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Desarrollo Históricode la Tabla Periódica
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QUIM 3002
Ileana Nieves Martínez
CNO-245
© 2015 Ileana Nieves Martínez
La Química antes de la Tabla Periódica…• İİİ Un gran desorden!!!
• Carecía de sentido.
• Se fundamentaba en
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• Se fundamentaba en elementos sin organizar.
• Consistía en información sobre los elementos que era difícil de seguir o ubicar.
Tabla Periódica
• Columnas: Propiedades físicasfísicas y químicasquímicas similares
(familiasfamilias)
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• Filas:Función periódica de los númerosnúmeros atómicosatómicos
((series o series o periodosperiodos))
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Primeros intentos de clasificaciónRelación de propiedades con pesos o masa atómicas
•• TriadasTriadas (3 (3 elementoselementos))1817 – Johann DobereinerDobereiner ((QuímicoQuímico AlemánAlemán))
[Ca, Sr, Ba]; [Li, Na, K]; [Cl, Br, I]Propiedades físicas y químicas similares
• Ley de las OctavasOctavas:
1 3
2 2X XX 1 2 3, ,X X X
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• Ley de las OctavasOctavas: John Newlands (Q. Inglés) [1864]Propiedades similares que se repiten cada ochoocho elementos.
Asignó número de serieserie (primeros númerosnúmeros atómicosatómicos)..
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La Ley de las Octavas de Newlands
1 2 3 4 5 6 7
Li Be B C N O F
Na Mg Al Si P S Cl
K
•• LeyLey PeriódicaPeriódica de Dimitri Mendelev (1869) [Q. Ruso]Es la base de la base de la tablatabla periódicaperiódica modernamoderna.
Organizó 6060 elementoselementos conocidos en filasfilas y columnascolumnas(1834–1907)
Primeros intentos de clasificaciónRelación periódica entre masa o pesos pesos atómicosatómicos
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Organizó 6060 elementoselementos conocidos en filasfilas y columnascolumnas
Dejó espacios vacíos para elementos no descubiertosy predijo sus propiedades. (Ej.: Si, Si, GaGa, , GeGe)
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Predicciones de Mendeleev
Masa atómica Masa atómica~ 68 uma
Predicción de la propiedades de
MendeleevPropiedades
reales
~ 72 uma
Predicción de la propiedades de
MendeleevPropiedades
reales
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Masa atómica
Punto de fusión
Densidad
Fórmula del óxido
Fórmula del cloruro
Masa atómica
Densidad
Fórmula del óxido
Fórmula del cloruro
68 uma
Bajo
~ 72 uma
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Ley Periódica Moderna ─ NúmerosNúmeros AtómicosAtómicos
• Henry Moseley:Moseley:1914 – Experimentos de RayosRayos XXNúmero entero de cargas positivas – # atómicoatómico
Determinó los valores correctos de los #’s atómicos–– NúmeroNúmero de de protonesprotones & de electroneselectrones
Ejemplos:
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j p– Te & I; Co & Ni
LeyLey PeriódicaPeriódica de de ModernaModernaLas propiedades de los elementos son una funciónfunción
periódica de NúmerosNúmeros AtómicosAtómicos.
