El estudio de la materia
y de sus propiedades
en el mundo occidental , empezó ya en la antigüedad , siglo V con los griegos . Se describía el mundo material como la combinación de
cuatro elementos. Tierra , agua ,
aire , y fuego.
A medida que se iban
descubriendo nuevos elementos
los químicos
iban
descubriendo analogías en
sus
propiedades.
Existe por tanto una ley natural
que relaciona los distintos elementos y los agrupa en función de sus propiedades.
DÖBERNIER en 1829 , hizo la primera clasificación de os elementos en
triadas
, conjunto de tres
elementos de propiedades muy similares. El central
tenía el peso atómico medio de los extremos de la triada.
Li
|
Ca
|
Cl
|
S
|
Na
|
Sr
|
Br
|
Se
|
k
|
Ba
|
I
|
Te
|
NEWLAND , 1866 , formuló la ley de las
octavas. En aquella época se hablaba
de pesos
atómicos y no de masas atómicas. Estos agrupamientos de ocho elementos permitieron definir las primeras propiedades periódicas.
MENDELEIEV
Y MEYER
, 1869 , tomando de partida los estudios anteriores establecieron la primera tabla de elementos basándose en:
-Colocar los elementos por orden creciente de masas atómicas.
-Agruparlos en función
de sus propiedades . En el caso de Mendeleiev en
columnas.
Tuvo mérito el dejar espacios libres para los elementos que en ese momento no habian sido aún descubiertos .Prediciendo incluso algunas de sus propiedades . Así predijo la existencia del
elemento
Germanio
,
al
que
inicialmente
se
le denominó Ekasilicio por sus
propiedades semejantes al Silicio.
Posteriormente a partir
de la ley dada por Moseley , 1913 , relacionaba
la frecuencia de la radiación emitida (rayos X) cuando
incidían electrones sobre los metales , con el denominado número atómico Z. Por tanto determina que el número atómico es una propiedad esencial de cada elemento .En la actualidad se sabe que ese número coincide con el número de protones del núcleo .Esto permitió asignar lugares definitivos en el sistema periódico.
Propiedades periódicas generales:
1.-Radio atómico
El tamaño de un átomo no es invariable sino que depende del entorno inmediato en el que
se
encuentre, de su
interacción
con
los átomos vecinos. Estimar el tamaño de los átomos es
un
poco complicado debido a la naturaleza
difusa de la nube
electrónica que
rodea al núcleo y que varía según los factores ambientales. Se realizan las medidas sobre muestras
de elementos puros no combinados químicamente y
los
datos así obtenidos
son
los tamaños relativos de
los
átomos.
Radio atómico de
un elemento es
la mitad de la distancia
entre los centros de
dos átomos vecinos.
Los radios atómicos se indican a menudo en angstroms Ă( 10-10m), nanómetros (nm, 10-9 m)
picometro (pm, 10-12 m).
Variación periódica del Radio atómico.
F=K .Zef / r2
-Aumenta Zef al
aumentar la carga nuclear(protones)
-Disminuye
con
el numero de electrones(apantalla- miento)
Zef= Z-S(apant)
• Aumentan hacia abajo en un grupo (en cada nuevo periodo los electrones más externos ocupan niveles que están más alejados del núcleo, los orbitales de mayor energía son cada vez más grandes, y además, el efecto de apantallamiento hace que la carga efectiva aumente muy
lentamente
de un período a otro).
• Disminuyen a lo largo de un periodo (los nuevos electrones se encuentran en el
mismo nivel del átomo, y tan cerca del núcleo como los demás del mismo nivel. El aumento
de la carga del núcleo
atrae con más fuerza los electrones y el átomo es más compacto).
• En el caso de los elementos de transición,
las variaciones no son tan obvias ya que los electrones se añaden a una capa interior, pero todos ellos tienen radios atómicos inferiores a
los de los elementos de los grupos precedentes IA y IIA. Los volúmenes atómicos van disminuyendo hasta que llega un momento en el que hay tantos electrones en la nueva capa que los apantallamientos mutuos y las repulsiones se hacen
importantes, observándose un crecimiento paulatin o tras llegar a un mínimo.
RESUMEN
Los radios atómicos aumentan
en términos generales hacia abajo en un grupo y disminuyen a lo
largo de un periodo
2.-Radio iónicos
La estructura y la estabilidad de los sólidos iónicos depende de manera crucial del tamaño de los iones. Éste determina
tanto la energía de
red
del sólido como la forma
en que los iones se empacan en el sólido.
