1

ESTRUTURA ATMICA E CLASIFICACIN PERIDICA DOS ELEMENTOS

ndice

1.- Estrutura do tomo. Partculas atmicas. 2.- Nmero atmico e nmero msico. Istopos. 3.- Estrutura da codia. Modelo de Bohr. 4.- Estrutura da codia. Modelo mecnico-cuntico. 4.1. Nmeros cunticos e orbitais atmicos. 4.2. Configuracin electrnica. 5.- Tipos de elemento segundo a configuracin. 6.- A Tboa Peridica 6.1. Primeiras clasificacins peridicas. 6.2. Sistema peridico de Mendeleiev. 6.3. A tboa peridica actual 7.- Propiedades peridicas. 7.1. Tamao dos tomos: Radios atmico e inico. 7.2. Enerxa de ionizacin. 7.3. Afinidade electrnica. 7.4. Electronegatividade e carcter metlico.

2

1.- Estrutura do tomo. Partculas atmicas

A idea de que a materia est formada por tomos non actual, pois xa, na antiga Grecia, Demcrito defenda esta idea, que foi recuperada no sc. XIX por un cientfico ingls, Dalton, quen postulou:

1. Toda a materia est formada por partculas indivisibles chamadas tomos.

2. Os tomos dun elemento son iguais entre si e distintos dos doutros elementos.

3. Cando os elementos se combinan entre si para formar compostos, fano nunha relacin de nmero de tomos sinxela.

Hoxe en da sabemos que o punto 1 non se cumpre, porque coecemos a existencia de partculas nos tomos, como os electrns ou os protns. Os electrns foron descubertos ao estudar os raios catdicos, pois viuse que estes estaban constitudos sempre polas mesmas partculas, anda que se cambiase o gas do tubo, polo que estas partculas que presentaban carga negativa- tian que estar en tdolos tomos da materia. Como a materia neutra, se nos tomos hai partculas negativas (electrns) tamn ten que haber partculas positivas. Estas partculas positivas foron descubertas nos raios andicos e recibiron o nome de protns. Se nos tomos hai partculas, cal a forma dos tomos?. Thomson aventurou que os tomos deban ser esferas cunha estrutura como a do pudin, cos electrns facendo o papel das froitas no pudin.

Sen embargo unha experiencia realizada por Lord Rutherford1, quen bombardeou pans de ouro con partculas alfa (), permitiu conclur das cousas:

1) Que os tomos estn formados por unha parte central, chamada ncleo, na que se concentra a sa masa e a sa carga positiva, e unha parte exterior, chamada codia, na que est a carga negativa.

2) A codia moito maior que o ncleo, pois o raio do tomo unhas cen mil veces maior que o raio do ncleo.

Lord Rutherford chegou a conclusin de que os tomos son esferas, cos protns no ncleo e os electrns na codia xirando en rbitas circulares arredor do ncleo, de xeito que a atraccin electrosttica est equilibrada pola forza centrfuga.

Posteriormente descubriuse a existencia doutra partcula atmica, o neutrn, sen carga elctrica. Actualmente cocense varias decenas de partculas atmicas 1 Na FAQ 91 desta quincena podes coecer algo mis sobre a experiencia de Lord Rutherford.

3

(quarks, neutrinos...) pero bastan tres para comprender o comportamento da materia. Estas tres partculas, que reciben o nome de fundamentais, son: electrn, protn e neutrn.

O protn est no ncleo, ten carga elctrica positiva de valor unidade (e= 1,610-19 C) e masa aproximadamente igual unidade de masa atmica (1 uma= 1/NA g= 1/6,021023 g= 1,6610-24 g).

O neutrn tamn est no ncleo, non ten carga elctrica e a sa masa aproximadamente igual masa do protn.

O electrn est na codia, ten carga elctrica negativa de valor unidade ( dicir, na natureza non hai corpos con carga menor que a do electrn ou protn) e a sa masa practicamente desprezable comparada coa do protn ou neutrn, pois unha 1850 veces menor.

Normalmente o nmero de protns no ncleo igual ao nmero de electrns na codia, polo que os tomos e polo tanto a materia- son neutros. Se un tomo perde electrns queda con carga positiva, recibindo o nome de catin; se un tomo gaa electrns adquire carga negativa, recibindo o nome de anin. En xeral, in todo tomo ou grupo de tomos con carga elctrica.

2.- Nmero atmico e nmero msico. Istopos.

O nmero atmico (Z) indica o nmero de protns que hai no ncleo dun tomo e, polo tanto, o nmero de electrns que hai na sa codia se neutro.

Z= n p+= n e- (se neutro)

O nmero msico ou nmero de masa (A) indica o nmero de protns e neutrns que hai no ncleo dun tomo.

