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TABLA PERIÓDICA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS

INTENTOS DE CLASIFICACIÓN PERIÓDICA 1. LAS TRIADAS DE DOBEREINER (1817)

El químico alemán Johan Dobereiner (1780−1849) agrupa los elementos hasta entonces conocidos en serie de tres elementos llamándoseles triadas. Los elementos que pertenecen a una triada poseen propiedades químicas semejantes. Además, el elemento central tiene un peso atómico (P.A.) aproximadamente igual a la semisuma de los pesos atómicos de los elementos extremos. Ejemplos:

Hacia 1 850, los químicos habían llegado a identificar unas veinte triadas. Se descartó esta forma de agrupar porque se descubrieron nuevos elementos cuyas propiedades no cumplían con las triadas.

2. LEY DE OCTAVAS DE NEWLAND (1 864) El químico inglés John Newlands (1838−1898) ordenó los elementos químicos hasta ese entonces conocidos en grupos de siete elementos cada uno, en función creciente a sus masas atómicas, de tal modo que el octavo elemento tenía propiedades semejantes al primer elemento del grupo anterior. A esta relación se llamó Ley de las Octavas.

3. TABLA PERIÓDICA DE DIMITRI MENDELEIEV Y LOTHAR MEYER (1869)

Se denomina tabla periódica porque el ordenamiento está basado en la variación periódica de las propiedades de los elementos. En esta tabla se colocaron los elementos, que eran semejantes en el ordenamiento y en propiedades.

Meyer: Se basó principalmente en las propiedades físicas (especialmente el volumen atómico). Mendeleiev: Se basó principalmente en las propiedades químicas (tipo de óxido, tipo de hidruro, valencia, etc). La importancia de la clasificación de Mendeleiev, se debe a la precisión de sus predicciones sobre las propiedades de aquellos elementos desconocidos hasta esa época. Por ejemplo en 1 871 Mendeleiev predijo la existencia de un elemento aún por descubrir que llamó eka−aluminio (debido a su proximidad al aluminio en la tabla periódica).

La siguiente tabla compara las propiedades del elemento que Mendeleiev predijo con las características reales del galio (descubierto en 1 875). Propiedad de Eka aluminio Galio masa atómica 68 69,72 densidad (g/cm3)

6,0 5,904

punto de fusión (°C)

Bajo 29,78

Fórmula del óxido

Ea2O3 (densidad 5,5 g cm–3) (soluble en álcalis y ácidos)

Ga2O3 (densidad 5,88 g. cm–3) (soluble en álcalis y ácidos)

Fórmula del cloruro

Ea2Cl6 (volátil) Ga2Cl6 (volátil)

LEY PERIÓDICA MODERNA En 1927 Henry Moseley anunció la Ley Periódica de los elementos que rige hasta nuestros días y dice "Las propiedades físicas y químicas de los elementos son función periódica de los números atómicos" El descubrimiento de esta ley periódica, necesitó dos acontecimientos previos: (1) el establecimiento de una serie de pesos atómicos consistentes y dignos de confianza y (2) la concepción del átomo nuclear con un número definido de protones e igual al número de electrones que giran a su alrededor. Realmente las propiedades químicas de los elementos dependen directamente de la estructura electrónica

QUÍMICA

4 CIENCIAS

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Química Teoría y ejercicios – Semana 4


de sus átomos y específicamente de la estructura electrónica del último (o de los dos últimos) nivel(es) de energía. TABLA PERIÓDICA ACTUAL Fue ideada por Werner en 1895, En 1913, Moseley sostuvo que las propiedades físicas y químicas de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos (Z). DESCRIPCIÓN DE LA TABLA PERIÓDICA. La tabla periódica fue diseñada por Werner y consta de siete filas horizontales llamadas períodos, el número que caracteriza un período dado indica cuántos niveles de energía ocupados tienen los átomos de los elementos que conforman dicho período. Cada período se inicia con el llenado de un nivel energético y culmina cuando dicho nivel queda completamente lleno. a) El primer período consta de solo dos elementos, que

son el hidrógeno y el helio, esto es completamente lógico ya que según lo dicho en el párrafo anterior, corresponde al llenado del primer nivel de energía, el cual solo tiene cabida para dos electrones. Por esto el primer período solo tiene dos casilleros que se llenan en la forma siguiente:

