una visión Íntima de la materia

Objetivos:Conocerloscomponentesfundamentalesdeltomo.InterpretarsmbolosnuclearesInterpretarladistribucinenergticaennivelesysubniveles.Escribirconfiguracioneselectrnicas.Interpretarlosconceptosdemasasatmicasymoleculares.Utilizarlosconceptosanterioresenclculo.Deducirlaubicacindeelementosenlatablaperidicadeacuerdoasuconfiguracinelectrnica.Comprenderlavariacinperidicadelaelectroafinidad,elpotencialdeionizacin,elradioatmicoylaelectronegatividad.

I.ESTRUCTURAATMICAEltomoeslapartculamspequeadeunelementoqumicoquemantienesuidentidadatravsdecambiosfsicosyqumicos.Lostomosestnconstituidosporunncleoyunacortezaelectrnica.Enelprimeroseencuentranpartculascargadaspositivamente,llamadasprotonesypartculasneutrasllamadasneutrones.Enlasegunda,seencuentranpartculascargadasnegativamente,llamadoselectrones.Debidoalaextremapequeezdelostomos,sumasanopuedeserdeterminadamedianteelusodeinstrumentoalguno,yparapodermensurarlas,seideunaunidadacorde:launidaddemasaatmicaouma,quesedefinecomo1/12delamasadeltomode12C,yequivalea1,67x1024g.Laspropiedadesyubicacindelaspartculassubatmicasfundamentalesseencuentranresumidasenelsiguientecuadro:

Partcula(smbolo)

Ubicacin Masaaproximada(uma)

Carga(escalarelativa)

protn(pop+) Ncleo 1 +1neutrn(nono) Ncleo 1 0electrn(e) Corteza 1/1800 1

TablaI.1PartculasfundamentalesdelamateriaEltomoconsisteenncleospositivamentecargados,muypequeosydensos,rodeadospornubesdeelectronesadistanciasdelncleorelativamentegrandes.

Elncleoatmico,debidoalapresenciadelosprotones,estcargadocontantascargaspositivascomoprotonesposea,yprcticamentelatotalidaddelamasadeltomoestcontenidaenl.Enlacortezaelectrnicaseencuentran

EstructuraatmicaNcleoatmico:Nmeroatmico.Nmeromsico.Smbolonuclear.IstopoCortezaElectrnica:Principioscunticos.IonesMasaatmicaTablaPeridica:PropiedadesPeridicasRadioatmico.EnergadeIonizacin.Afinidadelectrnica.ElectronegatividadPROBLEMASCAPITULOIEJERCICIOSINTERACTIVOS

tantoselectronescomoprotoneshayaenelncleo,dandoasuntomoelctricamenteneutro.Loselectronessedistribuyenalrededordelncleoysonlosqueintervienenenlasreaccionesqumicas.Elradiodeunncleoatmicoesde1013a1012cmaproximadamente.Losradiosdelostomossonaproximadamentedelordende108cm(1)(:Amstrong),estoes,casi100.000vecesmayoresporlocualeltomodebetenerunaestructurarelativamente"vaca".

1=1010m=108cm1nm=109m=107cm1pm=1012m=1010cm

Ncleoatmico

NmeroatmicoElnmeroatmicodeunelementocorrespondealnmerodeprotonesquecontienecadaunodesustomos.SeidentificaconlaletraZ.Enbaseaestenmeroseubicanloselementosenlatablaperidica.Zdefinealelemento.Acadatomoconunnmeroatmicodeterminadoseleasignaunsmboloporelcualseloreconoce.Enotraspalabras,lostomosdelmismoelementotendrnigualZ,ylosdeelementosdiferentes,diferenteZ.

Porejemplo:Z=11correspondealelementoNaAlelementoFelecorrespondeelZ=26

NmeromsicoElnmeromsicodeuntomosedefinecomolasumadelnmerodeprotonesydeneutronesqueposeeyserepresentaconlaletraA.LavinculacinentreAyZestdada:A=Nmerodeprotones+NmerodeneutronesA=Z+NmerodeneutronesDebidoaquelaspartculasnuclearessonlasqueposeenmasaapreciable,siendoladecadaunadeellasdeaproximadamente1uma,elnmerodeestaspartculasdalamasadeltomoexpresadoenumas.Porejemplo:UntomodelelementoK(potasio)posee19protonesy20neutrones,loquedeterminaqueA=39ylamasaatmicaser39umas.

