El documento describe el desarrollo histórico de la tabla periódica y las propiedades periódicas de los elementos. Explica que diversos científicos intentaron agrupar los elementos usando su masa atómica, hasta que Moseley ordenó la tabla periódica usando el número atómico. Describe cómo las configuraciones electrónicas explican las propiedades químicas periódicas como el tamaño atómico, energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad.
1. TEMA 2.- SISTEMA PERIÓDICO
1. DESARROLLO HISTÓRICO DE LA TABLA PERIÓDICA
Cuando a principios del siglo XIX se midieron las masas atómicas de una gran
cantidad de elementos, se observó que ciertas propiedades variaban
periódicamente en relación a su masa.
De esa manera, hubo diversos intentos de agrupar los elementos, todos ellos
usando la masa atómica como criterio de selección.
BERZELIUS: Clasificó los elementos en metales y no metales.
– METALES: Son sólidos a temperatura ambiente, tienen brillo metálico,
son conductores del calor y de la electricidad, etc.
– NO METALES: No presentaban estas características.
DÖBEREINER: Ordenó los elementos en tríadas de tal forma que el elemento
central tenía la masa atómica aproximadamente igual a la media aritmética de
las masas de los otros dos.
CHANCOURTOIS: Colocó los elementos en espiral de forma que los que tienen
propiedades parecidas queden unos por encima de otros.
NEWLANDS: Los elementos químicos conocidos aparecían en orden creciente
de sus masas atómicas, de tal forma que el octavo elemento, contando a partir
de cualquiera de ellos, poseía propiedades semejantes a las del primero.
MENDELEEV-MEYER: Meyer y Mendeleev establecieron de forma simultánea
pero independiente sendas clasificaciones periódicas en las que se colocaban
los elementos por masas atómicas crecientes pero teniendo en cuenta sus
propiedades físicas y químicas.
Enunciaron la ley periódica según la cual estas propiedades de los elementos
son función periódica de sus “pesos atómicos”.
La clasificación de Mendeleev es la más conocida y elaborada de todas las
2. primeras clasificaciones periódicas.
Hasta bastantes años después no se definió el concepto de número atómico.
Dejaba espacios vacíos, que él consideró que se trataba de elementos que aún
no se habían descubierto. Así, predijo las propiedades de algunos de éstos,
tales como el germanio (Ge) y, además, tenía las propiedades previstas.
Un inconveniente de la tabla de Mendeleev era que algunos elementos tenía
que colocarlos en desorden de masa atómica para que coincidieran las
propiedades. Él lo atribuyó a que las masas atómicas estaban mal medidas.
Por ejemplo, colocó el teluro (Te) antes que el yodo (I) a pesar de que la masa
atómica de éste era menor que la de aquel.
2. SISTEMA PERIÓDICO ACTUAL:
En 1913 Moseley ordenó los elementos de la tabla periódica usando como
criterio de clasificación el número atómico.
Enunció la LEY PERIÓDICA: Si los elementos se colocan según aumenta su
número atómico, se observa una variación periódica de sus propiedades físicas
y químicas.
Hay una relación directa entre el último orbital ocupado por un electrón de un
átomo y su posición en la tabla periódica y, por tanto, en su reactividad
química, fórmula estequiométrica de los compuestos que forma, etc.
3. CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS Y PERIODICIDAD:
Los elementos de un mismo grupo tienen propiedades químicas semejantes, ya
que tienen el mismo número de electrones en su capa de valencia y están
distribuidos en orbitales del mismo tipo.
ELEMENTO
CONFIGURACIÓN
ELECTRÓNICA
CONFIGURACIÓN
MÁS EXTERNA
Flúor [He] 2s2
2p5
ns2
np5
Cloro [Ne] 3s2
3p5
Bromo [Ar] 4s2
3d10
4p5
Yodo [Kr] 5s2
4d10
5p5
3. Estos hechos sugieren que las propiedades químicas de un elemento están
relacionadas con la configuración electrónica de su capa de valencia.
BLOQUES CARACTERÍSTICOS POR SU CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
ELEMENTOS REPRESENTATIVOS
Su electrón más externo se aloja en un orbital s o un orbital p.
La configuración electrónica de su capa de valencia es:
nsx
(x = 1, 2) o ns2
npx
(x = 1, 2,..., 6)
Los elementos representativos constituyen los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17
y 18 del sistema periódico.
METALES DE TRANSICIÓN
Su electrón más externo se aloja en un orbital d.
La configuración electrónica de su capa de valencia es: ns2
(n-1)dx
(x = 1, 2,...,
10).
Los metales de transición constituyen los grupos del 3 al 12 del sistema
periódico.
METALES DE TRANSICIÓN INTERNA
Su electrón más externo se aloja en un orbital f.
La configuración electrónica de su capa de valencia es: ns2
(n-1)d0
(n-2)fx
(x =
1, 2,..., 14).
EXCEPCIONES
El hidrógeno de configuración 1s1
no tiene un sitio definido dentro de los
bloques.
Por su comportamiento químico diferente, los elementos del grupo 12 (Zn, Cd,
Hg), cuya capa de valencia tiene una configuración ns2
(n-1)d10
, no se
consideran elementos de transición debido a su comportamiento químico.
