1/30/2005 Tema 3. CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS. PROPIEDADES PERIÓDICAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. ANTECEDENTES HISTÓRICOS CLASES DE ELEMENTOS DIMENSIONES ATÓMICAS GANANCIA Y CESIÓN DE ELECTRONES ELECTRONEGATIVIDAD DUREZA Y BLANDURA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE VALENCIA. NUMEROS DE OXIDACIÓN 8. EFECTOS RELATIVISTAS http://www.chemsoc.org/viselements/pages/history.html http://pubs.acs.org/cen/80th/elements.html Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Precursores... 1772 L. B.G. de Morveau Tabla de sustancias "químicamente simples" 1817-29 J.W. Döbereiner Triadas de elementos (Cl, Br, I) Hacia 1850 se habían identificado 20 triadas 1862 A.E.B. de Chancourtois Ordenó los elementos en orden creciente de su peso atómico. Tabla helicoidal. 1864 L. Meyer Tabla de valencias de 49 elementos 1864 W. Odling Tabla de 13 columnas que contenia 57 elementos 1865 J. A. R. Newlands Ley de las octavas 1868-9 H F Cl Co, Ni Br I Pt,Ir Li Na K Cu Rb Cs Os Hg G(Be) Mg Ca Zn Sr Ba,V Bo(B) Al Cr Y Ce, La Ta Tl C Si Ti In Zr W Pb N P Mn As Di, Mo Nb Bi O S Fe Se Ro(Rh), Ru Au Th L. Meyer Curva de volumen atómico y tabla periódica. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 1 1/30/2005 J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 1869 http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/mendeleev.html J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 2 1/30/2005 1871 http://cator.hsc.edu/~mollusk/ChemArt/mendeleev.html J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Propuestas de Mendeleiev a. La periodicidad de las propiedades es inherente a la distribución. b. La distribución se corresponde con las valencias de los elementos. c. Las características de los elementos quedan determinadas por el valor de sus pesos atómicos. d. Los errores en los pesos atómicos pueden corregirse a partir de la posición del elemento en la tabla. e. Los elementos cuyas propiedades son parecidas, o tienen pesos atómicos parecidos o aumentan regularmente. Estableció la ley periódica: “Si los elementos se disponen de acuerdo con los pesos atómicos, presentan diferentes propiedades periódicas” J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 3 1/30/2005 Comparación de algunas propiedades del Ga y Ge con las propiedades predichas para Eka-Al y Eka-Si Mendeleev's Observed Predictions about Eka- Properties of Ga Aluminum Mendeleev's Predictions about Eka-Silicon Observed Properties of Ge Atomic Weight about 68 69.7 about 72 72.6 Melting Point low 30°C Density 5.9 5.94 5.5 5.47 Formula of Oxide EkaAl2O3 Ga2O3 EkaSiO2 GeO 2 GaCl3 EkaSiCl4 GeCl4 < 100°C 86°C EkaAlCl3 Formula of Its Chloride Compound Chemistry of Hydroxide EkaAl(OH)3 dissolves in both acids and bases. Boiling Point of Its EkaAlCl3 is more Chloride Compound volatile than ZnCl2. Ga(OH)3 dissolves in both acids and bases. GaCl3 is more volatile than ZnCl2. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 … y sucesores 1894-8 Lord Rayleigh W. Ramsay M.W. Travers Detectaron y aislaron los gases nobles. (valencia 0) Ar(1895), Kr, Ne y Rn (1895-98) 1913 N. Bohr Explica la tabla periódica en base a la teoría atómica 1913 H.G.J. Moseley Ley periódica 1940 E. Macmillan Sintetizaron el primer transuránido 93Np P. Abelson 1944 G. T. Seaborg Hipótesis de los actínidos http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/rayleigh0.html J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 4 1/30/2005 Moseley Moseley's relation between wavelength and atomic number for the Kα1, Lα1 and Mα1 spectral lines (after Goldstein et al. 1981). λ= http://www1.physics.ox.ac.uk/History/Moseley.html K (Z − σ )2 E (keV ) = K (Z − 1) 2 J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Moseley experiment http://marr.bsee.swin.edu.au/~dtl/het408/projrad/node5.html J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 5 1/30/2005 La Ley Periódica de Moseley establece que las propiedadese físicas y químicas de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos. http://dbhs.wvusd.k12.ca.us/webdocs/Chem-History/Moseley-article.html J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Grupos: columnas 1-18 Periodos: filas 1-7 Bloques: s, p, d, f J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 6 1/30/2005 Grupos Nombre específico / Nombre tradicional Grupos 1, 2, 13-18 Elementos Configuración electrónica Elementos representativos (grupos principales) Grupos 1 y 2 Grupo 1 Grupo 2 Elementos del bloque s Metales alcalinos Metales alcalino-térreos Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra ns1 (n= 2 -7) ns2 (n= 2 -7) Grupos 13-18 Grupo13 Grupo14 Grupo15 Grupo16 Grupo17 Grupo18 Elementos del bloque p Elementos del grupo del boro Elementos del grupo del carbono Pnictógenos Calcógenos Halógenos Gases nobles B, Al, Ga, In, Tl C, Si, Ge, Sn, Pb, Uuq N, P, As, Sb, Bi O, S, Se, Te, Po, Uuh F, Cl, Br, I, At He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, Uuo ns2 np1 (n= 2 ns2 np2 (n= 2 ns2 np3 (n= 2 ns2 np4 (n= 2 ns2 np5 (n= 2 ns2 np6 (n= 2 Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg Ac, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Uun, Uuu, Uub La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr 4s2 3d1- 4s2 3d10 5s2 4d1- 5s2 4d10 6s2 5d1- 6s2 5d10 7s2 6d1- 7s2 6d10 Grupos 3-12 Grupos f Elementos del bloque d Elementos de transición Primera serie de transición Segunda serie de transición Tercera serie de transición Cuarta serie de transición Lantánidos Actínidos -7) -7) -7) -7) -7) -7) 4f1 - 4f14 5f1 - 5f14 J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Propiedades periódicas Propiedades que dependen de la configuración electrónica Radio atómico (volumen) Radio iónico Densidad Energía de ionización Afinidad electrónica Electronegatividad Punto de fusión Punto de ebullición Potencial de reducción estándar Valencia (número de oxidación) Calores de fusión vaporización y sublimación Energía de enlace Calor de solvatación de iones Dureza Maleabilidad Coeficiente de expansión Espectro óptico Comportamiento magnético Conductividad térmica Resitencia eléctrica Movilidad iónica Parachor Índice de refracción Calor de formación de un compuesto dado http://dl.clackamas.cc.or.us/ch104-06/periodic.htm J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 7 1/30/2005 Dimensiones atómicas. Volumen molar El volumen ocupado por un átomo o ion depende de su entorno http://web.mit.edu/3.091/www/pt/pert2.html J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Dimensiones atómicas. Radios atómicos radio covalente radios iónicos radio metálico la mitad de la distancia entre el núcleo de dos átomos iguales que están formando un enlace covalente simple. da información del tamaño de un átomo que ha perdido o ganado electrones de valencia. la mitad de la distancia experimental entre los núcleos de átomos vecinos del sólido. Radio de van der Waals: la mitad de la distancia internuclear entre dos átomos iguales de moléculas adyacentes. El radio depende de la compresión a que el átomo esté sometido. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 8 1/30/2005 Dimensiones atómicas. Radios atómicos http://web.mit.edu/3.091/www/pt/pert1.html J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Apéndice A. Radios covalentes y metálicos de enlace sencillo de los elementos 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 H He 37 32 Li Be B C N O F Ne 134 122 125 89 90 80 77 75 73 71 69 Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 196 202 122 119 139 118 125 117 126 116 121 115 135 118 120 121 120 125 122 124 122 121 117 117 110 144 136 132 114 174 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 162 134 130 127 133 125 132 125 131 128 152 134 148 138 144 132 140 142 143 139 135 137 130 191 148 145 133 216 Cs Ba La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 235 198 169 144 134 130 128 133 126 132 126 131 129 140 134 148 139 147 144 146 150 146 151 Fr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub 154 157 145 136 130 125 4f 5f 6f 7f 8f Eu 10f Gd 11f Tb 12f Pr Nd Pm 165 164 164 163 162 185 162 161 160 Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf 165 Sm 9f Ce Dy 13f Ho 118 117 110 110 102 104 15f 97 145 Uuq 14f 99 Uuh 16f Yb Uuo 17f Er Tm Lu 158 158 158 170 156 Es Fm Md No Lr 143 Fuentes: Radios covalentes (primera fila) se han obtenido de Huheey. Radios metálicos de enlace sencillo (segunda fila) Ball & Norvury, Physical Data for Inorganic Chemists, Longman, London, 1974. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 9 1/30/2005 Apéndice B. Radios iónicos de Shannon-Prewitt (pm) 1 1 5 6 7 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Be 90 Na +1 116 4 3 14 15 16 17 18 He Li +1 3 2 H 2 +2 B 59 +3 Mg +2 86 K Ca +1 152 +2 114 +3 Sc +3 Ti 88 Rb Sr Y +1 166 +2 132 +3 104 Cs Ba La +2 149 +3 117 Ra +4 V +2 +3 +4 +5 86 Nb +3 +4 +5 Hf +4 85 Cr 93 78 72 68 86 82 78 +2 +3 +4 +6 Mo +4 +5 +6 Ta +3 +4 +5 Rf Mn 94 75 69 58 Db +4 +5 +6 +4 +5 +7 78 74 70 Re 80 76 74 Sg 97 78 67 60 Tc 79 75 73 W 86 82 78 +2 +3 +4 +7 +4 +5 +7 77 72 67 Bh Fe +2 +3 +4 92 78 72 Ru +3 +4 +5 82 76 70 Co +2 +3 +4 Rh +3 +4 +5 Os +4 +5 +7 77 71 66 Hs 88 75 67 80 74 69 Ir +3 +4 +5 82 76 71 Mt Ni +2 +3 83 74 Cu +1 +2 91 87 Zn +2 88 Pd Ag Cd +2 100 +4 75 +1 129 +2 108 +3 89 +2 109 67 +4 Ga +3 +5 54 +5 +2 +4 +3 +5 Sn 94 +4 52 +6 As 87 67 72 60 +3 +5 F Ne S Cl Ar 90 74 43 +7 Se +4 +6 Sb 83 O 27 P Ge 76 In +3 N 30 Si 64 56 41 Br +7 Te I +4 111 +6 70 +5 109 +7 69 Pt Au Hg Tl Pb Bi Po +2 100 +4 75 +1 151 +3 99 +2 116 +1 164 +3 102 +2 133 +4 91 +3 117 +5 90 +4 108 Uun Uuu Uub +6 Uuq Kr 53 Xe At +7 Rn 76 81 Uuh Uuo +3 126 Ce +3 115 +4 101 An +4 Ac +1 194 Ln +2 100 +3 81 +4 74 Zr +1 181 Fr C 41 Al Th +4 108 Pr +3 113 +4 99 Pa +3 118 +4 104 +5 92 Nd +3 112 U +3 116 +4 103 +5 90 +6 87 Pm +3 111 Np +3 115 +4 101 +5 89 +6 86 +7 85 Sm +3 110 Pu +3 114 +4 100 +5 88 +6 85 Eu +2 131 +3 109 Am +3 111 +4 99 Gd +3 108 Cm +3 111 +4 99 Tb +3 106 +4 90 Bk +3 110 +4 97 Dy ++2 121 +3 105 Cf Ho +3 104 Es Er +3 103 Tm +2 117 +3 