TEMA 2 ESTRUCTURA DE LA MATERIA Y SISTEMA PERIÓDICO (2ª parte) Fernando Granell Sánchez.
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TEMA 2
ESTRUCTURA DE LA MATERIA Y SISTEMA
PERIÓDICO(2ª parte)
Fernando Granell Sánchez
Contenidos
1.- Repaso histórico de la ordenación de elementos.1.1.- Primeras clasificaciones de los elementos químicos1.2.- Tablas periódicas de Mendeleiev y Meyer
2.- Sistema Periódico actual.2.1.- Grupos y periodos. Su relación con la configuración electrónica.2.2.- Familias que integran el Sistema Periódico.
3.- Propiedades periódicas principales.3.1.- Radio atómico e iónico.3.2.- Energía de ionización.3.3.- Afinidad electrónica.3.4.- Electronegatividad.3.5.- Carácter metálico y no metálico.
1.- Repaso histórico de la ordenación de elementos.
La primera clasificación de los elementos la plantea Antoine Lavoisier distinguiendo metales, no metales y metaloides.
Cuando se midieron las masas atómicas se observaron que ciertas propiedades variaban periódicamente en relación a su masa.
Triadas de Döbereiner (1829): La masa del elemento intermedio es la media aritmética de la masa de los otros dos.
Cl, Br y I; Li, Na y K; Ca, Sr y Ba; S, Se y Te.
Anillo de Chancourtois (1862). Construyó una hélice de papel, en la que los elementos conocidos estaban ordenados por pesos atómicos, arrollada sobre un cilindro vertical. Los elementos similares estaban prácticamente sobre la misma generatriz, lo que indicaba una cierta periodicidad
Octavas de Newlands (1864)
Ordenó los elementos en orden creciente de sus pesos atómicos (prescindiendo del hidrógeno); el octavo elemento a partir de cualquier otro tenía unas propiedades muy similares al primero.
1 2 3 4 5 6 7
Li6,9
Na23,0
K39,0
Be9,0
Mg24,3
Ca40,0
B10,8
Al27,0
C12,0
Si28,1
N14,0
P31,0
O16,0
S32,1
F19,0
Cl35,5
Tabla Periódica de Meyer (1870) Buscó determinar los volúmenes atómicos de los elementos. Para obtenerlos, pesó cantidades en gramos numéricamente iguales al peso atómico de cada elemento. Después midió el volumen que ocupaban estos pesos a la misma temperatura y presión. Al representar gráficamente los valores que obtuvo, en función de los pesos atómicos, observó que se presentaban una serie de ondas con ascenso en el peso atómico que correspondían a un incremento en sus propiedades físicas.
Tabla Periódica de Mendeleiev (1869)
Basándose en la hipótesis de que las propiedades de los elementos son función periódica de sus pesos atómicos publicó una tabla periódica en la que situó todos los elementos conocidos en aquella época, ordenando los elementos de forma tal que los elementos pertenecientes a una misma familia aparecen en la misma línea horizontal.
Debido a la universalidad de la ley, él predijo la existencia de los elementos con las características indicadas por el espacio que ocupan en la tabla. Empleó la palabra sánscrita eka, llamándolos eka-boro, eka- aluminio y eka-silicio. Años más tarde fueron descubiertos dichos elementos, encontrándose que eran Escandio, Galio y Germanio.
I II III IV V VI
. . . Ti = 50 Zr = 90 ? = 180
. . . V = 51 Nb = 94 Ta = 182
. . . Cr = 52 Mo = 96 W = 186
. . . Mn = 55 Rh = 104,4 Pt = 197,4
. . . Fe = 56 Ru = 104,4 Ir = 198
. . . Ni = Co = 59 Pd = 106,6 Os = 199
H = 1 . . Cu = 63,4 Ag = 108 Hg = 200
. Be = 9,4 Mg = 24 Zn = 65,4 Cd = 112 .
. B = 11 Al = 27,4 ? = 68 Ur = 116 Au = 197?
. C = 12 Si = 28 ? = 70 Sn = 118 .
. N = 14 P = 31 As = 75 Sb = 122 Bi = 210
. O = 16 S = 32 Se = 79,4 Te = 128? .
. F = 19 Cl = 35,5 Br = 80 I = 127 .
Li = 7 Na = 23 K = 39 Rb = 85,4 Cs = 133 Tl = 204
. . Ca = 40 Sr = 87,6 Ba = 137 Pb = 207
. . ? = 45 Ce = 92 . .
. . ?Er = 56 La = 94 . .
. . ?Yt = 60 Di = 95 . .
. . ?In = 75,6 Th = 118? . .