1H = 1s1, 2He = 1s2 b) Los períodos 2 y 3 son relativamente cortos y

constan de 08 elementos cada uno. El período 2 se inicia con el litio, cuya configuración electrónica es 1s2 2s1 y termina con el neón que tiene la configuración electrónica: Ne: 1s2 2s2 2p6

c) Los períodos 4 y 5 son relativamente largos y contienen 18 elementos cada uno.

d) El período 6 es más largo y consta de 32 elementos; catorce de estos elementos (números atómicos: 58 a 71) se colocan en una fila horizontal ubicada debajo de la parte principal de la tabla periódica.

e) El periodo 7 está incompleto, pues aún hay espacio para varios elementos, en el caso que estos se llegasen a sintetizar en forma artificial.

ELEMENTOS REPRESENTATIVOS Los grupos se encuentran divididos en dos subgrupos que se denominan A y B. Los elementos correspondientes a subgrupos del tipo A se denominan elementos representativos o familias, y se caracterizan por que sus últimos electrones ocupan reempes s, o, p.

ELEMENTOS DE TRANSICIÓN Comprende aquellos elementos cuyas configuraciones electrónicas terminan en el llenado de orbitales del subnivel d correspondiente al nivel n−1. Por ejemplo, el cuarto período se inicia con los elementos K (configuración electrónica terminada en 4s1) y Ca (configuración electrónica terminada en 4s2); luego continúa con el escandio, Sc, cuya configuración electrónica termina en 4s2 3d1. En general el nivel de energía más externo de los elementos de transición tendrá una configuración ns2, con excepción de los grupos: VIB (ns1 [n−1]d5) y IB (ns1 [n−1]d10). ELEMENTOS DE TRANSICIÓN INTERNA Este bloque de elementos está constituido por dos series de elementos denominados lantánidos (elementos 58 hasta 71) y actínidos (elementos a partir de 90), en los cuales la configuración electrónica termina en el llenado de orbitales del subnivel f correspondiente al nivel (n−2). Así la serie lantánida corresponde al período 6 y su configuración electrónica termina en 6s 4f, mientras la serie actínida corresponde al período 7 y en consecuencia su configuración electrónica termina en 7s 5f. GASES NOBLES: Los gases nobles o inertes constituyen un conjunto de elementos que se ubican en el último grupo de la tabla, denominado grupo cero o a veces grupo VIII A. Con excepción del helio, su estructura electrónica termina en ns2 np6, debido a lo cual completan el llenado del n-simo nivel de energía, estos elementos tienen muy poca tendencia a reaccionar o combinarse con otros elementos debido a que la configuración




electrónica que corresponde a un nivel energético completamente lleno es extraordinariamente estable, por eso se encuentra al estado monoatómico.

METALES Y NO METALES La mayoría de los elementos de la tabla periódica son metales. La línea divisoria escalonada divide la tabla periódica en dos grandes regiones: la región de los metales, que se encuentra a la izquierda de la línea y la de los no metales que se encuentra a la derecha, en realidad la línea divisoria no es tan evidente ya que los elementos que quedan a lo largo de ella tienen algunas propiedades metálicas y otras no metálicas. Así por ejemplo, el carbono es muy quebradizo pero conduce la electricidad. Si tomamos en consideración únicamente los niveles energéticos principales y desechamos por el momento los subniveles, los elementos que tienen 1, 2 ó 3 electrones en sus niveles energéticos más elevados, son metales (con la evidente excepción del hidrógeno) los que tienen de 4 a 8 electrones son casi siempre no metales. Todos los elementos gaseosos son no metales. SEMIMETALES También llamados metaloides, se encuentran ubicados entre metales y no metales, tienen propiedades intermedias de los metales y no metales a temperatura ambiente la conductividad eléctrica es baja pero al aumentar la temperatura la conductividad eléctrica aumenta, estos son: boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio, teluro, polonio y astato; siendo el silicio y germanio los más utilizados en la fabricación de transistores.

