Relaciones peridicas

entre los elementos

Clasificacin de los elementos. La

ley peridica y la tabla peridica 1869, Dimitri Mendeleev

Lother Meyer

Cuando los elementos se organizan en

orden creciente de sus masas atmicas,

algunos conjuntos de propiedades se

repiten peridicamente.

La tabla peridica de

Mendeleev 1871

= 44

= 72 = 68

Predicciones que se cumplieron

Contenidos

Clasificacin de los elementos. La ley

peridica y la tabla peridica.

Metales, no metales y sus iones.

El tamao de los tomos y los iones.

Energa de ionizacin.

Afinidad electrnica.

Propiedades magnticas.

Por qu ley peridica?

Propiedades fsicas y qumicas

Tipos de Enlaces y estructuras

Propiedades atmicas

Nmero atmico

La ley peridica

La tabla peridica actual

En 1913 Moseley orden los elementos de

la tabla peridica usando como criterio de

clasificacin el nmero atmico.

Enunci la ley peridica: "Si los

elementos se colocan segn aumenta su

nmero atmico, se observa una

variacin peridica de sus propiedades

fsicas y qumicas".

http://www.webelements.com/

Glenn T. Seaborg fue uno de los principales codescubridores de diez elementos qumicos: plutonio, americio, curio, berkelio, californio, einsteinio, fermio, mendelevio, nobelio y el elemento 106 (cuyo nombre es el seaborgio, denominado as en su honor cuando Seaborg an viva).

Desarroll ms de un centenar de isotopos atmicos, y se le concede el crdito de haber realizado una contribucin importante en la separacin del isotopo de uranio usado en la bomba de Hiroshima.

Posteriormente hizo descubrimientos en el rea de medicina nuclear, desarrollando sistemas para la deteccin de tumores, uno de los ms notables es el iodo 131, empleado en el tratamiento de las enfermedades de la tiroides.

Tras compartir en 1951 el Premio Nobel de Qumica con Edwin McMillan, recibi aproximadamente 50 doctorados honorarios y muchsimos otros honores.

http://es.wikipedia.org/wiki/Plutoniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Americiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Curiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Berkeliohttp://es.wikipedia.org/wiki/Californiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Einsteiniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Fermiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Mendeleviohttp://es.wikipedia.org/wiki/Nobeliohttp://es.wikipedia.org/wiki/Seaborgiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Isotopohttp://es.wikipedia.org/wiki/Uraniohttp://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_Hiroshimahttp://es.wikipedia.org/wiki/Bomba_de_Hiroshimahttp://es.wikipedia.org/wiki/Medicina_nuclearhttp://es.wikipedia.org/wiki/Medicina_nuclearhttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Iodo_131&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Cart%C3%ADlago_tiroideshttp://es.wikipedia.org/wiki/1951http://es.wikipedia.org/wiki/Edwin_McMillanhttp://es.wikipedia.org/wiki/Edwin_McMillan

ltimo subnivel de energa para los elementos

7.8

Configuraciones Electrnicas y Tabla Peridica

8.1

Cundo se descubrieron los elementos

8.2

Clasificacin de los elementos

8.2

ns

1

ns

2

ns

2n

p1

ns

2n

p2

ns

2n

p3

ns

2n

p4

ns

2n

p5

ns

2n

p6

d1

d5

d1

0

4f

5f

Configuracin electrnica de los elementos

en su estado natural

http://profmokeur.ca/quimica/

http://www.ptable.com/?lang=es

La tabla

peridica Metales alcalinos

Alcalino trreos

Metales de transicin

Halgenos

Gases nobles

Lantnidos y actnidos

Grupo principal

Grupo principal

Bloque Grupo Nombres Config. Electrn.

s 1

2

Alcalinos

Alcalino-trreos

n s1

n s2

p

13

14

15

16

17

18

Trreos

Carbonoideos

Nitrogenoideos

Anfgenos

Halgenos

Gases nobles

n s2 p1

n s2 p2

n s2 p3

n s2 p4

n s2 p5

n s2 p6

d 3-12 Elementos de transicin n s2(n1)d1-10

f El. de transicin Interna

(lantnidos y actnidos) n s2 (n1)d1(n2)f1-14

Grupos

La tabla peridica actual

Hay una relacin directa entre el ltimo

orbital ocupado por un e de un tomo y su

posicin en la tabla peridica y, por tanto,

en su reactividad qumica, frmula

estequiomtrica de compuestos que forma...