SmbolonuclearSerepresentaaltomoconelsmbolodelelementoquelecorrespondealaizquierdayarribadelsmboloseescribeelnmeromsico(A)yalaizquierdayabajosecolocaelnmeroatmico(Z).

AXZ

siendoXelsmbolodelelemento

Ejemplo: 37Cl17

significaqueesetomodecloroposeeensuncleo17protones,y3717=20neutrones.Porserunaestructuraneutra,tendr17electronesenlacortezaelectrnica.

Istopos

Son tomos que poseen igual nmero de protones y diferente nmero deneutrones,esdecirquesontomosdelmismoelementoydediferentenmerodeneutrones,oenotraspalabras,deigualZydediferenteA.

Porejemplo:14C6

12C6

Muchoselementosexistenenlanaturalezaformandovariosistoposaunquenormalmenteunodeellosesmsabundantequeelresto.EnlaFiguraI.1semuestraelejemplocorrespondientealNe:

Porejemplo:ElelementoHconstade3istopos:1H1

2H1

3H1

Quparticularidadleencuentraalprimerodeellos?

Abundanciaisotpica:Indicalafraccindelnmerototaldetomosdeunciertoistopoconrespectoaltotaldelamuestra.EnelCarbononatural,laabundanciadel12Cy13Csonrespectivamente98,9%y1,1%.Estoquieredecirquedecada1000tomosdeCconsiderados,989poseenunamasade12umasy11deellos,poseenunamasaatmicade13.Conociendolamasaylaabundanciadecadaistoposepuedecalcularlamasaatmicadecadaelemento:

dondemieslamasadeundeterminadoistopoyAsuabundancia.

Porejemplo:

Inversamente,puedecalcularselaabundanciaisotpicaconociendolamasaatmicadelelementoyladesusistoposcomponentes.

CortezaElectrnica

Parapodercomprenderporqulostomosseenlazandeunadeterminadamanera, o por qu distintos elementos tienen propiedades fsicas y qumicasdiferentes,esnecesarioaprenderalgosobreladistribucindeloselectronesenlostomos.

La teoradeestasdistribucionessebasaengranmedidaenel estudiode la luzemitida o absorbida por los tomos. Luego veremos como se distribuyen loselectronesycomprenderemos,porlotanto,elordenamientodelatablaperidicayelenlacequmico.

Cuandolostomossonexcitadoselctricaotrmicamenteycesaestaexcitacin,emitenunaradiacin.Siestaesdispersadaporunprismaydetectadaporunaplacafotogrfica,serevelanlneasobandas.Alosconjuntosdeestaslneasselosdenominaespectrosdeemisinatmica.Cadalneaespectralcorrespondea

unacantidaddeenergaespecficaqueseemite(FiguraI.2yI.3).

FiguraI.2EspectrodelHidrgeno

FiguraI.3:Estosespectrosidentificandiferenteselementos

NielsBohren1913supusoenbaseaestosespectrosquelaenergaelectrnicaestcuantizadaesdecirqueloselectronesseencuentranenrbitasdiscretasyqueabsorbenoemitenenergacuandosemuevendeunarbitaaotra.Cadarbitacorrespondeasaunniveldeenergadefinidoparacadaelectrnycaracterizadoporunnmero(n)llamadonmerocunticoprincipal.Cuandounelectrnsemuevedeunniveldeenergainferioraunosuperiorabsorbeunacantidaddeenergadefinidaycuandovuelveacaerasuniveldeenergaoriginalemitelamismacantidaddeenergaqueabsorbi.Laenergadeesaradiacinestdadapor:

E=h

dondeheslaconstantedePlanckcuyovalores6,63x1027ergxseg,yes lafrecuenciadelaradiacin=c/,cvelocidaddelaluz,eslalongituddeonda

Porlotanto,E=hc/

FiguraI.4Energaabsorbidayemitidaporeltomo

Al nmero n que designa un nivel energtico se lo llamanmerocunticoprincipal.Elnmeromximodeelectronesnopuedesersuperiora2n2.No todos los electrones que pertenecen a un mismo nivel poseen lamismaenerga.

I.2.Principioscunticos

Loscorpsculosdemasamuyexiguacomoloselectrones,nosiguenlasleyesdeladinmicanewtoniana,nitampocolasleyesdelaelectrodinmicaclsicaqueexplicalasinteraccionesdelascargasenmovimiento.Seprecisannuevosprincipios,losdelamecnicacuntica.