A= n p+ + n n

Para representar un tomo utilizaremos o smbolo do elemento qumico correspondente, antepndelle como subndice o nmero atmico e como superndice o nmero de masa: XA

Z Ex.: ,12

6C ,

16

8O .

35

17Cl

Cos datos anteriores podemos coecer que partculas forman un tomo calquera. Se consideramos o ltimo exemplo, Z= 17 e A= 35, isto significa que este tomo de cloro ten 17 protns, 17 electrns ( neutro) e entre protns e neutrns 35 partculas; como protns son 17, os neutrns sern 35-17= 18. O nmero de neutrns sempre ser: n n= A-Z.

4

O nmero atmico caracterstico de cada elemento (na Tboa Peridica os elementos estn ordenados segundo o seu nmero atmico), polo que habitualmente se prescinde de sinalalo e os tomos represntanse simplemente como XA . Os ins poden indicarse do mesmo xeito: ,19 F .240 +Ca As partculas que forman cada in poden calcularse de xeito anlogo, pero tendo en conta que un in ten carga negativa cando gaa electrns e positiva cando os perde. As o in fluoruro (Z= 9, como podes ver na Tboa Peridica), ter 9 protns, 10 electrns (gaou 1 electrn) e 10 neutrns (19-9). O in clcico (Z= 20), ter 20 protns, 18 electrns (perdeu 2 electrns) e 20 neutrns (40-20).

Dun elemento pode haber na natureza varios tomos distintos, por ter distinto nmero de neutrns, e reciben o nome de istopos. As do hidrxeno hai 3 istopos: protio, deuterio e tritio.

Partculas dos istopos do hidrxeno

Protio Deuterio Tritio

H1

1 H

2

1 H

3

1

Codia: Electrns (e-) 1 1 1

Ncleo: Protns (p+) 1 1 1 Neutrns (n= Z-A) 0 1 2

Os istopos dun elemento teen distintas propiedades fsicas, pero as mesmas propiedades qumicas, porque, como veremos despois, estas dependen do nmero de electrns e todos teen o mesmo nmero.

A existencia de istopos obriga a calcular a masa atmica dos elementos como media das masas dos distintos istopos, segundo a sa abundancia. No caso do hidrxeno, por cada tritio hai uns 150 deuterios e un milln de protios. A masa atmica do hidrxeno ser:

008,1115010

3121501106

6

++

++HM

A uma

3.- Estrutura da codia. Modelo de Bohr.

Xa vimos en que consista a idea de Lord Rutherford sobre a estrutura do tomo e a sa codia. A validez desta teora pronto se puxo en dbida, porque se saba que as partculas cargadas ao xirar emiten enerxa en forma de radiacin electromagntica, polo tanto, os electrns deberan emitir enerxa, e esta perda de enerxa inevitablemente conducira aos electrns a "caer" sobre o ncleo. Isto a en contra da estabilidade observada dos tomos.

5

O coecemento do espectro do hidrxeno2 e a teora cuntica de Plank, conducen formulacin por parte de Bohr, en 1913 dunha nova teora atmica, que se basea nos seguintes Postulados:

1. Os electrns s poden xirar arredor do ncleo en certas rbitas circulares permitidas, nas que a forza electrosttica est equilibrada pola forza centrfuga, e nas que se cumpre que mvr = nh/2 onde m a masa do electrn, v a sa velocidade, r o radio da rbita, h a constante de Plank e n =1, 2, 3, 4... un nmero cuntico.

2. Os electrns ao xirar nestas rbitas non emiten enerxa.

3. Cando un tomo recibe enerxa os electrns pasan a un nivel superior (estado excitado). Posteriormente, cando o electrn volve sa rbita, o tomo emite radiacin, de enerxa igual diferencia de enerxa entre mbolos dous niveis.

Deste xeito, Bohr foi capaz de calcular os radios das rbitas en que pode estar o electrn do hidrxeno, a enerxa que ten o electrn nesas rbitas e xustificar o valor da frecuencia das raias do espectro do hidrxeno: cando un electrn que saltou a niveis de maior enerxa (estado excitado) volve a niveis de menor enerxa emite unha radiacin dunha frecuencia determinada que aparece como unha raia concreta no espectro de emisin, de xeito que E= h onde E a diferencia de enerxa entre as das rbitas e a frecuencia da radiacin emitida; sa vez, cando se iluminan tomos de hidrxeno con luz branca (radiacin electromagntica continua) os electrns absorben radiacins deste espectro continuo para producir saltos a niveis superiores (estado excitado). Se descompoemos a radiacin electromagntica despois de pasar polos tomos de hidrxeno vemos que faltan unha serie de lias resultando o que se denomina un espectro de absorcin. Loxicamente as lias do espectro de emisin son as que faltan no de absorcin pois a enerxa que desprende ao baixar dun nivel a outro a mesma que precisa para subir: E= h.

