Propiedades de los átomos 16 y de la tabla periódica

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Lecturas fundamentales

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Propiedades de los átomos

y de la tabla periódica

capítulo

16

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Muchas partes de nuestras vidas se afectan por patrones repetitivos.

Por ejemplo, un calendario muestra los patrones de las semanas. Nombra algunos patrones repetitivos que veas que ocurren con frecuencia. ¿Cómo puedes rastrear un patrón?

Antes de leer

Organización de los elementos

Cuando miras la Luna, ¿la ves siempre igual? Cada mes, la Luna crece hasta que está completa, luego empequeñece hasta que parece desaparecer. Este tipo de cambio se llama periódico. La palabra periódico significa “con un patrón que se repite”. Los días de la semana son periódicos porque se repiten cada siete días. Piensa en el calendario como una tabla periódica de días y meses.

¿Quién fue Dimitri Mendeleiev?

A finales del siglo XIX, un químico ruso llamado Dimitri Mendeleiev quería encontrar la manera de organizar los elemen-tos. Él organizó los elementos conocidos en esa época a manera de tabla. Él puso los elementos en la tabla en orden ascendente de masa atómica.

Mendeleiev descubrió un patrón en su tabla. Las propiedades de algunos elementos ligeros parecían repetirse en los elementos más pesados. Debido a que este patrón se repetía, se consideró que éste era periódico. Hoy, esta organización se llama tabla periódica de los elementos. En la tabla periódica, los elementos se organizan según el número atómico ascendente y por cambios en las propie-dades físicas y químicas.

Lee para aprender

sección

3

La tabla periódica

Lo que aprenderás

la composición de la tabla periódica ■ cómo obtener información de la tabla periódica

qué significa metal, no

metal y metaloide

Identifica el punto principal Busca el punto

principal del párrafo o párrafos de cada encabezado de esta sección. Cuando hayas encontrado el punto principal, escríbelo en un trozo de papel. Después de que hayas leído esta sección, repasa los puntos principales para ayudarte a aprender el contenido de esta sección.

1. Determina ¿Quién fue la primera persona en orga-nizar los elementos en una tabla periódica?

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¿Cómo la tabla de Mendeleiev predice

propiedades?

Mendeleiev dejó espacios en blanco en su tabla de manera que pudiera alinear los elementos. Él observó los elementos que esta-ban alrededor de los espacios en blanco. Predijo las propiedades y las masas atómicas de los elementos desconocidos para completar los espacios en blanco.

La tabla muestra las predicciones de Mendeleiev para el elemento germanio. Él llamó a este elemento ekasilicio. Sus pre-dicciones fueron precisas. Los científicos, finalmente, encontraron todos los elementos que hacían falta en la tabla periódica de Mendeleiev. Resultó que las propiedades de estos elementos “fal-tantes” son extremadamente cercanas a lo que Mendeleiev predijo.

Las predicciones de Mendeleiev

Propiedades predichas

Propiedades reales

del ekasilicio (Es)

del germanio (Ge)

Existencia predicha: 1871 Descubrimiento:1886

Masa atómica ⫽ 72 Masa atómica ⫽ 72.61 Alto punto de fusión Punto de fusión ⫽ 938 °C Densidad ⫽ 5.5 g/cm3 Densidad ⫽ 5.323 g/cm3 Metal gris oscuro Metal gris

Densidad del EsO2 ⫽ 4.7 g/cm3 Densidad del GeO

2 ⫽ 4.23 g/cm3

¿Cómo ha mejorado la tabla periódica?

La tabla periódica de Mendeleiev fue muy buena para su época. Sin embargo, los científicos acabaron por tener problemas con ella. En la tabla de Mendeleiev, los elementos aumentaban en masa ató-mica de izquierda a derecha. Mira la tabla periódica moderna en la parte de atrás de este libro. Encontrarás ejemplos, como el cobalto y el níquel, que disminuyen en masa de izquierda a derecha. Sin embargo, observa que el número atómico siempre aumenta de izquierda a derecha.