Elprimerprincipiodelamismaesquenopuedeencontrarseunelectrnentredosnivelesenergticos,esdecir,noexisteningnelectrncuyaenergaseaintermediaentredosnivelesdeenerga.

Estosnivelesdeenergaseenumerandandoalmscercanoalncleoelnmero1,alinmediatosuperiorelnmero2,alnivelsiguienteelnmero3.Alnmeronquedesignaunnivelenergticoselollamanmerocunticoprincipal,ypuedetomarcualquiervalorenteroypositivo.

Elsegundoprincipioexigequeelnmeromximodeelectronesenunnivel(poblacinelectrnica)nopuedesersuperiora2n2.

Asparaelniveln=1,podrtenercomomximo2electrones,elniveln=2tendr8.Calculecuntoselectronesseencontrarncomomximoenlosnivelesenergticosn=3,4y5.

Viendolosespectrosdeemisindeelementosconmsdeunelectrnsevequecadanivelenergticosecomponedevariossubnivelesntimamenteagrupados,esdecir,notodosloselectronesquepertenecenaunamismonivelposeenlamismaenerga.

Elnmerodesubnivelesdeunnivelenergticoesigualalnmerocunticoprincipaldeeste.Talessubnivelessedesignandediferentesmaneras:elsubniveldemenorenergadecadacapasesimbolizaconlaletrasylossucesivos,cadavezdemayorenergaconlasletrasp,dyf.Lossubniveless,p,dyfpuedencontenercomomximo2,6,10y14electronesrespectivamente.

FiguraI.5:Nivelesdeenergadelhidrgeno.Laslneasespectralescorrespondenalaenergaliberadaaldescenderloselectronesdeunniveldeenergasuperioraunoinferior.

FiguraI.6:Energasrelativasdenivelesysubniveles.Cadacuadrado,queenestafigurarepresentaunsubnivel,puedecontenercomomximo2electrones,quedando2electronesparalossubniveless,6paralosp,10paralosd.Lossubnivelesstienenmenorenergaquelosddelnivelanterior(4stienemenorenergaque3d),unavezcompletadoelnivelseinviertenlossubnivelesquedandoconmenorenergaelsubniveld.

Ntesequecompletadoelsubnivel3pelsiguienteelectrnseubicarenel4senlugardel3d,porposeermenorenerga.Amedidaquelostomossevanhaciendomscomplejoselnmerodeentrecruzamientosaumenta.Aligualqueeslimitadoelnmerodeelectronesqueadmiteunnivelprincipal,loestambinelquecontienelossubniveles.Comovemoseneldiagramaelsubnivelsadmiteslohasta2electrones,elpadmite6,eldadmite10yelfadmite14.Ladistribucinelectrnicaquedescribimosparacadatomosedenominaconfiguracinelectrnicadelestadofundamental.Estocorrespondealtomoaisladoensuestadodemenorenergaonoexcitado.Veremoslaconfiguracinelectrnicaenelestadofundamentaldeltomodesodio,Z=11.Loselectronessevanubicandoenelsubnivelenergticodemenorenergadisponibleunavezcompletadocadasubnivelcomienzaallenarseelinmediatosuperiorlaflecharepresentaunelectrnylosnmerosindicanelordendellenado.

Laconfiguracinelectrnicasedescribemediantelanotacinqueseindicaenlafiguradeladerecha

Enelejemploanterior,laconfiguracinelectrnicaes1s22s22p63s1

estoes2electronesenelsubnivel1s,2enelsubnivel2s,6electronesenelsubnivel2py1electrnenelsubnivel3s.

I.3.Iones

Lasestructurascargadaspositivamenteonegativamentesedenominaniones:

Concargapositiva:cationes.Concarganegativa:aniones.

Cuandodosomstomosseacerquensernloselectroneslosqueinteraccionandebidoaqueformanlacortezadeltomodeesemodo,puedeocurrirqueloselectronesseantransferidosdeuntomoaotro(comodiscutiremosmsadelante).

Siuntomoneutrocaptaunoomselectrones,stosnopodrnserneutralizadosporlacargadelncleo,porloquelaestructuraadquirircarganegativa,transformndoseenunanin.

Siuntomoneutrocedeunoomselectrones,prevalecerlacarganuclearylaestructuraadquirircargapositiva,transformndoseenuncatin.