Tabla Periódica de Mendeleiev
Propiedad Eka-aluminio
Galio
masa atómica 68 69.3
Densidad (g/cm3) 5.9 5.93
punto de fusión (°C) Bajo 30.15
Oxido Ea2O3 Ga2O3
formula del Cloruro Ea2Cl6 Ga2Cl6
Propiedad Eka-silicio Germanio
masa atómica 72 72.59
Densidad (g/cm3) 5.9 5.35
punto de fusión(°C) alto 947
color negro gris
Electronegatividad (g/cm3) 4.7 4.7
Oxicidad base débil base débil
punto de ebullición por debajo 100 °C 86°C (GeCl4)
densidad del cloruro (g/cm3) 1.9 1.9
Las predicciones realizadas por Mendeleiev y el hecho de haber publicado su Tabla Periódica un año antes que la de Meyer le sitúan como el padre del Sistema Periódico.
Sin embargo, su ley no era del todo exacta y de hecho tuvo que alterar el orden de alguno de los elementos (Te-I, Co-Ni) para que coincidiesen los elementos que tenían propiedades parecidas.
En 1913, Moseley (discípulo de Rutherford) mediante la difracción de rayos X en cristales consiguió una relación sistemática entre la longitud de onda de dichas radiaciones con el número atómico (ley de Moseley).
A partir de esta ley y colocando los elementos en orden creciente de su número atómico todos quedaban situados en el lugar adecuado, sin necesidad de tener que alterar el orden, como tuvo que hacer Mendeleiev.
El Sistema Periódico actual está basado en dicha ley.
2.- Sistema Periódico actual
2.- Sistema Periódico actual.
Grupo
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
I II III IV V VI VII VIII
Periodo
1 1H
2He
2 3Li
4Be
5B
6C
7N
8O
9F
10Ne
3 11Na
12Mg
13Al
14Si
15P
16S
17Cl
18Ar
4 19K
20Ca
21Sc
22Ti
23V
24Cr
25Mn
26Fe
27Co
28Ni
29Cu
30Zn
31Ga
32Ge
33As
34Se
35Br
36Kr
5 37Rb
38Sr
39Y
40Zr
41Nb
42Mo
43Tc
44Ru
45Rh
46Pd
47Ag
48Cd
49In
50Sn
51Sb
52Te
53I
54Xe
6 55Cs
56Ba
* 72Hf
73Ta
74W
75Re
76Os
77Ir
78Pt
79Au
80Hg
81Tl
82Pb
83Bi
84Po
85At
86Rn
7 87Fr
88Ra
** 104Rf
105Db
106Sg
107Bh
108Hs
109Mt
110Ds
111Rg
112Uub
113Uut
114Uuq
115Uup
116Uuh
117Uus
118Uuo
Lantánidos * 57La
58Ce
59Pr
60Nd
61Pm
62Sm
63Eu
64Gd
65Tb
66Dy
67Ho
68Er
69Tm
70Yb
71Lu
Actínidos ** 89Ac
90Th
91Pa
92U
93Np
94Pu
95Am
96Cm
97Bk
98Cf
99Es
100Fm
101Md
102No
103Lr
Alcalinos Alcalinotérreos Lantánidos Actínidos Metales de transición
Metales del bloque p Metaloides No metales Halógenos Gases nobles
La Tabla Periódica que se utiliza hoy en día se estructura según la configuración electrónica de los elementos.
No siempre se cumple el orden de llenado según el diagrama de Moeller, ya que produce una mayor estabilidad a los elementos el hecho de tener los orbitales llenos o semillenos.
Los Períodos, o filas, se designan con los números del 1 al 7 y en cada uno de ellos el nivel energético de los electrones de valencia de los elementos que lo forman es el mismo, ya que cada elemento contiene un electrón de valencia más que el elemento anterior. Este electrón se denomina electrón diferenciador y es el responsable de la diferencia de propiedades de dos elementos correlativos.
Los Grupos, o familias, se designan con los números 1 al 18. Los elementos de cada grupo tienen propiedades químicas parecidas debido a su coincidencia en la configuración electrónica de los electrones de valencia.
Los grupos 1,2 y del 13 al 18 están constituidos por los elementos representativos, que reciben los siguientes nombre:
Grupo Nombre del Grupo Electrones de valencia
1 Alcalinos ns1
2 Alcalinotérreos ns2
13 Térreos ns2np1
14 Carbonoideos ns2np2
15 Nitrogenoideos ns2np3
16 Anfígenos ns2np4
17 Halógenos ns2np5
18 Gases Nobles ns2np6
Los grupos 3 a 12 están constituidos por los elementos de transición, cuyos electrones de valencia coinciden con ns2(n-1)d1-10.
Entre los metales de transición y fuera de la tabla periódica se encuentran los elementos de transición interna, cuyos electrones de valencia, de forma genérica y con muchas excepciones son:
Lantánidos: 6s2 5d1 4f1-14
Actínidos: 7s2 6d1 5f1-14
http://es.wikipedia.org/wiki/Clasificacion_periodica#Otras_formas_de_representar_la_tabla_peri.C3.B3dica
1951. Forma en espiral,1960. Forma en espiral, profesor Theodor Benfey1969. Tabla periódica de los elementos extendida Glenn T. Seaborg1995. Forma en espiral-fractal, Melinda E Green 2004- Forma en espiral sobre dibujo de galaxia, Philip J. Stewart
Si bien el Sistema Periódico anterior es el más utilizado, existen otras propuestas para la distribución de los elementos químicos.
