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J. ISASI
Ilustraciones: J. Isasi y L. Alcaraz
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La Tabla Periódica de los elementos.
Propiedades periódicas.
Electronegatividad.
División de los elementos en metales y no metales.
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En un principio se pensó que la base de la regularidad y periodicidad de las propiedades físicas y químicas de los elementos tabulados en la tabla periódica.
F(incremento de la masa atómica)
Masa atómica (A) = Z + N
Pero, según esta clasificación aparecen discrepancias
LA TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
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Moseley logró hacer difracción en cristales
Una repetición periódica de propiedades físicas y químicasocurre cuando los elementos se colocan en orden creciente de su número atómico.
Generación de rayos X
()1/2 = a(Z-b) de los rayos emitidos
Número atómico (Z) base de laperiodicidad observada
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2s
3s
4s
6s
5s
Be
7s
C
O Li HeC
Ge
H
Si
GRUPOS 1s
PE
RIO
DO
S
Series d
Lantánidos
Actínidos
Series f
2p
3p
4p
5p
6p
7p
MENDELEIEV Y MEYER EN 1869 DE MANERA INDEPENDIENTE
Disposición de los elementos en periodos y grupos y ordenación en orden creciente de Z
Periodo: filas tienen el mismo número cuántico principal
Grupo: columnas misma configuración electrónica externa
1
2
3
4
5
6
7
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Bloques s y d: número de electrones de valencia = nº grupo
Bloque p: número de electrones de valencia = nº grupo - 10
2s
3s
4s
6s
5s
Be
7s
C
O Li HeC
Ge
H
Si
1s
Bloque d
Lantánidos
Actínidos
2p
3p
4p
5p
6p
7p
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
13 14 15 16 17
18
Bloque f
Bloque sBloque p
TABLA PERIÓDICA
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TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
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- Carga nuclear efectiva que actúa sobre un electrón
- Radios atómicos
- Radios iónicos
TENDENCIA: electronegatividad
- Energía de ionización- Afinidad electrónica
PROPIEDADES PERIÓDICAS
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- Carga nuclear efectiva que actúa sobre un electrón
- Radios atómicos
- Radios iónicos
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1. Carga nuclear efectiva que actúa sobre un electrón
Atomos polielectrónicos
Zef = Z - b
b = constante de apantallamiento delos electrones más internos
Z = carga del núcleoZef = carga nuclear que actúa sobre
los electrones más externos
He: 1s2 Energía necesaria para remover el primer electrón
de 1 mol de átomos de He = 2373 kJ
Energía requerida para remover el electrón restante
de un mol de iones He+ = 5248 kJ
Los electrones en un nivel dado son apantallados por electrones de niveles interiores con más eficacia que los electrones del mismo subnivel se apantallan entre si
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2. Radio atómico-radio iónico
Volumen que contiene un 90 % de la totalidad de la densidad electrónica alrededor del núcleo
Radio metálico
2rM
Radio covalente
r
+
Radio iónico
-
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Be
1.12
Mg
1.6
Ca
1.97
Sr
2.15
H
0.79
Li
1.55
Na
1.9
Rb
2.48 En
erg
ía d
e i
on
izació
n (
kJ/m
ol)
B
0.98
Al
1.43
Ga
1.41
In
1.66
Tl
1.71
C
0.92
Si
1.32
N
0.92
P
1.28
As
1.39
Sb
1.59
Bi
1.70
O
0.65
S
1.27
Se
1.4
Te
1.6
Po
1.76
Ne
0.51
Ar
0.88
Kr
1.03
Xe
1.31
Rn
