una mezcla íntima del nitrato con carbón y Azufre que estalla con vio-lencia, cuando se inflama.

El nitrato de sodio (NaNO3) se usa como fertilizante lo mismo que la urea (CO(NH2)2).

El Fósforo (P) se encuentra como mineral en algunas rocas y en los huesos como fosfato de calcio. Es esencial para todos los seres vivos, ya que forma parte entre otros com-puestos de los ácido nucleicos. Es empleado en abonos y raticidas.

El Oxígeno (O) es el más importante de los elementos de este grupo, y es por lejos el más abundante de la corteza terrestre con una presencia de casi un 50%. Se encuentra libre en la atmósfera como moléculas diatómicas (O2), constituyendo el 20% en volumen del aire.

Forma compuestos con la mayoría de los elementos, estando presente en el agua, en numerosos minerales y en todos los seres vivos.

El Oxígeno se presenta en dos variedades alotrópicas: la sustancia sim-ple oxígeno (O2) y la sustancia simple ozono (O3).

Es bien conocido el papel vital que juega el oxígeno en la respiración de animales y vegetales. Así el oxígeno del aire inhalado por el hombre pasa a los pulmones donde se combi-na con la hemoglobicombi-na de la sangre que lo distribuye por las células. En el tratamiento de trastornos card-íacos se suministra aire enriquecido con oxígeno.

El ozono se emplea como decolorante de ceras y barnices. Es un pode-roso desodorante ambiental. Juega un papel fundamental en la capa de ozono, que nos protege de los efectos nocivos de la radiación ultravioleta.

El Azufre (S) ordinario se presenta en forma de dos variedades cristali-nas de color amarillo denominadas azufre rómbico y azufre monoclínico.

El Azufre es utilizado en la fabricación de insecticidas, fertilizantes, plásticos y principalmente en la obtención de compuestos de gran importancia industrial como el ácido sulfúrico de múltiples aplicaciones.

El Flúor (F) es el más activo químicamente de todos los elementos. Se presenta en la naturaleza en minerales como la fluorita (CaF2) y como constituyente de huesos y dientes. El fluoruro de sodio (NaF) se utiliza en pastas dentífricas para prevenir caries y como materia prima para la fabricación del teflón y compuestos fluorcarbonados (freo-nes). El fluoruro de hidrógeno (HF) se utiliza para grabar el vidrio.

El Cloro es un gas y aunque menos activo que el flúor, es un poderoso agente oxidante y por lo tanto un eficaz bactericida. Esta propiedad hace que el Cloro se utilice para

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Figura 2: Lista de los primeros dieciocho elementos ordenados según sus masas atómicas crecientes

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Lista de los primeros dieciocho elementos ordenados según sus masas atómicas crecientes p.4
Figura 3: Tabla Periódica actual en la que los elementos se hallan

Figura 3:

Tabla Periódica actual en la que los elementos se hallan p.7
Figura 4: División de la Tabla Periódica en bloques de elementos, según la ubicación del electrón dife-rencial

Figura 4:

División de la Tabla Periódica en bloques de elementos, según la ubicación del electrón dife-rencial p.11
Figura 5:  Esquema de la Tabla Periódica en la que se muestran las zonas que tienen mayores o menores valores de las propiedades periódicas

Figura 5:

Esquema de la Tabla Periódica en la que se muestran las zonas que tienen mayores o menores valores de las propiedades periódicas p.30

Referencias

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