2.1 Características de la clasificación periódica
moderna de los elementos
Jöns Jakob
Berzelius Clasifico a los elementos en metales y no metales, pero no prospero,
porque no se conocían todos los elementos y además, no coincidían con los
grupos ya formados. John A. R. Newlans Clasifica
a los elementos en grupos de ocho de acuerdo a sus pesos atómicos. Dmitri
Ivánovich Mendeléiev y Julius Lothar Meyer
Ordenan los elementos en función de los pesos atómicos, sus propiedades físicas y químicas, y dejan espacios de los elementos que aun no conocen. Mendeléiev establecen la ley periódica en donde ordena los elementos en función de los pesos atómicos.
Ordenan los elementos en función de los pesos atómicos, sus propiedades físicas y químicas, y dejan espacios de los elementos que aun no conocen. Mendeléiev establecen la ley periódica en donde ordena los elementos en función de los pesos atómicos.
Clasificación periódica de los elementos: la
tabla periódica
Después de conocer diferentes clasificaciones que existen sobre las distintas sustancias, resulta de gran interés y de singular importancia para una buena nomenclatura de los compuestos, el conocer ciertas características de los elementos de acuerdo al acomodo que guardan en la tabla periódica. El ordenamiento de los elementos en la tabla periódica no fue hecho al azar, sino más bien es el fruto de un gran número de intentos por agruparlos en función de sus propiedades y el orden seguido es en base a un número atómico que viene siendo la cantidad de protones existentes en el núcleo del átomo. Tal vez la tabla periódica que resulte más común, en esta podemos apreciar 7 renglones horizontales llamados periodos, además de 18 columnas verticales llamadas grupos. El nombre de tabla periódica la recibe precisamente porque cada cierto número de elementos las propiedades químicas se repiten; quedando colocados uno bajo los otros todos aquellos elementos que presentan propiedades con similitud para formarse así un grupo.
Después de conocer diferentes clasificaciones que existen sobre las distintas sustancias, resulta de gran interés y de singular importancia para una buena nomenclatura de los compuestos, el conocer ciertas características de los elementos de acuerdo al acomodo que guardan en la tabla periódica. El ordenamiento de los elementos en la tabla periódica no fue hecho al azar, sino más bien es el fruto de un gran número de intentos por agruparlos en función de sus propiedades y el orden seguido es en base a un número atómico que viene siendo la cantidad de protones existentes en el núcleo del átomo. Tal vez la tabla periódica que resulte más común, en esta podemos apreciar 7 renglones horizontales llamados periodos, además de 18 columnas verticales llamadas grupos. El nombre de tabla periódica la recibe precisamente porque cada cierto número de elementos las propiedades químicas se repiten; quedando colocados uno bajo los otros todos aquellos elementos que presentan propiedades con similitud para formarse así un grupo.
Características de la tabla periódica
Las
propiedades de los átomos de los diferentes elementos dependen de cómo están
distribuidos los electrones en las diferentes capas de la corteza. Por ello, la
posición de los elementos dentro de la tabla está estrechamente ligada a la
configuración electrónica.
Como el número atómico va aumentando a lo largo de la tabla, los átomos de cada elemento poseen en su corteza un electrón más que los del elemento que ocupa la posición anterior. A lo largo de la tabla van llenándose entonces las diferentes capas electrónicas de la corteza. Las capas electrónicas van llenándose básicamente en orden creciente. Existen, sin embargo, varias alteraciones de este orden, que obedecen a que ningún átomo puede contener nunca más de ocho electrones en su última capa, ni más de dieciocho en la penúltima.
Como el número atómico va aumentando a lo largo de la tabla, los átomos de cada elemento poseen en su corteza un electrón más que los del elemento que ocupa la posición anterior. A lo largo de la tabla van llenándose entonces las diferentes capas electrónicas de la corteza. Las capas electrónicas van llenándose básicamente en orden creciente. Existen, sin embargo, varias alteraciones de este orden, que obedecen a que ningún átomo puede contener nunca más de ocho electrones en su última capa, ni más de dieciocho en la penúltima.
