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TABLA PERIODICA

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FUNDAMENTO TEÓRICO, NOMBRES Y SÍMBOLOS DE LOS ELEMENTOS, GRUPOS, PERIODOS, LEY PERIODICA, Y DESCRIPCIÓN COMPLETA DE LA TABLA...COLEGIO AMERICANO DE SAN CARLOS...tango/tango

FUNDAMENTO TEÓRICO, NOMBRES Y SÍMBOLOS DE LOS ELEMENTOS, GRUPOS, PERIODOS, LEY PERIODICA, Y DESCRIPCIÓN COMPLETA DE LA TABLA...COLEGIO AMERICANO DE SAN CARLOS...tango/tango

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  • 1. Tabla periódica Química 1 UNIDAD DE COMPETENCIA 4 TABLA PERIODICA 50 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 2. Tabla periódica Química 1 UNIDAD DE COMPETENCIA 4: Interpretará la información que proporciona, la tabla periódica. ¿Qué vas a aprender a hacer? 1. Proporcionar toda la información que se deriva de los conceptos manejados en clase para cualquier elemento químico dado, utilizando únicamente la tabla periódica. 2. Explicar la relación entre el nivel energético y el período con auxilio del modelo de Bohr. 3. Identificar a los elementos metálicos de los no metálicos en función de sus propiedades físicas: conductividad eléctrica y calorífica, maleabilidad, ductibilidad, y estado físico. 4. Identificar a los elementos metálicos de los no metálicos en función de la tendencia a ganar o perder electrones al reaccionar químicamente. 5. Explicar el concepto de periodicidad de los elementos. 6. Enunciar los conceptos de radio atómico, afinidad electrónica, electronegatividad y energía de ionización. Fundamento Teórico La historia de la civilización, desde sus orígenes hasta nuestros días, es en gran medida la historia del mejoramiento de los medios materiales de vida. Esta afirmación se comprende mejor cuando se analizan los esfuerzos hechos por la humanidad para aprovechar las materias primas que le brinda la naturaleza y ocuparlas en su beneficio. En este contexto, un papel central lo constituye el esfuerzo por producir y obtener materiales con cada vez mejores propiedades para su uso en construcción, ingeniería, confección de artefactos domésticos, etc. No es casualidad que las distintas etapas de la civilización se nombren por medio de los materiales utilizados prioritariamente por el hombre durante ciertos períodos. Así encontramos la Edad de Piedra, seguida por la Edad del Bronce y la Edad del Hierro. A esto podríamos agregar la moderna Edad del Acero, que data desde mediados del siglo XIX, y en la actualidad la Edad del Silicio, a partir de su profusa aplicación en microelectrónica desde el año 1960. 51 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 3. Tabla periódica Química 1 Naturalmente, en épocas remotas el interés principal del hombre era satisfacer sus necesidades materiales inmediatas -hacer una buena punta de flecha o un cuchillo firme- y no estaba en condición de hacer “investigación científica”, sino que comenzó directamente por la aplicación. Así, los primeros metalúrgicos que fundieron mineral de cobre hace unos 7000 años tal vez eran incapaces de distinguir entre un óxido o un sulfuro, pero sí sabían buscar y utilizar muy bien las vetas del mineral que les proporcionaban cobre metálico. Posteriormente vino un desarrollo más sistemático, se aprendió a distinguir distintos elementos y a combinarlos entre sí para producir materiales con mejores propiedades, de acuerdo a las necesidades. Esto permitió obtener reglas empíricas de mezclas y métodos de producción, muchos de los cuales son usados hasta el día de hoy. Estas reglas empíricas, a su vez, sirvieron como base para desarrollar las teorías científicas en el campo de la física y de la química que constituyen los pilares fundamentales de la actual ciencia de los materiales. Nombres y símbolos de los elementos. Dalton, a principios del siglo XIX, propuso una serie de símbolos para representar los elementos químicos entonces conocidos. Esta serie de dibujos se fue complicando a medida que iba creciendo el número de elementos conocidos, de manera que era más difícil recordar su símbolo que su nombre. Se hacía necesario un nuevo método para establecer los símbolos. Fue el químico sueco Berzelius el que sugirió la simbología que usamos en la actualidad. De manera resumida, esta consiste en lo siguiente: • Cada elemento químico se representa con un símbolo, que suele ser la inicial de su nombre en mayúscula. Por ejemplo: hidrógeno (H), oxígeno (O)... • Para subsanar coincidencias entre elementos que empiezan por la misma letra, esta se suele acompañar de la segunda letra en minúscula. Por ejemplo: calcio (Ca), berilio (Be)... Algunos elementos se nombran en latín o griego, por lo que su símbolo proviene del nombre en esta lengua clásica. Suelen ser, en general, metales