QUIMICA INORGANICAQU 214-BProfesor: Ing. Wilman Benites MitmaUNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIAFACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA Y TEXTIL

Principales propiedades peridicas Hay un gran nmero de propiedades peridicas. Entre las ms importantes destacaramos: - Estructura electrnica: distribucin de los electrones en los orbitales del tomo - Potencial de ionizacin: energa necesaria para arrancarle un electrn.- Electronegatividad: mide la tendencia para atraer electrones. - Afinidad electrnica: energa liberada al captar un electrn. - Carcter metlico: define su comportamiento metlico o no metlico.- Valencia inica: nmero de electrones que necesita ganar o perder para el octete.

Otras propiedades peridicas Podemos enumerar - Volumen atmico - Radio inico - Radio atmico - Densidad - Calor especfico - Calor de vaporizacin - Punto de ebullicin - Punto de fusin - Valencia covalente - Carcter oxidante o reductor

El formato moderno de la Tabla Peridica es un reflejo de la estructura electrnica de los elementos que la forman. Es posible ver, por ejemplo, que los bloques en los que se puede dividir la tabla indican el tipo de subcapa que est ocupndose de acuerdo con el principio de construccin. Cada periodo de la Tabla corresponde al llenado completo de las distintas subcapas que componenTABLA PERIODICA

una capa dada. El nmero del periodo corresponde al valor del nmero cuntico principal n de la capa que se est llenando. El nmero de los grupos est relacionado estrechamente con el nmero de los electrones de la capa de valencia (capa ms externa) del tomo. No obstante la relacin depende del nmero del grupo y del sistema de numeracin actual recomendado por la IUPAC segn el cual los grupos se numeran del 1 al 18.

LA TABLA PERIDICA MODERNA

Los bloques que constituyen la Tabla Peridica son los siguientes:Bloque s: formado por los elementos de los grupos 1 y 2 (alcalinos y alcalinotrreos). Se caracterizan por ser metales ligeros y tener una configuracin de la capa de valencia del tipo ns1 o ns2. Bloque d: constituido por los elementos de los grupos 3-12. Son los denominados metales de transicin.

La caracterstica principal de este grupo es el llenado de los orbitales d. Bloque f: constituido por los elementos lantnidos y actnidos. La caracterstica principal de este grupo es el llenado de los orbitales f. Bloque p: constituido por los metales de post-transicin y los no metales. Comprende los elementos de los grupos 13 al 18. Estos elementos se caracterizan por el llenado de las subcapas p.

Gran nmero de las propiedades fsicas y qumicas de los elementos manifiestan una evidente periodicidad basada en la configuracin electrnica de los elementos. Asi tenemos:

- Radios atmicos, inicos, covalentes y cristalinos- Potenciales de ionizacion, de Afinidad electronica- Redes cristalinas; las energas de red cristalina, - Puntos de fusin y de ebullicin- Electronegatividad;- Compresibilidad, maleabilidad y la dureza- Los potenciales redox; - Calores de fusin y de formacin de los compuestos- Las energas de solvatacin, vaporizacin y sublimacin - Propiedades espectrales y magnticas. PROPIEDADES PERIODICAS

RADIO ATOMICOUna de las propiedades peridicas ms sistemticas es el radio atmico.Cul es el significado del tamao del tomo? Dado que los electrones se pueden definir en trminos de probabilidad, en un tomo no existe una frontera real.No obstante hay dos formas comunes de definir el radio atmico:Como la mitad de la distancia que separa los ncleos de dos tomos unidos por un enlace covalente. Radio Covalente, rcov

rVdw2 rCOVEn el caso de los elementos metlicos es posible medir un radio metlico: la mitad de la distancia que separar los nucleos de dos tomos vecinos en el metal slido.Debido a que los valores de los radios covalentes son razonablemente confiables, su utilidad es de importancia. Sin embargo, los radios covalentes por ser experimentales presentan ligeras variaciones en los valores obtenidos de diferentes conjuntos de mediciones b. Como la mitad de la distancia que hay entre los ncleos de dos tomos de molculas vecinas. Radio de Van de Waals rvdw.