102 Fm +3 109 +4 96 Md Yb +2 116 +3 101 No Lu +3 100 Lr +2 124 J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Apéndice C. Potencial de ionización Primer potencial de ionización: Es la energía mínima requerida para arrancar un electrón de un átomo gaseoso neutro en su estado fundamental. E(g) → E+ (g) + e∆HI J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 10 1/30/2005 Potencial de ionización http://web.mit.edu/3.091/www/pt/pert9.html He Ne Ar Kr Xe Rn J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Apéndice D. Afinidades electrónicas de los elementos (eV) Es la energía liberada cuando un átomo gaseoso neutro en su estado fundamental acepta un electrón para formar un ion gaseoso negativo. E(g) + e- → E− (g) ∆HAE 1 H 0.754 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 He −0.5 Li 0.618 −0.19 B 0.28 C 1.26 N 0.07 Na 0.548 Be Mg −0.22 Al 0.46 Si 1.38 P 0.747 K 0.502 −1.93 Rb 0.486 Cs 0.472 Fr (0.456) O 1.461 F 3.399 Ne (−0.3) Cl 3.617 Ar (−0.36) Br 3.365 Kr (−0.40) I 2.686 Xe (−0.42) At 2.90 Rn (−0.42) − 8.75 Sc 0.19 Ti 0.07 V 0.53 Cr 0.66 Mn <0 Fe 0.16 Co 0.66 Ni 1.62 Cu 1.23 Zn 0.1 Ga 0.3 Ge 1.2 As 0.80 Y 0.30 Zr 0.43 Nb 0.89 Mo 0.75 Tc 1.0 Ru 1.05 Rh 1.14 Pd 0.56 Ag 1.303 Cd −1.51 −1.31 In 0.3 Sn 1.2 Sb 1.05 S 2.077 − 5.51 Se 2.021 − 4.35 Te 1.971 Ba −0.48 La 0.5 Hf 0 Ta 0.14 W 0.81 Re 0.2 Os 1.1 Ir 1.56 Pt 2.128 Au 2.309 Hg −0.19 Tl 0.21 Pb 0.36 Bi 0.95 Po (1.8) Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub 4f Ce ² 0.5 5f Pr ² 0.5 6f Nd ² 0.5 7f Pm ² 0.5 8f Sm ² 0.5 9f Eu ² 0.5 10f Gd ² 0.5 11f Tb ² 0.5 12f Dy 13f Ho ² 0.5 14f Er ² 0.5 15f Tm ² 0.5 16f Yb ² 0.5 17f Lu ² 0.5 Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Ca Sr Uuq Uuh Uuo Fuente: J. Emsley, The Elements, Clarendon Press, Oxford, 1991. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 11 1/30/2005 Afinidad electrónica F Cl Br I At Au J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Electronegatividad Pauling Es una medida de la tendencia de un átomo en una molécula a atraer los electrones hacia si. energía de enlace heteropolar D(AB) = 1 [D(AA) + D(BB)] + ∆ AB ∆ AB = 96.48( χ A − χB )2 2 χ A − χB = 0.102 ∆ AB Mulliken (absoluta) Es el valor promedio de la primera energía de ionización y la afinidad electrónica del átomo. 1 2 χ M = (∆HI + ∆HAE ) Allred-Rochow Es la fuerza electrostática que ejerce el núcleo sobre los electrones de valencia. χ AR = 3590 Z * -0.35 2 rcov + 0.744 J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 12 1/30/2005 Apéndice E. Electronegatividades de Pauling, Allred-Rochow y absoluta 1 I H 2.20 7.18 Li 0.98 0.97 2.85 Na 0.93 1.01 2.85 K 0.82 0.91 2.42 Rb 0.82 0.89 2.34 Cs 0.79 0.89 2.18 Fr 0.7 0.86 2 II Be 1.57 1.47 4.9 Mg 1.31 1.23 3.75 Ca 1.00 1.04 2.2 Sr 0.95 0.99 2.0 Ba 0.89 0.97 2.4 Ra 0.89 0.97 3 III Sc 1.36 1.20 3.34 Y 1.22 1.11 3.19 La 1.10 1.08 3.1 Ac 1.1 1.0 4f Ce 1.12 1.06 Š 3.0 Th 1.3 1.1 4 IV Ti 1.54 1.32 3.45 Zr 1.33 1.22 3.64 Hf 1.3 1.23 3.8 Rf 5f Pr 1.13 1.07 Š 3.0 Pa 1.5 1.14 5 II V 1.63 1.45 3.6 Nb 1.6 1.23 4.0 Ta 1.5 1.33 4.11 Db 6f Nd 1.12 1.06 Š 3.0 U 1.38 1.22 6 II 7 II Cr 1.66 1.56 3.72 Mo 2.16 1.30 3.90 W 2.36 1.40 4.40 Sg 7f Pm 1.06 Š 3.0 Np 1.36 1.22 8 II 9 II 10 II Mn 1.55 1.66 3.72 Tc 1.9 1.36 3.91 Re 1.9 1.46 4.02 Bh Fe 1.83 1.64 4.06 Ru 2.2 1.43 4.5 Os 2.2 1.52 4.90 Hs Co 1.88 1.70 4.3 Rh 2.28 1.45 4.30 Ir 2.20 1.55 5.4 