conocidos desde la Antigüedad, como, por ejemplo: el hierro, ferrum en latín (Fe), o el oro, aurum (Au). Se nombran en griego, sobre todo, los gases nobles, como el helio (He). Los símbolos químicos son los distintos signos abreviados que se utilizan para identificar los elementos y compuestos químicos en lugar de sus nombres completos. Algunos elementos frecuentes y sus símbolos son: carbono, C; oxígeno, O; nitrógeno, N; hidrógeno, H; cloro, Cl; azufre, S; magnesio, Mg; aluminio, Al; cobre, Cu; oro, Au; hierro, Fe. 52 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 4. Tabla periódica Química 1 La mayoría de los símbolos químicos se derivan de las letras del nombre del elemento, principalmente en latín, pero a veces en inglés, alemán, francés, latín o ruso. La primera letra del símbolo se escribe con mayúscula, y la segunda (si la hay) con minúscula. Los símbolos de algunos elementos conocidos desde la antigüedad, proceden normalmente de sus nombres en latín. Por ejemplo, Cu de cuprum (cobre), Ag de argentum (plata), Au de aurum (oro) y Fe de ferrum (hierro). Este conjunto de símbolos que denomina a los elementos químicos es universal. Los símbolos de los elementos pueden ser utilizados como abreviaciones para nombrar al elemento, pero también se utilizan en fórmulas y ecuaciones para indicar una cantidad relativa fija del mismo. El símbolo suele representar un átomo del elemento. Sin embargo, los átomos tienen unas masas fijas, denominadas masas atómicas relativas, así que los símbolos representan, a menudo, una masa molar del elemento o mol. No sé si alguna vez te has preguntado por qué algunos símbolos de la tabla periódica no se relacionan mucho con los nombres de los elementos. La razón es simple, los nombres verdaderos de los que se tomaron las abreviaciones estaban en latín. • Ag - Argentium (plata). ¿Alguna vez te has preguntado por qué se llama Argentina de esa manera? Ese país posee las mayores minas de plata del mundo, así que alguna relación debe haber. ¿Y el Río de la Plata? Pues una cosa lleva a la otra. • Au - Aurum (oro). El disco áureo, metáfora del Sol siendo éste un círculo dorado. El número áureo, el número dorado, omnipresente en la naturaleza. • Cu - Cuprum (cobre). • Fe - Ferrum (hierro). • Hg - Hydrargyrum (mercurio). • I - Iodium (yodo). • K - Kalium (potasio). • Na - Natrium (sodio). • P - Phosporus (fósforo). • Pb - Plumbum (plomo). Fontanero se traduce a inglés como plumber, porque antiguamente las tuberías se fabricaban en plomo. • S - Sulphurium (azufre). Cuando se dice que alguien se sulfura quiere decir que se irrita o enfurece. Los romanos creían que cuando los volcanes expulsaban lava era porque el dios llamado Vulcano se enfurecía. Tan sólo hay que tener en cuenta que la principal fuente de producción del azufre eran los volcanes, así que ahora saca la relación. • Sb - Stibium (antimonio). • Sn - Stannum (estaño). 53 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 5. Tabla periódica Química 1 Distribución de los elementos en la naturaleza. De los 112 elementos que aparecen en la tabla periódico, la Tierra alberga alrededor de 90. De éstos, 81 elementos son estables, mientras que los 9 restantes existen como isótopos radioactivos estables. Los elementos posteriores al Uranio (Z=92) no se encuentran en la naturaleza y han sido obtenidos artificialmente mediante el uso de aceleradores de partículas. La mayoría de los elementos se obtienen de la corteza terrestre, y otros de la atmósfera y de los océanos. Algunos se encuentran en forma libre y sin combinar. Sin embargo, muchos de ellos se combinan uno con otros para formar compuestos, y éstos entre sí forman los minerales, las rocas y los suelos. De los suelos se extraen los minerales que son la base de la riqueza de algunos países del mundo. Los metales más abundantes que existen en la corteza terrestre en forma mineral son: aluminio, hierro, calcio, magnesio, sodio, potasio, titanio y manganeso. El agua de mar es un rica fuentes de iones metálicos como Na+, Mg+2, Ca+2, Cl-1, CO3 -2, SO4 -2, etc. Por otra parte, la obtención de metales con alto índice de pureza como el hierro y el aluminio, entre otros, se logra mediante procesos metalúrgicos. El origen de los elementos químicos La teoría más aceptada, hoy en día, para explicar el origen del Universo es la del “Big Bang” o la Gran Explosión. Ésta postula que hace diez mil o veinte mil millones de años, toda la materia y energía presente, incluyendo el espacio que ellas llenan, se 54 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 6. Tabla periódica Química 1 concentró en un volumen muy pequeño y por tanto de una densidad e inestabilidad muy grande. Al ocurrir la inmensa explosión, todo comenzó a expandirse en