Se clasifica en cuatro bloques:

Bloque s: (A la izquierda de la tabla)

Bloque p: (A la derecha de la tabla)

Bloque d: (En el centro de la tabla)

Bloque f: (En la parte inferior de la tabla)

http://www.lenntech.es/periodica/tabla-periodica.htm

Tipos de orbitales en

la tabla peridica

Bloque s

Bloque p

Bloque d

Bloque f

p1 p2 p3 p4 p5 p6

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

s1 s2

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10

f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13

f14

H He

Ejemplo: Determinar la posicin que ocupar un tomo cuya configuracin

electrnica termine en 5d4 6 s2

W

Ejemplo: Determinar la posicin que ocupar un tomo cuya configuracin

electrnica termine en 3d10 4s2

Zn

Gases Nobles

He

Ar

Ne

Xe

Kr

Rn

Apantallamiento y penetracin

Zef = Z S

En = - RH n2

Zef2

Carga nuclear efectiva (Z*)

Es la carga real que mantiene unido a un e al

ncleo.

Depende de:

Carga nuclear (Z)

Efecto pantalla (apantallamiento) () de e

interiores o repulsin electrnica.

Ambos efectos son contrapuestos:

A mayor Z mayor Z*.

A mayor apantallamiento menor Z*.

As consideraremos que:

Z* = Z -

Penetracin y apantallamiento

Zef es la carga nuclear efectiva.

Carga nuclear efectiva (Zefectiva) es la carga positiva que

siente un electrn.

Na

Mg

Al

Si

11

12

13

14

10

10

10

10

1

2

3

4

186

160

143

132

Zefectiva Base Z Radio (pm)

Zefectiva = Z - s 0 < s < Z (s = constante de pantalla)

Zefectiva Z nmero de electrones internos o de base

Carga nuclear efectiva En un tomo de muchos

de electrones, los

electrones son atrados

tanto por el ncleo como

repelidos por otros

electrones.

La carga nuclear que

experimentan los

electrones depende de

ambos factores

Variacin de Z* en la tabla.

Crece hacia la derecha en los

elementos de un mismo periodo.

Debido al menor efecto pantalla de los

e de la ltima capa y al mayor Z.

aumenta

Variacin de Z+ en la Tabla peridica

Variacin de Z* en la tabla.

Vara poco al aumentar Z en los e de

valencia de un mismo grupo

Aunque hay una mayor carga nuclear

tambin hay un mayor apantallamiento.

Consideraremos que en la prctica cada e

de capa interior es capaz de contrarrestar el

efecto de un protn.

Carga nuclear efectiva (Zefectiva)

incrementando Zefectiva

incre

menta

ndo Z

efe

ctiva

Propiedades peridicas

Tamao del tomo

Radio atmico:

Radio covalente (la mitad de la distancia de dos

tomos unidos mediante enlace covalente).

Radio metlico.

Radio inico

Energa de ionizacin.

Afinidad electrnica.

Electronegatividad

Carcter metlico.

Radio atmico

Se define como: la mitad de la distancia de

dos tomos iguales que estn enlazados

entre s.

Por dicha razn, se habla de radio covalente

y de radio metlico segn sea el tipo de

enlace por el que estn unidos.

Es decir, el radio de un mismo tomo

depende del tipo de enlace que forme, e

incluso del tipo de red cristalina que formen

los metales.

Radio atmico

incrementando el radio atmico

incre

menta

ndo e

l ra

dio

at

mic

o

Radios atmicos

Radios Atmicos (Volmenes atmicos)

Radio Covalente: la mitad de la distancia internuclear en

las molculas diatmicas gaseosas de los elementos no

metlicos: O2, F2, Cl2, N2,..

Radio metlico: la mitad de la distancia internuclear entre

dos tomos en la red metlica.

Propiedades peridicas de los elementos

Radios atmicos

Variacin del radio atmico

en un periodo

En un mismo periodo

disminuye al

aumentar la carga

nuclear efectiva

(hacia la derecha).

Es debido a que los

electrones de la

ltima capa estarn

ms fuertemente

atrados.

Periodo 2

Variacin del radio atmico

en un grupo.

En un grupo, el

radio aumenta al

aumentar el

periodo, pues

existen ms capas de electrones.

Ed. Santillana. Qumica

2 achillerato.

Grupo 1

Radio inico

Es el radio que tiene un tomo que ha perdido o

ganado electrones, adquiriendo la estructura

electrnica del gas noble ms cercano.

Los cationes son menores que

los tomos neutros por la mayor

carga nuclear efectiva (menor

apantallamiento o repulsin de e).

