Desarrollo Histórico de la Tabla Periódica La Química antes de la
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1/20/2015 Desarrollo Histórico de la Tabla Periódica QUIM 3002 Ileana Nieves Martínez CNO-245 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 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. Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Tabla Periódica • Columnas: Propiedades físicas y químicas similares (familias familias) • Filas: Función periódica de los números atómicos (series o periodos) periodos) Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 3 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 1 1/20/2015 Primeros intentos de clasificación Relación de propiedades con pesos o masa atómicas • Triadas (3 elementos elementos)) 1817 – Johann Dobereiner (Químico Alemán) Alemán) [Ca, Sr, Ba]; [Li, Na, K]; [Cl, Br, I] Propiedades físicas y químicas similares X 2 X1 2 X 3 X 1, X 2 , X 3 • Ley de las Octavas Octavas: John Newlands (Q. Inglés) [1864] Propiedades similares que se repiten cada ocho elementos. Asignó número de serie (primeros números atómicos atómicos).. 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 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 4 Primeros intentos de clasificación Relación periódica entre masa o pesos atómicos • Ley Periódica de Dimitri Mendelev (1869) [Q. Ruso] Es la base de la tabla periódica moderna. moderna (1834–1907) Organizó 60 elementos conocidos en filas y columnas Dejó espacios vacíos para elementos no descubiertos y predijo sus propiedades. (Ej.: Si, Ga Ga,, Ge) Ge © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 5 Predicciones de Mendeleev Predicción de la propiedades de Mendeleev Masa atómica Punto de fusión Predicción de la propiedades de Mendeleev Propiedades reales ~ 68 uma Masa atómica Propiedades reales ~ 72 uma Densidad Bajo Densidad Fórmula del óxido Fórmula del óxido Fórmula del cloruro Fórmula del cloruro Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 6 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 2 1/20/2015 Ley Periódica Moderna ─ Números Atómicos • Henry Moseley: 1914 – Experimentos de Rayos X Número entero de cargas positivas – # atómico Determinó los valores correctos de los #’s atómicos – Número de protones & de electrones Ejemplos: j p – Te & I; Co & Ni Ley Periódica de Moderna Las propiedades de los elementos son una función periódica de Números Atómicos Atómicos. © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 7 Tabla Periódica 16 columnas Elementos Representativos Metales Transición 7 filas IIIA IVA VA Metales de cuño Propiedades varían similares Figura cortesía de: Arce/Arce de Sanabria Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 8 Tabla Periódica: Arreglo Metálico-no metálico Tiende a donar e─ y formar cationes Tiende a aceptar e─ y formar aniones 1 IA 1 2 IIA 13 IIIA 2 3 4 14 IVA 15 VA 16 VIA 18 VIIIA 17 VIIA Dona o acepta p electrones 3 IIIB 4 IVB 5 VB 6 VIB 7 VIIB 8 9 VIIIB Metales 10 11 IB 12 IIB Nometales 5 6 7 Metaloides Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 3 1/20/2015 Tabla Periódica • Propiedades Químicas • Propiedades Físicas Volumen atómico Reactividad Punto de ebullición Valencia Potencial P t i l de d ionización, i i ió PI Formación F ió de d tipos ti d de: Compuestos Hidróxidos Electronegatividad Otros: Conductividad eléctrica y térmica Dureza Maleabilidad Brillo Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 10 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. Tabla periódica moderna Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 11 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Tendencias de: 1) Radio Atómico (RA RA) 2) Potencial de Ionización (PI PI) 3) Afinidad Electrónica (AE AE) © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 4 1/20/2015 Resumen de las Tendencias Periódicas 1. Configuración Electrónica 3. Afinidad Electrónica Elementos Representativos Periodo Metales de Transición Metales de Transición Internos *Lantanidos 2. Energíía de Ionización Elementos Representativos **Actinidos 4. Radio Atómico Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Radio Atómico • Varios métodos para medir radio atómico Radio de van der Waals = no–enlazante radio de van der Waals 2 x radio de Kryptón cristales Radio covalente = radio enlazante Compuestos covalentes radio covalente Radio atómico Es el promedio de radios de muchas medidas de un número grande de elementos y compuestos Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 14 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Tendencias de Radio Atómico © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 5 1/20/2015 Efecto pantalla ─ acción sobre el Radio Atómico En un sistema multi-electrónico los e─ : 1) se atraen hacia el nucleo. 2) se repelen mútuamente. Z http://estructurayteoriasatomicas.blogspot.com/2011/08/que-es-el-atomo.html • Los e─ externos: Experimentan E i t ell efecto f t “pantalla “pantalla” t ll ” que exhiben hib llos e─‘s ‘ de d las capas internas, (S S). No aportan al efecto “pantalla pantalla” que exhiben los internos. No perciben toda la fortaleza de la carga nuclear, nuclear Z, (número atómico) sino una carga efectiva menor, Zef = Z* Z*. Por lo tanto, el efecto neto es que el e─ se despega ocupando un radio mayor. Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 16 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Cálculo de la carga nuclear efectiva (Z* Z*, o Zef) Z ─ la carga nuclear = # atómico. Z S ─ el # de e─ internos en niveles de baja energía. S • La carga nuclear efectiva, efectiva, Zef : es la carga NETA positiva que atrae a un electrón en particular particular. Zefectiva = Z − S Los 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 Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 17 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. Efecto de Pantalla & Carga Nuclear Efectiva, Zef Carga nuclear efectiva: Electrón de valencia (2s1) Li: Z = 3 Electrón interno (1s2) Zefectiva = Z – S Zefectiva ≈ (3+) – 2 Zefectiva ≈ (1 +) Núcleo 3+ Na: Z = 11 Zefectiva = Z – S Zefectiva ≈ (11+) – 10 Zefectiva ≈ (1 +) Litio Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 18 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 6 1/20/2015 Efecto de Pantalla & Carga Nuclear Efectiva, Zef Carga nuclear efectiva: Electrones de valencia (2s2) Be: Z = 4 Electrón interno (1s2) Zefectiva = Z – S Zefectiva ≈ (4+) – 2 Zefectiva ≈ (2 +) e− 4+ Núcleo 4+ Berilio Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 19 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. Radio Atómico Radio ató ómico (pm) Metales alcalinos Periodo 5 Elementos de transición Periodo 4 Elementos de transición Gases nobles Número atómico Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 20 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Ejemplo 8.5: Escoja el átomo más grande de cada par 1. N o F N mas izqda. 2. C o Ge Ge mas abajo 3. N o Al Al mas abajo y a la izqda. 4. Al o Ge ¿? Tendencias opuestas Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 21 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 7 1/20/2015 Práctica – Escoja el átomo mas grande de cada par • • • • 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 Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 22 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 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 q d Diferencia es bien pequeña comparada con el grupo A −1)d d Electrones de valencia ns2, y no los (n−1) misma. La Z* en los electrones ns2 es aproximadamente la misma Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 23 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. Tendencias de los Radios Iónicos Cationes vs Aniones Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 8 1/20/2015 Radiosde de lo los átomos átomos y sus cationes Radios y sus cationes Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 25 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Radios de de los y susy aniones Radios loátomos átomos sus aniones Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 26 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Tendencias de Radios Iónicos – Especies isoelectrónicas • Tienen el mismo # de e− e igual configuración: Ejemplo: S2─ (184 pm) 18 e─ 16 p Cl ─ (181 pm) 18 e─ 17 p K+ (133 pm) 18 e─ 19 p Ca2+ (99pm) 18 e─ 20 p Carga positiva mayor = catión mas pequeño Carga negativa mayor = anión más grande Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 27 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 9 1/20/2015 Ejemplo 8.7: Escoja el más grande de cada par • S o S2− S2− > 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 Ca2+ Ca > Ca2+ porque Ca2+ perdió la capa de valencia. El catión es siempre mas pequeño que el átomo neutral. 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. Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 28 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Energía de Ionización, EI o Potencial de Ionización, Ionización PI © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. Potencial de Ionización (PI PI) - Definición • Energía mínima para remover un e─ de un átomo o ión. Estado gaseoso Proceso endotérmico Electrones de valencia son más fáciles de remover, Menor PI (“ionization ionization energy” energy o “ionization ionization potential” potential” ) M(g) + PI1 M1+(g) + 1 e− M+1 (g) + PI2 M2+(g) + 1 e− PI1 = energía para remover electrón del átomo neutral; PI2 = energía para remover electrón del ión 1+ ; etc. PI1 < < PI2 Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 30 © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. 10 1/20/2015 Tendencias Generales de la 1ra Energía o Potencial de Ionización (PI PI) • Menor PI para remover el e− A radio mayor (menor Z*) Z*). A mayor efecto pantalla, pantalla, (menor • Mayor PI para remover el e− Para un e− en un subnivel que está lleno o a medio llenar. A mayor Z* sobre el e− • 1er PI disminuye hacia abajo en un grupo Electrón de valencia más alejado del núcleo aumenta hacia la derecha Z* (Carga efectiva nuclear) aumenta Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 31 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Ejemplo 8.8: Escoja el átomo en cada par con PI1 mayor 1. Al o S 2. 