La Tabla Periódica de los Elementos
Sistema periódico o Tabla periódica es un esquema de todos los elementos químicos dispuestos por orden de número atómico creciente y en una forma que refleja la estructura de los elementos.
Los elementos están ordenados en siete hileras horizontales, llamadas periodos, y en 18 columnas verticales, llamadas grupos. El primer periodo, que contiene dos elementos, el hidrógeno y el helio, y los dos periodos siguientes, cada uno con ocho elementos, se llaman periodos cortos.
Los periodos restantes, llamados periodos largos, contienen 18 elementos en el caso de los periodos 4 y 5, o 32 elementos en el del periodo 6.
Son más de 109 los elementos químicos oficialmente reconocidos como tales, pero solo 90 de ellos se han encontrado en la naturaleza. Los demás (esencialmente los de número atómico superior al del uranio) son el producto de reacciones nucleares realizadas en laboratorios especializados.
Metales y no metales
Las características principales que presentan los metales es un brillo (metálico), son buenos conductores del calor y de la electricidad, y exhiben alta maleabilidad y ductilidad. Desde el punto de vista químico la propiedad principal de los metales es su tendencia a entrar en combinación mediante la pérdida de electrones de valencia, de esta manera el metal (Na) se convierte en el catión correspondiente (Na+):
-Los elementos que no exhiben las propiedades de los metales se consideran entonces como no metales y son los que están ubicados en la región derecha superior de la tabla periódica. Como en los no metales la variación de las propiedades es gradual, no existe una demarcación precisa entre el comportamiento metálico y el no metálico. Esto hace que los elementos que se encuentran en el límite de las dos regiones no se consideren ni como metales in como no metales, sino como una clase intermedia denominada metaloides (presentan propiedades metálicas y no metálicas).
Los no metales son: H, C, N, O, S, Se, F, Cl, Br, I, He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn. Los metaloides son: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po y At.
Elementos por Bloque
Los elementos se estudian por bloques atendiendo a la estrecha relación entre la disposición de los electrones en los orbitales del último nivel de energía y el lugar que ocupan los elementos en la clasificación periódica. La tabla periódica se divide en cuatro grandes bloques:
1) Bloque S :conformado por los elementos de los grupos I A y II A. La
característica de este bloque es que los electrones del último nivel se encuentran localizados en el sub-nivel s.
2) Bloque P : formado por los elementos de los grupos III, IV, V, VI, VII
y VIII A. Cuyos electrones de valencia se encuentran localizado en el sub-nivel p.
3) Bloque D : constituido por los metales de transición que son los
grupos I, II, III, IV, V, VI, VII y VIII B, donde los últimos electrones se localizan en el sub-nivel d.
4) Bloque F: constituido por los lantánidos y actínidos, los últimos
electrones de estos elementos están dispuestos en sub-nivel f.
Los que pertenecen a un mismo bloque tienen un comportamiento similar, lo que facilita su estudio.
Ley Periódica
Esta ley es la base de la tabla periódica y establece que las propiedades físicas y químicas de los elementos tienden a repetirse de forma sistemática conforme aumenta el número atómico.
Elementos del Bloque S
Los elementos del bloque s son aquellos que constituyen los grupos IA y IIA de la tabla periódica. El grupo IA está conformado por los elementos: Li, Na, K, Rb, Cs y Fr. El grupo IIA lo conforman: Be, Mg, Ca, Ba, Sr y Ra. La configuración electrónica del nivel de valencia para los elementos que encabezan el bloque S es la siguiente:
Grupo Elemento Configuración Electrónica
IA Li 2s1
IIA Be 2S2
Los elementos del bloque s presentan características similares, algunas de las cuales se reflejan a continuación:
• Todos poseen características metálicas. • Tienen gran actividad química.
• Tienden a perder electrones.
• No se encuentran en estado libre en la naturaleza.
Los elementos del grupo IA son llamados metales alcalinos (litio, sodio, potasio, rubidio, cesio y francio; constituyen el grupo de metales mas reactivos). Debido a su gran actividad, ninguno se encuentra libre en la naturaleza sino formando sales, principalmente halogenuros, ya sea en el agua de mar o en depósitos terrestres. Los más abundantes son el potasio y el sodio.
Propiedades Físicas de los elementos del
grupo IA
Los elementos alcalinos presentan un brillo metálico característico; son relativamente blandos (pueden cortarse con un cuchillo), y de bajas densidades (desde 0.5 g/cm3 para el litio hasta 1.9 g/cm3 para el cesio). Son también de bajos puntos de
ebullición y de fusión.