PROPIEDADES PERIÓDICAS DE LOS ELEMENTOS Las propiedades de los elementos varían regularmente de acuerdo con su ubicación en la tabla periódica. Esta variación periódica de las propiedades se encuentra muy relacionada a la variación, también periódica, de las estructuras electrónicas de los átomos, a medida que aumenta el número atómico. Entre las propiedades periódicas podemos mencionar: densidad, punto de ebullición, punto de fusión, carácter metálico, tamaño atómico, y electronegatividad. Estas propiedades dependen en gran medida de los siguientes factores: la carga nuclear (número atómico), el número de niveles de energía ocupados y la estructura electrónica del último nivel de energía. RADIO ATÓMICO El tamaño exacto de un átomo es muy difícil de determinar debido a que son tan pequeños; el radio atómico es realmente el espacio en que la nube de electrones se mueve desde el núcleo. La densidad de la nube disminuye gradualmente a medida que se aleja del núcleo, de manera que el límite de la nube no está claramente definido. El radio atómico aumenta de derecha a izquierda en un mismo período y de arriba hacia abajo en un mismo grupo. Los elementos representativos siguen muy estrechamente la generalización sobre el radio atómico; en cambio, los elementos de transición muestran menos regularidad. ENERGÍA DE IONIZACIÓN O POTENCIAL DE IONIZACIÓN Es la energía mínima necesaria para retirar un electrón de un átomo gaseoso aislado y formar un ión con carga positiva. Dentro de un grupo, la energía de ionización aumenta desde la parte inferior a la superior y dentro de un período de izquierda a derecha. Una excepción notable a esta última afirmación es la energía de ionización más baja de los elementos de los grupos III−A y VI−A. AFINIDAD ELECTRÓNICA Es la energía involucrada para que un átomo neutro y gaseoso gane un electrón y se convierta en un ión negativo. Con unas pocas excepciones, cuando un átomo gana un electrón se libera energía. Dentro de un grupo, la afinidad electrónica aumenta desde la parte inferior a la superior y dentro de un período de izquierda a derecha. ELECTRONEGATIVIDAD La tendencia de los elementos a atraer electrones se llama electronegatividad. La electronegatividad de un elemento está relacionada con la energía de ionización y afinidad electrónica y es una medida de la atracción que ejerce un elemento hacia los electrones compartidos dentro de una molécula.




Dentro de un grupo, la electronegatividad aumenta desde la parte inferior a la superior y dentro de un período de izquierda a derecha. Hay excepciones para esta generalización entre los elementos de transición. CARÁCTER METÁLICO Y NO METÁLICO Antiguamente la distinción entre metales y no metales se basaba en las propiedades físicas (metales: brillo, maleabilidad, ductilidad, conductividad, etc., mientras que los no metales no las presentan). Actualmente las definiciones se basan más en las propiedades químicas: los metales tienden a formar iones positivos; los no metales tienden a formar iones negativos. Mientras más baja es la energía de ionización, la afinidad electrónica, y la electronegatividad de un elemento, más carácter metálico posee. Inversamente, el carácter no metálico se da cuando las tres propiedades descritas tienen valores altos. En otras palabras, el carácter metálico aumenta dentro del grupo de arriba hacia abajo y en el periodo de derecha a izquierda, mientras que el carácter no metálico aumenta en la dirección opuesta. RADIO IÓNICO Los iones positivos son considerablemente más pequeños que los átomos neutros a partir de los cuales se forman. El radio en un grupo disminuye de abajo hacia arriba dentro de un periodo, de izquierda a derecha. Los iones negativos son más grandes que el átomo neutro, pero muestran la misma tendencia dentro de un grupo, como los hacen los iones positivos. Las propiedades periódicas aumentan de acuerdo al sentido de las flechas:

REGLAS PRÁCTICAS PARA LA UBICACIÓN DE LOS ELEMENTOS EN LA TABLA PERIÓDICA 1. El periodo se asignará siempre de acuerdo al nivel energético más elevado de la estructura electrónica. 2. Si en la penúltima capa hay 2 u 8 electrones el

elemento pertenecerá a la serie A y el grupo será numéricamente igual a la cantidad de electrones que se encuentren en la última capa.

3. Cuando tiene 18 electrones en la penúltima y 1 o 2 en la última capa, pertenecerá a la serie B y el grupo será I o II de acuerdo a la cantidad de electrones que contenga en la última.

4. En el caso de tener 18 electrones en la penúltima y más de 2 en la última será de la serie A y el grupo se asignará de acuerdo a la cantidad de electrones que tenga en la última.

5. Si en la penúltima capa tiene más de 8 pero menos de 18 pertenecerá a la serie B y el grupo será igual al número de electrones contenidos en los últimos subniveles “d” y “s”. Al grupo 8 pertenecerán los elementos que contengan 8, 9 o 10 electrones.