4. 4. PROPIEDADES PERIÓDICAS:
RADIO ATÓMICO E IÓNICO
Los átomos e iones no tienen un tamaño definido, pues sus orbitales no
ocupan una región del espacio con límites determinados. Sin embargo, se
acepta un tamaño de orbitales que incluya el 90% de la probabilidad de
encontrar al electrón en su interior, y una forma esférica para todo el átomo.
En un periodo: el tamaño atómico disminuye al avanzar en un periodo. Al
avanzar en el periodo aumenta el número atómico y, por tanto, la carga
nuclear. Los electrones son atraídos con más fuerza y por consiguiente
disminuye el tamaño.
En un grupo: el tamaño atómico aumenta al descender en un grupo. Al
descender en el grupo, aumentan el número de capas electrónicas, con lo que
el tamaño aumenta. Este factor prevalece sobre lo anterior.
En iones positivos (cationes): el tamaño del catión es más pequeño que el del
átomo neutro ya que al perder electrones de la capa más externa, los que
quedan son atraídos por el núcleo con más fuerza por la carga positiva del
núcleo.
En iones negativos (aniones): el tamaño del anión es más grande que el del
átomo neutro. Un ion negativo se forma cuando el átomo gana electrones.
Estos electrones aumentan las fuerzas de repulsión existentes entre ellos.
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
La energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más
débilmente ligado de un átomo aislado, gaseoso y en su estado fundamental.
Se mide en eV para un átomo aislado y en kJ para un mol de átomos.
M + Eioniz. M→ +
+ e-
La energía de ionización disminuye al descender en un grupo ya que la carga
nuclear aumenta y también aumenta el número de capas electrónicas, por lo
que el electrón a separar que está en el nivel energético más externo, sufre
menos la atracción de la carga nuclear (por estar más apantallado) y necesita
menos energía para ser separado del átomo.
La energía de ionización crece al avanzar en un periodo ya que al avanzar en
un periodo, disminuye el tamaño atómico y aumenta la carga positiva del
5. núcleo. Así, los electrones al estar atraídos cada vez con más fuerza, cuesta
más arrancarlos.
Las anomalías que se observan tienen que ver con la gran estabilidad que
poseen los átomos con orbitales semiocupados u ocupados, debido a que los
electrones son más difíciles de extraer.
AFINIDAD ELECTRÓNICA
La afinidad electrónica es la energía puesta en juego que acompaña al proceso
de adición de un electrón a un átomo gaseoso. Los valores de la afinidad
electrónica se consideran, normalmente, para un mol de átomos.
La mayoría de los átomos neutros, al adicionar un electrón, desprenden
energía, siendo los halógenos los que más desprenden y los alcalinotérreos los
que absorben más energía.
La variación de la afinidad electrónica es similar a la de la energía de
ionización, sin embargo hay algunas excepciones y la afinidad electrónica de
algunos elementos se desconoce.
La afinidad electrónica está relacionada con el carácter oxidante de un
elemento. Cuanta mayor energía desprenda un elemento al ganar un electrón,
mayor será su carácter oxidante.
Así, los halógenos tienen un elevado carácter oxidante, al contrario de los
alcalinotérreos que carecen de carácter oxidante.
ELECTRONEGATIVIDAD
La electronegatividad es la tendencia que tienen los átomos de un elemento a
atraer hacia sí los electrones cuando se combinan con átomos de otro
elemento. Por tanto, es una propiedad de los átomos enlazados.
La ESCALA DE PAULING es la medida de la electronegatividad más utilizada.
Se expresa en unidades arbitrarias. Al flúor se le asigna el valor más alto
(4,0), por ser el elemento más electronegativo, y al cesio, que es el menos
electronegativo se le asigna el valor de 0,7.
La electronegatividad aumenta con el número atómico en un periodo y
disminuye en un grupo.
El valor máximo será el del grupo 17 y el valor nulo es el de los gases nobles.
6. CARÁCTER METÁLICO
Los metales:
– Pierden fácilmente electrones para formar cationes.
– Bajas energías de ionización.
– Bajas afinidades electrónicas.
– Bajas electronegatividades.
– Forman compuestos con los no metales, pero NO con los metales.
Los no metales:
– Ganan fácilmente electrones para formar aniones.
– Elevadas energías de ionización.
– Elevadas afinidades electrónicas.
– Elevadas electronegatividades.
– Forman compuestos con los metales, y otros con los no metales.
Los semimetales poseen propiedades intermedias entre los metales y los no
metales (Si, Ge).
REACTIVIDAD
Los metales reaccionan perdiendo electrones, así cuanto menor sea su energía
de ionización será más reactivos. La reactividad disminuye al avanzar en un
periodo y aumenta al descender en el grupo.
Los no metales reaccionan ganando electrones, así cuanto mayor sea su
afinidad electrónica serán más reactivos. La reactividad aumenta al avanzar en
un periodo y aumenta al descender en el grupo.
En los gases nobles la reactividad es casi nula o muy baja, debido a que
poseen configuraciones electrónicas muy estables.