El tamaño de un ion depende de:
• Su carga nuclear.
• Número de electrones.
• Orbitales en los que residen los electrones de la capa exterior.
Variación periódica
• Los iones positivos sencillos son siempre más pequeños que los átomos de los que derivan y,
al aumentar la carga positiva, su tamaño disminuye.
• Los iones sencillos cargados negativamente son siempre mayores que los átomos
de
los que derivan. El tamaño aumenta
con
la carga negativa.
• Dentro de un grupo, las diferencias entre los radios atómicos e iónicos son muy parecidas. Para
iones con la misma carga, el tamaño aumenta conforme bajamos
por
un grupo de la tabla periódica. Un aumento en el número cuántico principal del orbital ocupado más
externo de un ion, aumenta también
el tamaño del ion así como el del átomo del que deriva
RESUMEN
Los radios iónicos, en general, aumentan
al descender por un grupo y disminuyen a lo largo de un periodo. Los cationes son menores que los respectivos átomos neutros y los
aniones son mayores.
3.-Potencial de ionización
Energía
necesaria
para
arrancar un
e- de un átomo
aislado en
fase gaseosa
en
su estado fundamental y obtener un ion monopositivo gaseoso en su estado fundamental
más un electrón sin energía
cinética.
Siempre se les asigna un valor positivo, por tratarse de una reacción endotérmica (abosorve energía).
2º Potencial de ionización:
Energía necesaria para arrancar a
un ion monopositivo gaseoso en estado fundamental y
obtener un ion dipositivo en las mismas condiciones mas un electrón sin energía cinética.
Energía de ionización total
para llegar a
un ion determinado es la suma de los
sucesivos
potenciales
de ionización.
Las
energías de ionización miden, por tanto, la fuerza con que el átomo retiene sus
electrones. Energías pequeñas indican una fácil eliminación de electrones
y por consiguiente una fácil formación de iones positivos.
Los potenciales de ionización sucesivos para un mismo elemento crecen muy deprisa, debido a la dificultad creciente para arrancar un electrón cuando existe
una
carga positiva que le atrae y menos cargas negativas que le
repelan.
El conocimiento de los
valores relativos
de
las energías de ionización
sirve para
predecir si un elemento tenderá
a formar
un
compuesto iónico o covalente
Energía de ionización
|
Tendencia
del elemento
|
Tipo de compuesto
|
Baja
|
Perder electrones y dar iones positivos
|
Iónicos
|
Elevada
|
Compartir electrones
|
Covalentes
|
Muy elevada
|
Ganar electrones y dar iones negativos
|
Iónicos
|
Variación periódica:
• Dentro de una familia, el aumento
del número de
electrones tiende a reducir el potencial de ionización debido a los efectos combinados
del tamaño y de efecto pantalla. Al descender en un
grupo, se obtienen átomos más voluminosos
en los que los electrones están
menos retenidos, por lo
que el potencial de ionización decrecerá.
• En un periodo tiende a aumentar al hacerlo el número atómico. En principio, la tendencia que cabria esperar es que al aumentar la carga nuclear efectiva y
no aumentar apenas el radio atómico, la energía de
ionización sea cada
vez mayor.
|
• Ejemplo
Con referencia a la tabla periódica, acomode los átomos siguientes en orden de energía de primera ionización creciente: Ne, Na, P, Ar y K.
El orden se predice con base en la posición relativa de los elementos y las tendencias en cuanto a
variación de
esta propiedad ya
comentadas:
• Na, P y Ar
están
en
la
misma fila
de la tabla
periódica, por lo que
P.I.Na<P.I.P<P.I.Ar.
Departamento de Física y Química . Química. 2º de Bachillerato.
• Ne y Ar son gases nobles. Puesto que el Ne presenta un menor número atómico es esperable que
P.I.Ar<P.I.Ne.
• De igual modo, el Na y el K son metales alcalinos, por lo que atendiendo a su disposición en el sistema periódico, lo esperable
es que P.I.K<P.I.Na.
• A partir de estas observaciones concluimos que las energías de ionización siguen el orden P.I.K<P.I.Na<P.I.P<P.I.Ar<P.I.Ne.
(*) Aún no se
han
llevado a cabo medidas exactas de las energías de ionización (ni de los pesos atómicos y otras propiedades) de algunos elementos, especialmente los
actínidos. Algunos de ellos son radiactivos y
otros son muy raros y es difícil obtener una cantidad suficiente para efectuar determinaciones precisas.