Radio Covalente (Rc)Rc; Distancia interatmica media entre dos tomos unidos por enlace covalente: Radio enlace simple: Etano, 0,77 Radio enlace doble: Eteno, 0,67 Radio enlace triple: Etino, 0,60

Distancia Interatmica, D

Se usa la relacin de Pauling:

DA-B = DA-A + DB-B 2 DA-B = RA + RB RA RBDA-B

PERIODICIDAD DE RADIO DE CATIONES Y ANIONES

VARIACIONES RADIO DE CATIONES Y ANIONESAniones; aumentan los protones y aumenta el Rc pmSegn el Nmero de oxidacin

Correlacin Schomacher StevensonEs una correlacin emprica, orientado al carcter ionico de los enlaces. Esto mejora la interrelacin entre los valores calculado y el experimental.

DA-B DA-A + DB-B = 0,09 [XA XB] Donde: DAB, DAA, DBB : son Energias de enlace XA y XB , son electronegatividades

Factores que afectan al potencial de ionizacionIonizaciones sucesivasTamao atmico. Distancia del e- al ncleoCarga nuclear efectivaNaturaleza de la capaCambio en la capa cunticaPotencial de IonizacionLa Energa de Ionizacin es la diferencia en energa entre el nivel energtico ocupado ms alto en la especie y aquel que corresponde a la eliminacin completa del electrn

PROPIEDADES PERIODICAS DE POTENCIAL DE IONIZACIONY AFINIDAD ELECTRONICA

Reglas de SlaterClculo de la carga nuclear efectivaUna vez conocidas las configuraciones electrnicas, resulta conveniente repasar las Reglas de Slater para el clculo de las cargas nucleares efectivas que soportan los electrones en un tomo. Aunque los valores de la tabla de de carga nuclear efectiva son los que se emplean de forma sistemtica, el conocimiento de estas Reglas empricas permite racionalizar

gran parte de las propiedades peridicas que se estudiaran a continuacin. As, la carga nuclear efectiva Zef = Z - s se calcula a partir de Z (nmero atmico) y de la constante de apantallamiento o constante de Slater s. Para calcular de forma aproximada el valor de s no hay ms que seguir los siguientes pasos:

Para un electrn de un orbital ns o np. Escribir la configuracin electrnica de la siguiente forma, respectando las agrupaciones que se indican: (1s) (2s,2p) (3s,3p) (3d) (4s,4p) (4d) (4f) (5s,5p), (5d) (5f) (6s,6p) (6d) ... Todos los electrones a la derecha del grupo (ns,np) no contribuyen a la constante de apantallamiento.

Todos los dems electrones en el grupo (ns,np) contribuyen a s con 0.35 unidades cada uno. Todos los electrones del nivel n-1 contribuyen con 0.85 unidades cada uno. Todos los electrones de los niveles n-2 e inferiores contribuyen con una unidad cada uno. As, para el caso de un electrn de valencia en el tomo de nitrgeno, 7N, de configuracin electrnica 1s2 (2s2p)5, el valor de la carga nuclear efectiva se calcula del siguiente modo: = 2 x 0.85 + 4 x 0.35 = 3.1Zef = Z - = 7 3.1 = 3.9

Para un electrn de un orbital nd o nf.Todos los electrones a la derecha del grupo (nd) o (nf) no contribuyen a la constante de apantallamiento Todos los dems electrones en el grupo (nd) o (nf) contribuyen a s con 0.35 unidades cada uno. Todos los electrones a la izquierda del grupo (nd) o (nf) contribuyen con una unidad.