un proceso que aún no ha cesado. En el Universo primitivo se formó hidrógeno y helio, a partir de las partículas elementales que existían o se formaban como producto de la explosión primigenia. Sin embargo, el resto de los elementos no podían conformarse en tales condiciones, pues sus núcleos atómicos se disociarían a tan altas energías. A medida que ocurría la expansión del Universo, las temperaturas fueron disminuyendo y, con el tiempo, las estrellas se convirtieron en las fábricas naturales de elementos. Radiación Partículas Partículas La capacidad que tienen las estrellas para producir determinados elementos químicos depende de sus masas, que pueden ir desde 0,1 hasta 100 veces la masa del Sol. De esta forma, la enorme fuerza gravitacional de estos cuerpos estelares propiciará el proceso. Ello tiene lógica: para que dos núcleos atómicos se fusionen es necesario vencer la fuerza eléctrica de repulsión de estas partículas, de tal manera que puedan acercarse a una distancia que les permita atraerse mediante la denominada “fuerza nuclear fuerte”. En sucesivas fusiones nucleares se van conformando los núcleos de elementos cada vez más pesados, hasta llegar al isótopo más estable del hierro que es el 56. Por ser 55 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 7. Tabla periódica Química 1 éste el núcleo más estable, a partir de allí ya no es posible continuar la fusión de núcleos, por lo que entra en vigencia una vía energéticamente menos exigente: la captura de neutrones que, al no tener carga eléctrica, pueden penetrar en los núcleos sin ser repelidos. Luego este núcleo emite radiación beta, dando origen a un nuevo elemento. 2 1H 3 H4 1 He 2 Ley periódica y Tabla periódica 1 n 0 La reacción de fusión de un núcleo de deuterio (hidrógeno- 2) y uno de tritio (hidrógeno-3) para dar un núcleo de Desde la antigüedad, los hombres se han preguntado de qué están hechas las cosas. El primero del que tenemos noticias fue un pensador griego, Tales de Mileto, quien en el siglo VII antes de Cristo, afirmó que todo estaba constituido a partir de agua, que enrareciéndose o solidificándose formaba todas las sustancias conocidas. Con posterioridad, otros pensadores griegos supusieron que la sustancia primigenia era otra. Así, Anaxímenes, en al siglo VI a. C. creía que era el aire y Heráclito el fuego. En el siglo V, Empédocles reunió las teorías de sus predecesores y propuso no una, sino cuatro sustancias primordiales, los cuatro elementos: Aire, agua, tierra y fuego. La unión de estos cuatro elementos, en distinta proporción, daba lugar a la vasta variedad de sustancias distintas que se presentan en la naturaleza. Aristóteles, añadió a estos cuatro elementos un quinto: el quinto elemento, el éter o quintaesencia, que formaba las estrellas, mientras que los otros cuatro formaban las sustancias terrestres. 56 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 8. Tabla periódica Química 1 Tras la muerte de Aristóteles, gracias a las conquistas de Alejandro Magno, sus ideas se propagaron por todo el mundo conocido, desde España, en occidente, hasta la India, en el oriente. La mezcla de las teorías de Aristóteles con los conocimientos prácticos de los pueblos conquistados hicieron surgir una nueva idea: La alquimia. Cuando se fundían ciertas piedras con carbón, las piedras se convertían en metales, al calentar arena y caliza se formaba vidrio y similarmente muchas sustancias se transformaban en otras. Los alquimistas suponían que puesto que todas las sustancias estaban formadas por los cuatro elementos de Empédocles, se podría, a partir de cualquier sustancia, cambiar su composición y convertirla en oro, el más valioso de los metales de la antigüedad. Durante siglos, los alquimistas intentaron encontrar, evidentemente en vano, una sustancia, la piedra filosofal, que transformaba las sustancias que tocaba en oro, y a la que atribuían propiedades maravillosas y mágicas. Las conquistas árabes del siglo VII y VIII pusieron en contacto a éste pueblo con las ideas alquimistas, que adoptaron y expandieron por el mundo, y cuando Europa, tras la caída del imperio romano cayó en la incultura, fueron los árabes, gracias a sus conquistas en España e Italia, los que difundieron en ella la cultura clásica. El más importante alquimista árabe fue Yabir (también conocido como Geber) funcionario de Harún al-Raschid (el califa de Las mil y una noches) y de su visir Jafar (el conocido malvado de la película de Disney). Geber añadió dos nuevos elementos a la lista: el mercurio y el azufre. La mezcla de ambos, en distintas proporciones, originaba todos los metales. Fueron los árabes los que llamaron a la piedra filosofal al-iksir y de ahí deriva la palabra elixir. Aunque los esfuerzos de los