1.34
F
0.57
Cl
0.97
Br
1.12
I
1.32
As
1.43
Ge
1.37
Sn
1.62
Pb
1.75
Ti
1.47
Sc
1.62
Zr
1.6
Y
1.81
Cr
1.27
V
1.62
Mo
1.39
Nb
1.81
Fe
1.26
Mn
1.26
Ru
1.34
Tc
1.36
Ni
1.24
Co
1.25
Pd
1.38Rh
1.34
Zn
1.38
Cu
1.28
Cd
1.54
Ag
1.44
Ba
2.22
Cs
2.67
K
2.35
He
0.49
Radio atómico
Al aumentar la carga nuclear efectiva a lo largo de un periodo disminuye el radio atómico
-
+
Radio / Å
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rcatión < rátomo
y
ranión > rátomo
Radio de un catión o anión
La tendencia que experimentan las variaciones de los radiosiónicos es similar a la que se visualiza en los radios atómicos
3. Radio iónico
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Li+ F-Li
Se reduce la repulsión y la nube electrónica se contrae
F
Número atómico
Ra
dio
Å)
Li+
Cs+
Rb+
K+
Na+
CsRb
K
Na
Li
Número atómico
Ra
dio
(Å
)
F
I
Br
Cl
F-
I-
Br-
Cl-
+ Li+
F-
Radio iónicoLa carga nuclear permanece
constante pero aumenta la repulsión
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Li+
0.681.52
Li
Be2+
0.31 1.13
BeB3+
0.230.88
B
Na+Na
0.97 1.86
Mg2+
0.661.60
MgAl3+
0.51
1.43
Al S S2-
1.041.84
Cl
0.89 1.81
Cl-
Rb+Rb
1.47 2.47
Sr2+
1.13 2.15
Sr
In3+ In
Te
Te2-
1.43 2.21
I
1.332.20
I-
O O2-
0.731.40
F
0.71 1.33
F-
0.81 1.63
Radio/ Å
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r(O2-) > r(F-) Oxígeno menor nº de protones y nube
electrónica se expande mucho más
Iones isoelectrónicosmismo nº de electrones
r( Na+) (Z = 11) < r(F-) (Z = 9)
Mayor Zef del Na+ menor radio
Iones tripositivos < unipositivos
r( Al3+) < r(Mg2+)
Mayor atracción de la nube electrónica
O O2-
0.73 1.40
F
0.71 1.33
F-
F
0.71 1.33
F-Na+
Na
0.971.86
Mg2+
0.661.60
Mg
Al3+
0.511.43
Al
Radio / Å
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- Energía de ionización
- Afinidad electrónica
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Energía suministrada para arrancar un electrón a un átomo que se encuentra en estado gaseoso y neutro
Por convenio, todas las energías de ionización son cantidades positivas (endotérmicas)
EI1
EI3
EI2
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
// Energía + X (g) X+ (g) + e-
// Energía + X+ (g) X2+ (g) + e- //segunda ionización
// Energía + X2+ (g) X3+ (g) + e- //tercera ionización
EI
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EI1< EI2< EI3…… Al eliminar un electrón de un átomo neutro mayor atracción entre los restantes
En
erg
ía d
e io
niz
aci
ón
/e
V
2B 3Al 4Ga 5In 6Tl
40
35
30
25
20
15
10
5
Tercera
Segunda
PrimeraEI1
EI2
EI3
Energía de ionización
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A medida que se desciende en un grupo aumenta el número atómico Z, aumenta n y aumenta el tamaño atómico
SE REQUIERE MENOS ENERGÍA PARA ARRANCAR EL ELECTRON
0 10 20 30 40 50
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
CsRbKNaLi
XeKr
Ar
Ne
He
En
erg
ía d
e i
on
iza
ció
n (
KJ
/mo
l)
Z
0 10 20 30 40 50
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
CsRbKNaLi
XeKr
Ar
Ne
He
En
erg
ía d
e i
on
iza
ció
n (
KJ
/mo
l)
Z
(kJ/
mo
l)
Energía de ionización
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Aumenta Aumenta
A lo largo de un periodo aumenta Zef , la nube de electrones se contrae, lo que se traduce en una disminución del tamaño atómico
En
erg
ía d
e i
on
izació
n (
kJ/m
ol) Be
899
Mg
738
Ca
590
Sr
549
Ba
503
H
1312
Li
520
Na
496
Rb
403
Cs
376
B
801
Al
578
Ga
579
In
558
Tl
589
C
1086
Si
786
Ge
762
Sn
709
Pb
716
N
1402
P
1012
As
947
Sb
834
Bi
703
He
2372
Ne
2081
Ar
1521
Kr
1351
Xe
1170
O
