5.- Sistema Periódico de los Elementos
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El documento describe la organización del sistema periódico de los elementos químicos. Explica que los elementos se ordenan en filas llamadas períodos según su número atómico, y en columnas llamadas grupos según su configuración electrónica. Describe los grupos 1 y 2 como ejemplos, incluyendo las propiedades de los elementos de litio, sodio, potasio, berilio, magnesio y calcio.
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- 1. SESO DEL IES LAS CUMBRES. GRAZALEMA CIENCIAS DE LA NATURALEZA 2º ESO http://iesgrazalema.blogspot.com 5.- SISTEMA PERIÓDICO DE LOS ELEMENTOS El descubrimiento de tantos elementos químicos distintos supuso la necesidad de ordenarlos: · A cada elemento se le asigna un símbolo para mejorar la comunicación: Oro Mercurio Alquimistas Dalton Actualmente Au Hg Dalton representaba los átomos de cada elemento con círculos, los cuales, convenientemente agrupados, permiten representar la constitución de muchos compuestos. La simbología actual de los elementos fue propuesta en el siglo XIX por el químico sueco Jöns Jacob Berzelius (1779 – 1848) y se basa en la utilización de las letras del alfabeto. Documento: Tabla Periódica de los Elementos → Enlace: Tabla Periódica de los Elementos · Los elementos químicos se ordenaron por filas o periodos según su número atómico (Z): Periodo 1 1 H , 2 He 2 elementos Periodo 2 3 Li , 4 Be , 5 B , 6C , 7 N , 8O , 9 F , 10 Ne 8 elementos Periodo 3 11 Na , 12 Mg , 13 Al , 14Si , 15 P , 16 S , 17Cl , 18 Ar 8 elementos Periodo 4 ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·18 elementos Periodo 5 ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·· · ·· ·18 elementos ··········································································································································· 1
- 2. · Los elementos químicos se ordenaron por columnas, grupos o familias según el número de electrones de valencia. Los elementos químicos que tienen el mismo número de electrones en su capa de valencia tienen comportamientos químicos muy parecidos: GRUPO 1 → Alcalinos (excepto el hidrógeno). Elementos representativos (s1) 7 Litio → 3 Li Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 1 → 2s1 → n 2=1 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑ 1s 2s 1 e - de valencia 23 Sodio → 11 Na Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 1 → 3s1 → n 3=1 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 1 e - de valencia 2
- 3. 39 Potasio → 19 K Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 → 3s2 3p6 → n 3=8 e - n4 1 → 4s1 → n 4=1 e - Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 4s 1 e - de valencia Comportamiento químico Tienen un electrón en su último nivel que ceden con facilidad transformándose en iones positivos (Li +, Na +, K +...). Muy reactivos. Carácter Metales ligeros. Metales blandos. El sodio y el potasio puros se guardan en queroseno para que no reaccionen con el oxígeno o el vapor de agua del aire. No se encuentran libres en la naturaleza. Son metales sólidos muy blandos y con brillo metálico. El sodio, con el cloro, forma cloruro de sodio (NaCl), una sal muy soluble que abunda en el agua del mar y es el componente del mineral llamado halita. El potasio forma cloruro de potasio (KCl), otra sal disuelta en el agua del mar, pero en menor medida que el cloruro de sodio. El hidrógeno, por su configuración electrónica, se incluye en este grupo a efectos de organizar la Tabla Periódica, pero sus propiedades son distintas a las de los demás componentes del grupo. Su nombre, procedente del griego, significa “productor de agua”. Es la sustancia más ligera que conocemos, pesa unas catorce veces menos que el aire, por eso, los globos de hidrógeno pueden ascender. El 83,9 % del Universo es hidrógeno, aunque en la Tierra apenas apenas alcanza el 1 %. En la naturaleza se presenta en forma molecular (H2): · Libre en la atmósfera, como uno de .os componentes minoritarios del aire. · Combinado con oxígeno, formando agua (H2O). · Combinado con carbono y oxígeno, formando compuestos orgánicos. · Combinado con otros elementos, en rocas y minerales. 3
