21             Departamento de Ciencias y Tecnología             Subsector: Química             Profesor: Carlos Donoso E....
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27En la siguiente gráfica aparecen representados los primeros potenciales de ionización delos elementos hasta Z=90.Electro...
28Tomemos el caso del Flúor                               F( g)  e   F( )                                             ...
29      Es la tendencia o capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de unenlace químico. La electronegativ...
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Guía de apoyo nº 5 q1 m 2012 teoría atómica propiedades periódicas

  1. 1. 21 Departamento de Ciencias y Tecnología Subsector: Química Profesor: Carlos Donoso E. Nivel: 1º año Medio Año: MMXIII Guía de Apoyo nº5: Teoría Atómica Objetivos: 1. Reconocen que muchas de las propiedades de los elementos se repiten periódicamente, y valoran el ordenamiento de los elementos en el sistema periódico como el resultado de un proceso histórico en la búsqueda de sistematizar y ordenar una gran cantidad de información. 2. Distinguen las propiedades de radio atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad y las reconocen como propiedades periódicas. 3. Son capaces de explicar el origen de la variación periódica del radio atómico, de la energía de ionización y de la electroafinidad, así como de la electronegatividad, en los elementos de la tabla periódica.. Propiedades Periódicas. Introducción Muchas de las propiedades químicas de los elementos se explican a partir de su configuración electrónica, por lo que no es sorprendente, que elementos con configuraciones electrónicas semejantes tengan propiedades químicas similares. Los químicos del siglo XIX descubrieron que las propiedades físicas y químicas de los elementos, tenían comportamientos periódicos, mucho antes que se desarrollara la mecánica cuántica. Con el desarrollo de la tabla periódica moderna, las relaciones entre los elementos quedaron establecidas de manera definitiva.Paramagnetismo y Diamagnetismo Por definición, una sustancia paramagnética será aquella que es atraída por uncampo magnético. Es decir, un imán puede atraerla. Mientras que, una sustanciadiamagnética, no lo será.La explicación de este fenómeno se logró al observar la distribución de los electrones delúltimo nivel.Si en el último nivel, se encuentran orbitales que tienen un solo electrón (quellamaremos desde ahora: electrones desapareados), el elemento presentaráparamagnetismo, mientras que si presenta orbitales llenos (diremos que los electronesestán apareados), el comportamiento será diamagnético.Veamos un ejemplo: El Litio (Z=3), tiene la siguiente configuración: 1s 22s1. El último nivel (n=2), tieneun solo electrón (electrón desapareado).Ello hará que el Litio se paramagnético.
  2. 2. 22En cambio, el Helio (Z=4), tiene la configuración:1s 22s2. El último nivel tendrá, doselectrones con los espines opuestos. Esto hará que el Helio sea un elementodiamagnético.La explicación se encuentra en la disposición de los espines. Si los electrones dentro delos orbitales tienen espines paralelos (ambos del mismo valor, ejemplo +½), seránafectados por un campo magnético. Mientras que si los electrones tienen espinesantiparalelos (uno con espín +½ y el otro con -½), no será afectado por un campomagnético.Efecto de apantallamiento Otro de los fenómenos interesante que podemos explicar a partir de laconfiguración electrónica.Sabemos, por principio, que el núcleo atómico tiene carga positiva y que los electronestienen carga negativa. Esto es importante, ya que cargas eléctricas de distinto signo seatraen (Ley de Coulomb). Por lo tanto, un electrón moviéndose en un orbital sentirádicha atracción.Sin embargo, en átomos polielectrónicos, se da una situación bastante peculiar. Loselectrones más externos “sienten” una menor atracción por parte del núcleo.La explicación que daríamos sería: ¡bueno!, eso es natural, ya que mientras más alejadoestá el electrón, menor es la atracción que el núcleo puede ejercer sobre él. Pero, a la luzde esta explicación, resulta que la atracción que el núcleo ejerce sobre “ese” electrón esaún menor.La explicación de esta anomalía, se conoce como efecto pantalla o efecto deapantallamiento y es ocasionado por los electrones que se encuentran “en medio”entre el núcleo y el último electrón. Esos electrones, “dificultan” que la atracción eléctricaque