Mecnicacuntica

Actualmente,eltomoesdescriptomedianteunmodelomatemtico,quepormediodeladenominadaecuacindeondadeSchrdingerincorporalaspropiedadesondulatoriasdelelectrn.Estaecuacinllegaaunaseriedesolucionesquedescribenlosestadosdeenergapermitidosdelelectrn.Estassolucionessedenominanfuncindeonda,yselassuelesimbolizarporlaletrapsi(y).LasenergaspermitidassonlasmismasquesurgendelmodelodeBohr,aunqueenesteltimo,sesuponequeelelectrnestenunarbitacircularalrededordelncleoconradiodefinido.Enelmodelodelamecnicacuntica,noestansencillodescribirlaubicacindelelectrn,msbiensehabladelaprobabilidaddequeelelectrnseencuentraendeterminadaregindelespacioenuninstantedado.Elcuadradodelafuncindeonda,y2,enunpuntodadodelespacio,representalaprobabilidaddequeelelectrnseencuentraenesaubicacin.Porestarazn,y2sedenominadensidaddeprobabilidad.Otraformadeexpresarlaprobabilidadesladensidadelectrnicalasregionesdeprobabilidadelevadadeencontraralelectrnsonregionesdedensidadelectrnicaalta.

II.MASAATOMICA

Existentresformasdeexpresarlamasaatmica,yellasson:

Masaatmicarelativaosimplementemasaatmica (M.A.R.oM.A.)quees unnmeroadimensionalqueexpresacuntasvecesmayores lamasadeuntomoque lauma.As,siuntomoposeeunaM.A.de30, indicaqueesetomo tieneunamasa 2,5 vecesmayor que la del tomo de 12C. Estos valores se obtienencomopromediodelasmasasdelosistoposcomponentes.

Masaatmicagramoomasadeltomogramoosencillamentetomogramo:eslamasadeunmoldetomos.ElmoleslaunidadfundamentaldelSistemaInternacionaldecantidaddemateria,yserefierealacantidaddemateriacontenidaenelnmerodeAvogadrodepartculas(iones,molculas,electrones,etc.,enestecasoserefiereatomos).ElnmerodeAvogadroes:6,023x1023.

Esconvenientehaceralgunasreflexionessobrelasasombrosaspotenciasdebase10,utilizandoalgunosejemplos:

ElreadeAmricadelSures1,8x107Km2. La distancia de la Tierra a la Luna expresada en metros tiene una potenciasolamentede8.Msexactamentesuvaloresde3,8x108m.CalculelossegundosquehantranscurridodesdeelnacimientodeCristohastaelmomento actual y exprselo en notacin cientfica. Con toda seguridad sesorprenderdelvalorobtenido.Repitaelmismoclculoapartirde2.000aosA.C.Elsistemasolarexistecomotalhacecercade1,5x105 terasegundoso 1,5 x1017segundos.Calculeacuntosaoscorresponden.

Ahoraestamosencondicionesdecomprender,oalmenosintentarcomprender,lamagnitud del nmero de Avogadro. La masa de un tomogramo se obtienesimplementeaadiendolaunidad"gramo"alaM.A.

Masaatmicaabsoluta:es lamasarealdeuntomo,yseobtienesimplementeaadiendolaunidad"uma"alaM.A.Comolaumaesunaunidaddemasa,puedecalcularsesuequivalenciaconcualquierotraunidaddemasa.Calculemossuequivalenciaengramos:

VimosanteriormentequelaM.A.12C=12,dedondepodemosconcluirquelamasadeuntomogramoserde12g,ypodremosefectuarelsiguienteplanteo:

6,023x1023tomosC........................12g1tomoC............................................x

Introduciendoestevalorenladefinicindelauma:

1uma=1/12masadeltomodeC12

ResumiremosestasunidadesutilizandocomoejemploalZn,cuyaM.Aextradadelatablaperidicaes65,4(recordemosqueestevalorpuedeserfraccionario,adiferenciadelnmeromsico,debidoaquelaM.A.seobtienecomopromediodelosistoposnaturalesdelostomosqueconstituyenadichoelemento).

Valor Serefierea:MA 65,4 1tomoMAA 65,4umas=1,09x10

221tomo

MAGo

masadeltomogramo

65,4gs. 1moldetomos=

6,023x1023tomos

Ejerciciosresueltos:

1.CuntostomosdeNhayen2,8gdelmismo?