- 4. GRUPO 2 → Alcalinotérreos. Elementos representativos (s2) 9 Berilio → 4 Be Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 → 2s2 → n 2=2 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ 1s 2s - 2 e de valencia Magnesio → 24 12 Mg Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 → 3s2 → n 3=2 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s - 2 e de valencia 4
- 5. 40 Calcio → 20 Ca Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 → 3s2 3p6 → n 3=8 e - n4 2 → 4s2 → n 4=2 e - Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p 4s - 2 e de valencia Comportamiento químico Tienen dos electrones en su último nivel. Tienen facilidad para cederlos y se transforman en iones positivos. Reactivos. Carácter Metales. El magnesio y el calcio forman parte de muchos compuestos que están en la corteza terrestre. También se encuentran en las células vivas. El magnesio es un metal de color blanco y brillo plateado. No se encuentra libre en la naturaleza. Forma parte de la composición de algunos minerales como la sepiolita, el olivino o el talco. Aparece, en forma de sales, en la composición del agua del mar. Arde con facilidad y desprende una luz blanca muy intensa. Antiguamente se utilizaba en aparatos de flash para fotografía. Se sigue utilizando para la fabricación de bengalas luminosas y en pirotecnia (fuegos artificiales). El calcio es un metal de color blanco-grisáceo. No existe libre en la naturaleza. Forma compuestos como el carbonato de calcio (CaCO3), que forma la calcita, mineral componente de la roca caliza. Hay carbonato de calcio en la cáscara de huevo, las conchas, las perlas, los corales, el mármol, las estalactitas, etc. También está presente en los huesos y los dientes de los animales. Con oxígeno forma la cal (CaO), que se utiliza para blanquear las fachadas de las casas. 5
- 6. GRUPOS 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12 → Elementos de transición (s1 – 2 d 1 – 10) GRUPO 13 → Familia del Boro. Elementos representativos (s2 p1) 11 Boro → 5 B Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 1 → 2s2 2p1 → n 2=3 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p - 3 e de valencia 27 Aluminio → 13 Al Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 1 → 3s2 3p1 → n 3=3 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p 3 e - de valencia 6
- 7. 70 Galio → 31 Ga Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 10 → 3 s 2 3 p 6 3 d 10 → n 3=18 e - n4 2 1 → 4s2 4p1 → n 4=3 e - Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 3d 4s 4p - 3 e de valencia Comportamiento químico Tienen tres electrones en su último nivel. Tienden a ceder tres electrones y se transforman en iones positivos. El boro también tiende a captar electrones y se transforma en ión negativo. Carácter Boro → No metal. Aluminio, Galio, Indio y Talio → Metales. El aluminio es un metal blando de color gris blanquecino, pero mezclado con otros metales forma aleaciones duras y ligeras que se utilizan en la fabricación de viviendas, aviones, barcos, automóviles, etc. Se usa en hojas delgadas para envolver alimentos. No se encuentra libre en la naturaleza, pero combinado con otros elementos es muy abundante en la corteza terrestre y forma minerales, como la mica, el feldespato y la caolita. Se obtiene, principalmente, de una roca sedimentaria de origen químico llamada bauxita. 7
- 8. GRUPO 14 → Carbonoideos. Elementos representativos (s2 p2) 12 Carbono → 6 C Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 2 → 2s2 2p2 → n 2=4 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → Regla de Hund 1s 2s 2p - 4 e de valencia 28 Silicio → 14 Si Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 2 → 3s2 3p2 → n 3=4 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → Regla de Hund 1s 2s 2p 3s 3p - 4 e de valencia 8