Considrese ahora el caso de un electrn de valencia 4s del 30Zn. Su configuracin electrnica, agrupada como se indica, es la siguiente:(1s)2 (2s,2p)8 (3s,3p)8 (3d)10 (4s,4p)2 = 10 x 1 +18 x 0.85 + 1 x 0.35 = 25.65Zef = Z - = 30 25.65 = 4.35Para el caso de un electrn 3d: = 18 x 1 + 9 x 0.35 = 21.15Zef = Z - = 30 21.15 = 8.85

Reglas de Slater Para conocer el efecto pantalla: 1.- Escriba la configuracin electrnica del elemento en el siguiente orden y agrupamiento: (1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p), etc.2.- Los electrones de cualquier grupo que est a la derecha del grupo (ns, np) no contribuyen en nada a la constante de apantallamiento. 3.- Cada uno de los electrones del grupo (ns, np) ejerce un efecto de pantalla sobre el electrn de valencia con un valor de0.35

4.- Cada uno de los electrones de la capa n 1 ejercen un efecto de pantalla de0.85. 5.- Todos los electrones en las capas (n 2) o capas inferiores ejercen un efecto depantalla completo, esto es, su contribucin es de1.00 cada uno. Cuando el electrn sobre el que se est ejerciendo el efecto de pantalla se encuentra en un grupo nd o nf, las reglas 2 y 3 son las mismas, en tanto que las reglas 4 y 5 se transforman en: 6.- Todos los electrones en grupos que se encuentran a la izquierda del grupo nd o nf contribuyen en una magnitud de 1.00.

La presencia de electrones cercanos al nucleo se encuentran menos protegidos (apantallados) que los electrones mas alejados, por razones electrostatica esto se traduce en energia diferentes, ya que son menos penetrantes.

Slater tradujo este efecto en la formulacion: Z* = Z - Donde: Z* : Carga Nuclear Efectiva : Constante de apantallamiento Z : Carga NuclearBajo otra forma:

CARGA NUCLEAR EFECTIVA DE SLATER j

REGLA DE SLATERSe agrupa en el orden: (1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p) en forma de Gi {G1,G2,G3,G4...}Los e- de cualquier grupo que este a la derecha del grupo (ns, np) no contribuyen en Z*. C/u de los e- del grupo (ns,np) ejerce un efecto de pantalla sobre el e- valencia con un valor de 0,35 con excepcin de los e- 1s , que contribuyen con 0,3 C/u de los e- de la capa n-1, ejerce un valor de 0,85 C/u de los e- de la capa n-2, o capas inferiores su valor es 1,0Para los e- valencia de los grupos nd y nf Los e- en el mismo grupo d (G4) f (G7) contribuye 0,35 Los e- en los grupos de la izquierda contribuye con 1,0

Para el Ar (Z=18) [1s]2[2s,2p]8[3s,3p]8 Para un electrn 3p:Z* = 18 [(0.35)(7)+(0.85)(8)+(1.00)(2)] = 6.75 Para un electrn 2p:Z* = 18 [(0.35)(7)+(0.85)(2)] = 13.85 Para el Sn (Z=50) [1s]2[2s,2p]8[3s,3p]8[3d]10[4s,4p]8[4d]10[5s,5p]4 Para un electrn 5p: Z* = 50 [(0.35)(3)+(0.85)(10)+(1.00)(36)] = 4.45 Para un electrn 4d: Z* = 50 [(0.35)(9)+(1.00)(36)] = 10.85

Valores de la constante deApantallamientoEjemplos:jGjGiGi=1GjGi

Para el As (Z = 33): 1s2,2s2p4;3s23p6,4s24p3,3d10 Hallar el Z* del electron 4s o 4p Sol:Es del grupo G5 (4s4p), Para un electrn 4s o 4p = (8 X 1.00) + (18 x 0.85) + (4 x 0.35) = 24.70=> Z* = 33.00 - 24.70 = 8.30

Para el electron 3d, el agrupamiento es el mismo, pero = (18 X 1.00) + (9 x 0.35) = 21.15

=>Z* = 33.00 - 21.15 = 11.85.

ELECTRONEGATIVIDADEs la medida del grado de atraccin que ejerce los tomos por el par electrnico a compartir en el enlace covalente, Lo defini Pauling en 1932, para explicar las diferencias entre las energas de enlace en algunas moleculas, en estos trminos: Potencia de un tomo en una molcula para atraer electrones de enlace hacia si mismo.

