Relaciones Periódicas entre los Elementos

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Relaciones Periódicas entre los

Elementos

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La tabla periódica

• Siglo XIX

muchos avances en la química

permitió

aislar elementos

elementos conocidos aumentaron de

31 en 1800 a 63 en 1865.

• Los científicos comenzaron a buscar formas de

clasificarlos de acuerdo a su utilidad.

– Un ruso, Dmitri Mendeleev – Un alemán, Lothar Meyer

– Publicaron esquemas de clasificación casi idénticos, en 1869, sin trabajar juntos.

• Las propiedades de los elementos similares ocurrian

periódicamente si se arreglaban en orden creciente de

peso atómico.

– Los científicos de aquella época no tenían conocimiento del número atómico.

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La tabla periódica

• Aunque ambos científicos llegaron basicamente a las

mismas conclusiones, el crédito siempre se le ha dado a

Mendeleev, ya que promovió sus ideas incansablemente

y estimuló mucho trabajo en química.

• Su insistencia en que los elementos con características

similares debían ordenarse en las mismas familias lo

obligó a dejar varios espacios en blanco en su tabla, para

acomodar elementos que no se habían aislado, pero que

“tenían” que existir.

• Mendeleev propuso el eka-aluminio y el eka-silicio para

los elementos que conocemos hoy día como Galio (Ga) y

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Propiedad a describir

Predicción de eka-silicio hecha en el 1871

Propiedades del Germanio descubierto en 1886 Peso atómico 72 72.59 Densidad (g/cm3) 5.5 5.35 Calor específico (J/g-K) 0.305 0.309 Punto de fusión (oC) Alto 947

Color Gris oscuro Blanco grisáceo

Fórmula del óxido XO₂ GeO₂

Densidad del óxido

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Francio: ¿El 3

er

_{elemento líquido?}

¿ L íq u id o ?

113 elementos, 2 son líquidos a 250_{C – Br}

2 y Hg

223_{Fr, t}

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n s 1 n s 2 n s 2 n p 1 n s 2 n p 2 n s 2 n p 3 n s 2 n p 4 n s 2 n p 5 n s 2 n p 6 d 1 d 5 d 1 0

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Configuraciones electrónicas de cationes y aniones

Na [Ne]3s1 _Na+ _[Ne]

Ca [Ar]4s2 _Ca2+ _[Ar]

Al [Ne]3s2_3p1 _Al3+ _[Ne]

Los átomos pierden

electrones de manera tal que el catión tiene

configuración electrónica externa de gas noble.

H 1s1 _H- _1s2 _{or [He]}

F 1s2_2s2_2p5 _F- _1s2_2s2_2p6 _{o [Ne]}

O 1s2_2s2_2p4 _O2- _1s2_2s2_2p6 _{o [Ne]}

N 1s2_2s2_2p3 _N3- _1s2_2s2_2p6 _{o [Ne]}

Los átomos ganan

electrones de manera tal que el anión tiene configuración

electrónica externa de gase noble.

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+ 1 + 2 + 3 _-3 _-2 _-1

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Na+_{: [Ne]} _Al3+_{: [Ne]} _F-_{: 1s}2_2s2_2p6 _{o [Ne]}

O2-_{: 1s}2_2s2_2p6 _{or [Ne]} _N3-_{: 1s}2_2s2_2p6 _{o [Ne]}

Na+_{, Al}3+_{, F}-_{, O}2-_{, and N}3- _{son todos isoelectrónicos con Ne}

¿Qué átomo neutral es isoelectrónico con H- ?

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Configuraciones electrónicas de cationes de

metales de transición

Cuando un catión se forma de un átomo de un metal de

transición, los electrones siempre son removidos primero del orbital ns y luego de los orbitales (n – 1)d

Fe: [Ar]4s23d6

Fe2+_{: [Ar]4s}0_3d6 _{o [Ar]3d}6

Fe3+_{: [Ar]4s}0_3d5 _{o [Ar]3d}5

Mn: [Ar]4s2_3d5

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Carga nuclear efectiva (Z_eff) es la “carga positiva” que siente un electrón. Na Mg Al Si 11 12 13 14 10 10 10 10 1 2 3 4 186 160 143 132 Z_eff Capa interna Z Radio atómico (pm)

Z_eff = Z - σ 0 < σ < Z (σ = constante de apantallamiento) Estimamos σ como el número de e– _{de capas internas}

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Carga nuclear efectiva (Z

_eff

)

increasing Z_eff cr e a si n g Z e ff

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Comparación de radio atómico y radio iónico

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Energía de ionización es la cantidad mínima de energía (en

kJ/mol) requerida para remover un electrón de un átomo en estado raso en estado gaseoso.

I₁ + X _(g) X+_(g) + e

-I₂ + X+

(g) X2+(g) + e

-I₃ + X2+

(g) X3+(g) + e

-I₁ primera energía de ionización

I₂ segunda energía de ionización

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Tendencias generales en primeras energías de ionización

Increasing First Ionization Energy

In c re a s in g F ir s t Io n iz a ti o n E n e rg y

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Capa n=1 llena

Capa n=2 llenal

Capa n=3 llena

Capa n=4 llena

Capa n=5 llena

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Afinidad electrónica es el negativo del cambio en energía

que ocurre cuando un electrón es aceptado por un átomo en estado raso en su forma gaseosa para formar un anión.

X _(g) + e- _X -(g) F _(g) + e- _X -(g) O _(g) + e- _O -(g) ∆H = -328 kJ/mol EA = +328 kJ/mol ∆H = -141 kJ/mol EA = +141 kJ/mol

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Propiedades de las familias de

elementos

• ¿Por qué todos los elementos alcalinos

forman cationes de +1?

• ¿Porqué todos forman soluciones básicas si

son disueltos en agua?

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Elementos del grupo 1A (ns

1

, n

≥

2)

M M+1 _{+ 1e} -2M_(s) + 2H₂O_(l) 2MOH_(ac) + H_2(g) 4M_(s) + O_2(g) 2M₂O_(s) In cr e a si n g r e a ct ivi ty

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Elementos del grupo 2A (ns

2

, n

≥

2)

M M+2 _{+ 2e} -Be_(s) + 2H₂O_(l) No hay reacción In cr e a si n g r e a ct ivi ty Mg_(s) + 2H₂O₍_g₎ Mg(OH)_2(ac) + H_2(g)

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Elementos del grupo 3A (ns

2

np

1

, n

≥

2)

4Al_(s) + 3O_2(g) 2Al₂O_3(s) 2Al_(s) + 6H+

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(31)

Elementos del grupo 4A (ns

2

np

2

, n

≥

2)

Sn_(s) + 2H+

(ac) Sn2+(ac) + H2 (g)

Pb_(s) + 2H+

(32)

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Elementos del grupo 5A (ns

2

np

3

, n

≥

2)

N₂O_5(s) + H₂O_(l) 2HNO_3(ac) P₄O_10(s) + 6H₂O_(l) 4H₃PO_4(ac)

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(35)

Elementos del grupo 6A (ns

2

np

4

, n

≥

2)

(36)

(37)

Elementos del grupo 7A (ns

2

np

5

, n

≥

2)

X + 1e- X-1 X_2(g) + H_2(g) 2HX_(g) In cr e a si n g r e a ct ivi ty

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Elementos del grupo 8A (ns

2

np

6

, n

≥

2)

Subcapas ns y np completamente llenas.

Mayor energía de ionización de todos los

elementos. No tienen tendencia a aceptar

electrones adicionales.

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Propiedades de los óxidos a través de un periodo