Los aniones son mayores que

los tomos neutros por la dismi-

nucin de la carga nuclear efecti-

va (mayor apantallamiento o

repulsin electrnica).

Comparacin de radios atmicos e inicos

Iones isolectrnicos

Radios Catinicos

Radios Aninicos

El catin siempre es ms pequeo que el

tomo a partir del cual se form.

El anin siempre es ms grande que el

tomo a partir del cual se form.

8.3

Radios de iones (en pm) de elementos familiares

Tamao de iones

Tamao inico

depende de:

Carga Nuclear

Numero de

electrones.

Orbitales en los

cuales los

electrones residen

Tamao de iones

Cationes son ms

pequeos que sus

tomos de los

cuales proceden.

Los electrones

ms externos

son removidos

y las

repulsiones se

reducen.

Tamao de iones

Los aniones son

ms grandes de

los tomos de los

cuales proceden.

Se adicionan

electrones y las

repulsiones

aumentan.

Tamao de iones

Los iones crecen en

tamao al bajar en

una columna.

Debido al incremento

del valor de n.

Tamao de iones

En series isoelectronicas, los iones tienen

igual nmero de electrones.

Tamaos inicos decrecen con un

incremento de la carga nuclear.

Comparacin de radios

atmicos e inicos

Ejemplo: a) De las siguientes secuencias de iones, cual corresponde con la ordenacin correcta en

funcin de los radios inicos:

(I) Be2+ < Li+ < F- < N3-, (II) Li+ Be > N > F. En el mismo periodo, el radio atmico

disminuye hacia la derecha al haber una mayor Z* por

aumentar ms Z que el Efecto pantalla.

+1

+2

+3

-1

-2

-3

Aniones y cationes de los elementos representativos

Na+: [Ne] Al3+: [Ne] F-: 1s22s22p6 or [Ne]

O2-: 1s22s22p6 or [Ne] N3-: 1s22s22p6 or [Ne]

Na+, Al3+, F-, O2-, y N3- son todos isoelectrnicos con Ne

Qu tomo neutro es isoelectrnico con H- ?

H-: 1s2 La misma configuracin electrnica

que el He.

Configuraciones electrnicas de cationes y aniones

Na [Ne]3s1 Na+ [Ne]

Ca [Ar]4s2 Ca2+ [Ar]

Al [Ne]3s23p1 Al3+ [Ne]

Los tomos ceden electrones de

modo que los cationes adquieren

la configuracin electrnica de un

gas noble.

H 1s1 H- 1s2 or [He]

F 1s22s22p5 F- 1s22s22p6 or [Ne]

O 1s22s22p4 O2- 1s22s22p6 or [Ne]

N 1s22s22p3 N3- 1s22s22p6 or [Ne]

Los tomos aceptan

electrones de modo que los

aniones adquieren la

configuracin electrnica de

un gas noble.

de elementos representativos

Configuracin electrnica de cationes de metales de

transicin

Cuando un tomo metlico se transforma en un catin los

electrones primeramente son retirados del orbital ns y

despus de los orbitales (n 1)d.

Fe: [Ar]4s23d6

Fe2+: [Ar]4s03d6 or [Ar]3d6

Fe3+: [Ar]4s03d5 or [Ar]3d5

Mn: [Ar]4s23d5

Mn2+: [Ar]4s03d5 or [Ar]3d5

Mn4+: [Ar]4s03d3 or [Ar]3d3

8.3

Comparacin de radios atmicos con radios inicos

Energa de ionizacin (EI)

(potencial de ionizacin).

Es la energa necesaria para extraer un e de un

tomo gaseoso y formar un catin.

Es siempre positiva (proceso endotrmico).

Se habla de 1 EI (EI1), 2 EI (EI2), ... segn se

trate del primer, segundo, ... e extrado.

La EI aumenta hacia arriba en los grupos y hacia

la derecha en los periodos por aumentar Z* y

disminuir el radio.

La EI de los gases nobles, al igual que la 2 EI en

los metales alcalinos, es enorme.

La energa de ionizacin es la energa mnima (kJ/mol)

requerida para remover un electrn de un tomo gaseoso en

su estado natural.