alquimistas eran vanos, su trabajo no lo fue. Descubrieron el antimonio, el bismuto, el zinc, los ácidos fuertes, las bases o álcalis (palabra que 57 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 9. Tabla periódica Química 1 también deriva del árabe), y cientos de compuestos químicos. El último gran alquimista, en el siglo XVI, Theophrastus Bombastus von Hohenheim, más conocido como Paracelso, natural de Suiza, introdujo un nuevo elemento, la sal. Robert Boyle, en el siglo XVII, desechó todas las ideas de los elementos alquímicos y definió los elementos químicos como aquellas sustancias que no podían ser descompuestas en otras más simples. Fue la primera definición moderna y válida de elemento y el nacimiento de una nueva ciencia: La Química. Durante los siglos siguientes, los químicos, olvidados ya de las ideas alquimistas y aplicando el método científico, descubrieron nuevos e importantes principios químicos, las leyes que gobiernan las transformaciones químicas y sus principios fundamentales. Al mismo tiempo, se descubrían nuevos elementos químicos Apenas iniciado el siglo XIX, Dalton, recordando las ideas de un filósofo griego, Demócrito, propuso la teoría atómica, según la cual, cada elemento estaba formado un tipo especial de átomo, de forma que todos los átomos de un elemento eran iguales entre sí, en tamaño, forma y peso, y distinto de los átomos de los distintos elementos. 58 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 10. Tabla periódica Química 1 Fue el comienzo de la formulación y nomenclatura química, que ya había avanzado a finales del siglo XVIII Lavoisier. Conocer las propiedades de los átomos, y en especial su peso, se transformó en la tarea fundamental de la química y, gracias a las ideas de Avogadro y Cannizaro, durante la primera mitad del siglo XIX, gran parte de la labor química consistió en determinar los pesos de los átomos y las formulas químicas de muchos compuestos. Al mismo tiempo, se iban descubriendo más y más elementos. En la década de 1860 se conocían más de 60 elementos, y saber las propiedades de todos ellos, era imposible para cualquier químico, pero muy importante para poder realizar su trabajo. Ya en 1829, un químico alemán, Döbereiner, se percató que algunos elementos debían guardar cierto orden. Así, el calcio, estroncio y bario formaban compuestos de composición similar y con propiedades similares, de forma que las propiedades del estroncio eran intermedias entre las del calcio y las del bario. Otro tanto ocurría con el azufre, selenio y teluro (las propiedades del selenio eran intermedias entre las del azufre y el teluro) y con el cloro, bromo y iodo (en este caso, el elemento intermedio era el bromo). Es lo que se conoce como tríadas de Döbereiner. Las ideas de Döbereiner cayeron en el olvido, aunque muchos químicos intentaron buscar una relación entre las propiedades de los elementos. En 1864, un químico ingles, Newlands, descubrió que al ordenar los elementos según su peso atómico, el octavo elemento tenía propiedades similares al primero, el noveno al segundo y así sucesivamente, cada ocho elementos, las propiedades se repetían, lo denominó ley de las octavas, recordando los periodos musicales. Pero las octavas de Newlands no se cumplían siempre, tras las primeras octavas la ley dejaba de cumplirse. En 1870, el químico alemán Meyer estudió los elementos de forma gráfica, representando el volumen de cada átomo en función de su peso, obteniendo una gráfica en ondas cada vez mayores, los elementos en posiciones similares de la onda, tenían propiedades similares, pero las ondas cada vez eran mayores e integraban a más elementos. Fue el descubrimiento de la ley periódica, pero llegó un año demasiado tarde. 59 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 11. Tabla periódica Química 1 En 1869, Mendeleyev publicó su tabla periódica. Había ordenado los elementos siguiendo su peso atómico, como lo hizo Newlands antes que él, pero tuvo tres ideas geniales: no mantuvo fijo el periodo de repetición de propiedades, sino que lo amplió conforme aumentaba el peso atómico (igual que se ampliaba la anchura de la gráfica de Meyer). Invirtió el orden de algunos elementos para que cuadraran sus propiedades con las de los elementos adyacentes, y dejó huecos, indicando que correspondían a elementos aún no descubiertos. En tres de los huecos, predijo las propiedades de los elementos que habrían de descubrirse (denominándolos ekaboro, ekaaluminio y ekasilicio), cuando años más tarde se descubrieron el escandio, el galio y el germanio, cuyas propiedades se correspondían con las predichas por Mendeleyev, y se descubrió un nuevo grupo de elementos (los gases nobles) que encontró acomodo en la tabla de Mendeleyev, se puso de manifiesto no sólo la veracidad de la ley periódica, sino la importancia y utilidad de la tabla periódica. La tabla periódica era útil y permitía predecir las propiedades de los elementos, pero no seguía el orden de los pesos atómicos. Hasta los comienzos de este siglo, cuando físicos como Rutherford, Bohr y Heisemberg pusieron de manifiesto la estructura interna del átomo, no se comprendió la naturaleza del orden periódico. Ley periódica En 1913, un físico inglés llamado Henry Moseley, en su afán por encontrar un procedimiento para determinar el número atómico de los elementos químicos descubrió que el orden de incremento del número atómico, también es el orden de incremento de la masa atómica. 