2.1.1 Tabla periódica larga y tabla
periódica cuántica
La tabla periódica de los elementos
ampliada fue sugerida por primera
vez por Glenn
Theodore Seaborg en 1969. Se considera Una extensión lógica de los principios que
hicieron posible la tabla
periódica, de tal forma que sea posible incluir
fácilmente los elementos
químicos no descubiertos aún. Todos los elementos se denominan según
los postulados de la Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada (la IUPAC,
siglas de su nombre en inglés: International
Union of Pure and Applied Chemistry), que proporciona
una denominación
sistemática de elementos estándar
mientras no se confirme un nombre oficial.
La tabla
periódica es una clasificación de los elementos, originalmente, por sus
propiedades y similitudes. La cual está fundamentada por la ley periódica de
Dimitri Mendeliu quien nos indica que las propiedades de los elementos son
funciones periódicas que dependen de sus números atómicos. La tabla cuántica es
una clasificación de los elementos que permite obtener de forma más sencilla la
configuración electrónica de los mismos. Puede ver una en: Evidentemente, las
similitudes son muchas puesto que de comprobó que la tabla periódica
corresponde, en cierto modo, por accidente, a una clasificación por
configuraciones electrónicas por lo que, con un poco de práctica, también puede
obtenerse la configuración electrónica con una tabla periódica.
Tabla
cuántica de los elementos.
La tabla cuántica, es una clasificación de los elementos basada en la periodicidad de sus propiedades químicas, como consecuencia y función de la distribución electrónica obtenida de los valores de los números cuánticos. Al igual que en la tabla periódica, en la cuántica los elementos están agrupados en periodos y familias.
La tabla cuántica tiene ocho periodos ubicados horizontalmente y señalados en la parte izquierda. Estos son el resultado de la suma de los valores de n + l que presentan los elementos. Por ejemplo, el galio está ubicado en el periodo 5, mostrado a la izquierda del elemento en Línea recta horizontal, y corresponde a la suma de los valores de n + I que tiene el galio; el valor den para el galio se obtiene subiendo en diagonal hacia la derecha y es 4, y el valor de t se ubica en la parte superior de la tabla y es 1, por lo que 4 + 1=5, que corresponde al número de periodo en el que está ubicado el elemento. Existen 32 familias en la tabla cuántica y están ubicadas en columnas verticales. Y los elementos que pertenecen a la misma familia presentan, para su electrón diferencial, valores iguales en los números cuánticos n, t y s (localizados en la parte superior), siendo solo el valor de n el que varía de un elemento a otro.
La tabla cuántica, es una clasificación de los elementos basada en la periodicidad de sus propiedades químicas, como consecuencia y función de la distribución electrónica obtenida de los valores de los números cuánticos. Al igual que en la tabla periódica, en la cuántica los elementos están agrupados en periodos y familias.
La tabla cuántica tiene ocho periodos ubicados horizontalmente y señalados en la parte izquierda. Estos son el resultado de la suma de los valores de n + l que presentan los elementos. Por ejemplo, el galio está ubicado en el periodo 5, mostrado a la izquierda del elemento en Línea recta horizontal, y corresponde a la suma de los valores de n + I que tiene el galio; el valor den para el galio se obtiene subiendo en diagonal hacia la derecha y es 4, y el valor de t se ubica en la parte superior de la tabla y es 1, por lo que 4 + 1=5, que corresponde al número de periodo en el que está ubicado el elemento. Existen 32 familias en la tabla cuántica y están ubicadas en columnas verticales. Y los elementos que pertenecen a la misma familia presentan, para su electrón diferencial, valores iguales en los números cuánticos n, t y s (localizados en la parte superior), siendo solo el valor de n el que varía de un elemento a otro.
La clasificación de los elementos
basada en su número atómico dio como resultado la tabla periódica moderna,
de Alfred Werner, actualmente conocida como tabla periódica larga.