I1 + X (g) X+

(g) + e-

I2 + X+

(g) X2+

(g) + e-

I3 + X2+

(g) X3+

(g) + e-

I1 primera energa de ionizacin

I2 segunda energa de ionizacin

I3 tercera energa de ionizacin

I1 < I2 < I3

Energa de ionizacin

Mg(g) Mg+(g) + e- I1 = 738 kJ

Mg+(g) Mg2+(g) + e- I2 = 1451 kJ

I = RH n2

Zef2

Primera energa de

ionizacin

Lleno n=1

Lleno n=2

Lleno n=3

Lleno n=4 Lleno n=5

Variacin de la primera energa de ionizacin

con nmero atmico

Segunda energa de ionizacin, I2: Energa que se ha de suministrar al primer catin de

un tomo para eliminar su siguiente electrn ms

externo

Propiedades peridicas de los elementos

A+ + I2 A2+ I2 >0

Segunda energa de ionizacin de los elementos del segundo y tercer periodo

en funcin de su nmero atmico. La energa est dada en kJ/mol

I2 (Mg) vs. I3 (Mg)

7733

1451

I1 (Mg) vs. I1 (Al)

737,7 577,6

I1 (P) vs. I1 (S)

1012 999,6

Tendencia general en la

primera energa de ionizacin

Al incrementar la primera energa de ionizacin

Al in

cre

me

nta

r la

prim

era

en

erg

a d

e io

niz

aci

n

Energas de ionizacin de los primeros 20 elementos

Energa de Ionizacin

Requiere ms energa para remover cada

electron sucesivo.

Cuando todos los electrones de valencia se han

removidos, la EI da un salto cuntico

Afinidad electrnica (AE)

Es la energa intercambiada cuando un tomo

gaseoso captura un e y forma un anin.

Se suele medir por mtodos indirectos.

Puede ser positiva o negativa aunque suele ser

exotrmica. La 2 AE suele ser positiva. Tambin la

1 de los gases nobles y metales alcalinotrreos.

Es mayor en los halgenos (crece en valor

absoluto hacia la derecha del S.P. y en un mismo

grupo hacia arriba por aumentar Z* y disminuir el

radio).

Afinidad electrnica es el cambio de energa que ocurre

cuando un electrn es aceptado por un tomo en estado

gaseoso para formar un anin.

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

F (g) + e- X-(g)

O (g) + e- O-(g)

DH = -328 kJ/mol EA = +328 kJ/mol

DH = -141 kJ/mol EA = +141 kJ/mol

Afinidad electrnica

F(g) + e- F-(g) AE = -328 kJ

F(1s22s22p5) + e- F-(1s22s22p5)

Li(g) + e- Li-(g) AE = -59,6 kJ

Afinidades electrnicas de

los elementos de los grupos

principales

Afinidades electrnicas de

un segundo electrn

O(g) + e- O-(g) AE = -141 kJ

O-(g) + e- O2-(g) AE = +744 kJ

8.5

Afinidades electrnicas (kJ/mol) de algunos elementos

representativos y de los gases nobles

8.5

Variacin de la afinidad electrnica con el

nmero atmico (H Ba)

Electronegatividad, X:

Tendencia de un determinado tomo a atraer un electrn exterior

Escala de Mulliken: I + Eae

2

Propiedades peridicas de los elementos

Escala estandarizada a X(F)=4

Aumento de

en la tabla peridica

Los elementos con bajos potenciales de ionizacin y

bajas afinidades electrnicas son electropositivos y

tienen carcter metlico

Los elementos con altos potenciales de ionizacin y

altas afinidades electrnicas son electronegativos y

tienen carcter no metlico

El Flor es el elemento ms electronegativo de la

tabla peridica

El Francio es el elemento ms electropositivo de la

tabla peridica

Propiedades peridicas de los elementos

Electronegatividad ( )

y carcter metlico

Son conceptos opuestos (a mayor menor carcter

metlico y viceversa).

mide la tendencia de un tomo a a atraer los e

haca s.

es un compendio entre EI y AE.

Pauling estableci una escala de electronegatividades

entre 0.7 (Fr) y 4 (F).

aumenta hacia arriba en los grupos y hacia la

derecha en los periodos.

Electronegativity

H 2.1

Li 1.0

Be 1.5

Na 0.9

Mg 1.2

Al 1.0

K 0.8

B 2.0

C 2.5

N 3.0

O 3.5

F 4.0

Al 1.5

Si 1.8

P 2.1

S 2.5

Cl 3.0

Ne -

Ar -

He -

Increase in electronegativity

Decrease

Propiedades peridicas de los

elementos

Propiedades magnticas

tomos o iones diamagnticos:

Todos los electrones estn apareados.

Una especie diamagntica es dbilmente repelida por un

campo magntico.

tomos o iones paramagnticos:

Tienen electrones desapareados.