60 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 12. Tabla periódica Química 1 Dado que también en esa época las aportaciones de Mendeleiev presentaban algunos problemas para entender las inversiones entre pares como el argón-potasio, cobalto- níquel y telurio-yodo, a los cuales no les correspondía el lugar asignado de acuerdo con su peso atómico dadas las propiedades que presentaban, y además de que todavía no se tenía muy claro la clasificación periódica; sin embargo, Moseley con su concepto de número atómico demostró que éste da una medida del número de electrones, lo que determinaba que la periodicidad de las propiedades de los elementos químicos es una función de las configuraciones electrónicas más que de las masas atómicas. Como resultado del trabajo de Moseley enunció lo que hasta ahora ha regido como la Ley Periódica Moderna, y la cual establece que: “Las propiedades de los elementos, así como de los compuestos constituidos por ellos, son en función periódica de sus número atómicos” Descripción de la tabla periódica 10-43 10-34 La tabla periódica se organiza en filas horizontales, que se llaman periodos, y columnas verticales que reciben el nombre de grupos, además, por facilidad de representación, aparecen dos filas horizontales fuera de la tabla que corresponden a elementos que deberían ir en el sexto y séptimo periodo, tras el tercer elemento del periodo. Los grupos con mayor número de elementos, los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18, se conocen como grupos principales, los grupos del 3 al 12 están formados por los llamados elementos de transición y los elementos que aparecen aparte se conocen como elementos de transición interna. Los elementos de la primera fila de elementos de transición interna se denominan lantánidos o tierras raras, mientras que los de la segunda fila son actínidos. Salvo el tecnecio y el prometio, todos los elementos de la tabla periódica hasta el uranio, se encuentran en la naturaleza. Los elementos transuránidos, así como el tecnecio y el prometio, son elementos artificiales, que no se hallan en la naturaleza, y han sido obtenidos por el hombre El número de elementos de cada periodo no es fijo. Así, el primer periodo consta de dos elementos (hidrógeno y helio), los periodos segundo y tercero tienen cada uno ocho elementos, el cuarto y el quinto dieciocho, el sexto treinta y dos y el séptimo, aunque debería tener treinta y dos elementos aún no se han fabricado todos, desconociéndose 3 de ellos y de otros muchos no se conocen sus propiedades. 61 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 13. Tabla periódica Química 1 Cuando se descubrió la ordenación periódica de los elementos, se realizó de forma que elementos con propiedades químicas similares cayeran en la misma vertical, en el mismo grupo, de forma que algunas propiedades, que dependen más o menos directamente del tamaño del átomo, aumentaran o decrecieran regularmente al bajar en el grupo (afinidad electrónica, potencial de ionización, electronegatividad, radio atómico o volumen atómico). De esta forma, conocer la tabla periódica significa conocer las propiedades de los elementos y sus compuestos: valencia, óxidos que forma, propiedades de los óxidos, carácter metálico, etc. 62 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 14. Tabla periódica Química 1 Clasificación de los elementos químicos El oro es hermosamente brillante; la plata, además de sus codiciadas dotes, es un muy buen conductor de la electricidad; el cobre es un gran amigo de los artesanos, pues es maleable y dúctil; el mercurio, a pesar de ser líquido a presión y temperatura ambiente, tiene un llamativo brillo y una altísima densidad. Por estas razones y otras propiedades a un grupo de elementos se le ha clasificado como metales, que se caracterizan por ser: maleables, o sea fácilmente moldeables al impactarlos con un martillo; dúctiles, pues podemos estirarlos en forma de largos hilos; brillantes porque reflejan la luz que les ilumina; además tienen una alta conductividad eléctrica