ejerce el núcleo sobre “ese” electrón más alejado, sea óptimaAsí, la carga nuclear efectiva (Zef), que es el término asociado a este concepto, será ladiferencia entre la carga ideal (la interacción eléctrica que debiera sentir el electrón solo,en relación a su distancia al núcleo) y el efecto de apantallamiento, que ejercen loselectrones que se encuentra en medio.Determinación de la Carga nuclear efectiva (Zef.) John C. Slater, desarrollo una constante, que denominó σ, la que consideraba losefectos de apantallamiento que ejercían los demás electrones sobre aquel más externo,en el átomo.La fórmula desarrollada por Slater es: Z ef  Z  donde Z es la carga nuclear real, es decir, la cantidad total de electrones que hay en elátomo y σ, la constante de apantallamiento
  3. 3. 23Reglas de Slater para calcular la constantes de apantallamiento σ1.- Los electrones en los orbitales más externos no contribuyen.2.- Los electrones en el mismo grupo contribuyen con 0.35, excepto los del 1s, que lohacen con 0.30.3.- Los electrones ubicados en orbitales s y p, del nivel (n-1), contribuyen con 0.854.- Los restantes electrones contribuyen con 1.0Ejemplo: Calculemos el Zef para el último electrón del 11Naa.- Obtenemos la configuración electrónica: 1s22s22p63s1b.- Contamos los electrones que hay en los orbitales s y p del nivel inmediatamenteinferior al que estamos determinando, es decir, 2s 22p6. Como hay 8 electrones, ese valorlo multiplicamos por 0.85. 0.85  8  6.8c.- Para todos los anteriores a ellos, su contribución será 1.0. Luego como hay 2electrones (en 1s2), tendremos 1.0  2  2.0Por lo tanto, sumando,   0.85  8  1.0  2  8.8Finalmente, Z ef  Z    11 8.8 Z ef  2.2Propiedades Periódicas Podemos clasificar las propiedades periódicas en dos conjuntos: las propiedades de carácter cuantitativo y las de carácter semicuantitativo o de tendencia. Dentro de las primeras, que hacen alusión a propiedades físicas de los átomos, podríamos agruparlas en propiedades relacionadas con el tamaño y propiedades relacionadas con la energía. Las propiedades periódicas más relevantes son: Radio atómico, Volumen atómico,Potencial de Ionización, Electroafinidad, Electronegatividad, Electropositividad
  4. 4. 24Relaciones de TamañoRadio atómico (R.A) Corresponde a la distancia entre el núcleo y el electrón más externo.Según el tipo de unión que exista entre dos átomos, distinguiremos: el radio metálico, el radio covalente o el radio iónico En la siguiente figura se muestra la tabla periódica con los tamaños relativos de los átomos de cada elemento. Podemos apreciar la variación de tamaño en periodos ygrupos. Al considerar el valor de los radios atómicos de los átomos neutros, resulta la siguiente gráfica que relaciona su longitud (en picómetros, pm, equivalente a 10-12 m),con el número atómico (Z) de los elementos.
  5. 5. 25Radio de un átomo ionizado Al perder o ganar electrones, el radio atómico cambiará.Si el átomo se transforma en un catión, es decir, pierde uno o más electrones, su nubeelectrónica total se reducirá (los orbitales del nivel más externo quedarán con menoselectrones), lo que significará que el catión debe tener un tamaño menor al del átomoneutro.Por otro lado, si el átomo de un elemento se transforma en un anión, es decir, capta unoo más electrones, su nube electrónica total aumentará (habrá más electrones en el nivelmás externo). De esta forma, el tamaño del anión será mayor al del átomo neutro.En la figura de la izquierda, se muestra cómo cambia el tamaño del átomo de Litio yFlúor, cuando forman iones, en el compuesto LiF.En la figura de la derecha, se muestra una gráfica comparativa entre las medidas de losradios de átomos neutros y de sus cationes o sus aniones.Variación del radio atómico en la tabla periódica El radio atómico aumenta de derecha a izquierda en los periodos y de arriba haciaabajo, en los grupos.Volumen atómico (V.A) Corresponde al espacio que ocupa un átomo. Se mide en cm3.Recordemos que, para nosotros, el átomo es una especie de esfera o mejor dicho, tieneuna forma esférica, por lo tanto, el volumen que ocupa en el espacio estágeométricamente hablando, relacionado con el volumen de una esferaEn geometría, el volumen de una esfera se calcula a través de la fórmula: 4 V    r3 3Por lo tanto, depende solamente del valor del radio.Esto significa que, el volumen de un átomo está directamente relacionado con el radioatómico. Luego, variará de la misma manera en periodos y grupos.