- 9. 73 Germanio → 32 Ge Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 10 → 3 s 2 3 p 6 3 d 10 → n 3=18 e - n4 2 2 → 4s2 4p2 → n 4=4 e - Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → Regla de Hund 3d 4s 4p - 4 e de valencia Comportamiento químico Tienen cuatro electrones en su último nivel. Tienden a ceder o a captar cuatro electrones y se transforman en iones positivos o negativos. Carácter Carbono y Silicio → No metales. Germanio → Semimetal. Estaño y Plomo → Metales. El carbono forma parte de toda la materia viva. También está presente en la materia inorgánica ( madera, papel, azúcar, gasolina, plástico, diamantes,…). Se encuentra en: · La corteza terrestre, formando los yacimientos de carbón. · En forma pura formando cristales, como grafito o diamante. · Combinado con oxígeno, formando monóxido de carbono (CO) y dióxido de carbono (CO2). · Combinado con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y otros elementos formando hidrocarburos como petróleo o gas natural. · Combinado con otros elementos, formando rocas como la caliza y el mármol. El silicio es una sustancia sólida de color pardo. No aparece libre, pero es muy abundante en la corteza terrestre combinado con otros elementos, principalmente con oxígeno formando los silicatos. El compuesto más común que origina es el sílice (SiO2), que es el cuarzo. Se utiliza en la fabricación de objetos de vidrio y en la fabricación de microchips, empleados en los ordenadores. El estaño y el plomo son metales muy comunes. 9
- 10. GRUPO 15 → Nitrogenoideos. Elementos representativos (s2 p3) 14 Nitrógeno → 7 N Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 3 → 2s2 2p3 → n 2=5 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ → Regla de Hund 1s 2s 2p - 5 e de valencia 31 Fósforo → 15 P Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 3 → 3s2 3p3 → n 3=5 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ → Regla de Hund 1s 2s 2p 3s 3p - 5 e de valencia 10
- 11. 75 Arsénico → 33 As Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 10 → 3 s 2 3 p 6 3 d 10 → n 3=18 e - n4 2 3 → 4s2 4p3 → n 4=5 e - Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑ → Regla de Hund 3d 4s 4p - 5 e de valencia Comportamiento químico Tienen cinco electrones en su último nivel. Tienden a captar o ceder electrones formando iones negativos o positivos. El arsénico (As) y el antimonio(Sb) captan y ceden electrones. El bismuto (Bi) tiende a ceder electrones y se transforma en ión positivo. Carácter Nitrógeno y Fósforo → No metales. Arsénico y Antimonio → Semimetales. Bismuto → Metal. El nitrógeno es un gas inodoro, incoloro e insípido. Es el componente mayoritario del aire (78 %), donde lo podemos encontrar como moléculas (N2). En el suelo se encuentra formando sales minerales llamadas nitratos. Forma parte de las células vivas. El fósforo también se encuentra en las células vivas. Compuestos de arsénico son utilizados en la fabricación de insecticidas. El antimonio y el bismuto son metales. Forman aleación con el cobre para cambiar su dureza y color. 11
- 12. GRUPO 16 → Anfígenos. Elementos representativos (s2 p4) 16 Oxígeno → 8 O Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 4 → 2s2 2p4 → n 2=6 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → Regla de Hund 1s 2s 2p - 6 e de valencia 32 Azufre → 16 S Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 4 → 3s2 3p4 → n 3=6 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → Regla de Hund 1s 2s 2p 3s 3p - 6 e de valencia 12
- 13. 79 Selenio → 34 Se Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 10 → 3 s 2 3 p 6 3 d 10 → n 3=18 e - n4 2 4 → 4s2 4p4 → n 4=6 e - Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ → Regla de Hund 3d 4s 4p - 6 e de valencia Comportamiento químico Tienen seis electrones en su capa de valencia. Tienden a captar dos electrones y se transforman en iones negativos. Reactivos. El polonio puede ceder electrones. Carácter Oxígeno, Azufre, Selenio y Telurio → No metales. Polonio → Metal. El oxígeno es un gas inodoro, incoloro e insípido. Su nombre, procedente del griego, significa “productor de óxido”. Se presenta en la atmósfera en forma molecular (O2), constituye el 21% del aire. Lo utilizamos en la respiración. Es el elemento más abundante en la Tierra, donde lo podemos encontrar tanto libre como combinado: · Libre en la atmósfera. · Disuelto en el agua, lo que permite respirar a los organismos que viven en ella. · Combinado con hidrógeno, formando agua (H2O). · Unido a otros elementos, en muchas rocas y minerales. · Combinado con carbono e hidrógeno, como constituyente de la mayoría de las sustancias orgánicas. El azufre es un sólido amarillo brillante. Los demás son sólidos de color grisáceo plateado. 13
