13 Tabla períodica: Historia:

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1 13 Tabla períodica: Historia: En 1869, el ruso Dmitri Ivánovich Mendeléyev publicó su primera Tabla Periódica en Alemania. Un año después lo hizo Julius Lothar Meyer, que basó su clasificación periódica en la periodicidad de los volúmenes atómicos en función de la masa atómica de los elementos. Por ésta fecha ya eran conocidos 63 elementos de los 90 que existen en la naturaleza. La clasificación la llevaron a cabo los dos químicos de acuerdo con los criterios siguientes: o Colocaron los elementos por orden creciente de sus masas atómicas. o Los agruparon en filas o periodos de distinta longitud. o Situaron en el mismo grupo elementos que tenían propiedades químicas similares, como la valencia Fué Henry Moseley el que en 1913 propuso usar como identificador de cada elemento el número de protones de su núcleo, el número atómico (Z) o número de cargas positivas del núcleo. Desde entonces el orden de la tabla periódica es el del número atómico creciente. Que és: La tabla periódica es una representación ordenada de todos los elementos conocidos. Los elementos se disponen siguiendo el orden de su número atómico creciente, empezando por el Hidrógeno (Z=1) que se coloca a veces en la primera columna y a veces en el centro, como ejemplo de la información que contiene la tabla (ver figura lateral), le sigue el He (Z=2), que es el primero de un conjunto de gases denominados gases nobles (He, Ne, Ar, Xe, Rn, At). El elemento siguiente al gas noble se escribe en la siguiente fila, en orden de número atómico creciente, hasta llegar al siguiente gas noble y así hasta el final. Puedes consultar una muy buena en hill.es/bcv/tabla_periodica/. Podría pensarse que lo mejor sería colocarlos en una gran tira ordenados del 1 al 112, pero se observó que periódicamente (de ahí su nombre) los elementos tienen propiedades parecidas (por ejemplo, el S tiene propiedades parecidas al O, aunque uno sea un gas y otro un sólido, y por ello se ponen en la misma columna). Por eso se colocan en filas y columnas. Los situados en la misma columna tienen propiedades químicas semejantes. Asi se construye la tabla periódica, que contiene a díia de hoy 7 filas o períodos, numerados del 1 al 7. Por el motivo que veremos a continuación no todos son igual de largos, aunque todos empiezan por un metal alcalino y terminan en un gas noble. o 1 Período muy corto, el 1º, con 2 elementos. o 2 Períodos cortos, el 2º y 3º, con 8 elementos. o 2 Períodos largos, el 4º y 5º, con 18 elementos o 2 Períodos ultralargos, el 6º y el 7º (sin completar), que contienen ademas de los 18 que se ven los 14 situados debajo, denominados elementos de transición interna o tierras raras. De hecho, hay tablas largas, muy poco usadas por su extensión, como la inferior Página 7

2 Se denomina periódica porque los elementos colocados en la misma columna tienen propiedades químicas muy similares (la más importante, la valencia), es decir, las propiedades químicas se repiten periódicamente. Así, los elementos con Z=3 (Li), Z=11 (Na), Z=19 (K), Z=37 (Rb), etc, son metálicos, tienen valencia 1 y forman cationes monopositivos con facilidad. Forman la familia de los metales alcalinos. Los elementos situados en la misma columna, y por tanto, con propiedades químicas semejantes, se llaman familias. Para llamar a las familias se usan números (del 1 al 18), aunque las más importantes tienen nombre propio que hay que aprender: o Familia 1: Alcalinos: Li (litio), Na (sodio), K (potasio), Rb (Rubidio), Cs (Cesio) y Fr (Francio) o Familia 2: Alcalino Terreos: Be (Berilio), Mg (Magnesio), Ca (Calcio), Sr (Estroncio), Ba (Bario) y Ra (Radio) o Familias 3 a 12: metales de transición. Forman todos una gran familia con propiedades muy similares, sin importar mucho su posición. De entre estos nos fijaremos en unos pocos que aparecen en multitud de compuestos químicos: Fe (Hierro), Co (Cobalto), Ni (Niquel), Cr (Cromo), Mn (Manganeso), Ag (Plata), Cu (Cobre), Zn (Zinc), Cd (Cadmio), Au (Oro), Hg (Mercurio) son los más importantes. o Familia 13: Terreos: B (Boro) y Al (Aluminio) o Familia 14: Carbonoideos: C (Carbono) y Si (Silicio) o Familia 15: Nitrogenoideos: N (nitrógeno), P (fósforo), As (Arsénico) y Sb (Antimonio) o Familia 16: Anfígenos: O (Oxígeno), S (Azufre), Se (Selenio) y Te (Teluro) o Familia 17: Halógenos: F (Flúor), Cl (Cloro), Br (Bromo) y I (Iodo) o Familia 18: Gases nobles: He (Helio), Ne (Neón), Ar (Argón), Kr (Kriptón), Xe (Xenón) y Rn (Radón) Las familias más importantes son las 1, 2, 13, 14, 15, 16 y 17 (la 18, los gases nobles, se usa como referencia, pues no forman compuestos y químicamente carecen casi de interés). Esas familias más importantes están formadas por los llamados elementos representativos, llamados así por el gran cambio de propiedades que hay al pasar de una familia a otra, a diferencia de los metales de transición (familias 3 a 12), que tienen todos propiedades similares, siendo más acusado en los metales de transición interna (Tierras raras, Lantánidos y Actínidos) La tabla periódica se puede dividir también en: o No metales: F, Cl, Br, I, At, O, S, Se, Te, N, P, C, B. Están situados a la derecha de la tabla. No tienen brillo, muchos son gases y no conducen la electricidad. o Semimetales: Te, As, Sb, Si, Ge Propiedades intermedias entre metales y no metales o Metales: todos sólidos, salvo el mercurio. Tienen brillo y conducen la electricidad. Tabla periódica y configuración electrónica. Página 8 Si analizamos la configuración electrónica de un grupo cualquiera, por ejemplo, el de los metales alcalinos, nos encontramos con el o Li: 1s 2 2s 1