3. 4 4. S está más a la derecha As o Sb As está más a la derecha N está hacia arriba y a la derecha N o Si ¿? Tendencias opuestas O o Cl Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 32 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Tendencias de la energía de ionización excepciones Aumento en energía de ionización 33 Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 33 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 11 1/20/2015 Excepciones de las tendencias del 1er PI • PI1 generalmente aumenta hacia la derecha • Excepto de 2A a 3A, 5A a 6A 2A Be 1s 3A B 1s 2s 2s 1s 2s O 1s 5A N 6A 2p 2p 2p 2s 2p ¿A cuál es más fácil removerle un electrón: N or O? ¿Porqué? ¿A cuál es más fácil removerle un electrón: B, or Be? ¿Porqué? Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 34 Explicación de las excepciones en tendencias de PI1, Be y B Be 1s 2s Be+ 2p 1s 2s 2p Para ionizar Be se altera un subnivel lleno, y requiere energía adicional. B 1s 2s B+ 1s 2p 2s 2p Cuando se ioniza B resulta en un subnivel lleno y requiere menos energía Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 35 Explicación de las excepciones en tendencias PI1, NyO N 1s 2s 2p N+ 1s 2s 2p Al ionizar N se altera un sub -nivel a medio llenar, requiere energía adicional O 1s 2s O+ 2p 1s 2s 2p Al ionizar O se obtiene un subnivel a medio llenar, requiere menos Energía Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 36 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 12 1/20/2015 Tendencias de Energías de Ionización Sucesivas • Remoción sucesiva de e─ requiere mas energía: PI3 Menor tamaño con mas protones que e─ Los e─ externos están más cerca del núcleo y son más difíciles de remover. PI2 PI1 • Aumento continuo de energía para la remoción sucesiva de cada e─ de valencia. Na [Ne] 3s1 Mg [Ne] 3s2 • Aumento en energía cuando se remueve e─‘s de una capa llena. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 37 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Afinidad electrónica, AE © 2015 Ileana NievesEducation, Martínez Copyright 2011 Pearson Inc. Afinidad Electrónica (AE AE) • Energía liberada cuando un átomo neutral gana e─ Estado gaseoso M(g) + 1ee− M1−(g) + AE • Exotérmica (−−), pero puede ser endotérmica (+) Algunos metales alcalinotérreos y todos los gases nobles son endotérmicos. • La AE es mayor mientras: más energía se libere. más negativo el número. Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 39 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 13 1/20/2015 Tendencias en Afinidad Electrónica, AE • La AE disminuye hacia abajo para metales alcalinos. Pero hay un aumento irregular en AE desde 2do periodo al 3ro • “Generalmente” aumenta a la derecha (más negativa). Excepciones en general: Grupo 5A menor AE del esperado porque se debe formar un par electrónico adicional. Grupo 2A y 8A tienen la AE bien baja porque el e─ adicional va a un nivel o subnivel energético mayor. • AE mas alta en cualquier periodo = halógenos Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 40 Afinidades electrónicas (kJ/mol) 8A 2A Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 5A 41 Copyright 2011 Pearson Education, Inc. RESUMEN DE TENDENCIAS Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 14 1/20/2015 Resumen de las Tendencias Periódicas 1. Configuración Electrónica 3. Afinidad Electrónica Elementos Representativos Periodo Metales de Transición Metales de Transición Internos *Lantanidos 2. Energíía de Ionización Elementos Representativos **Actinidos 4. Radio Atómico Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Radio, Å Tendencias en radio atómico El tamaño de una especie atómica depende de los límites o fronteras ocupadas por los e─ de valencia con el n mayor y la Zef menor. Radio relativo de elementos representativos Tamaños tienden a aumentar hacia abajo en un grupo o familia Tamaños tienden a disminuir a lo largo de un periodo Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Tendencia en Potencial de Ionización Energía de ionización, kJ/mol La energía para remover un e─ de valencia depende de la capacidad de retener más fuertemente dichos e─ (i.e.: mayor afinidad electrónica). Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 15 1/20/2015 Tendencia en Afinidad Electrónica La energía liberada cuando se añade un e─ a un átomo es mayor para los átomos con mayor afinidad electrónica. Copyright 2011 Pearson Education, Inc. Resumen • Tabla Periódica Periódica: Mapa de los bloques que componene la materia • Tipo Tipo: Metales, metaloides y Nometales Grupos: – Representativo, transición y Lantánidos/Actínidos • F Familias: Familias ili Elementos en la misma columna con propiedades químicas similares debido a electrones de valencia Alcalinos, Alcalino térreos, calcógenos, halógenos, gases nobles • Periódo: Periódo: Elementos en la misma fila con electrones de valencia en la misma capa. Copyright 2011 Pearson Education, Inc. 16