  6. 6. 26Variación del volumen atómico en la tabla periódica El volumen atómico aumenta de derecha a izquierda en los periodos y de arribahacia abajo, en los gruposPotencial de Ionización o Energía de ionización (P.I) Corresponde a la energía necesaria, para extraer un electrón a un átomo gaseosoen su estado fundamental (eléctricamente neutro).Las unidades en que se mide esta energía son  kJ  o  kcal  .  mol  mol     Es decir, energía  X( g)  X(g)  e Es interesante observar que, en la definición, se señala que el átomo debe estar enestado gaseoso. Esto es importante, ya que en ese estado los átomos están aislados, porlo tanto, el valor obtenido experimentalmente corresponderá al potencial de ionización.Por otro lado, el primer potencial de ionización (I 1), está relacionado con la extracción delelectrón más externo del átomo y por ende, el menos retenido de todos. Después de él,podemos seguir aplicando otros potenciales de ionización (I2, I3, etc.), que permitiránextraer el siguiente electrón, el subsiguiente, etc.Variación del potencial de ionización en la tabla periódica El Potencial de ionización aumenta de izquierda a derecha en los periodos y deabajo hacia arriba en los grupos.La siguiente tabla se muestra los potenciales de ionización en (kJ/mol) de los 20primeros elementos químicos
  7. 7. 27En la siguiente gráfica aparecen representados los primeros potenciales de ionización delos elementos hasta Z=90.Electroafinidad o Afinidad electrónica (E.A) Corresponde a la energía que libera un átomo en estado gaseoso, cuando capta unelectrón para convertirse en un anión. Al expresarlo en una ecuación, tenemos X( g)  e  X(g)  EnergíaLa tabla adjunta muestra los valores de electroafinidades en kJ/mol, de los elementosrepresentativos y gases nobles.En la gráfica, se muestra la variación de las electroafinidades para todos los elementosde la tabla periódica
  8. 8. 28Tomemos el caso del Flúor F( g)  e   F( ) g ΔH = -328 kJ/molEsto quiere decir que cuando el Flúor capta un electrón, libera 328 kJ/mol de energía(en forma de calor, por eso se usa el símbolo ΔH). De esta manera, como una convención,se le asignará el valor positivo a la electroafinidad del Flúor.Es decir, un valor grande y positivo de la afinidad electrónica indica que el anión es muyestable.Variación de la electroafinidad en la tabla periódica La electroafinidad aumenta de izquierda a derecha en los periodos y de abajohacia arriba en los grupos.Electronegatividad (E.N)
  9. 9. 29 Es la tendencia o capacidad de un átomo para atraer hacia sí los electrones de unenlace químico. La electronegatividad de un átomo, es un concepto relativo dado que sepuede medir sólo en relación con respecto a otro átomo.Linus Pauling desarrolló un método para calcular las electronegatividades relativas de lamayoría de los elementos químicos.La variación de la electronegatividad de los elementos de la tabla periódica, se muestraen la siguiente gráfica.Variación de la electronegatividad en la tabla periódica La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en los períodos y de abajohacia arriba en los grupos.Electropositividad (E.P) Corresponde a la tendencia de un átomo a ceder electrones. Es, por decirlo dealgún modo, la propiedad contraria a la electronegatividad.Aunque está considerada una propiedad periódica, no suele ser mencionada confrecuencia en los textos de química, ya que la electronegatividad es suficiente paraexplicar el comportamiento de un átomo en este sentido.Variación de la Electropositividad en la tabla periódica La Electropositividad aumenta de derecha a izquierda en los periodos y de arribahacia abajo, en los grupos.

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