M.A.:14Masadeltomogramo:14g

14gdeN.........................6,023x1023tomos

2,8gdeN.........................x=1,20x1023tomos

2.Culeslamasa,expresadaengyenumade3,5x1020tomosdeN?

a)BasndonosenlaM.A.Absoluta:

1tomoN...........................14uma3,5x1020tomosN............x=4,9x1021uma

1uma.........................1,66x1024g4,9x1021uma............x=8,13x103g

b)Basndonosenlamasaatmicagramo:

6,023x1023tomosN..............14g3,5x1020tomosN.................x=8,13x103g

1,66x1024g................1uma8,13x103g...................x=4,0x1021u

3.CuntostomogramosdeNseencuentranpresentesen5,6mgdeN?

14gdeN.......................1tomogramoN

5,6x103gdeN..........x=4x102tomogramosdeN

III.TABLAPERIDICA

Laspropiedadesdeloselementossonfuncionesperidicasdesusnmerosatmicos.Esta"ley"esunpostuladoamplioquetodavatienemuchautilidadcomobaseparalasgeneralizacionesycomparacionesdelcomportamientoqumico.LosqumicosdetodoelmundoconcuerdanenquelaLeyPeridicaexpresarelacionesbiencaracterizadasdelaspropiedadesqumicasydelasestructurasdelostomos.

III.1.TablaPeridicamoderna

Lastablasperidicasmodernassebasanenladistribucinelectrnica,queeslaquedeterminalaspropiedadesfsicasyqumicasdeloselementos.Losrasgosfundamentalessonelordenamientodeloselementosdeacuerdoasunmeroatmicocrecienteyelhechodequelosdepropiedadessimilaressehallenunosdebajodeotrosencolumnasverticales.

Alassecuenciasverticalesselasdenominagrupos,yenellosseubicaaloselementosdeconfiguracinelectrnicasimilar.TradicionalmentesedesignanconnmerosromanosdelIalVIIIyletrasAoB,aunquelaIUPAC(Unininternacionaldequmicatericayaplicada)en1989establecielusodenmerosarbigosdel1al18ynollevanletra.Alolargodeltextoseindicarlanomenclaturamodernaentreparntesis.Lassecuenciashorizontalessedenominanperodosysenumeranempezandoporarriba.Encadaperodoseubicanloselementoscuyostomosposeentantosnivelesenergticosocupadoscomonmerodelperodo.As,elelementodeZ=3tendr3edistribuidos:1s22s1tiene2nivelesocupados(elprimerocompletoyelsegundono)porlotantoseencontrarenelperodo2.

Latablaperidicapresenta3zonaslascualesestndivididaspormediodetrazosmsgruesos:metales,nometalesygasesnobles(FiguraI.7).Sibienlaclasificacinnoesestricta,loselementosqueseencuentranalaizquierdadelatablapresentancaractersticasdemetales:sonbuenosconductoresdelcalorydelaelectricidad,songeneralmenteslidosatemperaturaambiente,etc.Estaspropiedadesderivandelalabilidadelectrnica,loquedeterminasutendenciaaformarcationes.Loselementossituadosenlapartesuperiorderechadelatablasonnometalesconpropiedadesopuestasaloselementosanteriores.Elhidrgeno,poseeunaubicacinincierta,yaqueporalgunasdesuspropiedadesdeberaincluirseconlosnometales,peroporsuconfiguracinelectrnicaylacapacidaddeoriginariones+1,tambinpodraubicrseloalaizquierdadelatabla.Latercerazonacorrespondealaltimacolumnadelatabla:losgasesnobles.Estoselementosseconsideranungrupoaparteporserelementosquepresentanunaestabilidadespecialyquenosuelencombinarseconotros.

FiguraI.7TablaPeridicadelosElementos

Por otro lado, de acuerdo a su configuracin electrnica, la tabla presenta 3tiposdeelementos(FiguraI.8):

Porotro lado,deacuerdoasuconfiguracinelectrnica, la tablapresenta3 tiposdeelementos(FiguraI.8):

1)LoselementosrepresentativosqueestnubicadosenlosgruposdesignadosconlaletraA.Elconceptodeelementorepresentativoestrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesalossubnivelessypdelltimoniveldelostomos.Encadagruposeubicanloselementoscuyostomosposeenenelltimoniveligualnmerodeelectronesquenmerodegrupoas,unelementodelgrupoVA(15)tendr5eexternos.Algunosgruposrecibendenominacinespecial,aselIA(1),sellamagrupodelosalcalinos,elIIA(2),delosalcalinotrreos,elVIIA(17),deloshalgenos,yelVIIIA(18),delosgasesnobles.