4.-Afinidad electrónica
Energía
desprendida
en un proceso
en
el que
un
determinado átomo
neutro gaseoso
en
estado fundamental, capta un electrón para dar un ion mononegativo gaseoso en estado fundamental.
Este proceso de captación de electrones suele ser favorable (la atracción nuclear
compensa la repulsión electrónica).
Las segundas,
terceras, ... afinidades electrónicas son siempre energéticamente
desfavorables.
La energía total puesta en juego para pasar de un átomo neutro en estado fundamental y gaseoso a un ion negativo con n cargas es la suma
de las afinidades electrónicas.
Variación periódica
La variación de afinidad electrónica dentro del sistema periódico es similar a la variación del potencial de ionización, aunque es mucho menos periódica. A partir de estas
dos
propiedades se puede analizar
hasta que punto un átomo neutro está satisfecho con
su número de electrones. A mayor potencial de ionización y
electroafinidad, mayor es la apetencia electrónica
(electronegatividad) de la especie.
|
• En resumen:
Los elementos que tienen mayor actividad química son los que tienen un potencial de
ionización muy pequeño y una afinidad electrónica muy grande.
5.Electronegatividad
La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos.
• Pauling la definió como la capacidad de un átomo en una molécula para atraer
electrones hacia así. Sus valores, basados
en
datos termoquímicos, han sido determinados en una escala arbitraria, denominada escala de Pauling, cuyo valor máximo es 4 que es el valor asignado al flúor, el
elemento más
electronegativo. El elemento menos
electronegativo,
el cesio, tiene una electronegatividad de 0,7.
• La electronegatividad de un átomo en una molécula está relacionada con su
potencial
de ionización y su electroafinidad.
• Un átomo
con una afinidad electrónica
muy negativa y un
potencial
de ionización elevado, atraerá electrones de otros átomos y además se resistirá a dejar ir sus electrones ante atracciones externas; será muy electronegativo.
• El método sugerido por el profesor R.S. Mulliken
promedia los valores del potencial de
ionización y afinidad electrónica de un elemento:
XM = 0,0085 (P.I. +
A.E.) Variación periódica
• Las electronegatividades de los elementos representativos aumentan de izquierda a
derecha a lo largo de los periodos y de abajo a
arriba dentro de
cada
grupo.
• Las variaciones de electronegatividades de los elementos de transición no son tan
regulares. En general, las energías de ionización y
las electronegatividades son inferiores para los elementos de la
zona inferior izquierda de la
tabla periódica que para los de la zona
superior
derecha.
• El concepto de la electronegatividad
es muy útil para conocer el tipo de enlace que
originarán dos átomos en su unión:
• El enlace entre átomos de la misma clase y de la misma electronegatividad es
apolar.
• Cuanto mayores sean las diferencias de electronegatividad entre dos átomos tanto
mayor será la densidad electrónica
del
orbital molecular en las proximidades del átomo más electronegativo. Se origina un enlace polar.
• Cuando la diferencia de electronegatividades es suficientemente alta, se produce una transferencia completa de electrones, dando lugar a la formación de especies
iónicas.
Ejemplo:
Compuesto
|
F2
|
HF
|
LiF
|
Diferencia
de electronegatividad
|
4.0 - 4.0 =
0
|
4.0 - 2.1 = 1.9
|
4.0 - 1.0 =
3.0
|
Tipo de enlace
|
Covalente no polar
|
Covalente polar
|
Iónico
|
La electronegatividad es
una
medida de la fuerza con la que un átomo atrae un par de electrones
de un
enlace. Cuanto mayor sea la diferencia
de electronegatividad
entre átomos implicados en un enlace más polar será éste.
Los compuestos formados por elementos con electronegatividades muy diferentes tienden a formar enlaces con un marcado carácter iónico
5.1 Carácter metálico
Se
entiende por metal
un
elemento con
pocos
electrones en
su última
capa ( 1
ó 2)
y
excepcionalmente
(3 ó 4) y gran tendencia
a cederlos.
El no metal tendrá gran tendencia a la captación de electrones.
Por tanto
a medida que descendemos en un grupo los electrones están “ más libres” ,
menos atrapados por el campo de atracción del núcleo y el carácter
metálico aumentará.
ACTIVIDAD:
1) Identifique cales son los periodos y cuales los grupos o familias de la tabla periodica.
2) De acuerdo con las caracteristicas de los elementos ubique los grupos de elementos en la tabla periodica.