3 o Na: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1, o K: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 vemos que todos ellos tienen el electrón diferenciador, el último añadido, en el orbital ns 1. Si todos tienen propiedades químicas semejantes y configuración electrónica externa semejante es que habrá una relación entre ambos hechos. Las propiedades químicas de los alcalinos radicarán en su configuración. Todos terminan en ns 1, siendo la n el período del alcalino concreto (2 para el Li, 3 para el Na, 4 para el K...) Igual ocurre con los anfígenos: o O: 1s 2 2s 2 2p 4 o S: 1s 2 2s 2 sp 6 3s 2 3p 4 o Se: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 4 Todos ellos tienen la mismas propiedades y la misma configuración electrónica externa, ns 2 np 4. Podemos sacar una conclusión: todos los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones de valencia (1 los alcalinos y 6 los anfígenos), la misma configuración electrónica externa y, como consecuencia, propiedades químicas semejantes. Los electrones situados en la última capa de un átomo (la más externa) se conocen como electrones de valencia. Los electrones de valencia serán los responsables de las propiedades químicas de los elementos y, por lo tanto, los átomos que presentan el mismo número de electrones en su última capa tendrán propiedades semejantes. En el sistema periódico se pueden distinguir cuatro bloques, denominados s, p, d y f, que corresponden al llenado de los orbitales correspondientes. o El bloque s está constituido por los grupos 1 y 2 o El bloque p lo forman los grupos 13 al 18 o El bloque d está compuesto por los elementos de los grupos 3 al 12 o El bloque f está formado por los lantánidos y los actínidos El número del periodo de un elemento coincide con el valor de n del orbital mayor ocupado. Otra regla interesante que podemos deducir de la tabla periódica y que nos será muy útil para estudiar y comprender el enlace químico y la valencia (la capacidad de combinación de un átomo) es la regla del octeto. Los gases nobles tienen todos como configuración de la última capa ns 2 np 6, es decir, 8 electrones, y no se combinan con nadie. Eso llevo a los químicos a pensar que tener 8 electrones en la última capa proporcionaba una gran estabilidad al átomo. Todos los átomos tratarán de intercambiar electrones, bien por transferencia completa (enlace iónico), bien por compartición (enlace covalente), de conseguir tener esos 8 electrones en su última capa. Esa es la regla del octeto, que si bien no se cumple en todos los casos es una muy buena aproximación al enlace químico. 14 El enlace químico Página 9 Un enlace químico es una unión entre dos átomos de forma que se origina una estructura más estable que cuando los átomos están separados. Si se unen 1 átomo de oxígeno y 2 de hidrógeno para formar