2)LaseccinmediadelaTablacomprendeloselementosqueinterrumpenlaseriederepresentativos.Laprimerainterrupcinescausadapor10elementosyocurreenelcuartoperodoentrelosGrupos2y3,esdecir,entreelCalcioyelGalio.Tambinhay10elementosqueconstituyenlatransicinentrelosGrupos2y3,apartirdelcuartoperodo.Aestosgruposdeelementosselesllamaelementosdetransicin(T).Encomparacinconlosrepresentativos,laprogresindepropiedadesqumicasdeloselementosdetransicinesmenosnotoria.Porlotanto,sepuededecirqueloselementosdetransicinconstituyen,desdeelpuntodevistaqumico,ungrupomuchomshomogneoqueeldelosrepresentativos.Elconceptode"elementosdetransicin"estrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesalossubnivelesddelaanteltimarbitadelostomos.

3)LaseccininferiordelaTablacomprendeloselementosqueinterrumpenlaseriedeelementosdetransicin.Elmayorescolloacercadeestoselementosradicabaenquealsermuysimilares,resultdifcilcaracterizarlos,separarlosydeterminarcuntoseran,esdecir,hubonecesidaddeasegurarsedequealgunosdeestos"elementos"nofueranmezclasdeotros.Aestaserieseledioelnombredeelementosdetierrasrarasolantnidos(lapalabra"tierras"seuscomosustitutodexidos).Muchodespussesupoquelosquinceelementosquesiguenalradioenelsptimoperodoconstituyenunaserieanlogaysusmiembrosrecibieronelnombredetierrasraraspesadasoactinoides.Enconjunto,lasdosseriessedenominanelementosdetransicininterna.Elconceptode"elementosdetransicininterna"estrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesenlossubnivelesfdelantepenltimonivelocupadodelostomos.Seconsideraquelosactinoidessonunainterrupcindeloselementosdetransicindelperodosiete.

Elconceptodeelementorepresentativoestrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesalossubnivelessypdelltimoniveldelostomos.

Elconceptode"elementosdetransicin"estrelacionadoconlaadicin

progresivadeelectronesalossubnivelesddelaanteltimarbitadelostomos.

Elconceptode"elementosdetransicininterna"estrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesenlossubnivelesfdelanteltimonivelocupadodelostomos.

FiguraI.8:ElementosRepresentativos,deTransicinydeTransicinInterna

III.2.PropiedadesPeridicas

III.2a)Radioatmico

Confrecuenciasepiensaquelostomossonobjetosesfricosconlmitesbiendefinidos.Sinembargo,unaconclusinobtenidadelamecnicacuntica,esqueeltomonotienelmitesdefinidosquedeterminensutamao.Ladistribucindeladensidadelectrnicadisminuyelentamentealaumentarladistanciaalncleo,aproximndoseaceroagrandesdistancias.Elradioatmicoesdifcildedefinirparauntomoaislado,sinembargo,enelcasodequedostomosseunanentres,comoCl2oBr2,puededefinirseelradioatmicocomoelradiodeunaesferaquetienelalongituddeenlacecuandolasesferassetocanentres.

Losmtodosdemedidadelmismosonindirectosynonosdetendremosenellosperoesimportanteverlaperiodicidaddeestos.Puedendeducirsealgunastendenciasdelavariacindeltamaoatmicoenlatablaperidica:

a)Sisedesciendeenungrupo,elradioatmicotiendeaaumentar.b)Aldesplazarsedederechaaizquierdaenunperodoelradiotiendeaaumentar.