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Tabla PeriódicaElementos
RepresentativosMetales
Transición
16 16 columnascolumnas
7 7 filasfilas
IIIA IVA VA
Copyright 2011 Pearson Education, Inc.8Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e © 2015 Ileana Nieves MartínezFigura cortesía de: Arce/Arce de Sanabria
MetalesMetales de de cuñocuño
similares
Propiedades
varían
Tabla Periódica: Arreglo Metálico-no metálico
1IA
18VIIIA
12
IIA13
IIIA14
IVA15VA
16VIA
17VIIA
2
TiendeTiende a a donardonar ee──
y y formarformar cationescationes
Dona o Dona o aceptaacepta electroneselectrones
TiendeTiende a a aceptaraceptar ee──
y y formarformar anionesaniones
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33
IIIB4
IVB5
VB6
VIB7
VIIB8 9
VIIIB10 11
IB12IIB
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5
6
7
NometalesNometales
Metaloides
pp
MetalesMetales
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Tabla Periódica•• PropiedadesPropiedades FísicasFísicas
Volumen atómico
Punto de ebullición
P t i l d i i ió
•• PropiedadesPropiedades QuímicasQuímicas
Reactividad
Valencia
F ió d ti d
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Potencial de ionización, PIPI
Electronegatividad
Otros: Conductividad eléctrica y térmica
Dureza
Maleabilidad
Brillo
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Formación de tipos de:Compuestos
Hidróxidos
Tabla periódica moderna
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Tendencias de:
1) Radio Atómico (RARA)
2) Potencial de Ionización (PIPI)
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2) Potencial de Ionización (PIPI)
3) Afinidad Electrónica (AEAE)
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Resumen de las Tendencias Periódicas11. . ConfiguraciónConfiguración ElectrónicaElectrónica
22. . Energí
Energí
Elementos Representativos Elementos Representativos
Metales de Transición
3. 3. AfinidadAfinidad ElectrónicaElectrónica
Copyright 2011 Pearson Education, Inc.4. Radio 4. Radio AtómicoAtómico
íaíade d
e Ionización
Ionización
*Lantanidos
**Actinidos
Metales de Transición Internos
Per
iod
o
• Varios métodos para medir radio atómicoRadio de van der Waals van der Waals = no–enlazante cristales
Radio covalentecovalente = radio enlazante
Radio Atómico
rradio de van der Waalsadio de van der Waals
2 x radio de Kryptón
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Radio covalentecovalente = radio enlazante Compuestos covalentes
Radio atómicoatómico Es el el promediopromedio de radios de muchas medidas de un
número grande de elementos y compuestos
14Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
rradio adio covalentecovalente
Tendencias de Radio Atómico
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• Los ee── externos:E i t l f t “ t llt ll ” hib l ‘‘ d
ZZ
http://estructurayteoriasatomicas.blogspot.com/2011/08/que-es-el-atomo.html
Efecto pantalla ─ acción sobre el Radio Atómico En un sistema multi-electrónico los ee── :
1) se atraen hacia el nucleo.
2) se repelen mútuamente.
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Experimentan el efecto “pantallapantalla” que exhiben los ee──‘s‘s de las capas internas, (SS).
NoNo aportan al efecto “pantallapantalla” que exhiben los internos.
NoNo perciben toda la fortaleza de la carga nuclearcarga nuclear, ZZ, , (número atómico)(número atómico) sino una carga efectiva menor, ZZefef = Z*= Z*.
Por lo tanto, el efecto neto es que el ee── se despegaocupando un radio mayor.
16Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e
• La cargacarga nuclear nuclear efectivaefectiva, , ZZefef : : es la cargacarga NETANETA positivapositiva que atrae a un electrón en particular
ZZZZ ─ la carga nuclear = # atómico.
SS ─ el # de ee── internos en niveles de baja energía.
Cálculo de la carga nuclear efectiva (Z*Z*, o ZZefef)
SS
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es la cargacarga NETANETA positivapositiva que atrae a un electrón en particular.
ZZefectivaefectiva = = ZZ − S− S
Los ee── en el mismo nivel de energía, casi no contribuyen al efectopantalla por lo que no se consideran para el cálculo.
El efecto de mayor a menor es: s > p > d > fs > p > d > f
17Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e © 2015 Ileana Nieves Martínez
Efecto de Pantalla & Carga Nuclear Efectiva, Zef
Electrón de valencia (2s1)
Electróninterno (1s2)
Carga nuclear efectiva:Li: Z = 3Li: Z = 3
Zefectiva = Z – SZefectiva ≈ (3+) – 2Zefectiva ≈ (1 +)
Copyright 2011 Pearson Education, Inc.18Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
Núcleo 3+
Litio
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Zefectiva = Z – SZefectiva ≈ (11+) – 10Zefectiva ≈ (1 +)
Na: Z = 11Na: Z = 11
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Efecto de Pantalla & Carga Nuclear Efectiva, Zef
Electrones de valencia (2s2)
Electróninterno (1s2)
Carga nuclear efectiva:Be: Z = 4Be: Z = 4
Zefectiva = Z – SZefectiva ≈ (4+) – 2Zefectiva ≈ (2 +)
4+
e−
Copyright 2011 Pearson Education, Inc.19Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
Núcleo 4+
Berilio
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4+
Radio Atómico
ómic
o (p
m)
Periodo 4Elementos de
transición
Periodo 5Elementos de
transición
Metales alcalinos
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Número atómico
Rad
io a
tó
Gases nobles
1. N o F2. C o Ge3. N o Al
4. Al o Ge
Ejemplo 8.5: Escoja el átomo más grande de cada par
1. NN o F2. C o GeGe3. N o AlAl
4. Al o Ge ¿?¿?
NN mas izqda.
Ge mas abajo
Al mas abajo y a la izqda.
