1/20/2015. Desarrollo Histórico de la Tabla Periódica. La Química antes de la Tabla Periódica İİİ Un gran desorden!!!

(1)

Desarrollo Histórico

de la Tabla Periódica

Copyright  2011 Pearson Education, Inc.

QUIM 3002

Ileana Nieves Martínez

CNO-245

© 2015 Ileana Nieves Martínez

La Química antes de la Tabla Periódica…

• İİİ Un gran desorden!!!

• Carecía de sentido.

• Se fundamentaba en

elementos sin organizar.

• Consistía en información sobre

los elementos que era difícil de

seguir o ubicar.

Tabla Periódica

• Columnas:

 Propiedades físicas

físicas y químicas

químicas similares

(familias

familias)

• Filas:

 Función periódica de los números

números atómicos

atómicos

((series o

series o periodos

periodos))

3

(2)

Primeros intentos de clasificación

Relación de propiedades con pesos o

masa atómicas

••

Triadas

Triadas (3

(3 elementos

elementos))

 1817 – Johann Dobereiner

Dobereiner ((Químico

Químico Alemán

Alemán))

 [Ca, Sr, Ba]; [Li, Na, K]; [Cl, Br, I]

Propiedades físicas y químicas similares



• Ley de las Octavas

Octavas:

1 3

2 2 X X

X







X X

1

,

2

,

X

3



• Ley de las Octavas

Octavas:

 John Newlands (Q. Inglés) [1864]

Propiedades similares que se repiten cada ocho

ocho elementos.

Asignó número de serie

serie (primeros números

números atómicos

atómicos)..

4

© 2015 Ileana Nieves Martínez

La Ley de las Octavas de Newlands

1 2 3 4 5 6 7

Li Be B C N O F

Na Mg Al Si P S Cl

K

••

Ley

Ley Periódica

Periódica

de Dimitri Mendelev (1869) [Q. Ruso]

Es la base de la

base de la tabla

tabla periódica

periódica moderna

moderna.

Organizó 60

60 elementos

elementos conocidos en filas

filas y columnas

columnas

(1834–1907)

Primeros intentos de clasificación

Relación periódica entre

masa o

pesos

pesos atómicos

atómicos

Organizó 60

60 elementos

elementos conocidos en filas

filas y columnas

columnas

Dejó espacios vacíos para elementos no descubiertos

y predijo sus propiedades. (Ej.: Si,

Si, Ga

Ga,

, Ge

Ge)

5

© 2015 Ileana Nieves Martínez

Predicciones de Mendeleev

Masa atómica ~ 68 uma Masa atómica Predicción de la propiedades de Mendeleev Propiedades reales ~ 72 uma Predicción de la propiedades de Mendeleev Propiedades reales

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Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e

Masa atómica Punto de fusión Densidad Fórmula del óxido Fórmula del cloruro

Masa atómica Densidad Fórmula del óxido Fórmula del cloruro 68 uma

Bajo

(3)

Ley Periódica Moderna

─

Números

Números Atómicos

Atómicos

• Henry Moseley:

Moseley:

1914 – Experimentos de Rayos

Rayos X

X

Número entero de cargas positivas – # atómico

atómico

 Determinó los valores correctos de los #’s atómicos

–

– Número

Número de

de protones

protones & de electrones

electrones

Ejemplos:

j

p

– Te & I; Co & Ni



Ley

Ley Periódica

Periódica de

de Moderna

Moderna

Las propiedades de los elementos son una función

función

periódica de

Números

Números Atómicos

Atómicos

.

7

© 2015 Ileana Nieves Martínez

Tabla Periódica

Elementos

Representativos

Metales

Transición

16 16 columnas

columnas

7 7 filas

filas

IIIA IVA VA

Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e

Figura cortesía de: Arce/Arce de Sanabria

© 2015 Ileana Nieves Martínez

Metales

Metales de

de cuño

cuño

similares

Propiedades

varían

Tabla Periódica:

Arreglo Metálico-no metálico

1 IA

18 VIIIA 1 _IIA2 _IIIA13 _IVA14 _VA15 _VIA16 _VIIA17

2

Tiende

Tiende a

a donar

donar ee

──

y

y formar

formar cationes

cationes

Dona o

Dona o acepta

acepta electrones

electrones

Tiende

Tiende a

a aceptar

aceptar ee

──

y

y formar

formar aniones

aniones

Copyright  2011 Pearson Education, Inc. 3 _IIIB3 _IVB4 _VB5 _VIB6 _VIIB7 8 _VIIIB9 10 11_IB _IIB12

(4)

Tabla Periódica

••

Propiedades

Propiedades Físicas

Físicas

 Volumen atómico

 Punto de ebullición

 P t

i l d i

i

ió

••

Propiedades

Propiedades Químicas

Químicas

 Reactividad

 Valencia

 F

ió d ti

d

 Potencial de ionización, PI

PI

 Electronegatividad

 Otros:

 Conductividad eléctrica y térmica

 Dureza

 Maleabilidad

 Brillo

10

© 2015 Ileana Nieves Martínez

 Formación de tipos de:

 Compuestos

 Hidróxidos

Tabla periódica moderna

Tendencias de:

1) Radio Atómico (RA

RA)

2) Potencial de Ionización (PI

PI)

2) Potencial de Ionización (PI

PI)

3) Afinidad Electrónica (AE

AE)

(5)

Resumen de las Tendencias Periódicas

1

1. . Configuración

Configuración Electrónica

Electrónica

22. . En

erg

í

En

erg

í

Elementos Representativos Elementos Representativos

Metales de Transición

3. 3. Afinidad

Afinidad Electrónica

Electrónica

4. Radio

4. Radio Atómico

Atómico

íaíad

e

de

Io

niz

a

ció

n

Ion

ización

*Lantanidos **Actinidos

Metales de Transición Internos

Peri

od

o

• Varios métodos para medir radio atómico

 Radio de van der Waals

van der Waals = no–enlazante

 cristales

 Radio covalente

covalente = radio enlazante

Radio Atómico

rradio de van der Waalsadio de van der Waals 2 x radio de Kryptón

 Radio covalente

covalente = radio enlazante

 Compuestos covalentes

 Radio atómico

atómico

 Es el

el

promedio

de radios de muchas medidas de un

número grande de elementos y compuestos

14 Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e

rradio adio covalentecovalente

Tendencias de Radio Atómico

(6)

• Los ee

─

_externos:

 E

i

t

l f

t

“

t ll

t ll ”

hib

l

‘‘ d

Z

http://estructurayteoriasatomicas.blogspot.com/2011/08/que-es-el-atomo.html

Efecto pantalla

─ acción sobre el Radio Atómico



En un sistema multi-electrónico los e

e

──

_:

1) se atraen hacia el nucleo.

2) se repelen mútuamente.

 Experimentan el efecto

“pantalla

pantalla”

que exhiben los e

e

──

_‘s

_{‘s de}

las capas internas, (

S

).



 No

No aportan al efecto

“pantalla

pantalla”

que exhiben los internos.



 No

No perciben toda la fortaleza de la

carga nuclear

carga nuclear, Z

Z

,

(número atómico)

(número atómico) sino una carga efectiva menor, Z

Z

efef

= Z*

.

 Por lo tanto, el efecto neto es que el ee

──

_se

_despega

ocupando un radio mayor.

16 Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e

• La

carga

carga nuclear

nuclear efectiva

efectiva,

, Z

Z

efef

:

 es la carga

carga

NETA

positiva

positiva que atrae a un electrón en particular

Z

─ la carga nuclear = # atómico.

S

S ─ el # de ee

──

_{internos en niveles de baja energía.}

Cálculo de la carga nuclear efectiva (Z*

Z, o Z*

Z

ef

)

S

 es la carga

carga

NETA

positiva

positiva que atrae a un electrón en particular.

Z

efectiva

=

Z

− S

 Los e

e

──

_{en el mismo nivel de energía, casi no contribuyen al efecto}

pantalla por lo que no se consideran para el cálculo.

 El efecto de mayor a menor es:

s > p > d > f

17

© 2015 Ileana Nieves Martínez

Efecto de Pantalla & Carga Nuclear Efectiva, Z

ef

Electrón de valencia (2s1₎

Electrón interno (1s2₎

Carga nuclear efectiva:

Li: Z = 3

Z

efectiva

= Z – S

Z

efectiva

≈ (3+) – 2

Z

efectiva

≈ (1 +)

Núcleo 3+

Litio

© 2015 Ileana Nieves Martínez

Z

efectiva

= Z – S

Z

efectiva

≈ (11+) – 10

Z

efectiva

≈ (1 +)

(7)

Efecto de Pantalla & Carga Nuclear Efectiva, Z

ef

Electrones de valencia (2s2₎

Electrón interno (1s2₎

Carga nuclear efectiva:

Be: Z = 4

Z

efectiva

= Z – S

Z

efectiva

≈ (4+) – 2

Z

efectiva

≈ (2 +)

4+

e−

Núcleo 4+

Berilio

© 2015 Ileana Nieves Martínez

4+

Radio Atómico

ó

mi

co

(

p

m)

Periodo 4 Elementos de transición Periodo 5 Elementos de transición Metales alcalinos

Número atómico

R

a

d

io at

ó

Gases nobles

1. N o F

2. C o Ge

3. N o Al

4. Al o

G

e

Ejemplo 8.5: Escoja el átomo más grande de cada par

1. N

N

o F

2. C o

Ge

3. N o

Al

4. Al o

G

e

¿?