Propiedades Químicas de los elementos del
grupo IA
Por lo que respecta a sus propiedades químicas, los metales alcalinos reaccionan fácilmente con el oxigeno del aire formando los óxidos correspondientes:
K(s) + O2(g) → K2O(s)
La estructura atómica de los elementos alcalinos se caracteriza por la presencia de un único electrón de valencia, este electrón es liberado fácilmente, formándose un catión +1 correspondiente. En consecuencia estos metales presentan el estado de oxidación +1 en sus compuestos.
Los elementos del grupo son conocidos como metales alcalinotérreos (Berilio, magnesio, calcio, estroncio, bario y radio) y son después de los alcalinos el grupo mas reactivo, por lo cual no se encuentran libre en la naturaleza. Los más abundantes son el calcio y el magnesio, que se hallan ampliamente difundidos en el agua de mar y en numerosas rocas.
Propiedades físicasde los elementos del grupo
IIA
Los metales alcalinotérreos son blancos, de brillo argentino (plateado). Son en general más duros que los alcalinos, declinan su dureza según aumenta el número atómico.
Propiedades Químicas de los elementos del
grupo IIA
Son buenos conductores de la electricidad y expuestos al aire se oxidan fácilmente. Presentan el número de oxidación +2 en sus compuestos, originado en la perdida de dos electrones de valencia.
Elementos del Bloque P
Los elementos del bloque p son aquellos que conforman los grupos del IIIA al VIIA de la tabla periódica. Estos elementos se caracterizan por que sus electrones de valencia están localizados en el sub-nivel energético p. Los elementos que conforman los diferentes grupos son los siguientes:
Grupo: Elementos del grupo: Elemento de máxima configuración electrónica:
Configuración electrónica: IIIA B, Al, Ga, In, Tl Boro 2s22p1
IVA C, Si, Ge, Sn, Pb Carbono 2s22p2
VA N, P, As, Sb, Bi Nitrógeno 2s22p3
VIA O, S, Se, Te, Po Oxigeno 2s22p4
VIIA F, Cl, Br, I, At Flúor 2s22p5
VIIIA He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
Helio 2s22p6
Un total de 31 elementos comprende el bloque p, de los cuales 7 son metales, 8 son metaloides y los otros 16 son no metales. Los 31 presentan características diversas ya que de estos elementos 10 son gases, el bromo es líquido y los demás son sólidos. De estos elementos los no metales son bastante electronegativos y forman enlaces iónicos con los metales, pero también se combinan entre ellos mismos mediante enlaces covalentes.
Grupo IIIA
Estas compuesto por el boro, aluminio, galio, indio, Talio. Es denominado como el grupo de los metales Térreos. Este grupo encabezado por el boro (metaloide) es seguido del aluminio, el cual es un metal muy utilizado a nivel industrial.
Los elementos del grupo IIIA inician el llenado de sus electrones de valencia en el sub-nivel energético p con 1 electrón.
Grupo IVA
A este grupo se le denomina grupo del carbono o familia del carbono. Los elementos que tienen mayor relevancia de todos son el carbono y el silicio. La configuración electrónica de los electrones de valencia corresponde al sub-nivel p.
Los elementos que conforman este grupo son: carbono, silicio, germanio, estaño, plomo.
El carbono es el elemento más importante de este grupo,
se encuentra abundantemente distribuido en la naturaleza. Constituye el 0.03% de la corteza terrestre y como CO2representa el 0.03% del volumen de la atmósfera. Se
encuentra libre en la naturaleza en forma de diamante y grafito.
Grupo VA
Dentro de los elementos que constituyen el bloque p, el grupo VA tiene vital importancia. Los elementos que conforman este grupo son: nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio, bismuto. Este Grau es llamado familia del nitrógeno. Los elementos másindustrializados de este grupo son el nitrógeno y el fósforo.
El nitrógeno cuando esta libre se presenta como moléculas biatómicas (N2),
cuyos átomos están unidos por un enlace triple; lo que le confiere gran estabilidad a la molécula. El nitrógeno constituye en la atmósfera el 78% por volumen. El mayor uso del nitrógeno es como materia prima para la manufactura de compuestos nitrogenados, principalmente el amoniaco.
El fósforo no se encuentra libre en la naturaleza. Se halla principalmente formando fosfatos (como la roca fosfórica Ca3(PO4)2). Es cerca del 1% del peso del
cuerpo humano y se presenta en alimentos como el huevo, leche, peces, marisco, quesos y arvejas.
La mayor aplicación del fósforo se tiene en la manufactura del ácido fosfórico, fertilizantes, plaguicidas y varias aleaciones.
