SISTEMA PERIÓDICO
En el sistema periódico actual los elementos se sitúan en orden creciente de número atómico.
Una primera y fundamental clasificación de los elementos sería en metales y no-metales.
Las columnas se denominan grupos e incluyen elementos que presentan propiedades análogas. Se numeran del 1 al 18 y algunos reciben nombres especiales, como se señalan más abajo.
Las filas se denominan periodos.
Los periodos 6 y 7 incluyen a los elementos de números atómicos 57 a 70 (Lantanidos) y 89 a 102 (actínidos), respectivamente, que normalmente se representan fuera de la tabla para evitar que los periodos sean demasiado largos.
La posición de los dos primeros elementos del sistema periódico, especialmente el H, varía de unos sistemas periódicos a otros en función del criterio que se considere. Actualmente se tiende a situar al He encabezando los gases nobles y el H no se asigna a ningún grupo concreto.
Sistema periódico y configuración electrónica
Los electrones situados en la última capa de un átomo (la más externa) se conocen como electrones de valencia y la capa se denomina de valencia. Son los responsables de las propiedades químicas de los elementos . Por lo tanto, los átomos que presentan el mismo número de electrones en su última capa tienen propiedades semejantes.
Todos los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones de valencia
En el sistema periódico se pueden distinguir cuatro bloques, denominados s, p, d y f, que corresponden al llenado de los orbitales correspondientes.
El bloque s está constituido por los grupos 1 y 2 . Capa de valencia :
ns1 : metales alcalinos (salvo el H que es un no-metal) ns2: metales alcalino-térreos
El bloque p lo forman los grupos 13 al 18. Capa de valencia:
ns2p1 : térreos (grupo del boro)
ns2p2 : carbonoideos (grupo del carbono) ns2p3: nitrogenoideos (grupo del nitrógeno) ns2p4: anfígenos (grupo del oxígeno) ns2p5: halógenos (grupo del flúor) ns2p6: gases nobles
El bloque d está compuesto por los elementos de los grupos 3 al 12. Se caracterizan por comenzar a llenar y finalizar los orbitales d. Su capa de valencia sería : ns2 (n -1)d X El bloque f está formado por los lantánidos y los actínidos, caracterizados por el llenado de orbitales f
El número del periodo indica cuál es la última capa que se está llenando en todos los elementos del mismo. En el último elemento de cada periodo (un gas noble) se completa el llenado de la capa con 8 electrones (2 del orbital s y 6 de los orbitales p)
Propiedades periódicas
:Radio atómico:
•Aumentan hacia abajo en un grupo: en cada nuevo periodo los electrones más externos ocupan niveles que están más alejados del núcleo, los orbitales de mayor energía son cada vez más grandes.
• Disminuyen a lo largo de un periodo (los nuevos electrones se encuentran en el mismo nivel del átomo, y tan cerca del núcleo como los demás del mismo nivel. El aumento de la carga del núcleo atrae con más fuerza los electrones y el átomo es más compacto).
Nota: En el caso de los elementos de transición, las variaciones no son tan obvias ya que los electrones se añaden a una capa interior
Radio iónico:
• Los iones positivos sencillos son siempre más pequeños que los átomos de los que derivan y, al aumentar la carga positiva, su tamaño disminuye.
• Los iones sencillos cargados negativamente son siempre mayores que los átomos de los que derivan. El tamaño aumenta con la carga negativa.
En resumen, Los radios iónicos, en general, aumentan al descender por un grupo y disminuyen a lo largo de un periodo. Los cationes son menores que los respectivos átomos neutros y los aniones son mayores.
Potencial o energía de ionización (EA):
Energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo aislado en estado gaseoso y fundamental. Siempre se les asigna un valor positivo, por tratarse de una reacción endotérmica
• Al descender en un grupo, se obtienen átomos más voluminosos porque los electrones están menos retenidos, por lo que el potencial de ionización decrecerá.
Los potenciales de ionización sucesivos para un mismo elemento crecen muy deprisa, debido a la dificultad creciente para arrancar un electrón cuando existe una carga positiva que le atrae y menos cargas negativas que le repelan.
Los gases nobles tienen las energías de ionización más elevadas debido a su elevada estabilidad. Los metales se caracterizan por bajos potenciales de ionización (comparados con no metales) lo que favorece la formación de cationes.
Electroafinidad o afinidad electrónica (AE)
Energía desprendida en un proceso en el que un determinado átomo neutro gaseoso en estado fundamental, capta un electrón para dar un ion mononegativo gaseoso en estado fundamental.