6. En el caso de contener subnivel “f” lleno o semilleno pertenecerá a la serie “B” y al grupo de elementos de transición interna.




EJERCICIOS DE CLASE 1. En la tabla periódica, hay un grupo de elementos

que se denomina no metales. Estos se caracterizan por algunas propiedades generales: A) Se encuentran formando cristales

monoatómicos. B) Son dúctiles, maleables y reflejan la luz. C) Son malos conductores de la electricidad y se

presentan en la naturaleza bajo diferentes formas alotrópicas.

D) Sus densidades son elevadas y son buenos conductores del calor.

E) Sus combinaciones con el oxígeno forman óxidos básicos típicamente.

2. Si tenemos a los elementos 12Mg y 38Sr, entonces

es cierto: A) R.A. Mg > R.A. Sr B) R.I.Mg2+ > R.I.Mg1+ C) Ambos tienen la misma cantidad de niveles D) El Mg es más metálico que el estroncio E) E.N. Mg > E.N. Sr

3. Con respecto a la Tabla Periódica Actual:

I. Los elementos están ordenados en orden creciente de sus números de masa.

II. Los elementos de la familia A son denominados representativos.

III. Los elementos de un mismo periodo tienen propiedades físicas similares

Es correcto afirmar: A) Sólo I y II B) Sólo I y III C) Sólo II y III D) Sólo II E) I , II y III

4. ¿A qué grupo de la tabla pertenece el elemento cuyos átomos tienen en su configuración 11 orbitales completamente llenos? A) I-A B) VIII-A C) VIII-B D) II-A E) I-B

5. Los átomos de cierto elemento del quinto periodo

presenta 3 electrones desapareados. Considerando que se trata de un elemento representativo, determine el número atómico y grupo de la tabla al cual pertenece. A) 51 y VA B) 50 y IIIA C) 51 y IVA D) 53 y VIA E) 49 y VA

6. Se tiene un elemento cuya configuración electrónica por niveles es: 2, 8, 13, 1. Determine a que periodo y grupo de la tabla pertenece el elemento implicado: A) Cuarto periodo y IV - B. B) Cuarto periodo y VI - B. C) Quinto periodo y VI - B. D) Cuarto periodo y VII - B. E) Cuarto periodo y VII - A.

7. Un elemento químico del 4to periodo posee en su

configuración electrónica 4 orbitales semillenos. Si su número atómico es el máximo posible. Señale el número de orbitales llenos. A) 10 B) 11 C) 24 D) 26 E) 20

8. Respecto al elemento cuyo número atómico es Z=38, determine. ¿Qué afirmación es falsa? A) Es un metal alcalino-térreo. B) Pertenece al cuarto periodo de la tabla. C) Pertenece al grupo de II-A. D) Forma compuestos típicamente iónicos. E) Es diamagnético.

9. ¿A qué periodo y grupo pertenece la máxima configuración posible para un elemento representativo que tiene 8 electrones caracterizados por el número cuántico mℓ = 1? A) Quinto periodo y IV-A. B) Cuarto periodo y IV-B. C) Quinto periodo y I-A. D) Cuarto periodo y II-A. E) Quinto periodo y V-B.

10. Indique la Proposición falsa:

A) Los iones de los metales alcalinos poseen

configuraciones de gas noble. B) El potencial de ionización siempre es endotérmico. C) Los gases nobles en un periodo presentan los

potenciales de ionización más altos. D) La ley periódica establece que las propiedades de

los elementos son función de los pesos atómicos. E) El elemento cuyo número atómico es 47 pertenece

al grupo 11 de la Tabla periódica actual.




11. A medida que nos desplazamos en un periodo de la tabla, conforme aumenta Z es correcto afirmar:

I. Aumenta el potencial de ionización. II. Aumenta el volumen atómico. III. Disminuye el carácter metálico. IV. Disminuye la electronegatividad. V. Aumenta la afinidad electrónica.