Esta tabla está integrada por todos los elementos encontrados en la naturaleza,
así como los obtenidos artificialmente (sintéticos) en el laboratorio, y se
encuentran acomodados en función de la estructura electrónica de sus átomos,
observándose un acomodó progresivo de los electrones de Valencia en los niveles
de energía (periodos). Los elementos que presentan configuraciones electrónicas
externas similares, quedan agrupados en columnas verticales llamadas familias o
grupos. Podemos distinguir que en ella se encuentran ubicados también por
clases de elementos, pesados, grupos o familias y bloques.
2.2 Propiedades Atómicas y Variaciones Periódicas
Las propiedades periódicas comprenden:
- Radio
atómico.
- Potencial
de ionización ( I )
- Radio
Iónico
- Electronegatividad
- Afinidad
electrónica ( AE )
La tabla muestra las
variaciones periódicas que experimentan
el radio atómico, la energía de ionización y la afinidad electrónica en la
tabla periódica
Propiedades periódicas
La Tabla Periódica puede usarse para distintos fines, en
particular es útil para relacionar las propiedades de los átomos a escala
atómica. Las variaciones de las propiedades periódicas dependen de las configuraciones electrónicas,
en especial de la configuración de la capa externa ocupada y de su distancia
con respecto al núcleo.
En este caso consideraremos las siguientes
propiedades periódicas:
1- Radio Atómico: es la mitad de la
distancia existente entre los centros de dos o más átomos que estén en
contacto.
Se puede
determinar también el radio iónico (de los cationes y aniones) resultantes, así
como el radio covalente. En este caso se supone que el átomo
es esférico y cómo no es posible aislarlo para medir su diámetro, se requiere
un método indirecto. Por lo expuesto, se trata de un tamaño relativo para
el átomo individual.
Los
radios iónicos están determinados en gran medida a escala
atómica por la fuerza de atracción del núcleo hacia los electrones. Cuando la
carga nuclear sea mayor los electrones
estarán más fuertemente enlazados al núcleo y menor será el radio atómico la
medida que se desciende en un grupo, se encuentra que el radio atómico
aumenta, conforme aumenta el número atómico.
2- Energía de ionización: es una
medida de la dificultad existente para arrancar un electrón de un átomo.
La primera energía de ionización es la
energía que se absorbe al separar el electrón más externo de un átomo gaseoso
aislado para dar un ión 1+(catión):
Na (g)
® Na+ (g)
+ e- DE1= 496
kJ/mol (primera energía de ionización)
Un átomo con "n" electrones tiene "n" energías o
potenciales de ionización pero, en general, cuanto mayor sea la energía de
ionización más difícil es separar un electrón.
3- Afinidad electrónica: es el valor
cambiado de signo de la variación de entalpía que se produce cuando un átomo en
fase gaseosa gana un electrón para formar un ión con carga 1-(anión).
La ganancia del electrón puede ser exotérmica
o endotérmica. Por ejemplo, cuando un mol de cloro gaseoso gana un electrón
para formar ión cloruro gaseoso se liberan 348 kJ (reacción exotérmica), es
decir:
Cl (g)
+ e- ®
Cl - (g)
D E
= - 348 kJ/ mol
Por lo
tanto, la afinidad electrónica del cloro es +348 kJ/ mol (3,617
electrón-voltios)
Los átomos de los halógenos se caracterizan por poseer valores máximos de
afinidad electrónica.
Los átomos de la familia de los calcógenos (O, S, Se, Te, Po) poseen también
valores grandes de su primera afinidad electrónica, en correspondencia a su
tendencia a formar aniones.
Los valores tan negativos de los átomos de la familia del berilio son únicos e
indican claramente la ausencia de tendencia a formar aniones.
4-
Electronegatividad: De un elemento mide la tendencia relativa del átomo
a atraer los electrones hacia sí cuando se combina químicamente con otro átomo.
Las electronegatividades de los elementos se expresan en una escala algo
arbitraria llamada escala de Pauling, en la que se asigna un valor máximo de 4.0
para el flúor y valor mínimo para el francio de 0.7.