N

mas izqda.

Ge

mas abajo

Al

mas abajo y a la izqda.

Tendencias opuestas

(8)

• C

o O

C está más a la izqda. en periodo

• Li o

K K está más abajo en columna

• C o

Al Al está más izqda. y abajo

• Se o I

? Tendencias opuestas

• C o O

• Li o K

• C o Al

• Se o I

Práctica – Escoja el átomo mas grande de cada par

Tendencias de Radio Atómico de

Metales de Transición

• Aumenta hacia abajo en la columna

• Se mantienen casi igual en la fila hacia la derecha

en el bloque d

d

q

 Diferencia es bien pequeña comparada con el grupo A

 Electrones de valencia ns

ns

22

_{, y no los ((n}

_n

₋₁₎

_−1)dd



 La

La Z*

**Z* en los**

en los electrones

electrones ns

ns

22

_es

_{es aproximadamente}

_{aproximadamente la}

_{la misma}

_misma.

23

© 2015 Ileana Nieves Martínez

Tendencias de los Radios Iónicos

(9)

Radios de los átomos y sus cationes

Radios de lo átomos y sus cationes

Radios de los átomos y sus aniones

Radios de lo átomos y sus aniones

• Tienen el mismo # de

ee

−

e igual configuración:

Tendencias de Radios Iónicos –

Especies isoelectrónicas

Ejemplo:

S

2─

_{(184 pm)}

_Cl

─

_{(181 pm) K}

+

_{(133 pm)}

_Ca

2+

_(99pm)

18 18 ee

──

₁₈

_{18 ee}

─ ─

_{18 e}

─ ─

_{18 e}

──

16 p

17 p

19 p

20 p

 Carga positiva mayor =

catión

mas

pequeño

 Carga negativa mayor =

anión

más

grande

27

© 2015 Ileana Nieves Martínez

(10)

• S o S

2−

 S

2−

_{> S porque hay mas electrones (18 e}

−

_{) que atraer}

para los 16 protones presentes.

 El anión es más grande que el átomo neutral.

• Ca o Ca

2+

 Ca > Ca

2+

_{porque Ca}

2+

_{perdió la capa de valencia.}

 El catión es siempre mas pequeño que el átomo neutral

Ejemplo 8.7: Escoja el más grande de cada par

El catión es siempre mas pequeño que el átomo neutral.

• Br

−

_{o Kr}

 Br

−

_{> Kr porque tiene menos protones (35 p}

+

_{) para atraer}

los 36 electrones comparado con Kr (36 p

+

_).

 En una especie isoelectrónica, mientras más negativa la

carga, más grade el átomo o ión.

Energía de Ionización, EI

EI

o

Potencial de Ionización PI

PI

Potencial de Ionización, PI

PI

© 2015 Ileana Nieves Martínez

Potencial de Ionización (PI

PI) - Definición

• Energía mínima para remover

remover un ee

─

_{de un átomo o}

ión.

 Estado

gaseoso

 Proceso

endotérmico

 Electrones de valencia son más fáciles de remover,

Menor PI

PI (“ionization

ionization energy

energy” o “ionization

ionization potential

potential”

” )

 M(g) + PI

1

 M

1+

(g) + 1 ee

−−

 M

+1

_{(g) + PI}

2

 M

2+

(g) + 1 ee

−−

 PI

1

= energía para remover electrón del átomo neutral;

 PI

2

= energía para remover electrón del ión 1+ ; etc.

 PI

1 < < PI2

(11)

Tendencias Generales de la

1 ra

_{Energía o Potencial de Ionización (PI}

_PI)

• Menor PI

PI para remover el ee

−−

 A radio

radio mayor

 A mayor

mayor efecto

efecto pantalla

pantalla, (

, (menor

menor Z*

Z)).*

• Mayor PI

PI para remover el ee

−−

 Para un ee

−−

_{en un subnivel}

_{subnivel que está lleno o a medio llenar.}

 A mayor

mayor Z*

**Z* sobre el ee**

−−

• 1er PI

PI

 disminuye

hacia abajo en un grupo

 Electrón de valencia más alejado del núcleo

 aumenta

hacia la derecha



 Z*

Z (Carga efectiva nuclear) aumenta*

1. Al o S

2. As o Sb

3. N o Si

4 O o Cl

Ejemplo 8.8: Escoja el átomo en cada par con PI

PI

1 mayor

S

S está más a la derecha

N

N está hacia arriba y a la derecha

¿? Tendencias opuestas

As

As está más a la derecha

4. O o Cl

Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 32

¿? Tendencias opuestas

Tendencias de la energía de ionización

excepciones

Copyright  2011 Pearson Education, Inc. 33 Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 33

(12)

Excepciones de las tendencias del 1

er

_PI

Be

 

1s

2s

2p

N

 

1s

2s

2p



• PI

₁

generalmente aumenta hacia la derecha

• Excepto de 2A

a 3A,

5A

a

6A

2A

5A

¿A cuál es más fácil removerle un electrón: N or O? ¿Porqué?