ELECTRONEGATIVIDAD (Manku P.Q.I.) Pauling estableci la escala de electronegatividades en base al exceso de Energa de enlace en los compuestos tipo A-B. DA-B =Dnp + Dp (1)Dnp = (DA-A + DB-B) / 2 (2)Dp = = DA-B - (DA-A + DB-B) / 2 (3)Donde es la energa de enlace polar (resonancia inica)Dnp (Energa enlace no polar) = (DA-A + DB-B) / 2 (4)Pauling, asignando un valor arbitrario a uno de los elementos X Fluor = 4,0 ; hall las electronegatividades usando:XA - XB = 0,088 1/2 ; = 129,4 (XA - XB)2 (5) Remplazando (4) y (5) en (1) DA-B = (DA-A + DB-B) / 2 + 129,4 (XA - XB )2

Tambin la electronegatividad de Pauling, puede obtenerse con la energa de disociacin en kJ/mol para molculas diatmicas, utilizando la media geomtrica:

Xp=(Xp(A)Xp(B)) = 0,102 [D(AB)- [D(AA).D(BB)]1/2 ]1/2

Donde kp = 0,102, est expresado en eV-1/2 y Xp son adimensionales.

Tarea: Hallar la Xp de los compuestos halogenados (Cl-F, Br-F, I-F, Br-Cl, I.Cl, I-Br)

VARIACION DE LA ELECTRONEGATIVIDAD

Electronegatividad de Mulliken: XMXM = ( I + AE ) / 2 (el tomo en estado de valencia)Xp = 0,336 (XM 0,615) ; I, AE (ev)Xp = 3,47 (XM - 0,0595) ; I, AE (kJ/mol)Electronegatividad de Allred y Rochow: XARSe basa en la fuerza de atraccin electrosttica existente entre un electrn y el ncleo del tomo, la cual se gobiernaPor la Ley de Coulomb: F = ( 1/4o). e2.Z* / r2 Remplazando F = kAR . XAR XAR = 104. Z* / r2 r (pm)Tambin Xp = f (XAR ) Segn los elementos a determinar se obtiene Ej. Xp = a Z* / r2 + b ; a, b constantes y r (pm)Xp = 0,359 Z* / r2 + 0,774

Electronegatividad de Sanderson: SS, se calcula como una funcin de la compactacin del tomo. Se obtiene S, como: S = DEM / DEIDEM = Densidad electronica media = 3 z / (4 . r3) (Nmero de e-s / Volumen) , r en pm. Se halla por extrapolacin lineal del Grfico DEM vs Z DEI = Densidad electrnica ideal del tomo del gas inerte isoelectrnico hipottico. Se calcula por interpolacin entre el siguiente y el anterior elemento de la familia de gases nobles. El valor de S se denomina Relacin de Estabilidad RE, ajusta a la escala de Xp = f (S) = (0,21 x RE + 0,77)2

Valores de DEM para el Grafico de interpolacin lineal

GRAFICO DEM vs ZNeHeNZ

Tabla peridica de elementos magnticos

PROPIEDADES MAGNETICAS Y SUSCEPTIBILIDAD MAGNETICALas molculas presentan, entre otras propiedades

las propiedades magnticas

Ello se exiende a las molculas diatmicas, politatmicas ya los slidos.

Las molculas son ms complicados que los tomos ytienen un mayor nmero de niveles.

SUSCEPTIBILIDAD MAGNTICALos tomos y molculas presentan propiedades magnticas y mayormente son en los slidos por los electrones que se atraen ms fuertemente al ncleo.

La susceptibilidad magntica es una medida de que tan "magntica" es una muestra, dependiendo si es para magntica o diamagntica: Si, M (Magnetizacin), B (Induccin magntica) y Ho (Campo magntico)

De M = B Ho B Ho Paramagntico ; B Ho Diamagntico

Los materiales magnticos incluyen rocas, suelos, sedimentos de ros, sedimentos marinos, polvos atmosfricos y macro y nanomateriales.