Son los siguientes (los puedes consultar en el enlace que hay debajo):
Por último, en la Universidad de Salamanca, hace muchos años, los estudiantes hicimos (o copiamos) un “Sistema Peryódico”
3.- Propiedades periódicas principales.
Son aquellas que varían con regularidad a lo largo de los grupos y periodos.
La razón de su regularidad reside en la configuración electrónica y en el número atómico del elemento. La carga nuclear efectiva sobre el electrón más externo facilita el estudio de esta variación.
La carga nuclear efectiva se define como la carga que debiera tener el núcleo para que, en ausencia de otros electrones, la atracción del núcleo sobre el electrón considerado fuera la misma que la atracción neta que experimenta el electrón en el átomo real. Su valor es el resultado de restar a la carga nuclear el apantallamiento del resto de electrones del átomo. Este apantallamiento es diferente si se trata de electrones de capas interna (cada uno toma un valor unidad) que si se encuentra en la capa de valencia (en este caso toma un valor menor que la unidad).
Las propiedades periódicas más importante son: Radio atómico e iónico, volumen atómico, Potencial de ionización, Afinidad electrónica, Electronegatividad, Carácter metálico y no metálico.
En el siguiente enlace puedes consultar los datos:
http://www.educaplus.org/properiodicas/radatomico.html
Radio atómico e iónico.
Radio Atómico.El átomo no tiene límites definidos.Se toma como la mitad de la distancia entre dos núcleos iguales.El valor es aproximado ya que la distancia depende del tipo de enlace.
Aumento del radio a lo largo de un grupo y un período.
Radio Iónico.Los cationes tienen un radio menor que el atómico.Los aniones tienen un radio mayor que el atómico.
Este hecho se puede explicar a partir de la carga nuclear efectiva sobre el electrón más externo.
Volumen atómico
Se toma por convenio como el cociente entre la masa atómica y la densidad.
Meyer se basó en este estudio para establecer su Sistema Periódico, midiendo el volumen molar, es decir el volumen que ocupa un mol de un elemento y dividiéndolo por su densidad.
Varía según el tipo de empaquetamiento. Por ejemplo, la densidad en el C (diamante) es distinta que en el C (grafito).
El valor del volumen molar está relacionado con el volumen del átomo pero no se corresponde exactamente con éste ya que, entre otros factores, la densidad del elemento está determinada por su estructura cristalina (incluyendo los huecos entre átomos).
Energía de ionización
Es la energía necesaria para extraer un electrón del átomo neutro en estado gaseoso y en su estado electrónico fundamental, dando un ión monopositivo.
X (g) + EI → X+ (g) + 1 e-
Se habla de 1ª EI cuando se extrae el primer electrón, 2ª EI cuando se extrae el segundo electrón...
Lógicamente es mayor en los no–metales que en los metales y en los gases nobles es mucho mayor aún.
Afinidad electrónicaEs la energía intercambiada cuando un átomo neutro, en estado gaseos y en
su estado electrónico fundamental acepta un electrón.
X (g) + 1e- → X- (g) +/- AE
Normalmente esta energía es negativa (se desprende) aunque es positiva en los gases nobles y metales alcalinotérreos.
Aumento de la Afinidad electrónica a lo largo de un grupo y un período
Electronegatividad
Mide la tendencia relativa de los átomos a atraer los electrones de otros átomos con los que está enlazado.
Lógicamente es mayor en los no–metales que en los metales.Pauling, en 1939 estableció una escala de electronegatividades, asignando
al flúor, que es el elemento más electronegativo, un valor de 4,0 y el Francio (Fr) el menos un valor de 0,7.
Aumento de la electronegatividad a lo largo de un grupo y un período
Carácter metálico y no metálico
Los metales y no metales se distinguen entre sí por sus propiedades física y químicas, que varían gradualmente a lo largo del Sistema Periódico
Metales No Metales
Propiedades físicas
Conductividad eléctrica Elevada. Disminuye al aumentar la temperatura
Deficiente, excepto el carbono grafito
Conductividad térmica Elevada Deficiente, excepto el carbono grafito
Brillo Gris metálico, excepto el Cu y el Au Sin brillo metálico
Estado de agregación Sólidos, excepto Hg Sólidos, líquidos y gases
Ductilidad Dúctiles No son dúctiles
Tipo de enlace En estado sólido, metálico Moléculas con enlace covalente
Características físicas Maleables En estado sólido son quebradizos
Propiedades químicas
Electrones de valencia Pocos, menos de tres Muchos, cuatro o más
Afinidad electrónica Débil tendencia a aceptar electrones Elevada tendencia a aceptar electrones
Energía de ionización Baja, formando cationes Elevada
Electronegatividad Baja Elevada
Compuestos Iónicos con los no metales Moleculares con otros no metales