Podes ver unha simulacin de salto electrnico en: http://centros5.pntic.mec.es/ies.victoria.kent/Rincon-C/Simulaci/atomphoton/index.html

4.- Estrutura da codia. Modelo mecano-cuntico.

A mellora das tcnicas espectroscpicas fixo ver que algunha das lias en realidade se desdobraban en das, ou mis prximas, o que supoa uns saltos electrnicos que o modelo de Bohr non poda explicar. Ademais das novas teoras daban e entender que a Fsica clsica non serva para explicar o comportamento das partculas atmicas:

2 Na FAQ92 podes comprender mellor que son os espectros atmicos.

6

A teora da dualidade onda-corpsculo de De Broglie (1924), unificou as das teoras existentes sobre a luz, a que consideraba luz como unha onda e a corpuscular e xeneralizou: calquera partcula en movemento leva asociada unha onda de lonxitude de onda: = h/p= h/(mv) onde v a sa velocidade, m a sa masa e p, polo tanto, a sa cantidade de movemento.

As, os electrns, de masa moi pequena, teen unha onda asociada apreciable de forma que, esta dobre condicin de onda e corpsculo ocasionou un problema sobre a posicin do electrn, xa que non ten demasiado sentido falar da posicin dunha onda. Heisenberg, no seu Principio de incerteza (1927), dictaminou que imposible coecer simultaneamente a posicin e a cantidade de movemento dunha partcula. As,sendo x a incerteza na posicin e p a incerteza na cantidade de movemento, os lmites da precisin veen dados por: xp h/2

Deste xeito, a idea de rbita perfectamente definida, debe ser substituda pola idea de orbital que ser a zona do espacio, arredor do ncleo atmico, onde existir a mxima probabilidade de encontrar un electrn. O orbital, pois, non ten lmites perfectamente definidos.

O modelo atmico actual, chamado mecano cuntico ou mecano ondulatorio, parte da idea de que o electrn se comporta como unha onda, e debe o seu desenvolvemento a Schrdinger, quen en 1926 propuxo unha ecuacin para describir sistemas cun electrn. A solucin desa ecuacin est condicionada polos valores duns nmeros, chamados nmeros cunticos, polo que os postulados bsicos desta teora seran:

Os electrns s poden existir en determinados niveis enerxticos. O cambio de nivel enerxtico prodcese por absorcin ou emisin dun fotn de

enerxa de xeito que a frecuencia do fotn est relacionada coa diferencia de enerxa entre os dous niveis por: E= h.

Os niveis enerxticos permitidos para un electrn veen determinados polos valores de catro nmeros cunticos.

4.1. Nmeros cunticos e orbitais atmicos.

Cada electrn vn determinado por catro nmeros cunticos: n, l, m (ou ml) e s (ou ms): os tres primeiros determinan un orbital, e o cuarto "ms" serve para identificar a cada un dos dous electrns que poden entrar neste.

Determinan un orbital Nmero cuntico principal, n: Indica a capa ou nivel enerxtico no que est o electrn ou, polo tanto, a distancia ncleo. Pode valer: 1, 2, 3, 4,...,

Nmero cuntico secundario ou azimutal, l: Indica a subcapa ou subnivel enerxtico no que est o electrn, determinando o contorno xeomtrico xeral do orbital. Nunha capa dada, a enerxa das distintas subcapas aumenta lixeiramente co

7

valor de l. En funcin do nmero cuntico principal, pode valer: 0, 1, 2, 3, 4,..., (n-1), se ben a cada valor asgnaselle unha letra, respectivamente: s, p, d, f, g ...

Nmero cuntico magntico, ml: D as orientacins dos orbitais. En funcin do nmero cuntico secundario, pode valer: 0, 1, 2, 3,..., (l-2), (l-1), l

Determinan un electrn Xunto cos tres anteriores o Nmero cuntico de spn, ms: Describe o comportamento dun electrn en movemento nun orbital, pois exposto a un campo magntico o electrn pode aliarse co campo ou contra deste, polo que toma dous valores: + ou -

Orbitais posibles Dando valores aos nmeros cunticos atopmonos cos posibles orbitais dun tomo e co nmero mximo de electrns que poden entrar neles:

Os orbitais atmicos teen distintas formas; as, os orbitais "s" son esfricos;

non obstante o resto dos tipos de orbitais posen direccins concretas no espazo; por exemplo cada un dos orbitais "p" alase sobre cada un dos tres eixes de coordenadas.

