Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Sistema Periódico Más de la mitad de los elementos que se conocen actualmente fueron descubiertos entre 1800 y 1900. Los químicos de entonces se dieron cuenta de que muchos de estos elementos presentaban grandes semejanzas entre ellos. El reconocimiento de las propiedades periódicas físicas y en el comportamiento químico, así como la necesidad de organizar una gran cantidad de información sobre las sustancias elementales, condujeron al desarrollo de la tabla periódica. En la tabla periódica se encuentran agrupados los diversos elementos que tienen propiedades físicas y químicas semejantes. Tabla Periódica. La tabla periódica es una ordenación tabular de todos los elementos en filas (períodos) y columnas (grupos o familias). Además estos se ordenan con número atómico creciente (Z). La ordenación es tal que las propiedades físicas y químicas cambian gradualmente de un elemento a otro conforme aumenta el número atómico en un mismo período. Cabe destacar que existe una estrecha relación entre la configuración electrónica y la tabla periódica. El período en que se ubica el elemento está dado por el máximo nivel energético de la configuración, y el grupo está dado por la suma de los electrones (electrones de valencia) en el subnivel más grande (mayor valor de n). Por lo tanto, la configuración electrónica de un elemento permite predecir exactamente el número atómico, el grupo y el período en que se encuentra el elemento en la tabla periódica. Así, por ejemplo 1s2 2s2 2p6 indica que se trata del elemento con Z=10, ubicado en el octavo Grupo (VIIIA) y en el segundo período. Descripción del sistema periódico. La tabla periódica moderna se compone de: Períodos: Corresponden a las secuencias horizontales, designadas con los valores enteros positivos 1, 2, 3… hasta el 7 y cuyos elementos están agrupados según su nivel de energía. Así los elementos del primer período ubica sus electrones más externos en el primer nivel de energía y los del período dos los ubicará en el segundo nivel de energía, y así sucesivamente. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 1 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Grupos o familias: Son secuencias verticales que agrupan a los elementos que poseen el mismo número de electrones de valencia ubicados en el mismo tipo de orbitales. Y por lo tanto poseen algunas características semejantes. Los grupos se nombran utilizando números romanos de acuerdo a los electrones de valencia que posea seguido de la letra A ó B dependiendo de la ubicación de éstos. La letra A identifica a los elementos que tiene sus electrones de valencia en los orbitales “s” ó “p”. Al conjunto de estos elementos se les denomina representativos. La letra B identifica al grupo de elementos que tienen los electrones de valencia en los orbitales de tipo “s” y “d” llamados también elementos de transición. Clasificación periódica de los elementos También se pueden clasificar los elementos en la tabla periódica según su configuración electrónica. VIIA. Elementos representativos: Son los elementos de los grupos IA al Los elementos representativos del bloque s, tienen incompleta la subcapa s y se encuentran ubicados en la sección 1 de la figura, éstos corresponden a metales Alcalinos (IA) y Alcalinotérreos (IIA). Los elementos representativos del bloque p, tienen incompleta la subcapa p y se encuentran ubicados en la sección 3 de la figura, corresponden a no metales Halógenos (VIIA), Calcógenos (VIA) y otros elementos (IVA, VA, VIA). ¿Sabías qué… A Dimitri Mendeleev (8 febrero 1834- 2 febrero 1907) se le atribuye la creación de la tabla periódica. Este ordenó los elementos por sus masas atómicas, su intuición lo llevó a realizar un arreglo en donde se dejaban espacios, que según él correspondían a elementos aún no descubiertos. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 2 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Gases nobles: Son los elementos del grupo VIIIA (sección 4) y poseen completamente lleno los subniveles s y p (a excepción de He que sólo tiene completo el subnivel s). La configuración electrónica general de los gases nobles es del tipo ns2np6, donde n es el número cuántico principal del nivel más alto. Elementos de transición: Éstos se encuentran ubicados en la sección 2 de la figura y corresponden a aquellos elementos que pertenecen a los grupos IB y IIIB hasta VIIIB. Estos metales tienen incompleto el subnivel d. Elementos de transición interna: Se ubican en la sección 5 de la figura, corresponden todos a metales lantánidos y actínidos los que tienen incompleta la subcapa f. Propiedades periódicas. Ciertas propiedades características de los átomos, en particular el tamaño y las energías asociadas con la eliminación o adición de electrones, varían periódicamente con el número atómico. Estas propiedades atómicas son de importancia para poder explicar las propiedades químicas de los elementos. El conocimiento de la variación de estas propiedades permite poder racionalizar las observaciones y predecir un comportamiento químico o estructural determinado sin tener que recurrir a los datos tabulados para cada uno de los elementos. A continuación se considerarán seis propiedades importantes para entender el comportamiento químico: Volumen atómico: El volumen atómico se define como la cantidad de cm3 que corresponde a un átomo. En la tabla periódica el volumen varía disminuyendo en un período de izquierda a derecha y aumentando de arriba hacia abajo en un grupo de acuerdo al incremento de su número atómico. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 3 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Esto se puede explicar ya que en un período, al aumentar el número de electrones en un nivel también lo hace en la misma cantidad el número de protones (z), esto hace que aumente la fuerza de atracción del núcleo sobre el último electrón, produciéndose un efecto de un acercamiento de la nube electrónica sobre el núcleo, disminuyendo por lo tanto el volumen del átomo. En un grupo en cambio, al aumentar el período o nivel de energía, produciéndose un aumento de la distancia entre el núcleo y el último electrón. Razón por la que el volumen aumenta desde arriba hacia abajo en una familia. Radio atómico: Ya que el radio está relacionado directamente con el volumen del átomo, entonces su variación va a estar relacionada con la forma que varía el volumen del átomo, analizados anteriormente. Radio covalente: Es el radio de un átomo cuando se encuentra combinado con dos núcleos distintos. En los grupos el radio covalente aumenta al hacerlo Z. En los períodos, para los elementos representativos se cumple que el radio covalente disminuye al aumentar Z. Pero para los elementos de transición este comportamiento es irregular. Ejemplo: La distancia Br-Br del Br2 es de 2,286 [Å], se considera la distancia entre los centros de los átomos de Br y es igual a 2 radios atómicos, por lo que el radio atómico de Br es de 1,14 [Å]. Ejercicio nº1: ¿Qué distancia debiese existir entre los centros atómicos de un enlace C-Br, si las distancias internucleares del Br2 y del enlace C-C son de 2,286 y 1,54 [Å] respectivamente? R: 1,91 [Å]. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 4 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Radio iónico: Los radios iónicos son los radios de los aniones y cationes en compuestos iónicos cristalinos. En general el radio iónico de iones isoelectrónicos disminuye a lo largo de un período, mientras que aumenta para iones de igual carga a medida que se desciende en un grupo. Pero si comparamos los radios atómicos de los elementos con sus radios iónicos podemos decir que, en el caso de los elementos que forman cationes, el radio atómico del elemento en su estado fundamental es siempre mayor que el del ion. En cambio en el caso, de los elementos que forman aniones, el radio iónico es siempre mayor que el del elemento puro. Potencial de ionización (EI): Se define como la energía mínima necesaria para separar al electrón más débilmente retenido a un átomo o ion de una muestra gaseosa. Estas magnitudes se miden generalmente en Kcal/mol. En los elementos se pueden extraer más de un electrón: Primera energía de ionización (EI1): Energía necesaria para mover el primer electrón del elemento X: X ( g ) EI1 X (g ) e Segunda energía de ionización (EI2): Energía necesaria para mover el segundo electrón del elemento X: X ( g ) EI 2 X (g ) e A medida que se mueven electrones del átomo, el núcleo retiene con mayor fuerza a los electrones restantes, por lo que las energías de ionización aumentan EI n ... EI 2 EI1 . Dentro de un periodo el potencial de ionización aumenta con el Z creciente. Los metales alcalinos poseen la menor EI del período, mientras que los gases nobles la mayor EI. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 5 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Dentro de un grupo la EI disminuye con Z creciente. Por ejemplo se requiere una menor EI para quitar un electrón de un átomo de K que de uno de Li. Afinidad electrónica (AE): Se define como la cantidad de energía que se libera en una muestra gaseosa cuando se añade un electrón a un átomo neutro. El proceso se representa por: ̅ En general al moverse hacia abajo a través de un período, las AE se hacen más negativas. En general al moverse hacia abajo a través de un grupo, las AE no cambian en forma apreciable, aunque tienden a hacerse menos negativas. Ejercicio n°2: ¿Por qué los metales alcalinotérreos tienen afinidades electrónicas negativas o ligeramente positivas? Electronegatividad (E.N.): Es la capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones compartidos en un enlace químico. Mientras mayor sea la Electronegatividad más cerca del átomo se encontrará la nube electrónica. Aumenta de izquierda a derecha a través de un período. Disminuye de arriba hacia abajo a través de un grupo. www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 6 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. Electropositividad (E.P.): Se define como la capacidad que tiene un átomo para ceder electrones. Mientras menor sea su electronegatividad más fácilmente cederá los electrones. Los elementos más electropositivos son los metales y se ubican en los grupos IA y IIA del sistema periódico. Ejercicios. 1. I. II. III. La configuración electrónica de un elemento es 1s2 2s2 2p6 3s23p5. Con esta única información se puede(n) determinar: el grupo al que pertenece el elemento en la tabla periódica. el número atómico del elemento. el período al que pertenece el elemento en la tabla periódica. Es (son) correcta(s): A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) I, II y III 2. Con relación a las propiedades periódicas de los elementos se puede afirmar que: I. El potencial de ionización es la energía que se requiere para retirar electrones de un átomo en estado gaseoso. La electroafinidad es la energía liberada cuando un átomo gaseoso capta un electrón. La electronegatividad es una medida de lacapacidad de un átomo unido a otro para atraer hacia si los electrones del enlace. II. III. Es (son) correcta(s) A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 7 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. D) Sólo II y III E) I, II y III 3. I. II. III. ¿Cuál(es) de las siguientes propiedades periódicas disminuye(n) al aumentar el número atómico en un período? Potencial de Ionización. Electronegatividad. Radio Atómico. Es (son) correctas: A) Sólo I B) Sólo II C) Sólo III D) Sólo I y II E) Sólo II y III 4. En un sistema periódico muy simplificado, como el que se muestra en la figura, los llamados gases nobles se sitúan en la zona señalada con el número A) 1. B) 2. C) 3. D) 4. E) 5. 5. ¿Cuál de las siguientes especies isoelectrónicas tiene mayor tamaño? A) ClB) P-3 C) S-2 D) K+ E) Ar www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 8 Preuniversitario Solidario Santa María Guía N°3, Común. 6. Los átomos y se diferencian en: A) el número atómico. B) la electronegatividad. C) dos electrones. D) dos protones. E) dos neutrones. 7. I. II. III. IV. Cuando un átomo capta 2 electrones se convierte en un catión con carga +2. se convierte en un anión con carga –2. cambia su número de protones. aumenta su tamaño. A) Sólo I B) Sólo I y III C) Sólo II y IV D) Sólo I, III y IV E) Sólo II, III y IV www.preusm.cl – Coordinación de Química. Página 9