2.2.1 Carga nuclear efectiva
La determinación de la carga nuclear efectiva se lleva a cabo haciendo
uso de la relación Zef =Z-S. La constante de apantallamiento S se
obtiene agrupando convenientemente los orbitales, (1s) (2s2p) (3s3p) (3d) (4s4p)
(4d) (4f) (5s5p) (5d)...
En los átomos polielectrónicos,
los protones que se encuentran en el núcleo no ejercen la
misma fuerza de atracción sobre todos los electrones por igual. Esto
se debe a los efectos pantalla que causan los electrones más cercanos al núcleo
sobre los que se encuentran más alejados. Se le llama carga nuclear efectiva a
la diferencia entre la carga nuclear neta (que depende del número atómico del
elemento) y la constante del efecto pantalla s, es la fuerza
real que ejerce el núcleo sobre un electrón en particular.
Z es el número de protones y
electrones del átomo, dado por su número atómico, y s el valor
de la constante de apantallamiento, que depende del número de electrones que
separan al núcleo del electrón en cuestión, y también depende de los orbitales atómicos
en que se hallen los electrones que causan el efecto pantalla.
También influyen en este efecto los electrones que
se encuentran en el mismo nivel de energía que el electrón considerado. No
tienen influencia en esta constante los electrones que se hallan en niveles de
energía.
La carga nuclear efectiva puede calcularse según
las reglas de Slater, quien las formuló en 1930:
1.
Los
electrones ubicados en un orbital de mayor nivel contribuyen en 0 (para la
sumatoria que da como resultado la constante de apantallamiento s)
2.
Cada
electrón en el mismo nivel contribuye en 0,35.(excepto si el nivel es 1s, que
resta 0,30).
3.
Electrones
en el nivel inmediato inferior, si están en orbitales s o p contribuyen
en 0,85, si son de orbitales d o f contribuyen
en 1,0 cada uno.
4.
Electrones
por debajo del nivel inmediato inferior, contribuyen en 1,0 cada uno.
2.2.2 Radio atómico, radio covalente, radio iónico
El
Radio atómico: está definido como mitad de la
distancia entre dos núcleos de dos átomos adyacentes. Diferentes propiedades
físicas, densidad, punto de fusión, punto de ebullición, estos están relacionadas con el tamaño
de los átomos.
Los radios
atómicos: se caracteriza en gran medida por la fuertemente atracción entre el
núcleo sobre los electrones.
Cuanta
mayor carga nuclear efectiva, los electrones estarán más fuertemente enlazados
al núcleo y menor será el radio atómico.
Dentro
del periodo, el radio atómico disminuye constantemente debido a que aumenta la
carga nuclear efectiva.
A
medida que se desciende en un grupo el radio aumenta según aumenta el número
atómico.
El radio covalente es la mitad de la distancia entre dos núcleos de átomos iguales que están unidos mediante un enlace simple en una molécula neutra.
Esta definición no presenta problemas para moléculas como Cl2, los otros halógenos, y para otros casos como hidrógeno, silicio, carbono (en forma de diamante), azufre, germanio, estaño, y algunos otros casos. Sin embargo para el oxígeno, O2, la situación es menos clara ya que el enlace oxígeno-oxígeno es doble. En este caso, y para la mayoría de los elementos del sistema periódico, es necesario calcular el radio covalente a partir de moléculas que contienen simples enlaces O-O o a partir de moléculas con un enlace O-X en el que se conoce el radio covalente de X.
el radio covalente aumenta en el mismo sentido que el radio atómico, por lo tanto:
El radio covalente aumenta al descender en un grupo y para los elementos de los grupos s y p el radio atómico disminuye de izquierda a derecha en un periodo. Esta variación puede interpretarse atendiendo a la configuración electrónica de los átomos. Al descender en un grupo, aumenta el número cuántico principal, y al pasar de un periodo a otro los electrones de valencia ocupan orbitales de número cuántico superior al anterior.
Radio Iónico
La
estructura y la estabilidad de los sólidos iónicos dependen 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. Además el tamaño iónico
influye en las propiedades de los iones en disolución.
|
·
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.
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.
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