A) I, II, III B) I, II, III, V C) I, III, V D) I, II, V E) I, IV

12. El átomo de un elemento del cuarto periodo posee cinco orbitales semillenos con energía relativa igual a 5. Luego: I. Es un elemento de transición II. Es un no metal III. Pertenece al grupo VIIB del Sistema

Periódico actual. Es correcto afirmar: A) Sólo I y II B) Sólo I y III C) Sólo II y III D) Sólo II E) I, II y III

EJERCICIOS DE EVALUACIÓN

1. Determine el número atómico del primer elemento

el quinto periodo. A) 35 B) 36 C) 37 D) 55 E) 56

2. Sea un elemento cuyos átomos tienen un electrón desapareado descrito por los números cuánticos: (5,0, 0, +1/2). Determine, ¿qué propiedad no se le puede asociar al elemento implicado? A) Es metal de baja dureza. B) No puede existir al estado libre en la

naturaleza. C) Sus potenciales de ionización son bajos. D) Su electronegatividad es elevada. E) Expuesto al aire, su superficie se oscurece

fácilmente formando una capa de óxido.

3. Los átomos de cierto elemento de transición del 5to periodo presenta 3 electrones desapareados. Determine a qué grupo de la tabla pertenece, considerando la máxima configuración posible. A) VIII-A B) III-A C) VIII-B D) IV-A E) IV-B

4. A qué periodo y grupo pertenecen los átomos de un elemento cuyos átomos presentan 12 electrones caracterizados con mℓ = 0. De como respuesta la máxima configuración posible. A) Quinto Periodo y II-A. B) Cuarto Periodo y IV-B. C) Cuarto Periodo y IV-A. D) Cuarto Periodo y III-B. E) Cuarto Periodo y IV-A.

5. Se tiene las configuraciones electrónicas de 3 elementos:

I: [Ar] 4s23d10 II : [Ar] 4s13d10 III : [Kr] 5s24d10

podemos afirmar que: A) Los 3 elementos pertenecen al mismo grupo. B) Los tres elementos pertenece al mismo periodo. C) El elemento III pertenece al grupo II-A. D) II y III pertenecen al mismo grupo. E) I y II pertenecen al mismo periodo.

6. Con respecto a la Tabla Periódica actual, señale verdadero (V) o falso (F) según corresponda:

* Los elementos de Transición son metales. * El Helio es un gas noble. * Un elemento cuya distribución electrónica

termina en np2 pertenece al grupo II-A de la Tabla Periódica actual.

A) VVV B) VFV C) VVF D) FVV E) FFV

7. ¿Qué familia de elementos presenta mayor paramagnetismo? A) II-A B) II-B C) IV-A D) V-B E) VI-A

8. Responde cuál(es) de las siguientes afirmación(es) es(son) verdadera(s):

I. El Sodio metálico es un metal muy activo por su alta electronegatividad.

II. El Flúor es un no metal muy reactivo por su elevada afinidad electrónica.

III. El Flúor presenta menor radio atómico que el oxígeno debido a su mayor carga nuclear.

IV. El elemento de mayor electronegatividad es el elemento de mayor potencial de ionización.

A) FVFF B) VFFF C) FFVF D) VFFV E) FVVF




9. ¿Qué combinación de números atómicos ubican a los elementos en el mismo grupo de la tabla? A) 2, 45, 6 B) 12, 34, 52 C) 5, 31, 13 D) 21, 53, 37 E) 4, 5, 6

10. Respecto al elemento cuyo número atómico es

Z=38, determine ¿Qué afirmación es falsa? A) Es un metal alcalino-térreo. B) Pertenece al cuarto periodo de la tabla. C) Pertenece al grupo de II-A. D) Forma compuestos típicamente iónicos. E) Es diamagnético.

11. El átomo de un elemento “E” posee 17 electrones en orbitales cuya energía relativa es 6. ¿Cuál es su ubicación en la tabla periódica? Período Grupo A) 5 IIA B) 6 IA C) 5 IA D) 6 IIA E) 4 IIB

12. De acuerdo a la siguiente relación de elementos, indique el de mayor carácter no metálico, sabiendo

que pertenecen al mismo período: 29Cu, 25Mn, 32Ge, 19K y 20Ca

A) Cu B) Mn C) Ge D) K E) Ca

13. La propiedad periódica que aumenta según el sentido de la flecha es:

A) Radio atómico B) Volumen Atómico C) Electronegatividad D) Carácter metálico E) Radio Iónico

14. La especie mostrada tiene 50 neutrones:

+

−

2

23x xE

2x 4x

Entonces el elemento E: I. Se ubica en el 4° periodo. II. Se ubica en el grupo II B. III. Es un metal de transición interna. A) I y III B) I y II C) II y III D) Solo I E) Solo II


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