Tendencias opuestas
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• C o O C está más a la izqda. en periodo
• Li o K K está más abajo en columna
• C o Al Al está más izqda. y abajo
• Se o I ? Tendencias opuestas
• C o O• Li o K
• C o Al
• Se o I
Práctica – Escoja el átomo mas grande de cada par
Copyright 2011 Pearson Education, Inc.22Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
Tendencias de Radio Atómico de Metales de Transición
• Aumenta hacia abajo en la columna
• Se mantienen casi igual en la fila hacia la derechaen el bloque dd
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q Diferencia es bien pequeña comparada con el grupo A
Electrones de valencia nsns22, y no los ((nn−1)−1)dd
La La Z*Z* en los en los electroneselectrones nsns22 eses aproximadamenteaproximadamente la la mismamisma.
23Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e © 2015 Ileana Nieves Martínez
Tendencias de los Radios Iónicos
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Cationes vsvs Aniones
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Radios de los átomos y sus cationesRadios de lo átomos y sus cationes
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Radios de los átomos y sus anionesRadios de lo átomos y sus aniones
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• Tienen el mismo # de ee−− e igual configuración:
Tendencias de Radios Iónicos –Especies isoelectrónicas
Ejemplo:S2─ (184 pm) Cl ─ (181 pm) K+ (133 pm) Ca2+ (99pm)
18 18 ee── 18 18 ee─ ─ 18 e18 e─ ─ 18 e18 e──
16 p 17 p 19 p 20 p
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Carga positiva mayor = catión mas pequeño
Carga negativa mayor = anión más grande
27Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e © 2015 Ileana Nieves Martínez
16 p 17 p 19 p 20 p
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• S o S2−
S2− > S porque hay mas electrones (18 e−) que atraerpara los 16 protones presentes.
El anión es más grande que el átomo neutral.• Ca o Ca2+
Ca > Ca2+ porque Ca2+ perdió la capa de valencia.El catión es siempre mas pequeño que el átomo neutral
Ejemplo 8.7: Escoja el más grande de cada par
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El catión es siempre mas pequeño que el átomo neutral.• Br− o KrBr− > Kr porque tiene menos protones (35 p+) para atraer
los 36 electrones comparado con Kr (36 p+).En una especie isoelectrónica, mientras más negativa la
carga, más grade el átomo o ión.
Energía de Ionización, EIEIo
Potencial de Ionización PIPI
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Potencial de Ionización, PIPI
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Potencial de Ionización (PIPI) - Definición
• Energía mínima para removerremover un ee── de un átomo o ión.Estado gaseosogaseoso
Proceso endotérmicoendotérmico
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Electrones de valencia son más fáciles de remover, Menor PIPI (“ionizationionization energyenergy” o “ionizationionization potentialpotential”” ) M(g) + PI1 M1+(g) + 1 ee−−
M+1(g) + PI2 M2+(g) + 1 ee−−
PI1 = energía para remover electrón del átomo neutral;
PI2 = energía para remover electrón del ión 1+ ; etc.
PI1 < < PI2
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Tendencias Generales de la1ra Energía o Potencial de Ionización (PIPI)
• Menor PIPI para remover el ee−−
A radioradio mayor
A mayormayor efectoefecto pantallapantalla, (, (menormenor Z*Z*)).
• Mayor PIPI para remover el ee−−
Para un ee−− en un subnivelsubnivel que está lleno o a medio llenar.
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A mayormayor Z*Z* sobre el ee−−
• 1er PIPI disminuye hacia abajo en un grupo
Electrón de valencia más alejado del núcleo
aumenta hacia la derecha Z*Z* (Carga efectiva nuclear) aumenta
31Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
1. Al o S
2. As o Sb
3. N o Si
4 O o Cl
Ejemplo 8.8: Escoja el átomo en cada par con PIPI1 mayor
S S está más a la derecha
N N está hacia arriba y a la derecha
¿? Tendencias opuestas
As As está más a la derecha
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4. O o Cl
Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 32
¿? Tendencias opuestas
Tendencias de la energía de ionización
excepcionesexcepciones
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33
Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e 33
Aumento en energía de ionización
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Excepciones de las tendencias del 1er PIPI
BeBe 1s 2s 2p
NN 1s 2s 2p
• PI1 generalmente aumenta hacia la derecha
• Excepto de 2A a 3A, 5A a 6A
2A 5A
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¿A cuál es más fácil removerle un electrón: N or O? ¿Porqué?
1s 2s 2p
BB 1s 2s 2p
OO 1s 2s 2p
¿A cuál es más fácil removerle un electrón: B, or Be? ¿Porqué?
34Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
3A 6A
Explicación de las excepciones en tendencias de PI1, Be y B
Be 1s 2s 2p
Be+ 1s 2s 2p
Para ionizar Be se altera un subnivel lleno, y requiere energía adicional.
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B 1s 2s 2p
B+
1s 2s 2pCuando se ioniza B resulta en un subnivel lleno y requiere menos energía
35Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
Al ionizar NN se altera un sub -nivel a medio llenar, requiere energía adicional
N+ 1s 2s 2p
N 1s 2s 2p
Explicación de las excepciones en tendencias PI1, N y O
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O 1s 2s 2p
O+ 1s 2s 2p
Al ionizar OO se obtiene un subnivel a medio llenar, requiere menos Energía
36Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
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Tendencias de Energías de Ionización Sucesivas• Remoción sucesiva de ee── requiere mas
energía: Menor tamaño con mas protones que ee──
Los ee─ ─ externos están más cerca del núcleo y son más difíciles de remover.
• Aumento continuo de energía para la PIPI1
PIPI2
PIPI3
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Aumento continuo de energía para la remoción sucesiva de cada ee── de valencia.
• Aumento en energía cuando se remueve ee──‘s‘s de una capa llena.
37Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
Na [Ne] 3s1
Mg [Ne] 3s2
1
Afinidad electrónica, AEAE
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Afinidad Electrónica (AEAE)• Energía liberadaliberada cuando un átomo neutral ganagana ee──
Estado gaseosogaseosoM(g) + 1ee−− M1−(g) + AEAE
• Exotérmica (−−), pero puede ser endotérmica (+)Algunos metales alcalinotérreos y todos los gases
Copyright 2011 Pearson Education, Inc.39Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
Algunos metales alcalinotérreos y todos los gases nobles son endotérmicos.
• La AEAE es mayormayor mientras:más energía se libere.másmás negativo negativo el número.
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Tendencias en Afinidad Electrónica, AEAE• La AEAE disminuye hacia abajo para metales alcalinos. Pero hay un aumento irregular en AEAE desde 2do periodo al 3ro
• “Generalmente” aumenta a la derecha (más negativa). Excepciones en general:
Grupo 5A menor AEAE del esperado porque se debe formar un par electrónico adicional.
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Grupo 2A y 8A tienen la AEAE bien baja porque el ee── adicional va a un nivel o subnivel energético mayor.
•• AEAE mas alta en cualquier periodo = halógenos
40Tro: Chemistry: A Molecular Approach, 2/e
Afinidades electrónicas (kJ/mol)
2A
8A
5A
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RESUMEN DE TENDENCIAS
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Resumen de las Tendencias Periódicas11. . ConfiguraciónConfiguración ElectrónicaElectrónica
22. . Energí
Energí
Elementos Representativos Elementos Representativos
Metales de Transición
3. 3. AfinidadAfinidad ElectrónicaElectrónica
Copyright 2011 Pearson Education, Inc.4. Radio 4. Radio AtómicoAtómico
íaíade d
e Ionización
Ionización
*Lantanidos
**Actinidos
Metales de Transición Internos
Per
iod
o
Tendencias en radio atómicoEl tamaño de una especie atómicadepende de los límites o fronterasocupadas por los ee── de valencia conel nn mayor y la ZZefef menor.
Rad
io, Å
Radio relativo de elementos representativos
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Tamaños tienden a disminuir a lo largo de un periodo
Tamaños tienden a aumentar haciaabajo en un grupoo familia
Tendencia en Potencial de IonizaciónLa energía para remover un ee── de valencia depende de la capacidad de retener más fuertemente dichos ee──
(i.e.: mayor afinidad electrónica).
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En
ergí
ade
ion
izac
ión
, kJ/
mol
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Tendencia en Afinidad ElectrónicaLa energía liberada cuando se añade un ee── a un átomo es mayor para los átomos con mayor afinidad electrónica.
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Resumen•• TablaTabla PeriódicaPeriódica: Mapa de los bloques que componene la materia
•• TipoTipo: Metales, metaloides y NometalesGrupos:
– Representativo, transición y Lantánidos/Actínidos
F iliF ili
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•• FamiliasFamilias: Elementos en la misma columna con propiedades
químicas similares debido a electrones de valenciaAlcalinos, Alcalino térreos, calcógenos, halógenos, gases
nobles
•• PeriódoPeriódo::Elementos en la misma fila con electrones de valencia en
la misma capa.
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