Unha visin en tres dimensins dos distintos orbitais atmicos pode verse en: http://micro.magnet.fsu.edu/electromag/java/atomicorbitals/

n l m Nome orbital N electrns* Representacin 1 0 0 1s 2 1s2

2 0 0 2s 2 2s2

1 -1 2px 2 0 2pz 2 +1 2py 2 2p6 3 0 0 3s 2 3s2

1 -1 3px 2 0 3pz 2 +1 3py 2 3p6 2 -2 3dxy 2 -1 3dyz 2 0 3dz2 2 +1 3dxz 2 +2 3dx2-y2 2 3d10

*Segundo o Principio de Exclusin de Pauli, que veremos despois.

8

4.2. Configuracin electrnica.

a distribucin dos electrns dun tomo polos orbitais do mesmo. Os electrns vanse situando nos distintos orbitais seguindo os seguintes principios:

1) Principio de mnima enerxa (aufbau): "Os electrns colcanse seguindo o criterio de mnima enerxa, dicir, nchense primeiro os niveis con menor enerxa e non se enchen niveis superiores ata que non estean completos os niveis inferiores". A orde enerxtica dos orbitais depende do valor dos nmeros cunticos n e l, sendo menor canto menor sexa o valor de (n+l) e se hai dous orbitais en que a suma (n+l) d o mesmo, ten menos enerxa o orbital que ten menor n. Todo isto queda representado na figura da marxe. Seguindo as frechas tes a orde en que se enchen os orbitais: 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d...

2) Principio de mxima multiplicidade (Regra de Hund): "Cando un nivel electrnico tea varios orbitais coa mesma enerxa, os electrns vanse colocando desapareados nese nivel electrnico". Non se coloca un segundo electrn nun dos devanditos orbitais ata que todos os orbitais da mesma enerxa estn semiocupados.

Supoamos un elemento con 6 electrns, a sa configuracin ser 1s2, 2s2, 2p2. Os dous ltimos electrns, os p, podern colocarse apareados na mesma orientacin -px na figura da dereita arriba- ou desapareados, un en px e outro en py como se mostra abaixo na mesma figura. Segundo esta Regra, colocaranse como se indica abaixo. Se tivese un electrn mis, este colocarase en pz, e se houbese outro mis, este xa estara apareado.

3) Principio de exclusin de Pauli: "Non pode haber dous electrns cos catro nmeros cunticos iguais". Este principio xustifica que non haxa mis de 2 electrns en cada orientacin dun orbital, como aplicamos na Tboa da pxina anterior.

Exercicio 1: Obte-las configuracins electrnicas dos seguintes tomos: H, He, Be, C, Ne, Na, P, Ar, Fe, Ga, Br, Kr.

Solucin: Localizamos os elementos na Tboa Peridica e anotamos o seu nmero atmico (Z). O nmero atmico indcanos cantos electrns ten cada tomo do elemento indicado. S temos que ir trazando lias como as da figura da pxina anterior, recordar o nmero mximo de electrns que poden entrar en cada orbital (en s: 2, en p: 6, en d:10, en f: 14) e levar a conta dos electrns que asignamos. Despois poemos por orde de capas. O resultado : 1H: 1s1 2He: 1s2.

9

4Be: 1s2, 2s2. 6C: 1s2, 2s2, 2p2. 10Ne: 1s2, 2s2, 2p6. 11Na: 1s2, 2s2, 2p6, 3s1. 15P: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p3. 18Ar: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6. 26Fe: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d6= 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d6, 4s2. 31Ga: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p1= 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10, 4s2, 4p1. 35Br: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p5= 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10, 4s2, 4p5. 36Kr: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6= 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 3d10, 4s2, 4p6.

Como ests vendo, a configuracin electrnica empeza a ser un pouco encerellada e anda estamos pola terceira parte da Tboa Peridica. Vamos a simplificala. Para iso imos a ter en conta a configuracin dos Gases Nobres, que che subliei no exemplo anterior e que coloquei na ilustracin marxe. A configuracin de cada gas nobre queda por riba dunha lia horizontal que pasa por debaixo de ns2, np6 e logo vai paralela s frechas azuis. Cando queira dar a configuracin de calquera tomo, trazarei as frechas azuis ata contar os electrns do tomo, logo trazarei unha horizontal por debaixo do ltimo p6 cheo e unha paralela s frechas azuis (como na figura) e escribirei, entre corchetes, o smbolo do gas nobre

correspondente e despois, por orde de capa, os orbitais marcados fra dese gas nobre. Imos a facer desa maneira a configuracin do 44Ru. esquerda tes a conta dos 44 electrns do mesmo e trazada a lia que corresponde ltimo p6, o 4p6, polo tanto, o Kr. Fora desa lia estn marcados 4d6 e 5s2, entn a configuracin do Ru : [Kr], 4d6, 5s2.