Estasreglassonelresultadodedosfactores:elnmerocunticoprincipaldelnivelmsexternoylacarganuclearefectivaqueactasobresuselectrones.Alaumentarelprimerodelosfactoresydisminuirelsegundo,elradioatmicosermayor.Lacarganuclearefectivaexperimentadaporunelectrnenunniveldeenergaexternoesmenorquelacarganuclear.Estosedebeaqueloselectrones

queocupanlosnivelesdeenergainternosapantallanoescudanalncleodeloselectronesmsexternos,produciendounadisminucindelacarganuclearrealyportantolafuerzadeatraccin.Descendiendoenungrupo,seproduceelaumentodelradioatmicodebidoaqueaumentaelnmerodenivelesocupadosysimultneamentedisminuyelacarganuclearefectivaporaumentodelefectodeapantallamiento.Movindonosdeizquierdaaderechaenunperodo,seproduceunadisminucindelradioatmicoyaqueporcadalugarqueseavanzaaumentaenunoelnmerodeprotonesydeelectrones,loscualesseubicanenelmismonivel,produciendoquelasfuerzasdeatraccinaumentenporaumentodelacarganuclearefectiva,comprimiendoaltomo.Unaconclusinobtenidadelamecnicacuntica,esqueeltomonotienelmitesdefinidosquedeterminensutamao.LosradiosatmicossemidenenAmstrongs

Radio inico:El tamao de un in depende de su carga nuclear, el nmero deelectrones que tiene y de los subniveles en que se encuentran los electrones.Muchosmetalesreaccionanconotroselementosperdiendoelectronesparaformarcationes.As,cadaunodeloselementosdelgrupoIA(1),poseeunelectrnenelltimo nivel, que es el que ceden cuando interaccionan con otro elementoconsiguiendo la configuracindegasnoble.Untomode Li posee 3 protones, 3electrones, consuelectrnmsexternoenel subnivel 2s ( 1s22s1) el in Li+,contiene 3 protones y solo 2 electrones, ambos en el subnivel 1s ( 1s2), lo quedeterminaqueelinLi+seamuchomspequeoqueeltomodeLi(FiguraI.9)

Loscationessonmspequeosquelostomosdelosqueprovienen.Losanionessonmsgrandesquelostomosdelosqueprovienen.

De igual forma los iones sodio (Na+), potasio (K+), rubidio (Rb+), sonconsiderablemente ms pequeos que los tomos de los que derivan. Laformacindeuncatinnosolamentevaca lossubnivelesqueseextiendenenelespacio sino que disminuyen la repulsin entre electrones (Figura I.9). Enconsecuencia, los cationes son ms pequeos que los tomos de los queprovienen.

Ahora consideremos los elementos del grupo VII A (17) cuya configuracinelectrnica externa es ns2 np5 . Estos elementos, captan un electrn paraconseguir la configuracin de gas noble originando un anin de carga 1. Estosocho electrones, se repelen entre s ms fuertemente que los siete originales,produciendo la expansin de la nube electrnica. El in F es mucho msvoluminosoqueeltomodeF(FiguraI.9).

Un razonamiento similar indica que el in cloro (Cl), bromo (Br) y iodo (I) sonmayores que los tomos de los que derivan (Figura I.9). En consecuencia, losanionessonmsgrandesquelostomosdelosqueprovienen.

Elefectodelacarganuclearsobrelosradiosinicossepuedeapreciarenlavariacindelradioenunaserieisoelectrnicadeiones,esdecir,queposeenelmismonmerodeelectrones.ObservelasposicionesenlatablaperidicadelOalAlycomparelostamaosquetendrnsusionesisoelectrnicos.Deduzcaunageneralizacin.

FiguraI.9:Tamaosrelativosdelosanionesycationesconsusrespectivostomosneutros.Ntesequeloscationessonmspequeosquelostomosdeloscualesprovienen,ylosanionessonmsgrandesquelosmismos.

III.2.b)EnergadeIonizacin

Llamadatambinpotencialdeionizacin.Eslacantidadmnimadeenergaquesenecesitaparaarrancarunelectrndeuntomoaisladoensuestadofundamental,formandouninconcargapositiva.Elprocesopuederepresentarsecomo:

Li++1eLi+520kJ/moLafiguraI.10muestralosvaloresdelaenergadeionizacindeloselementos.Encadaperodo(porejemplo,enelquevadellitioalnen)seaprecia,conalgunasexcepciones,unaumentorelativamenteconstantedeizquierdaaderecha.