y térmica, y son, con frecuencia, relativamente densos y poseen altos puntos de fusión. Por el contrario, elementos como el oxígeno, el fósforo, el yodo, el azufre y el nitrógeno, entre otros, al tener escaso o ningún brillo, ser malos conductores de la electricidad y de la energía térmica, además de tender a no ser maleables ni dúctiles, y a presentar bajas densidades y bajos puntos de fusión, a tal extremo que muchos de ellos se nos presentan en forma gaseosa a temperatura y presión ambiente, deben ser clasificados como no metales. Adicionalmente, algunos elementos tienen propiedades que oscilan entre las que caracterizan a los metales y aquellas que les son propias a los no metales, por lo que se les denomina semimetales. Ejemplos de ellos son el germanio (Ge) y el arsénico (As). De los 112 elementos que se conocen, menos de una quinta parte son no metálicos. Su química es muy diversa y su abundancia en la corteza terrestre es notable. Algunos de ellos son esenciales para los sistemas biológicos y ciertamente sin su existencia la Tierra sería bien distinta y la vida, tal como la concebimos, imposible. Este grupo incluye, entre otros, a los gases nobles, los halógenos, el hidrógeno, el carbono, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre. El carbono es clasificado como un no metal cuando se nos presenta en forma de grafito, el mismo material de la mina de los lápices, y es un buen conductor de la electricidad, de allí que se le haya utilizado en la elaboración de algunas pilas o baterías eléctricas. Características de la tabla periódica en relación al modelo cuántico. El orden de los elementos en la tabla periódica, y la forma de ésta, con periodos de distintos tamaños, se debe a su configuración electrónica y a que una configuración especialmente estable es aquella en la que el elemento tiene en su última capa, la capa de valencia, 8 electrones, 2 en el orbital s y seis en los orbitales p, de forma que los 63 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 15. Tabla periódica Química 1 orbitales s y p están completos. En un grupo, los elementos tienen la misma configuración electrónica en su capa de valencia. Así, conocida la configuración electrónica de un elemento sabemos su situación en la tabla y, a la inversa, conociendo su situación en la tabla sabemos su configuración electrónica. Los primeros dos grupos están completando orbitales s, el correspondiente a la capa que indica el periodo. Así, el rubidio, en el quinto periodo, tendrá es su capa de valencia la configuración 5s1, mientras que el bario, en el periodo sexto, tendrá la configuración 6s2. Los grupos 3 a 12 completan los orbitales d de la capa anterior a la capa de valencia, de forma que hierro y cobalto, en el periodo cuarto, tendrán las configuraciones 3d64s2 y 3d74s2, en la que la capa de valencia no se modifica pero sí la capa anterior. 64 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 16. Tabla periódica Química 1 Interpretación de la tabla periódica Los elementos químicos presentan algunas propiedades características que pueden relacionarse con la posición de los mismos en la tabla periódica. Algunas de estas propiedades son: el tamaño atómico, el potencial de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad. A estas propiedades se les llama “Periódicas” debido a que se repiten regularmente, tanto en los grupos como en los períodos. Es posible deducir estas propiedades a partir de la posición que guardan los elementos en la tabla. Electrones de valencia En las interacciones entre los distintos átomos sólo intervienen los electrones situados en la capa más externa, los denominados electrones de valencia situados en la llamada capa de valencia, ya que al ser los electrones que se encuentran más lejanos del núcleo y más apantallados por los restantes electrones, son los que están retenidos más débilmente y los que con más facilidad se pierden. Además, todos los átomos tienden a tener en su capa de valencia únicamente ocho electrones. Así que el número real de electrones de su capa de valencia influirá también en sus propiedades. En la tabla periódica, los elementos están ordenados de acuerdo con su número atómico y, por lo tanto, de su número de electrones. 