Exercicio 2: Da a configuracin simplificada dos tomos do exercicio anterior e tamn dos seguintes tomos: 52Te, 54Xe, 58Ce, 79Au, 86Rn e 98Cf.

Solucin: (Non teas en conta as cantidades indicadas en vermello, que sern utilizadas despois) 1H: 1s1. (1 e- na ltima capa) 2He: 1s2. (2 e- na ltima capa) 4Be: [He], 2s2. (2 e- na ltima capa) 6C: [He], 2s2, 2p2. (4 e- na ltima capa) 10Ne: [He], 2s2, 2p6. (8 e- na ltima capa) 11Na: [Ne], 3s1. (1 e- na ltima capa) 15P: [Ne], 3s2, 3p3. (5 e- na ltima capa) 18Ar: [Ne], 3s2, 3p6. (8 e- na ltima capa)

10

26Fe: [Ar], 3d6, 4s2. (2 e- na ltima capa) 31Ga: [Ar], 3d10, 4s2, 4p1. (3 e- na ltima capa) 35Br: [Ar], 3d10, 4s2, 4p5. (7 e- na ltima capa) 36Kr: [Ar], 3d10, 4s2, 4p6. (8 e- na ltima capa) 52Te: [Kr], 4d10, 5s2, 5p4. (6 e- na ltima capa) 54Xe: [Kr], 4d10, 5s2, 5p6. (8 e- na ltima capa) 58Ce: [Xe], 4f2, 6s2. (2 e- na ltima capa) 79Au: [Xe], 4f14, 5d9,6s2. (2 e- na ltima capa) 86Rn: [Xe], 4f14, 5d10,6s2, 6p6. (8 e- na ltima capa) 98Cf: [Rn], 5f10, 7s2. (2 e- na ltima capa)

5.- Tipos de elemento segundo a configuracin.

Conforme resolvn o exercicio anterior fun contando os electrns que tian na ltima capa os tomos dos distintos elementos, onde estn representados, como podes comprobar, elementos de tdalas filas da Tboa Peridica e dos grupos mis representativos. Se te fixas nos resultados, vers que o nmero mximo posible 8 e que este nmero corresponde aos Gases Nobres (ags o He que ten 2)

O nmero de electrns na ltima capa, electrns que tamn se chaman electrns de valencia, permite clasificar os elementos qumicos, como metais, non metais e gases nobres. (A realidade non tan simple e, como podes ver na Tboa Peridica do Apndice, uns cantos elementos denominados metaloides, teen caractersticas de metais e non metais).

Os gases nobres son os elementos que teen a ltima capa chea con 8 electrns (ags o helio con 2). Son moi estables, pois non reaccionan con ningun, e esa estabilidade considrase que se debe a ter a ltima capa chea. Os demais elementos querern gaar, perder ou compartir electrns, para ter a sa estructura.

Metais son os elementos que teen poucos electrns na ltima capa (1, 2 ou 3) e tenden a perdelos para conseguir a estructura do gas nobre anterior. As o 3Li: 1s2, 2s1 cando perde o electrn mis externo (2s1) convrtese no ion Li+ que ten dous electrns na ltima capa, como o He o gas nobre anterior

Non metais son os que teen moitos electrns na ltima capa (4 a 7) e tenden a gaar electrns para conseguir a estructura do gas nobre seguinte. Por exemplo o 9F: 1s2, 2s2, 2p5 se gana un electrn convrtese no in F- que ten oito electrns na ltima capa, como o Ne o gas nobre que lle sigue.

11

As pois, a configuracin electrnica dos tomos dun elemento permtenos predicir o comportamento qumico dese elemento.

Exercicio 3: Que tipo de elementos sern o Ca e o I? Solucin: Buscamos na Tboa Peridica os seus nmeros atmicos, obtemos as sas configuracins electrnicas e fixmonos nos electrns de valencia: 20Ca: [Ar], 4s2 2 e- de valencia ser un metal que tende a perdelos actuando como Ca+2. 53I: [Kr], 4d10, 5s2, 5p5 7 e- de valencia ser un non metal que tende a gaar un para ter 8 como os gases nobres, actuando como I-1.

Exercicio 4: Se descubrises o elemento qumico de nmero atmico 116, que comportamento qumico lle sups?

117X: [Rn], 5f14, 6d10,7s2, 7p4 6 e- na ltima capa ou de valencia ser un non metal que tende a gaar dous para ter 8 como os gases nobres, actuando como X-2.

6.- A Tboa Peridica

Os elementos qumicos estn clasificados nunha tboa que se chama Tboa Peridica dos Elementos.