Dos factores, cuando menos, influyen en ello: en primer lugar, la carga nuclearcrece(Zesmayor)hacialaderechadelperodo,hechoqueporsslohacepreverunaumentodelpotencialde ionizacinenelmismosentidoensegundo lugar,eltamaode lostomosdecrecedel litioalnen,circunstanciaque, tambinporssola,debedeterminarunaumentodedichopotencial,yaquecuantomscercasehalleunelectrndeunncleo,msdifcilsersepararlodel.Un nivel de ocho electrones, un octeto, como suele llamarse, resulta unaagrupacin particularmente difcil de romper. En especial, se requiere muchaenergapara arrancar unelectrndeuntomo cuyonivel exterior contengaochoelectrones,porloquetomostalescomolosdenenposeenunelevadopotencialde ionizacin. Como regla general, basta recordar que los elementos de altopotencialde ionizacinestna laderechaen la tablaperidica,mientrasque losdebajopotencialsehallanalaizquierda.Pasemosahoraaestudiarlavariacindelpotencialdentrodeunmismogrupo.Enelcasodelosalcalinosylosgasesnobles,seobservaunadisminucinprogresivade arriba hacia abajo, hecho fcil de predecir a partir tan slo del aumento deltamaoatmico.Eltomodehelioessumamentepequeo,porlocualelelectrnquehadearrancarseestmuycercadelncleoseencuentra,pues,muchomsfirmementeunidoalqueeneltomodenen,enelquesehallasituadobastantemslejos.

Encuantoalaumentodelacarganuclear,quedaprcticamentecompensadoporelefectodepantalladeloselectronesinterpuestos.

Alestudiarlaqumicadeloselementosesprecisoavecesreferirseaunasegundaionizacineinclusoaionizacionesenmayorgradodebidasalaseparacindedosomselectrones.Entodosloscasos,talesionizacionessubsiguientesexigengrandescantidadesadicionalesdeenergaporelectrn.Msan,cuandolaionizacinimplicalarupturadeunaconfiguracindegasnoble,seobservaquehacefaltaungranaumentosupletoriodeenerga.Heaqu,comoilustracindeestefenmeno,lospotencialessucesivosdeionizacindelberilio(Z=4):9,32

18,21153,85y217,66eV,quesonlasenergasnecesariasparaseparar,respectivamente,elprimero,elsegundo,elterceroyelcuartoelectrn.

III.2.c)Afinidadelectrnica

Eslacantidaddeenergapuestaenjuegocuandoseaadeunelectrnauntomoaisladoyenestadofundamental.

Esteprocesopuederepresentarsecomo:

Be+1e+241kJ/molBeCl+1eCl+348kJ/mol

EslgicoesperarqueloselementosdelgrupoVIItengangranafinidadelectrnicapuestoquelaadicindeunsoloelectrnauntomollevaalaformacindeunoctetoestable.Ladisminucindelaafinidaddesdeelcloroalyodonodebesorprendernos,yaqueeltamaoatmicoaumentaenestesentido:enelyodoelelectrnhadeaadirsealaquintacapa,queestmuchomsalejadadelncleoporconsiguiente,dichoelectrnquedarmenosslidamenteunidoalqueenlosrestanteselementosdelmismogrupo.Ambosdatos,afinidadelectrnicaypotencialdeionizacin,puedencombinarseparapredecirqutomossoncapacesdearrancarelectronesaotros.

III.2.d)Electronegatividad

Laelectronegatividadmidelatendenciadeuntomoaatraerelectronesenunauninqumica.

Esclaroqueestatendenciaestrelacionadaconlasdoscantidadesdefinidasanteriormente(energadeionizacinyafinidadelectrnica),sinembargo,dadoqueesunatendenciarelativa,puedecalcularsedediferentesmodosdandolugaradiferentesescalas.LaescalamsfrecuentementeutilizadaesladePauling.Encualquierescalalaelectronegatividadirincrementndosehacialaderechayhaciaarribadelatablaperidica.Esimportantecomprenderlasdiferenciasentrelaelectronegatividadqueindicaslounatendenciaycuandountomoestunido,delaspropiedadesdefinidasanteriormentequeserefierenaenergasyatomosaislados.Eneltemadeenlacequmicosevolversobreelconceptodeelectronegatividad.Lapropiedadantagnicaalaelectronegatividadsedenominaelectropositividadyestomadacomorepresentativadelapropiedaddenominadacarctermetlico(enrealidad,elcarctermetlicoincluyeotrascaractersticascomoson:conductividaddelacorrienteelctrica,conductividadtrmica,etc.)debidoaello,elcarctermetlicoformalmenteaumentahaciaabajoyhacialaizquierdaenlatablaperidica.