j. isasi ilustraciones: j. isasi y l. alcaraz -...
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J. ISASI
Ilustraciones: J. Isasi y L. Alcaraz
La Tabla Periódica de los elementos.
Propiedades periódicas.
Electronegatividad.
División de los elementos en metales y no metales.
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
Moseley logró hacer difracción en cristales
Una repetición periódica de propiedades físicas y químicas
ocurre 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 la
periodicidad observada
2s
3s
4s
6s
5s
Be
7s
C
O Li HeC
Ge
H
Si
GRUPOS 1s
PE
RIO
DO
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
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
PE
RIO
DO
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 s
Bloque p
LA TABLA PERIÓDICA
TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS
- Carga nuclear efectiva que actúa sobre un electrón
- Radios atómicos
- Radios iónicos
TENDENCIA: electronegatividad
- Energía de ionización
- Afinidad electrónica
PROPIEDADES PERIÓDICAS
- Carga nuclear efectiva que actúa sobre un electrón
- Radios atómicos
- Radios iónicos
1. Carga nuclear efectiva que actúa sobre un electrón
Atomos polielectrónicos
Zef = Z - b
b = constante de apantallamiento de
los electrones más internos
Z = carga del núcleo
Zef = 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
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
-
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
rcatión < rátomo
y
ranión > rátomo
Radio de un catión o aniónRadio iónico
La tendencia que experimentan las variaciones de los radios iónicos
es similar a la que se visualiza en los radios atómicos
Li+ F-Li
Se reduce la repulsión y la La carga nuclear permanece nube electrónica se contrae constante pero aumenta la repulsión
F
Número atómico
Rad
io 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 iónico
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-
OO2-
0.731.40
F
0.71 1.33
F-
0.81 1.63
Radio/ Å
r(O2-)> r(F-) El oxígeno tiene menor
nº de protones y la nube electrónica
se expande con una mayor extensión
Iones isoelectrónicos
mismo nº de electrones
r( Na+) (Z = 11) < r(F-) (Z = 9)
La mayor carga nuclear efectiva
del Na+ produce un menor radio
Iones tripositivos < unipositivos
r( Al3+) < r(Mg2+)
Por la 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
- Energía de ionización
- Afinidad electrónica
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
EI1< EI2< EI3…… Al eliminar un electrón de un átomo neutro hay mayor atracción entre los electrones restantes
En
erg
ía d
e io
niz
ació
n /eV
2B 3Al 4Ga 5In 6Tl
40
35
30
25
20
15
10
5
Tercera
Segunda
PrimeraEI1
EI2
EI3
Energía de ionización
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
HeE
nerg
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
HeE
nerg
ía d
e i
on
iza
ció
n (
KJ
/mo
l)
Z
(kJ/
mo
l)
Energía de ionización
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 ELECTRON
Energía de ionización
Excepciones:
Grupos 2 y 3 (HEIB) 801 kJmol-1 < (HEiBe) 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 (HEiO) 1314 kJmol-1 < (HEiN) 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
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
ón
ica (
kJ/m
ol)
Z
A m
ed
ida
qu
e s
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nd
e e
n u
n g
rup
o a
um
en
ta Z
, a
um
en
ta n
y a
um
en
ta e
l t
am
añ
o a
tóm
ico
ME
NO
S E
NE
RG
ÍA
A lo largo de un periodo, al aumentar la carga nuclear efectiva Zef la nube
de electrones se contrae Se requerirá MÁS ENERGÍA
En
erg
ía d
e i
on
izac
ión
(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)
Excepciones:
Grupos 1 y 2 (HAELi) = - 60 kJmol-1
(HAEBe) = +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 (HAEC) = -122 kJmol-1
(HAEN) = 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 (HAEF) = -328kJmol-1
(HAECl) = -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
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
4Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
Br
Cl
I
F
B C N O
P SAl Si
Sc Ti
H
V Cr Mn Fe Co Ni CuZn
0.7Ce Pr Nd Sm Gd
Th Pa U Np Pu
Dy Lu
Am
Ho Er Tm
MdNoCm Bk Cf Es Fm
Kr
Xe
At
Se
Te
Po
Sn
Ga
In Sb
As
Tl Pb BiHgAuPt
Pd
IrOsRe
Rh AgCd
Ge
W
RuMoTc
La
Y Zr
Hf
Nb
Ta
H
Li
Na
K
BaCs
Rb Sr
Ca Sc
Y
RfAc
La
Ti
Hf
Zr
V
Nb
SgDb
Ta
Cr
W
Mo
Mn
Tc
HsBh
Re
Fe
Os
Ru
Co
Rh
UunMt
Ir
Ni
Pt
Pd
Be
Cu
Ag
UubUuu
Au
Zn
Hg
Cd
Ga
UuqUut
In
Pb
Sn
P
As
Sb
UuhUup
Bi Po
Te
Cl
Br
I
UuoUus
At Rn
Xe
PaTh
Ce Pr
NpU
Nd Pm
AmPu
Sm Eu
BkCm
Gd Tb
EsCf
Dy Ho
Fr Ra
Al C
ON LiF
Tl
He
MdFm
Er Tm
LrNo
Yb Lu
C
G
e
O
S
Se
He
Ne
Ar
Kr
H
Be
Mg
B C
Si
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
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
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 para adquirir la
configuración de gas noble.
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