65 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 17. Tabla periódica Química 1 En cada fila o periodo, se completa la última capa del átomo, su capa de valencia. De esta forma, la variación en las propiedades periódicas será debidas al aumento de electrones en esa capa y al aumento de la carga nuclear, que atraerá con más fuerza a esos electrones. En cada columna o grupo, la configuración electrónica del átomo es la misma, variando únicamente que la última capa es más externa. Así las propiedades de los elementos del grupo serán similares, sobre todo en su aspecto químico. Radio atómico El radio atómico, es decir, el tamaño exacto de un átomo, es muy difícil de determinar, ya que depende del estado de agregación del elemento y de la especie química que forma. Así, se puede considerar el radio covalente, la mitad de la distancia entre dos átomos iguales unidos por un enlace simple, y el radio atómico, que es una media del radio del átomo en varios compuestos covalentes. Aunque las dos medidas no coinciden, su variación es similar. El radio atómico dependerá de la distancia al núcleo de los electrones de la capa de valencia. En un grupo, al bajar en la tabla periódica, aumenta el número de electrones del elemento y el número de capas electrónicas. Puesto que hay más capas electrónicas, los electrones están cada vez más lejos del núcleo atómico, que los atrae, por tanto, con menos fuerza y más apantallados por los electrones de las capas internas, que los repelen hacia el exterior del átomo. Estos factores se conjugan para que al bajar en el grupo el radio atómico aumente. 66 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 18. Tabla periódica Química 1 En un periodo el número de capas permanece constante, ya que en un periodo se completa la capa de valencia, no aumenta el número de capas electrónicas. A lo largo del período aumenta la carga nuclear, con lo que los electrones se encontrarán más atraídos por el núcleo y se acercarán más a él, disminuyendo el radio atómico. Tras los elementos de transición, se produce un aumento puntual del radio atómico en el grupo 13, ocasionado por el mayor apantallamiento de los electrones interiores (en los metales de transición se completan capas internas del átomo), para, a continuación, volver a decrecer. Potencial de ionización El potencial de ionización es la energía que es necesaria suministrarle a un átomo para arrancarle un electrón de su capa de valencia, convirtiendo el átomo en un ion positivo o catión. Nos ceñiremos al primer potencial de ionización, energía necesaria para extraer un único electrón del átomo, aunque en muchos elementos se puede hablar de segundo potencial de ionización, energía necesaria para arrancar un segundo electrón al átomo que ya ha perdido uno, o de tercer, cuarto, etc. potenciales de ionización. Dos factores influirán sobre el potencial de ionización. Por una parte será tanto mayor cuanto más atraído esté el electrón que se pierde por el núcleo atómico. Por otro lado, 67 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 19. Tabla periódica Química 1 como los átomos tienden a tener ocho electrones en su capa de valencia, acercarse a este ideal disminuirá el potencial de ionización, y alejarse de él lo aumentará. En un grupo, al bajar en la tabla periódica, aumenta el número de electrones del elemento y el número de capas electrónicas. Puesto que hay más capas electrónicas, los electrones están cada vez más lejos del núcleo atómico, que los atrae, por tanto, con menos fuerza y más apantallados por los electrones de las capas internas, que los repelen hacia el exterior del átomo. Estos tres factores se conjugan para que al bajar en el grupo, como el electrón estará menos retenido, el potencial de ionización disminuya. En un periodo el número de capas permanece constante, ya que en un periodo se completa la capa de valencia, no aumenta el número de capas. Al empezar, la capa de valencia tiene un único electrón, mientras que la capa inmediatamente anterior tiene ocho, si el átomo pierde ese electrón externo, se quedaría con una última capa con ocho electrones, una capa de valencia completa, de forma que pierde con mucha facilidad ese electrón y el potencial de ionización es muy pequeño. En los metales de transición, va aumentando la carga nuclear, sin aumentar la distancia entre la capa de valencia y el núcleo, así que los electrones de valencia están más atraídos y va aumentando el potencial de ionización. Al finalizar el período, los electrones de la capa de valencia aumentan en número, a la vez que aumenta su separación del núcleo, así que el primer elemento tendrá un potencial bajo, pero al aumentar el número de electrones se acerca a ocho y cada vez será más difícil arrancar un electrón, aumentando el potencial de ionización hasta alcanzar el máximo en los gases nobles, que tienen completa con ocho electrones la capa de valencia. 