La susceptibilidad magntica es el grado de magnetizacin de un material en respuesta a un campo magntico. Se obtiene la susceptibilidad magntica volumtrica, representada por

Cuya relacin est dada por Donde:M es la magnetizacin del material (Amperes /metro)H es el campo aplicado (Amperes/metro)

La induccin magntica B, est relacionado a H por la relacin:Donde: 0 Es la permeabilidad del vaco=4 .10-07 C-2s2m-1. Es la permeabilidad relativa del material

Las unidades son ampere/metro el sistema es el SI; pero en cgs esta susceptibilidad es multiplicada por 4.La susceptibilidad del agua a 20 C es 7.19x10 7, cuando en el SI es 5.72x10 6

Hay otras dos medidas de susceptibilidad, en cm3g 1 ( or g) y (M) in cm3mol 1 g = v / M = Mg = Mv / Donde: densidad en gcm 3 M Peso molecular en gmol 1.

DIAMAGNETISMO B < H (-)Si < 0 , los cuerpos se llaman DIAMAGNTICOS y se conocen en general como no magnticos. Es independiente de la temperatura. Se observa cuando todos los electrones estn apareados Ej. Oro, Plata, Platino, (las tres Ts: Titanio, Tntalo, Tungsteno), Materiales Cermicos, Zirconio, Silicona-ntri, Plexigls, Nylon, Tefln, Aluminio.

PARAMAGNETISMO: B > H (+)Si (1+) > 0 , los cuerpos se llaman PARAMAGNTICOS. En su interior el campo magntico es mayor. Se manifiesta con electrones desapareadosSon atrados hacia el imn alinendose con el campo magntico.Ej. Radicales libres , metales alcalinos en estado vapor: O2, NO, ClO2, Gd, Dy

Ferromagnetismo: Estos materiales presentan una gran polarizacin magntica. Se alinean a m adyacentes en la misma direccin.

Los valores de son altos.

Ej: Aceros, Fe3O4 Nquel.

La temperatura ms baja recibe el nombre de Temperatura de Curie (T)

Antiferromagnetismo: Ocurre cuando los m se alinean en direcciones opuestas. Los valores de son bajos y dependiente de la T. Por debajo de TN , la disminuye con un descenso de la T, luego de la T de Neel, sigue el comportamiento del paramagnetismo.Ej. MnO, [KNiF3], K2 [OsCl6]

Ley de Curiem = C/T

Ley de Curie-Wiess

m = C / (T- )

C, Cte de Curie , Cte de WeissRELACION vs T

Son aquellas cuyas interacciones obliga alinearse en orientaciones antiparalelas (antiferromagnetismo), pero con una diferencia en que los momenos totales es no nulo. De los dos o ms m hay uno neto.La Magnetita, es principalmente ferrimagntica. Pero las ms importantes son las ferritas, constituidas por la presencia de Ni, Zn, Mn, en emplazo del Fe(II) en las magnetitas de tipo espinelas. Se aplican almacenamiento de datos.FERRIMAGNTICO:

Relaciones 1/ vs T (K) 1/ T (K)

Ley de Curie; Ley de Curie Weiss para una sustancia ferromagntica con Tc Ley de Curie Weiss para una sustancia antiferromagntica a la TN

La se relaciona con que se expresa en tminos espectroscpicos, segn el acoplamiento Russell Saunders.Para atomos con acoplamiento J , se cumple:Cuando la separacion energtica entre los niveles de energia de J es pequeo, MOMENTO MAGNETICO Cuando el momento magntico es debido slo al spinDonde g relaciona el momento magntico al momento angular, Llamado Factor magnetgiro; g 2,00S+L = 2N : N de electrones desapareados MB: Magnetones de Bohr

EJERCICIOSHallar el Momento magntico para un electrn, sin Momento orbital. Solucin:

Si no hay momento orbital, L = 0, s = ; Entonces de

Siendo L = 0S = 1,73 MB