Mt Ni 1.91 1.75 4.40 Pd 2.20 1.35 4.45 Pt 2.28 1.44 5.6 Uun 8f Sm 1.17 1.07 Š 3.1 Pu 1.28 1.22 9f Eu 10f Gd 1.20 1.11 Š 3.0 Cm 1.3 11f Tb 1.01 Š 3.1 Am 1.3 1.10 Š 3.2 Bk 1.3 11 I Cu 1.90 1.75 4.48 Ag 1.93 1.42 4.44 Au 2.54 1.42 5.77 Uuu 12f Dy 1.12 1.06 Cf 1.3 12 II 13 III 14 IV 15 III 16 II Zn 1.65 1.66 4.45 Cd 1.69 1.46 4.33 Hg 2.00 1.44 4.91 Uub B 2.04 2.01 4.29 Al 1.61 1.47 3.23 Ga 1.81 1.82 3.2 In 1.78 1.49 3.1 Tl 2.04 1.44 3.2 Uut C 2.55 2.50 6.27 Si 1.90 1.74 4.77 Ge 2.01 2.02 4.6 Sn 1.96 1.72 4.30 Pb 2.33 1.55 3.90 Uuq N 3.04 3.07 7.30 P 2.19 2.06 5.62 As 2.18 2.20 5.3 Sb 2.05 1.82 4.85 Bi 2.02 1.67 4.69 Uup O 3.44 3.50 7.54 S 2.58 2.44 6.22 Se 2.55 2.48 5.89 Te 2.1 2.01 5.49 Po 2.0 1.76 5.16 Uuh 13f Ho 1.23 1.10 Š 3.3 Es 1.3 14f Er 1.24 1.11 Š 3.4 Fm 1.3 15f Tm 1.25 1.11 Š 3.4 Md 1.3 16f Yb 1.06 Š 3.5 No 1.3 17 I F 3.98 4.10 10.41 Cl 3.16 2.83 8.30 Br 2.96 2.74 7.59 I 2.66 2.21 6.76 At 2.2 1.96 6.2 Uus 18 0 He (12.3) Ne (10.6) Ar (7.70) Kr (6.8) Xe 2.6 5.85 Rn (5.1) Uuo 17f Lu 1.27 1.04 Š 3.0 Lr 1.3 Š 3.5 * Fila superior electronegatividad de Pauling (χP), fila central electronegatividad Allred-Rochow (χAR) y fila inferior electronegatividad absoluta (χABS) Fuente: J. Emsley, The Elements, Clarendon Press, Oxford, 1991. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Electronegatividad http://web.mit.edu/3.091/www/pt/pert8.html http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/electroneg.html F Cl Br I At J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 13 1/30/2005 Números de oxidación El número de oxidación (o estado de oxidación), es un número positivo o negativo, no necesariamente entero, representa la carga que un átomo tendría si los electrones en una molécula fueran asignados a los átomos de acuerdo a las reglas siguientes: 1. La suma de los números de oxidación de todos los átomos en una molécula es igual a cero; la suma en un ion es igual a la carga del mismo (el número de oxidación es una propiedad del átomo individual y antes de ser sumado deberá ser multiplicado por el número de átomos de ese elemento presentes en la molécula o ion). 2. El número de oxidación de los elementos de los grupos 1, 2, 3f, 3 y Al es numéricamente igual al número del grupo, (+1, +2, +3, respectivamente). 3. El número de oxidación de los elementos más electronegativos será −1 si el grupo es el 17 (VIIA) y −2 si es el grupo 16 (VIA). 4. El número de oxidación del resto de los elementos se llama x y se obtiene a partir de la ecuación que resulta al aplicar la regla 1. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 + 1 1 1 H − + 1 2 Li − 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 2 Be B 3 2 1 3 Na 1 Mg Al 1 + 1 4 K − 15 4 3 2 1 5 4 3 2 1 16 17 18 He 3 2 1 1 + − 14 1 4 3 2 2 3 2 1 Ca Sc 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1 2 1 C N O F 1 2 3 4 1 2 3 1 2 1 4 3 2 1 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 Ne 7 6 5 4 3 2 1 Si P S Cl 1 2 3 4 1 2 3 1 2 1 Número de oxidación Ar 7 6 5 4 3 2 1 6 5 4 3 2 1 5 4 3 2 1 4 3 2 1 Cu Ti V Cr Mn Fe Co Ni 1 1 1 2 1 2 3 1 2 1 1 2 3 2 1 4 3 2 1 3 2 2 4 Zn Ga Ge As Se 5 4 3 2 1 Br Kr 1 2 3 4 + 1 5 Rb − 2 3 2 4 3 2 1 Sr Y Zr 5 4 3 2 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 Ru Nb Mo Tc 1 1 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 Rh 5 4 4 2 3 2 1 2 3 2 1 2 Pd Ag Cd In Sn 6 5 4 3 