68 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 20. Tabla periódica Química 1 Afinidad electrónica La afinidad electrónica se define como la energía que liberará un átomo, en estado gaseoso, cuando captura un electrón y se convierte en un ión negativo o anión. Como el potencial de ionización, la afinidad electrónica dependerá de la atracción del núcleo por el electrón que debe capturar, de la repulsión de los electrones existentes y del acercamiento o alejamiento a completar la capa de valencia con ocho electrones. Mientras que el potencial de ionización se puede medir directamente y con relativa facilidad, la medición de la afinidad electrónica es complicada y sólo en muy pocos casos puede realizarse de forma directa y los datos que se tienen no son fiables. Electronegatividad Para que los átomos se unan entre sí, se requiere que éstos compartan, ganen o bien pierdan sus e- de valencia, de tal forma que los átomos que unidos gracias a estos e- también llamados electrones de enlace. Estos e- son atraídos con una cierta fuerza por los núcleos de los átomos que participan en el enlace. La magnitud de esta fuerza es diferente para cada átomo llamándosele a esta magnitud electronegatividad, la cual se puede definir como la medida de la fuerza con la cual los átomos atraen hacia sí, los electrones de enlace. Los átomos que presentan baja electronegatividad tienden por lo general a perder sus electrones de valencia; mientras tanto los que presentan altos valores de electronegatividad tienden a ganarlos. En la tabla periódica, la electronegatividad varía de la misma forma que el potencial de ionización y la afinidad electrónica. En base a esto, puedes observar que los elementos colocados a la izquierda de la tabla periódica, es decir los metales, son elementos que 69 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 21. Tabla periódica Química 1 tienden a perder sus electrones de valencia, esto debido a que presentan bajo potencial de ionización y baja electronegatividad, mientras que los elementos colocados a la derecha de la tabla, es decir los no metales, tienden a ganar electrones debido a que presentan alta electronegatividad y alto potencial de ionización. 1 segundo 3 minutos 1x105 años 1x108 años 15x108 años Criterios de Desempeño Ejercicio 1. Con la información proporcionada sobre la evolución de la tabla periódica elaborar una línea del tiempo indicando los acontecimientos más sobresalientes. Ejercicio 2. Responde de manera individual las siguientes cuestiones relacionadas con la evolución de la tabla periódica. 1.- Aristóteles creía en la existencia de ¿Cuántos elementos? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 70 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 22. Tabla periódica Química 1 e) 5 2.- ¿Cuál de los siguientes elementos fue descubierto en la edad media? a) Azufre b) Calcio c) Uranio d) Agua e) Bismuto 3.- ¿Quién propuso la primera noción moderna de elemento? a) Bohr b) Boyle c) Paracelso d) Aristóteles e) Demócrito 4.- El descubridor de la tabla periódico se llama: a) Newlands b) Lavoisier c) Avogadro d) Döbereiner e) Mendeleyev 5.- En la teoría atómica, la propiedad más importante de los átomos era: a) Su color b) Su peso c) Su aroma d) Su forma e) Su tamaño Ejercicio 3. Responde de manera individual los siguientes cuestiones relacionadas con la distribución e interpretación de la tabla periódica. 1.- ¿Qué nombre reciben las filas horizontales de la Tabla periódica? a) Filas b) Rayas c) Grupos d) Periodos e) Columnas 71 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 23. Tabla periódica Química 1 2.- ¿Y las filas verticales? a)Filas b)Rayas c)Grupos d)Periodos e)Columnas 3.- ¿Qué nombre reciben los elementos de la parte media de la Tabla periódica? a) Metales b) Elementos c) Transuránidos d) Grupo principal e) Elementos de transición 4.- En la Tabla periódica, los elementos están ordenados según: a) Su color b) Su peso atómico c) Su número atómico d) Su año de descubrimiento e) Su configuración electrónica 5.- Las propiedades periódicas de un átomo dependen sobre todo de: a) De su color b) Su capa de valencia c) De su peso atómico d) Del tamaño del átomo e) De su número atómico 6.- ¿Cuántos electrones tiende un átomo a tener en su capa de valencia? a) 5 b) 6 c) 7 d) 8 e) 9 7.- ¿En un periodo, el radio atómico? a) No cambia 72 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”
  • 24. Tabla periódica Química 1 b) Cambia al azar c) Normalmente aumenta d) Normalmente disminuye e) Crece y disminuye alternativamente 8.- ¿En un grupo, el potencial de ionización? a) Aumenta b) No cambia c) Disminuye d) Cambia al azar e) Crece y disminuye alternativamente 9.- Los elementos de transición interna: a) Son radiactivos b) No son radiactivos c) Tienen el mismo color d) Completan sus orbitales f e) No pueden situarse en la Tabla periódica 10.- La configuración de un elemento 1s22s2p63s2p6d54s2: a) Esta en el tercer periodo b) Esta en el cuarto periodo c) Esta en el quinto periodo d) Esta en el sexto periodo e) Esta en el segundo periodo 73 “Inteligencia, Rectitud y Grandeza”