En 1913, la organización de la tabla periódica cambió. En lugar de estar organizada según el aumento de la masa atómica, se orga-nizó según el incremento del número atómico. Este cambio se debió al trabajo del científico inglés Henry G. J. Moseley. La nueva organización parece corregir algunos de los problemas de la tabla antigüa. En la tabla periódica actual se usa la organización de Moseley y se muestra en la parte de atrás de este libro.

Aplicación: Matemáticas

2. Usa decimales Encuentra las diferencias entre la densidad predicha del germanio y su densidad real.

3. Observa ¿Cómo organizó Moseley la tabla periódica?

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C op y right © Gl enc oe/M cGr a w-Hi ll, a div is ion of The M cGr a w-Hi ll C omp anie s, Inc . Energía Piso (núcleo) 2 electrones

Escalón 1 = nivel de energía 1

8 electrones

Escalón 2 = nivel de energía 2

18 electrones

Escalón 3 = nivel de energía 3 Escalón 4 = nivel de energía 4 32 electrones

Niveles de energía

Lecturas fundamentales

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El átomo y la tabla periódica

Con frecuencia, los objetos se clasifican o agrupan según las propiedades que tienen en común. Los elementos de la tabla periódica se agrupan según sus propiedades químicas. Las columnas verticales de la tabla periódica se llaman grupos. Los grupos se numeran del 1 al 18. Algunas veces a ellos se les llama familias. Los elementos de cada grupo tienen propiedades similares. Por ejemplo, en el grupo 11 el cobre, la plata y el oro tienen propiedades parecidas. Cada uno es un metal brillante. Cada uno es buen conductor de la electricidad y el calor. ¿Por qué los elementos de un grupo son similares? Mira la estructura del átomo para responder a esta pregunta.

¿Cómo es la estructura de la nube de electrones?

¿En qué parte del átomo se ubican los electrones? ¿Cuántos hay allí? En un átomo neutro, el número de electrones es igual al número de protones. El carbón tiene un número atómico de seis, lo que significa que éste tiene seis protones y seis electrones. Estos electrones están ubicados en la nube de electrones que rodea el núcleo.

Los científicos han encontrado que los electrones en la nube de electrones tienen cantidades diferentes de energía. Mira la figura. Ésta muestra un modelo de las diferencias de la energía que usan los científicos. Los electrones llenan los niveles de energía desde los niveles internos a los niveles externos. Los niveles internos están más cerca del núcleo y los niveles externos están más alejados del núcleo. Los niveles internos tienen menos energía que los niveles externos. Imagina que el núcleo es como un piso. Cada nivel de energía es el escalón de una escalera. Cada escalón representa un incremento de la energía. La figura muestra el número máximo de electrones que llenará cada nivel de energía de un átomo. No todos los átomos tendrán todos los niveles de energía llenos. Esto depende del número de electrones de un átomo de ese elemento.

4. Saca conclusiones

El neón es un gas. ¿Piensas que el neón es un elemento del grupo 11? Explica.

Visualiza

5. Aplica El elemento magnesio tiene

12 electrones. ¿En cuán-tos niveles de energía se encuentran los electrones del magnesio?

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C op y right © Gl enc oe /M cGr a w-Hi ll, a div is ion of The M cGr a w-Hi ll C omp anie s, Inc . Boro 5 B Carbón 6 C Nitrógeno 7 N Oxígeno 8 O Flúor 9 F Helio 2 He Neón 10 Ne Hydrógeno 1 H Litio 3 Li Berilio 4 Be Aluminio 13 Al Silicio 14 Si Fósforo 15 P Azufre 16 S Cloro 17 Cl Argón 18 Ar Sodio 11 Na Magnesio 12 Mg

¿Cómo se organizan los electrones en niveles de energía?