6 5 4 3 2 2 1 Sb Te 1 I Xe 1 2 2 3 3 + 1 6 Cs − 2 3 2 4 3 2 Ba La Hf 5 4 3 2 Ta 1 4 7 6 5 4 3 2 1 8 7 6 5 4 3 2 1 W Re Os 1 2 1 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1 6 5 4 Ir Pt 2 1 6 5 5 4 3 2 1 2 1 1 Au Hg 3 Tl 5 4 3 2 3 2 1 Pb Bi Po 1 At Rn 1 2 2 3 3 3f 4f 4 3 2 3 2 5f 4 3 2 4 6f 7f 8f 9f 10 f 3 2 3 3 2 3 2 3 2 1 + Ln La Ce 3 4 3 2 Ac Th Pr Nd Pm Sm 5 4 3 6 5 4 3 7 6 5 4 3 7 6 5 4 3 Pa U Np Pu Eu 6 5 4 3 2 Gd 11 f 4 3 12 f 13 f 14 f 15 f 16 f 17 f 3 2 3 3 3 2 3 2 3 Dy Ho Er Tm Yb Lu 1 Tb 4 3 4 3 4 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr + An * L o s es t ad o s d e ox idaci —n m‡s Am co m u n es a p a r ece n en n e g ri t a. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 14 1/30/2005 Tendencias periódicas 1 18 2 13 14 15 16 17 Z*~ constante Disminuye ∆HI, ∆HAE, χ Aumenta radio atómico Aumenta Z*, ∆HI, ∆HAE, χ Disminuye radio atómico 3-12 J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Efectos relativistas Grupo Au Hg 11 12 10 Configuración [Xe] 4f14 5d10 6s1 [Xe] 4f14 5d10 6s2 P.F. (°C) 1064 -39 P.E. (°C) 2807 356.7 σ (kSm-1) 426 10.4 D (g·cm-1) 19.32 13.53 11 IP(2) IP(3) B C N Al Si P Ga Ge As Pd Ag Cd In Sn Sb Pt Au Hg Tl Pb Bi Entalpía de disociación AE ∆H d (M 2 ) [Ar] 3d 10 4s 1 7.7 20.3 1.226 1.95 [Kr] 4d 10 5s 1 7.6 21.5 1.202 1.65 Au [Xe] 4f14 9.2 20.5 2.308 2.34 Zn [Ar] 3d 10 4s 2 9.4 18.0 Cd [Kr] 4d 10 5s 2 9.0 Hg [Xe] 4f14 5d 10 6s 2 10.4 Cl2 : 2.54; I 2 : 1.56 15 Zn Ag 6s 1 14 Cu Cu 5d 10 13 Ni Potencial de ionización IP(1) 12 39.7 16.9 38.2 18.7 34.5 Afinidad electrónica J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 15 1/30/2005 Efectos relativistas Tratamiento relativista. Ecuación de Dirac. ih ∂ ∂Ψ ∂ ∂ = ichα x + α y + α z Ψ − βm0c 2 Ψ ∂y ∂z ∂t ∂x Numeros cuánticos n principal, n = 1, 2, 3,…. l azimutal, l = 0,1, 2,…n-1 j momento angular, j = + | l ±1/2| m magnético, -j, -j+1, ….j-1, j n 2 h 2 4 πε0 m e Ze 2 m e vr = nh e 2Z v= 4 πε0 h r= J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Efectos relativistas Influencia de los efectos relativistas en los elementos pesados. Masa de un electrón que se mueve con una velocidad v: m= mo v 2 1- c me = h = e = a0 = 1 v r = Z (au) Para el Hg (Z = 80 ) <vr> = 0.58 c Contracción relativista el radio de Bohr: a o = 4πεo h2 me2 el radio relativista es ~20% menor que el relativista para electrones 1s. Los niveles ns superiores sufren también contracción, pues deben ser ortogonales. J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 16 1/30/2005 Efectos relativistas J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 Contracción relativista 1 <r>rel / <r> no-rel s f d p 0,95 0,9 Au (6s1) χP: 2.54 (halógeno) CsAu Au2 0,85 Hg (6s2) χP: 2.00 líquido Hg2 2+ Au 79 0,8 50 60 70 80 90 100 Z J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 17 1/30/2005 Efectos relativistas Efecto del par inerte Los electrones 6s de los elementos posteriores al mercurio, Tl, Pb y Bi, son difíciles de ionizar, lo cual explica la baja estabilidad del estado de oxidación del grupo. Expansión relativista Al sufrir los orbitales s (y p) una contracción implica un apantallamiento más eficiente de los orbitales d y f, que sufren una expansión relativista. Esta expansión se ha propuesto como explicación del aumento del número de oxidación J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004 18