- 14. GRUPO 17 → Halógenos. Elementos representativos (s2 p5) 19 Flúor → 9 F Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 5 → 2s2 2p5 → n 2=7 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p - 7 e de valencia 35 Cloro → 17 Cl Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 5 → 3s2 3p5 → n 3=7 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 1s 2s 2p 3s 3p - 7 e de valencia 14
- 15. 80 Bromo → 35 Br Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 10 → 3 s 2 3 p 6 3 d 10 → n 3=18 e - n4 2 5 → 4s2 4p5 → n 4=7 e - Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 3d 4s 4p - 7 e de valencia 127 Yodo → 53 I Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 10 → 3 s 2 3 p 6 3 d 10 → n 3=18 e - n4 2 6 10 → 4 s 2 4 p 6 4 d 10 → n 4=18 e - n5 2 5 → 5s2 5p5 → n 5=7 e - Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑ 3d 4s 4p 5s 5p - 7 e de valencia 14
- 16. Comportamiento químico Tienen siete electrones de valencia. Tienden a captar un electrón y se transforman en iones negativos. Muy reactivos. Carácter No metales. El cloro, a temperatura ambiente, es un gas de color amarillo verdoso, dos veces más denso que el aire y de olor penetrante y desagradable. Es muy irritante y venenoso, inflama las mucosas de la nariz y la garganta, y puede llegar a producir la muerte. Libre se encuentra en forma molecular (Cl2). Se combina con metales, dando sales, como el cloruro de sodio (NaCl), el cloruro de magnesio (MgCl2) o el cloruro de potasio (KCl). Se utiliza para fabricar productos de efecto blanqueante y para la desinfección del agua. El flúor es un gas. Se añade a los productos para la limpieza de dientes. El bromo es líquido. El yodo es solido. En disolución alcohólica, se utiliza como antiséptico. 16
- 17. GRUPO 18 → Gases nobles. Gases inertes. Elementos representativos (s2 p6) 4 Helio → 2 He Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2 e - de valencia en el primer nivel ⇒ capa de valencia completa 20 Neón → 10 Ne Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p - 8 e de valencia ⇒ capa de valencia completa 17
- 18. 40 Argón → 18 Ar Configuración electrónica s p d f n1 2 → 1s2 → n 1=2 e - n2 2 6 → 2s2 2p6 → n 2=8 e - n3 2 6 → 3s2 3p6 → n 3=8 e - n4 Diagrama de orbitales ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑↓ 1s 2s 2p 3s 3p 8 e - de valencia ⇒ capa de valencia completa Comportamiento químico El helio tiene dos electrones de valencia y los demás ocho electrones de valencia. Capa de valencia completa. No reaccionan químicamente. Carácter Gases nobles. Ni metales ni no metales. Están presentes en la atmósfera en muy pequeñas cantidades y se pueden aislar vaporizando el oxígeno y el nitrógeno del aire líquido. La presencia del helio se descubrió en el Sol durante un eclipse, en el año 1860, por lo que se le puso el nombre del dios griego del Sol, “Helios”. Es una sustancia gaseosa que se encuentra en forma de átomos (He) y que no forma compuestos porque no se combina con ningún otro elemento. Es un gas más ligero que el aire, por lo que se suele utilizar para llenar globos, siendo más seguro que el hidrógeno que, aunque más ligero, es inflamable. Es, después del hidrógeno, el elemento más abundante en el Universo (15,9 %). En la Tierra se encuentra en muy pequeña proporción. GRUPO DE LOS LANTÁNIDOS Elementos de transición interna (f 1 – 14) GRUPO DE LOS ACTÍNIDOS Documento: Propiedades periódicas Documento: Elementos químicos sintéticos Ejercicio propuesto 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, → Ejercicio resuelto 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33 29, 30, 31, 32, 33 18