6.1. Primeiras clasificacins peridicas. Cando a principios do sculo XIX se mediron as masas atmicas dunha grande cantidade de elementos, observouse que certas propiedades variaban periodicamente en relacin sa masa. Dese xeito, houbo diversos intentos de agrupar os elementos, todos eles usando a masa atmica como criterio de ordenacin. P. ex.:

Triadas de Dbereiner (1829): Formaba tros de elementos nos que a masa do elemento intermedio era a media aritmtica da masa dos outros dous. As sinalou as seguintes triadas:

Cl, Br e I; Li, Na e K; Ca, Sr e Ba; S, Se e Te...

Anel de Chancourtois (1862). Colocaba os elementos en espiral, de forma que os que tian parecidas propiedades quedasen uns enriba doutros.

6.2. Clasificacin de Mendeleiev. A clasificacin de Mendeleiev (1869) a mais coecida e elaborada de todas as primeiras clasificacins peridicas. Clasificou os 63 elementos coecidos ata entn, utilizando tamn o criterio de masa atmica, xa que ata bastantes anos despois non se definiu o concepto de nmero atmico, posto que non se descubriran os protns. A sa tboa peridica deixaba espazos baleiros, que el considerou correspondan a elementos que anda non se descubriran. As, predixo as propiedades

12

dalgns destes, tales como o xermanio (Ge), ao que Mendeleiev chamou ekasilicio. Cando anda en vida de Mendeleiev se descubriu o Ge que tia as propiedades previstas por este, a sa clasificacin peridica adquiriu gran prestixio. Un dos inconvenientes que posua a tboa de Mendeleiev era que algns elementos tia que colocalos sen seguir a orde da masa atmica, para que coincidisen as propiedades. As, por exemplo, colocou o telurio (Te) antes que o iodo (I) a pesar de que a masa atmica deste era menor que a daquel. El atribuuno a que as masas atmicas estaban mal medidas, sen embargo hoxe sabemos que as masas atmicas estaban ben medidas e que o problema era o criterio de clasificacin segundo a masa.

6.3. A Tboa Peridica actual En 1913 Moseley ordenou os elementos da tboa peridica usando como criterio de clasificacin o nmero atmico. A partir de entn a clasificacin peridica dos elementos seguiu ese criterio, pois nos tomos o nmero de protns igual ao de electrns e existe, como vimos, unha relacin directa entre a configuracin electrnica dun tomo e a sa reactividade qumica e, polo tanto, a sa posicin na tboa peridica, xa que se queren agrupar os elementos con propiedades semellantes.

Esta tboa est formada por 7 filas horizontais, chamadas perodos, e 16 columnas verticais chamadas grupos. En realidade hai 18 columnas verticais, pero tres columnas, as encabezadas por Fe, Co e Ni, considranse como unha columna nica (grupo VIII). Tamn hai das filas na parte inferior, as que corresponden s familias dos lantnidos e actnidos, que deberan ir perpendiculares tboa, sobre o La e Ac ou Lu e Lr segundo a tboa-, respectivamente, (o que sera incmodo de facer e manipular) e por iso hai un salto no valor de Z despois de Ba e Ra.

Ia IIa IIIa IVa Va VIa VIIa 0

1 1s1 G R U P O S G. 2 2s1 2s2 IIIb IVb Vb VIb VIIb VIII Ib IIb N O N 2p4 F N 3 3s1 Mg 3p1 M E 3p4 3p5 3p6 4 4s1 4s2 3d1 3d2 3d3 3d5 3d7 Ni 3d9 4p1 4p2 T A 4p5 B 5 5s1 5s2 4d1 4d2 4d3 4d5 4d7 4d9 5p1 5p2 5p3 I S R 6 6s1 6s2 5d1 M 5d3 E 5d5 T 5d7 A 5d9 I Tl S 6p3 6p4 6p5 6p6 7 7s1 7s2 6d1 6d3 6d5 6d7 6d9 S P E R O D O S

4f1 4f4 4f7 Tb 4f10 4f14 5f1 5f4 Pu 5f7 5f10 5f14

Tamn pode considerarse dividida en catro bloques: - Bloque "s": esquerda da tboa, formado polos grupos Ia e IIa. - Bloque "p": dereita da tboa, formado polos grupos IIIa a VIIa e o 0. - Bloque "d": No centro da tboa, formado polos grupos IIIb a IIb. - Bloque "f": Na parte inferior da tboa, formado polos lantnidos e actnidos.

Como podes ver no esquema anterior, nun perodo estn os elementos que enchen orbitais dunha mesma capa, de xeito que o nmero do perodo coincide co nmero da capa mis externa. Debido o desigual nmero de elementos que hai en cada perodo, o 1 recibe o nome de moi curto, o 2 e 3 de curtos, os dous

13

seguintes de longos e os dous ltimos de moi longos (parecen iguais aos anteriores, pero son maiores porque neles hai que inclur aos lantnidos e actnidos).