La variación de afinidad electrónica dentro del sistema periódico es similar a la variación del potencial de ionización, aunque es mucho menos periódica. En general, disminuye al bajar en un grupo y aumenta al desplazarnos hacia la derecha en un periodo.
Los no-metales tienen elevadas afinidades electrónicas .
Electronegatividad
La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos.
Existe una escala de EN llamada escala de Pauling, cuyo valor máximo es 4 que es el valor asignado al flúor, el elemento más electronegativo. El elemento menos electronegativo, el cesio, tiene una EN de 0,7.
Las electronegatividades de los elementos representativos aumentan de izquierda a derecha a lo largo de los periodos y de abajo a arriba dentro de cada grupo.
Carácter metálico
Ejercicios resueltos :
1. Sean los elementos de Z : 30, 47, 86, 20, 16 y 91 a) Configuración electrónica
b) Configuración abreviada c) Grupo y periodo
d) Iones más estables en 30, 20, 47 y 16
a)
Z= 16 1s22s22p63s23p4
b) Z= 20 1s22s22p63s23p64s2
Z= 30
1s22s22p63s23p63d104s2
Z= 86 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6 4f145d10 6s26p6
Z= 91
1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6 4f145d10 6s26p65f2 6d1 7s2La plata merece mención a parte. Su configuración esperada sería
Z= 47 1s22s22p63s23p63d104s24p64d95s2
Pero es en realidad 1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1
Esto se debe a que los elementos de transición experimentan un aumento en estabilidad cuando sus orbitales d se encuentran llenos o semillenos ( esto es con 10 o con 5 electrones). Así que se compensa el salto de un electrón del 5s hasta el cercano 4d que se llena con 10 electrones. (esto también sucede con el cobre y con el cromo)
c) Configuración abreviada: es la que se hace en función del GN que precede al elemento.
Z= 16 [Ne] 3s2 3p4
Z = 20 [Ar] 4s2
Z = 30 [Ar] 3d10 4s2
Z= 47 [Kr] 4d10 5s1
Z= 86 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p6
Z= 91 [Rn] 5f2 6d1 7s2
d) Tanto grupo como periodo nos viene indicado en su capa de valencia.
Z=16, su capa de valencia es
3s
23p
4,
es decir, propia del grupo 16 (anfígenos) Como el nivel es el nº 3, el periodo es también el 3º. Este elemento es el azufre. Los demás son :Z=20, grupo 2 y periodo 4. Metal alcalinotérreo (Calcio) Z= 30, grupo 12 y periodo 4. Metal de transición (cinc) Z= 47, grupo 11 y periodo 5. ¨ ¨¨ ¨¨ (plata)
En el caso de los elementos de transición, nos basta sumar los e de los niveles finales para el Zn suman 12 y para la plata 11.
Z= 86, grupo 18 y periodo 6. Gas noble ( radón)
e) Será aquél que confiera al átomo mayor estabilidad. Para los elementos representativos será adquirir la configuración de gas noble. Para los elementos de transición adquirir orbital d lleno o semilleno.
Azufre (Z=16) sólo precisa 2 e para completar 8 e en su última capa, configuración de GN, en concreto para él sería el Ar. Por tanto, formará un anión (como corresponde a un no-metal con alta afinidad electrónica) que será:
S
2-(
[Ne] 3s2 3p6)
Calcio (Z=20) ha de perder 2 e de su capa final (es un metal y por tanto tiene baja EI)y así se quedará con la anterior capa llena con 8 e , tomando configuración del GN Ar. Formará el catión Ca2+[Ne] 3s2 3p6
Zinc (Z= 30 ) pierde los dos e del 4s y forma el Zn2+ Plata (Z=47) pierde el e del 5s y forma Ag+
2. Ordena de mayor a menor:
a) Radio: K, Na, Cs. Los tres están en el mismo grupo (1), por lo que será mayor el de mayor Z, ya que al aumentar Z (bajar en el grupo) aumenta el nº de capas del átomo. Luego : Cs, K, Na.
B )Energía de ionizaciónI: Mg, Cl, S. están en el mismo periodo (3).Podemos relacionar la EI con el radio: en un periodo, el tamaño disminuye hacia la derecha ya que los electrones del final permanecen en la misma capa pero la carga nuclear aumenta con Z y provoca que aumente la fuerza con la que el núcleo atrae a los electrones de valencia y se produce contracción del volumen. Cuanto menor es el átomo, más difícil será arrancarle un electrón. Luego, Cl ,S, Mg.
c) caracter metálico: Al, Na, Mg. Cuanto menor es la EI más fácilmente perderá electrones el átomo y se considerará más metal. Estos elementos están en el mismo periodo (3) y sabemos que la EI aumenta hacia la derecha conforme disminuye el radio, luego el orden será