Los elementos que están en el mismo grupo tienen el mismo número de electrones en el nivel de energía más externo. El número de electrones en el nivel más externo determina las pro-piedades de ese elemento. Es importante entender el vínculo entre la ubicación en la tabla periódica, las propiedades químicas y la estructura del átomo.

Estos niveles de energía se nombran con números de uno a siete. Los electrones llenan niveles de energía comenzando en el nivel interno. Por ejemplo, el elemento azufre tiene 14 electrones. Habrá dos electrones en el nivel de energía 1 y ocho electrones en el nivel de energía 2. El resto de los electrones estarán en el nivel de ener-gía 3. Mira de nuevo el diagrama de la página anterior. Observa que los niveles de energía 3 y 4 tienen un número creciente de electrones. Sin embargo, un nivel externo estable tiene ocho electrones. ¿Cómo es posible esto? En elementos que tienen tres o más niveles de energía se pueden añadir más electrones a los niveles internos, siempre y cuando el nivel externo contenga ocho electrones.

¿Cómo se organizan las hileras en la tabla periódica?

Recuerda que el número atómico que se encuentra en la tabla periódica es igual al número de electrones en un átomo. Mira una parte de la tabla periódica a continuación.

Hilera superior La hilera superior tiene hidrógeno con un elec-trón y helio con dos electrones. Estos dos electrones están en el nivel de energía 1. El nivel de energía 1 es el nivel más externo de estos elementos. Entonces, el hidrógeno tiene un electrón externo y el helio tiene dos. Recuerda, de la figura de la página anterior, que el nivel de energía 1 sólo puede contener dos electrones. Por consiguiente, el helio tiene un nivel de energía externo lleno.

Visualiza

6. Identifica ¿Cuál es el nivel de energía más externo del hidrógeno?

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Segunda hilera La segunda hilera de la tabla periódica empieza

con el litio. El litio tiene tres electrones, dos en el nivel de energía 1 y uno en el nivel de energía 2. A continuación está el berilio con dos electrones externos y el boro con tres electrones externos. El patrón continúa hasta que llegas al neón. El neón tiene ocho electrones externos. Mira la figura de la página anterior. El nivel de energía 2 puede contener ocho electrones. Así, el neón tiene su nivel de energía externo lleno. Observa cómo una hilera de la tabla termina cuando el nivel de energía externo está lleno. En la tercera hilera de elementos los electrones empiezan llenando el nivel de energía 3. La hilera ter-mina con el argón, que tiene un nivel externo de energía estable.

¿Qué son los diagramas de puntos de electrones?

Los elementos del mismo grupo tienen el mismo número de electrones en su nivel externo de energía. Los electrones externos se usan para determinar las propiedades químicas de un elemento.

El químico estadounidense G. N. Lewis inventó el diagrama de puntos de electrones para mostrar los electrones externos de un elemento. Un diagrama de puntos de electrones es el símbolo de un elemento con puntos que representan el número de electrones en el nivel externo de energía. El diagrama para los elementos sodio (Na) y cloro (Cl) se muestra al final de esta página. Estos diagramas muestran cómo los electrones del nivel externo de energía se unen cuando los elementos se enlazan para formar compuestos.

¿En qué se parecen los elementos del mismo grupo?

Los elementos del grupo 17 se llaman halógenos. Todos ellos tienen diagramas de puntos de electrones similares al del cloro, que se muestra a continuación. Puedes ver que el cloro tiene siete electrones en su nivel externo. Igual ocurre con los halóge-nos. Dado que todos los elementos de un grupo tienen el mismo número de electrones en su nivel externo, esos elementos sufren reacciones químicas de maneras similares.

¿Cómo forman compuestos los halógenos?

Todos los halógenos pueden formar compuestos con elemen-tos del grupo 1. Los elemenelemen-tos del grupo 1, como el sodio, tienen un electrón en su nivel externo de energía. La figura muestra el ejemplo de un compuesto formado por la reacción entre el sodio y el cloro. El sodio se combina con el cloro de manera que cada elemento complete su nivel externo de energía. El resultado es el compuesto cloruro de sodio (NaCl): sal de mesa ordinaria.