Los electrones desapareados inducen un campo magntico

que hace que el tomo o ion sea atrado por un campo

magntico externo.

Paramagnetismo

Paramagntico

Nivel semivaco

2p

Diamagntico

Nivel lleno

2p

Ejemplo: Dados los elementos A y B de nmeros atmicos 19 y 35 respectivamente:

a) Establezca la configuracin electrnica de cada uno de ellos.

b) Indique su situacin en el sist. peridico. c) Compare tres

propiedades peridicas de ambos elementos. d) Justifique el tipo

de enlace que producen al unirse.

a) A (Z=19): 1s2 2s2p6 3s2p6 4s1 B (Z= 35): 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p5

b) A (4s1) Grupo 1 (alcalinos) Periodo 4

B (4s2p5) Grupo 17 (halgenos) Periodo 4

c) Al estar en el mismo periodo slo hay que ver la variacin

de izquierda a derecha:

radio atmico : A > B (el radio disminuye hacia la derecha)

EI: A < B (la EI aumenta hacia la derecha)

: A < B (la aumenta hacia la derecha)

Ejemplo: Dados los elementos A y B de nmeros atmicos 19 y 35 respectivamente:

a) Establezca la configuracin electrnica de cada uno de ellos.

b) Indique su situacin en el sistema peridico. c) Compare tres

propiedades peridicas de ambos elementos. d) Justifique el tipo

de enlace que producen al unirse.

(Viene de la diapositiva anterior)

d) Al ser A un metal alcalino y B un no-metal halgeno formarn un enlace inico ya que A tender a ceder el

electrn 4s con facilidad (baja EI) y B tender a capturarlo

(alta ):

A 1 e A+ ; B + 1 e B Frmula: AB (KBr)

89

Ejercicio: Supuesto que se conocen los nmeros cunticos "n", "1" y "m", que definen el estado

del ltimo electrn que forma parte de la corteza de un elemento

E. Razone si puede saberse: a) Si ser oxidante o reductor; b) Si es

un metal o no metal; c) Si ser muy electronegativo; d) Si su

volumen atmico ser elevado.

Al saber los ltimos n cunticos se podr saber su ltimo tipo

de orbital en ser rellenado y , por tanto, posicin aproximada en

la tabla en la tabla peridica.

a) Si el ltimo orbital es s (l=0) ser una sustancia reductora pues

tratar de oxidarse (perder e) mientras que si es p (l=1) ser

ms oxidante (sobre todo si n es pequeo sin ser 1).

b) Si el ltimo orbital es s ser un metal alcalino o alcalino-

trreo; sin embargo si el ltimo orbital es p podr ser metal o

no metal (tanto mas no-metal cuanto menor sea s sin ser 1 ).

(Contina)

Ejercicio: Supuesto que se conocen los nmeros cunticos "n", "1" y "m", que definen el estado del

ltimo electrn que forma parte de la corteza de un elemento E.

Razone si puede saberse: a) Si ser oxidante o reductor; b) Si es

un metal o no metal; c) Si ser muy electronegativo; d) Si su

volumen atmico ser elevado.

c) Igualmente, si el ltimo orbital es s ser un metal alcalino o

alcalino-trreo y por lo tanto poco electronegativo; sin embargo si

el ltimo orbital es p podr ser metal o no metal (tanto mas no-

metal y por tanto mas electronegativo cuanto menor sea s sin ser

1 ).

d) Al se el volumen un propiedad que depende tanto de la masa

atmica como del tipo de empaquetamiento que sufra y variar de

manera no uniforme en la tabla peridica, poco se podr deducir

conociendo la posicin aproximada en la tabla peridica:

nicamente, que cuanto mayor sea n mayor ser el

volumen.

Elementos del Grupo 1A (ns1, n 2)

8.6

Elementos del Grupo 2A (ns2, n 2)

8.6

Elementos del Grupo 3A (ns2np1, n 2)

8.6

Elementos del Grupo 4A (ns2np2, n 2)

8.6

Elementos del Grupo 5A (ns2np3, n 2)

8.6

Elementos del Grupo 6A (ns2np4, n 2)

8.6

Misterio de la qumica: El Helio

En 1898, Pierre Janssen descubri una anomala en el

espectro solar conocido en esa poca, el cual no concordaba

con las lneas de emisin estudiadas en ese entonces.

En 1895, William Ramsey descubri el mismo elemento a

partir de un trozo de uranio.

Ese nuevo elemento fue llamado Helio

La qumica en accin:

El descubrimiento de los gases nobles

Sir William Ramsay