Este grupo conformado de los elementos: oxigeno, azufre, selenio, telurio, polonio. De los elementos que conforman el grupo VIA, el más importante es el oxigeno y luego le sigue en importancia el azufre.
El oxigeno representa un 88.8% por peso del agua y un 21% por volumen del aire, el cual se representa en moléculas diatómicas, O2. El oxigeno es un gas incoloro e
inodoro; tiene gran capacidad de combinación con todos los elementos directa o indirectamente.
El azufre es un sólido amarillo que se presenta en varias formas alotrópicas, siendo la rómbica la más común. Se encuentra ampliamente distribuido en la naturaleza, en estado nativo, se encuentra en grandes depósitos subterráneos, muchos de ellos de origen volcánico.
Se emplea para la fabricación de ácido sulfúrico, pólvora, medicinas, fertilizantes, fungicidas y otros productos.
Grupo VIIA (Halógenos)
Los elementos que forman este grupo son flúor, cloro, bromo, yodo y astato (F, Cl, Br, I y At). Este es el grupo de los halógenos, los cuales son elementos sumamente activos, por lo cual no se hayan libres en la naturaleza (con excepción del astato que se encuentra ampliamente difundido, es un elemento radioactivo bastante raro, ya que es el producto de ciertas reacciones de laboratorio).
Los átomos de los halógenos tienen siete electrones de valencia; y por lo consiguiente solo necesitan uno más para alcanzar el octeto estable. Los halógenos se presentan como moléculas diatómicasformadas mediante enlaces covalentes simples.
Son muy electronegativos por lo que tienden a ganar electrones de otras sustancias cuando entran en reacción. Estos elementos son muy irritantes a la nariz y a la garganta.
Algunas Propiedades de los Halógenos: Nombre: Símbolo: Punto de Fusión (0C)Punto de Ebullición Color
Flúor F -219,61 -188,13 Amarillo verdoso Cloro Cl -101 -34,05 Amarillo verdoso Bromo Br -7,25 59 Rojo oscuro Yodo I 113,6 185 Negro azulado Astato At 302 _____ _____
Grupo VIIIA (Los Gases Nobles)
Conformado por los elementos: helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón (He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn). Hasta 1962 no se conocían compuestos de dichos elementos, pero
en ese año se logro la preparación de XePtF6 (Neil Bartlet, en Canadá). Desde entonces
se conocen más de 30 compuestos de los gases nobles, la mayoría de Xenón. Algunos de los compuestos de los gases nobles son los siguientes:
De xenón: XeF2 XeF4 XeF6 XeO2 XeO3 XeO4 XeCl2 Na2XeF8 K2XeF8
De kriptón: KrF2 KrF4?
De radón: RnFx (x = aun no determinado, el carácter radioactivo de este hace difícil
confirmar del compuesto de que está formado)
Todos los gases nobles se encuentran en la atmósfera en cantidades bastantes reducidas. El helio se puede presentar en algunos depósitos de gas natural de allí se obtienen por licuación y posterior destilación fraccionaria. El neón, el argón, el kriptón se obtiene por destilación fraccionaria del aire líquido. El radón, por su parte, es un producto radioactivo de la desintegración del radio.
La inestabilidad química de los gases nobles es un reflejo de su muy inestable configuración electrónica. Como sabemos, el nivel de valencia de estos elementos tiene una configuración ns2 np6; es decir, ocho electrones en total y sub-niveles
completamente llenos. Entre las aplicaciones en la industria para los gases nobles están: globos aerostáticos, balones (helio), lámparas y letreros luminosos (neón), bombillas eléctricas de alta duración, tubos fluorescentes (argón), Flash fotográfico de alta densidad (kriptón y xenón) y fuentes de rayos y para el tratamiento del cáncer.
Elementos del Bloque D
Los elementos del grupo d son aquellos que pertenecen a la serie de transición, conformados por los grupos del IB al VIIIB de la tabla periódica. Exhiben características metálicas y los electrones de valencia ocupan el sub-nivel energético d.
El sub-nivel energético d se caracteriza porque permite la ubicación de 1-10 electrones, por lo tanto cada elemento que conforma este bloque y según el grupo en el cual este ubicado, estará llenando los correspondientes electrones d.
Los elementos de este bloque son: Grupo IB (cobre, plata, oro), Grupo IIB (zinc, cadmio, mercurio), Grupo IIIB (escandio, itrio, lantano, actinio), Grupo IVB (titanio, circonio, hafnio), Grupo VB (vanadio, niobio, tántalo), Grupo VIB (cromo, molibdeno, volframio), Grupo VIIB (manganeso, tecnecio, renio), Grupo VIIIB (hierro, cobalto, níquel, rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio, platino).