1314
S
1000
Se
941
Te
869
Po
812
F
1681
Cl
1251
Br
1140
I
1008
Rn
1037
K
419
SE REQUERIRÁ MÁS ENERGÍA PARA ARRANCAR EL ELECTRÓN
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Excepciones:
Grupos 2 y 3 EI (B= 801 kJmol-1 ) < EI (Be = 899 kJmol-1)
Be 2s2
B 2s2 2p1 existe un e- en un orbital p más energético
Se necesitará MENOS ENERGÍA para arrancar el electrón
Grupos 5 y 6 EI (O= 1314 kJmol-1 ) < EI (N= 1402 kJmol-1 )
N 2s2 2p3
O 2s2 2p4 2s 2px 2py 2pz
Debido a la repulsión e- - e-, es más fácil arrancar ese electrón en el oxígeno
Se requerirá MENOS ENERGÍA para arrancar el electrón
Energía de ionización
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Energía desprendida cuando un átomo en
estado gaseoso y neutro acepta un electrón X (g) + e- X- (g) Valor negativo
AFINIDAD ELECTRÓNICA
//AE
0 20 40 60 80
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
At
I
BrCl
FAfi
nid
ad
ele
ctr
n
ica (
kJ/m
ol)
Z
Afi
nid
ad
ele
ctró
nic
a
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En
erg
ía d
e i
on
izació
n (
kJ/m
ol)
Be
>0
Mg
>0
Ca
-2
Sr
-5
H
-73
Li
-60
Na
-53
Rb
-47
B
-27
Al
-43
Ga
-30
In
-30
C
-122
Si
-134
Ge
-119
Sn
-107
N
>0
P
-72
As
-78
Sb
-103
He
>0
Ne
>0
Ar
>0
Kr
>0
Xe
>0
O
-141
S
-200
Se
-195
Te
-190
F
-328
Cl
-349
Br
-325
I
-295
K
-48
Afinidad electrónica
Afi
nid
ad
ele
ctr
ón
ica (
kJ/m
ol)
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Excepciones:
Grupos 1 y 2 AE (Li = - 60 kJmol-1)AE (Be = +248 kJmol-1 )
Li: 1s2 2s electrón entrante tiene que ocupar un orb sBe: 1s2 2s2 electrón entrante tiene que ocupar un orb p
E orb np > E orb ns MENOS ENERGÍA LIBERADA Be < Li
Grupos 4 y 5 AE (C = -122 kJmol-1)
AE (N = 0 kJmol-1 )
C: 1s22s22p2 electrón entrante tiene que ocuparun orbital p vacío
N: 1s22s22p3 electrón entrante tiene que ocuparun orbital p ocupado > repulsión e- - e-
Periodos 2 y 3 AE (F = -328kJmol-1)
AE (Cl = -349 kJmol-1 )Los elementos del 2º periodo son más pequeños que los del 3ºMayores repulsiones e-- e- más difícil que acepten electrones
MENOR ENERGIA LIBERADA
Afinidad electrónica
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TENDENCIA: ELECTRONEGATIVIDAD
Elementos con carácter Elementos con carácter metálico y electropositivo no metálico y electronegativos
EI (bajos valores positivos) EI (altos valores positivos)
AE (bajos valores negativos) AE (altos valores negativos)
Dentro de cada periodo: Valores de electronegatividad más elevados: halógenosValores de electronegatividad más bajos: alcalinos
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4Li
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7
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Si
Ge
DIVISIÓN DE LOS ELEMENTOS EN METALES Y NO METALES
METALES
No METALES
Formados por átomos grandes
Naturaleza catiónica o tendencia
a formar iones positivos
No muestran tendencia a
formar iones negativos
Elementos poco electronegativos
Formados por átomos pequeños
Naturaleza aniónica o tendencia a formar iones
negativos
No muestran tendencia formar iones positivos
Elementos electronegativos
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Altos valores EI (+) // átomos más pequeños.
Altos valores de Zef // no se puede eliminar fácilmente el electrón.
Altos valores AE (-)// átomos pequeños //alta afinidad por los electrones.
Bajos valores EI (+) // átomos más grandes.
Bajos valores de Zef // se puede eliminar fácilmente el electrón.
Bajos valores AE (-)// átomos grandes // baja afinidad por los electrones.
METALES
NO METALES