Sodio

Na

Cloro

Cl

Cloruro de sodio

Na

+

No todos los elementos forman compuestos con otros elemen-tos. Los elementos del grupo 18 tienen su nivel de energía externo lleno. Esto hace que los elementos del grupo 18 sean no reactivos.

Aplicación: Matemáticas

7. Usa números ¿Cuántos electrones necesitará el flúor para tener un nivel externo de energía estable?

8. Aplica ¿Qué tienen en común todos los elementos de un grupo?

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9. Saca conclusiones

¿Qué parece ocurrirle al electrón del nivel externo del sodio cuando se combina con el cloro para formar cloruro de sodio?

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Regiones de la tabla periódica

La tabla periódica tiene varias regiones con nombres específicos. Las hileras horizontales de los elementos se llaman periodos. Recuerda que los elementos aumentan en un protón y un electrón a medida que te desplazas de izquierda a derecha por un periodo. Además, cada periodo representa un nivel electrónico de energía más alto.

Todos los elementos de los recuadros blancos son metales. El hierro, el zinc y el cobre son algunos ejemplos de metales. La mayoría de los metales son sólidos a temperatura ambiente. Generalmente son brillantes. Se pueden estirar para formar alam-bres y se pueden martillar para formar hojas. Ellos son buenos conductores de calor y electricidad.

Los elementos del lado derecho del diagrama, que están en gris oscuro, se clasifican como no metales. El oxígeno, el bromo y el car-bono son no metales. La mayoría de los no metales son gases. Los elementos de esta región son sólidos y quebradizos. Además, los no metales son malos conductores del calor y la electricidad. Los ele-mentos que aparecen en gris claro son metaloides, o semi metales. Ellos tienen algunas propiedades de los metales y algunas propieda-des de los no metales. El boro y el silicio son ejemplos de metaloipropieda-des.

Metales

No metales

Regiones de la tabla periódica

Metaloides

Elementos en el universo

Los científicos han encontrado los mismos elementos en todo el universo. Muchos científicos plantean la hipótesis de que el hidró-geno y el helio son los bloques básicos de los demás elementos. Los átomos se unen dentro de las estrellas para formar elementos de números atómicos mayores que los del hidrógeno y el helio. Las estrellas que explotan, llamadas supernovas, despliegan su mezcla de elementos por todo el universo. Los científicos han producido elementos nuevos en laboratorios. Estos elementos pueden tener esperanzas de vida menores a un segundo.

C Compara y contrasta

Divide tu hoja en cuatro cuartos para comparar y contrastar metales, no metales y metaloides.

Metal:

No metal:

Metaloide:

10. Saca conclusiones El silicio conduce electricidad bajo algunas condiciones, pero no bajo otras. ¿En qué región lo pondrías?

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11. Aplica ¿En qué lado de la tabla periódica buscarías un elemento que definitivamente no conduce electricidad?

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1. Repasa los términos y la definiciones en el Miniglosario. Escribe una oración en la que uses uno

de los términos de manera que muestres que lo entendiste.

2. A continuación encuentras una tabla periódica de los elementos en blanco. En esta tabla rotula las diferentes secciones como metales, metaloides, no metales, periodo o grupo.

a.

b.

c. d.

e.

3. Explica qué es importante acerca de las hileras y las columnas en la tabla periódica.

diagrama de puntos de electrones: el símbolo de un elemento con puntos que representan el número de electrones en el nivel externo de energía

grupo: columna vertical de la tabla periódica

periodo: hilera horizontal de los elementos en la tabla periódica

tabla periódica: organización de los elementos según el número atómico ascendente y los cambios en las propiedades físicas y químicas

Después de leer

Miniglosario

Fin de la sección

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