Nun grupo estn os elementos que teen a mesma configuracin electrnica externa e, polo tanto, as mesmas propiedades qumicas. Os grupos reciben nomes propios: a Alcalinos IIa Alcalino-trreos IIIa Trreos IVa Carbonoideos Va Nitroxenoideos VIa Anfxenos VIIa Halxenos 0 Gases nobres IIIb a IIb Elementos de transicin

Coecendo a posicin dun elemento na Tboa Peridica podemos deducir a sa configuracin electrnica, e viceversa, tendo en conta que a configuracin electrnica estar formada polo gas nobre anterior e a continuacin os orbitais s e p da capa de igual nmero que o perodo, os d da capa anterior e os f de das capas antes.

Exemplo: A) D a configuracin electrnica dos tomos dos elementos F, Ni, Tl e Pu a partir da sa posicin na Tboa Peridica (pintados en cor rosa no esquema anetrior). B) Indica a posicin na Tboa Peridica dos elementos de configuracin electrnica [Ne], 3s2 e [Xe], 4f9, 6s2.

Solucin: A) G.N. anterior Perodo Orbitais Config. elect. F: He 2 s, p [He], 2s2, 2p5 Ni: Ar 4 s, d [Ar], 3d8, 4s2 Tl: Xe 6 s, f, d, p [Xe], 4f14, 5d10, 6s2, 6p1 Pu: Rn 7 s, f [Rn], 5f6, 7s2 B) Perodo: 3 (3s); ltimo orbital que enche: s2 Alcalino-trreo Perodo: 6 (6s); ltimo orbital que enche: 4f9 Lantnido

7.- Propiedades peridicas.

Hai unha serie de propiedades nos elementos que varan de xeito peridico ao ir aumentando o nmero atmico. Imos estudar algunhas delas. Tamao do tomo: - Raio atmico: - Raio inico. Enerxa de ionizacin. Afinidade electrnica.

14

Electronegatividade. Carcter metlico.

7.1. Tamao dos tomos.

Raio atmico

Defnese como a metade da distancia dos ncleos de dous tomos iguais que estn enlazados entre si. Segundo sexa o tipo de enlace polo que estn unidos, flase de raio covalente e de raio metlico, dicir, o raio dun mesmo tomo depende do tipo de enlace que forme, e mesmo do tipo de rede cristalina que formen os metais. Nun perodo dimine cara dereita, pois ao ir cara ese lado vanse enchendo orbitais da mesma capa, polo que o raio debera ser o mesmo, sen embargo o aumento de carga no ncleo e na codia far que os electrns estean mis fortemente atrados e o raio diminuir. Nun grupo, aumenta ao descender por el, pois ao aumentar o nmero atmico, aumentan as capas que se enchen de electrns e o tamao do tomo aumenta.

Raio inico

o raio que ten un tomo cando perdeu ou gaou electrns, adquirindo a estrutura electrnica do gas nobre mis prximo. Os catins son menores que os tomos neutros porque os mesmos protns atraen a menos electrns. Canto maior sexa a carga, menor ser o in; as, nun mesmo perodo, os ins dos metais alcalinotrreos sern menores que os dos alcalinos correspondentes, dado que perden mis electrns. Os anins son maiores que os tomos neutros porque os mesmos protns teen que atraer a mis electrns. Canto maior sexa a carga, maior ser o in; as, nun mesmo perodo, os ins dos anfxenos sern maiores que os dos halxenos correspondentes, dado que ganan mis electrns. En xeral, entre os ins con igual nmero de electrns (isoelectrnicos), ten maior radio o de menor nmero atmico, pois a forza atractiva do ncleo menor ao ser menor a sa carga.

Exemplo: Ordene segundo o raio as seguintes especies: Li+, F-, Be+2, N-3. Solucin: Comezaremos vendo cantos electrns e protns forman cada

especie. Segundo isto, consideraremos, por un lado, Li+ e Be+2, que teen 2 e- polo que son os pequenos, e, por outro lado, F- e N-3, con 10 e-.

No 1 caso, o Be+2 ten os seus e- atrados por mis p+, logo menor. No 2 caso, o F- quen ten os seus e- atrados por mis p+, logo o menor. As pois Be+2 < Li+ < F- < N-3.

3Li+ 9F- 4Be+2 7N-3 p+ 3 9 4 7 e- 2 10 2 10

15

7.2. Enerxa de ionizacin (EI).

a enerxa necesaria para extraer un electrn dun tomo neutro, non excitado, en estado gasoso, e formar un catin. Tamn se lle chama potencial de ionizacin. sempre positiva (proceso endotrmico). Flase de primeira enerxa de ionizacin (EI1), segunda enerxa de ionizacin (EI2)... segundo se trate do primeiro, segundo,... electrn extrado.