Metales deinterés industrial (Fe, Co, Ni, Cu, Ag, Au,
Zn, Cd y Hg)
El hierro es el metal más ampliamente utilizado. Se emplea más el hierro que todos los demás metales juntos (unas catorce veces más). Es importante para nuestra
civilización y desempeña un papel fundamental para el organismo humano en la hemoglobina.
El cobalto es de color blanco argentino, pero presenta un ligero tono rosado, se usa en aleaciones con metales con el hierro y otros elementos.
El níquel fácilmente dividido, se emplea como catalizador en ciertas reacciones de hidrogenación como las que se efectúan para fabricar margarinas y mantecas vegetales.
El cobre, el oro y la plata conforman el grupo IB, se denominan usualmente metales de acuñar debido a su uso tradicional en la fabricación de monedas y en joyería. La poca reactividad química del oro y de la plata, por otra parte hace que se le conozca junto al platino como metales nobles. Generalmente están en estado natural o en forma libre.
El zinc, el cadmio y el mercurio son un poco más reactivos que los del grupo IB. El zinc debe su importancia a la gran resistencia a la corrosión, se usa para fabricar hierro galvanizado y forma parte de muchas aleaciones. El cadmio es un metal relativamente raro, pero se emplea bastante en las aleaciones de bajo punto de fusión. El mercurio es el único metal líquido a temperatura ambiente. Dentro de grandes masas de roca. Más comúnmente se halla en forma de sulfuro, (HgS), del cual se extrae.
Elementos del Bloque F
El bloque f está formado por los lantánidos y actínidos. Los lantánidos se encuentran en mezclas, las cuales son muy fáciles de separar debido a su similitud de propiedades químicas. Todos estos elementos son bastantes reactivos siendo similares al magnesio en cuanto a reactividad se refiere. Se encuentran formando compuestos con estado de oxidación de +3, aunque hay algunos que se encuentran en +2.
Los elementos del grupo de los lantánidos son: cesio, praseodimio, neodimio, prometio, samario, europio, gadolinio, terbio, disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio y lutecio.
Dentro del grupo de los actínidos se encuentran: torio, protactinio, uranio, neptunio, plutonio, americio, curio, berkelio, californio, fermio, mendelevio, nobelio y lawrencio. Los elementos del bloque f son todos reactivos y a partir del numero 93 ó neptunio, son en su totalidad artificiales, porque fueron producidos mediante reacciones nucleares y se denominan "Transuránidos". Solo existen en isótopos radioactivos de poca estabilidad.
Tienen las propiedades físicas de los metales, como brillo y buena conductividad. Químicamente son muy reactivos y sus óxidos son básicos, estos elementos por estar escasamente repartidos en la corteza terrestre se llaman "tierras raras".
Cantidad de energía que se libera cuando un átomo neutro gaseoso en su estado energético más bajo (estado fundamental) capta un electrón y se transforma en un ion negativo también gaseoso.
La adición de un electrón a la capa de valencia de un átomo gaseoso en su estado fundamental es un proceso en el que se desprende energía. La afinidad electrónica o electro-afinidad de un átomo es una medida de esta energía. En general, la afinidad electrónica disminuye al aumentar el radio atómico. Los halógenos son los elementos químicos con afinidades electrónicas más elevadas.
La adición de un segundo electrón a un ion mononegativo debe vencer la repulsión electrostática de éste y requiere un suministro de energía. A diferencia de la energía de ionización, que se puede determinar directamente, la afinidad electrónica se calcula casi siempre por vía indirecta.
Energía de ionización
Cantidad de energía que se necesita para separar el electrón menos fuertemente unido de un átomo neutro gaseoso en su estado fundamental (estado energético más bajo).
La entidad en que se transforma el átomo al perder un electrón es un ion gaseoso monopositivo.
Estas energías se determinan por interpretación de los espectros de emisión o de absorción, y a través de experiencias directas en las que se mide la variación de energía que tiene lugar en el proceso:
M (g) → M+ (g) + e- donde M representa un átomo de cualquier elemento.
Las energías de ionización varían de la misma forma a lo largo de cada periodo y de cada grupo de la tabla periódica. Dentro de cada periodo, los metales alcalinos tienen la mínima energía de ionización, y los gases nobles la máxima. Dentro de cada grupo, la energía de ionización disminuye a medida que aumenta el tamaño de los átomos, es decir, al descender en el grupo.