1s

2s

2p

B

 

1s

2s

2p



O

 



1s

2s

2p



¿A cuál es más fácil removerle un electrón: B, or Be? ¿Porqué?

3A

6A

Explicación de las excepciones en tendencias de PI

1 ,

Be y B

Be

 

1s

2s

2p

Be

+

 

1s

2s

2p

Para ionizar Be se altera un subnivel lleno, y requiere energía adicional.

B

 

1s

2s

2p



B

+

 

1s

2s

2p

Cuando se ioniza B resulta en un subnivel lleno y requiere menos energía

Al ionizar N

N se altera un sub -nivel a medio llenar, requiere energía adicional

N

+

 

1s

2s

2p



N

 

1s

2s

2p



Explicación de las excepciones en tendencias PI

₁

,

N y O



O

 

1s

2s

2p



_O

+

 



1s

2s

2p



Al ionizar O

O se obtiene un subnivel a medio llenar, requiere menos Energía

(13)

Tendencias de Energías de Ionización Sucesivas

• Remoción sucesiva de ee

──

_{requiere mas}

energía:

 Menor tamaño con mas protones que ee

──

 Los ee

─ ─

_{externos están más cerca del}

núcleo y son más difíciles de remover.

• Aumento continuo de energía para la

PI

1 PI

PI

2 PI

PI

3 Aumento continuo de energía para la

remoción sucesiva de cada ee

──

_de

valencia.

• Aumento en energía cuando se

remueve ee

──

_‘s

_{‘s de una capa llena.}

Na [Ne] 3s

1

Mg [Ne] 3s

2

1 Afinidad electrónica, AE

AE

Afinidad Electrónica (AE

AE)

• Energía liberada

liberada cuando un átomo neutral gana

gana ee

─

Estado gaseoso

gaseoso

M(g) + 1ee

−

_{ M}

1−

_{(g) + AE}

_AE

• Exotérmica

(

−

), pero puede ser endotérmica (+)

Algunos metales alcalinotérreos y todos los gases

nobles son endotérmicos.

• La AE

AE es mayor

mayor mientras:

más energía se libere.



(14)

Tendencias en Afinidad Electrónica, AE

AE

• La AE

AE disminuye hacia abajo para metales alcalinos.



Pero hay un aumento irregular en AE

AE desde 2

do

_{periodo al 3}

ro

• “Generalmente” aumenta a la derecha (más negativa).

 Excepciones en general:

Grupo 5A

menor AE

AE del esperado porque se debe formar un par

electrónico adicional.

Grupo 2A

y

8A

tienen la AE

AE bien baja porque el ee

──

_{adicional va a}

un nivel o subnivel energético mayor.

••

AE

AE mas alta en cualquier periodo = halógenos

Afinidades electrónicas (kJ/mol)

2A

8A

5A

RESUMEN DE TENDENCIAS

(15)

Resumen de las Tendencias Periódicas

1

1. . Configuración

Configuración Electrónica

Electrónica

22. . En

erg

í

En

erg

í

Elementos Representativos Elementos Representativos

Metales de Transición

3. 3. Afinidad

Afinidad Electrónica

Electrónica

4. Radio

4. Radio Atómico

Atómico

íaíad

e

de

Io

niz

a

ció

n

Ion

ización

*Lantanidos **Actinidos

Metales de Transición Internos

Peri

od

o

Tendencias en

radio atómico

El tamaño de una especie atómica

depende de los límites o fronteras

ocupadas por los ee

──

_{de valencia con}

el n

n mayor y la Z

Z

efef

menor.

Radio

, Å

Radio relativo de elementos representativos

Tamaños tienden a disminuir a lo largo de un periodo

Tamaños tienden a aumentar hacia abajo en un grupo o familia

Tendencia en

Potencial de Ionización

La energía para remover un ee

──

_de

valencia depende de la capacidad de

retener más fuertemente dichos ee

──

(i.e.: mayor afinidad electrónica).

(16)

Tendencia en

Afinidad Electrónica

La energía liberada cuando

se añade un ee

──

_{a un átomo es}

mayor para los átomos con

mayor afinidad electrónica.

Resumen

••

Tabla

Tabla Periódica

Periódica

:

 Mapa de los bloques que componene la materia

••

Tipo

:

 Metales, metaloides y Nometales

Grupos:

– Representativo, transición y Lantánidos/Actínidos

F

ili

F

ili

••

Familias

:

 Elementos en la misma columna con propiedades

químicas similares debido a electrones de valencia

Alcalinos, Alcalino térreos, calcógenos, halógenos, gases

nobles

••

Periódo

::