X (g) + EI1 X+ (g) + e-

A enerxa de ionizacin dimine cara abaixo nos grupos porque o electrn a extraer est nunha capa mis externa e apantallado polos electrns internos, polo que a atraccin do ncleo menor. Aumenta cara dereita nos perodos, pois ao ir cara ese lado vanse enchendo orbitais da mesma capa, dicir, mis ou menos mesma distancia do ncleo, sen embargo o aumento de carga no ncleo e na codia far que os electrns estean mis fortemente atrados e a enerxa para arrancalos ser maior. A enerxa de ionizacin dos gases nobres ao igual que a 2 enerxa de ionizacin dos metais alcalinos moi grande, pois se debe extraer un electrn a tomos con configuracin electrnica moi estable.

7.3. Afinidade electrnica (AE)

a enerxa liberada cando un tomo gasoso captura un electrn e forma un anin. difcil de medir e aditase facer por mtodos indirectos. Pode ser positiva ou negativa anda que adoita ser exotrmica (H< 0). Ao igual que coa enerxa de ionizacin, falamos de primeira, segunda... afinidade electrnica.

X (g) + 1 e- X- (g) + AE

16

A enerxa desprendida aumenta ao desprazarnos cara dereita pola Tboa Peridica, porque a estn os elementos que tenden a gaar electrns para conseguir a estructura de gas nobre. Dimine ao descender por un grupo, porque ao aumentar o nmero de capas electrnicas, o novo electrn estar mis lonxe do ncleo e apantallado por mis electrns, polo que haber menos tendencia a captalo e desprenderase menos enerxa.

Adoita ser positiva en gases nobres e metais alcalinotrreos. A segunda e posteriores afinidades electrnicas tamn adoitan ser positivas, porque se trata de introducir un electrn a un anin, o que loxicamente est impedido por repulsin electrosttica.

7.4. Electronegatividade e carcter metlico.

Son conceptos opostos (a maior electronegatividade menor carcter metlico e viceversa).

A electronegatividade mide a tendencia dun tomo a atraer os electrns dos tomos aos que est enlazado. un compendio entre enerxa de ionizacin e afinidade electrnica: uns valores elevados destas das supn unha gran tendencia a adquirir electrns e polo tanto alta electronegatividade. A electronegatividade aumenta cara a arriba nos grupos pois os electrns son mis atrados polo ncleo a menores distancias e cara dereita nos perodos xa que hai maior apetencia de electrns. Pauling estableceu unha escala de electronegatividades entre 0,7 (Fr) e 4 (F):

Grupo 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Perodo

1 H 2,1

He

2 Li 1,0

Be

1,5

B

2,0

C

2,5

N

3,0

O

3,5

F

4,0

Ne

3 Na 0,9

Mg

1,2

Al

1,5

Si

1,8

P

2,1

S

2,5

Cl

3,0

Ar

4 K 0,8

Ca

1,0

Sc

1,3

Ti

1,5

V

1,6

Cr

1,6

Mn

1,5

Fe

1,8

Co

1,9

Ni

1,8

Cu

1,9

Zn

1,6

Ga

1,6

Ge

1,8

As

2,0

Se

2,4

Br

3,0

Kr

5 Rb 0,8

Sr

1,0

Y

1,2

Zr

1,4

Nb

1,6

Mo

1,8

Tc

1,9

Ru

2,2

Rh

2,2

Pd

2,2

Ag

1,9

Cd

1,7

In

1,7

Sn

1,8

Sb

1,9

Te

2,1

I

2,5

Xe

6 Cs 0,7

Ba

0,9 *

Hf

1,3

Ta

1,5

W

1,7

Re

1,9

Os

2,2

Ir

2,2

Pt

2,2

Au

2,4

Hg

1,9

Tl

1,8

Pb

1,9

Bi

1,9

Po

2,0

At

2,2

Rn

7 Fr 0,7

Ra

0,9

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Uub

Uut

Uuq

Uup

Uuh

Uus

Uuo

17

Anda que os elementos da Tboa Peridica se dividen tradicionalmente en metais, non-metais e gases nobres, non existe unha barreira clara entre as das primeiras clases, existindo uns elementos chamados semimetais con caractersticas intermedias (representados en moitas Tboas como unha escaleira que comeza no boro), porque a maior ou menor tendencia a perder ou capturar electrns gradual ao longo da tboa.

Deste tema, estes son algns enlaces interesantes: www.puc.cl/sw_educ/qda1106/CAP2/ www.educaplus.org/sp2002/ http://tablaplus.awardspace.com/Tabla.html