4 una molécula de agua es porque ésta es más estable que los átomos aislados y de hecho debemos aplicarle energía, en forma de corriente eléctrica, para separarlos (electrólisis). Recuerda que los átomos son más estables cuando consiguen tener su última capa de electrones completa (es decir, con 8 electrones, salvo en el H y el He en los que la única capa que tienen se completa con 2 electrones). Regla del octeto Existen tres tipos básicos de enlace: el enlace iónico, el covalente y el metálico. 15 Enlace iónico El enlace iónico se origina entre un metal y un no metal. El metal pierde electrones y forma un ion positivo (catión). El no metal capta electrones y forma un ion negativo (anión). La atracción entre estos iones de distinta carga es lo que se conoce como enlace iónico. Por ejemplo, el Na, metal alcalino, pierde el electrón del orbital 3s 1 y se transforma en Na + : 1s 2 2s 2 2p 6, con estructura electrónica de gas noble (8 electrones en la última capa). El Cloro, no metal halógeno, gana 1 electrón y se transforma en Cl :1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6, con 8 electrones en su última capa. Ahora el Na + y el Cl se atraen porque tienen cargas de distinto signo y quedan enlazados formando el NaCl (Cloruro de sodio, sal común). Iones que forman los grupos por la regla del octeto: o Cationes metálicos o Alcalinos: ion +1. Li +, Na +, K +... o Alcalino térreos: ión +2. Be 2+, Mg 2+, Ca o Térreos: ión +3: B 3+, Al 3+ o Aniones no metálicos o Halógenos: ión 1. F, Cl... o Anfígeno: ión 2. O 2, S 2... o Nitrogenoideos: ión 3: N 3, P 3... o Carbonoideos: ión 4. C 4, Si 4 Para que la molécula resultante sea neutra el número de cargas positivas y negativas debe estar compensado (por ejemplo, un catión con dos cargas positivas se unirá a dos aniones si cada uno de ellos tiene sólo una carga negativa). Cuando se unan el K + con el O 2 la fórmula será K 2 O, para que la molécula sea neutra. Si se une el Ca 2+ con el F la fórmula será CaF 2. Siempre se escribe primero el catión y luego el anión. Los compuestos iónicos son sólidos formados por una red tridimensional de iones (cristales iónicos). En realidad no existen moléculas aisladas, sino redes cristalinas. La fórmula indica sólo la proporción de los iones. Propiedades de los compuestos iónicos: o Son sólidos a temperatura ambiente, con altos puntos de fusión y ebullición. Eso es así porque existe una fuerte atracción entre los iones de distinto signo y se necesita mucha energía para romper la red cristalina. o Se fracturan al golpearlos, formando cristales de menor tamaño. Al golpear el cristal se desplazan los iones y quedan enfrentados los de igual carga, repeliéndose. o En general, se disuelven en agua. Las moléculas de agua pueden atraer y separar los iones, deshaciendo la red iónica. Página 10

5 o No conducen la corriente eléctrica en estado sólido, pero son conductores en estado líquido y en disolución. Los iones están localizados en la red, pero al pasar al estado líquido adquieren movilidad, lo que posibilita el paso de la corriente eléctrica. 16 Enlace covalente El enlace covalente se origina entre dos átomos no metálicos. Para alcanzar la estabilidad los dos átomos comparten parejas de electrones (uno de cada átomo) consiguiendo completar sus capas de valencia. Para representar los enlaces covalentes se suele emplear la notación de Lewis, en la que cada átomo se representa por su símbolo rodeado por los electrones de valencia. Cada electrón sin pareja se comparte con otro átomo hasta que se consigue que todos los átomos tengan configuración de gas noble. Por tanto, cada átomo formará tantos enlaces (parejas de electrones compatidas) como electrones desapareados tenga. Por ejemplo, el O (1s 2 2s 2 2p 4 ) tiene 6 electrones en su última capa, que podemos representar por :O: (la regla es ir colocando un electrón en cada uno de los 4 extremos, superior, inferior, izquierdo y derecho, que rodean al símbolo y luego hacer una segunda ronda con los que quedan). No importa donde se ponen los electrones apareados y donde los desapareados. Quedaría así Ö. El H, 1s 1, se representaría análogamente como H y cuando se unan el O y el H, la manera de completar sus octetos será uniendo un H con el oxígeno (por sus electrones desapareados) y otro H con el otro O (igual que antes). Quedaría H:Ö:H. Las parejas de electrones se representan también por una raya encima o debajo del elemento si los 2 electrones son del elemento y que se traza entre los átomos si dicha pareja de electrones está formada por un electrón de cada átomo. Ejemplos de enlaces covalentes sencillos: Página 11 Los compuestos covalentes pueden ser de dos tipos: La mayoría son sustancias moleculares, que están formados por moléculas aisladas y son gases o líquidos a temperatura ambiente, y los cristales covalentes, que son sólidos.

6 SUSTANCIAS COVALENTES Sustancias moleculares: H 2, O 2, F 2, Cl 2, Br 2 (liquido), I 2 (Sólido), CH 4, H 2 O, CH 4,... Propiedades o Tienen bajos puntos de fusión y ebullición, por lo que son gases o líquidos a temperatura ambiente. La fuerza del enlace entre átomos es grande, pero la fuerza que mantiene unidas las moléculas es débil. o No se disuelven (o se disuelven muy poco) en agua. En su estructura no hay iones capaces de ser atraídos por las moléculas de agua. o No conducen la corriente eléctrica (algunas lo hacen débilmente). No existen cargas eléctricas en su estructura (algunas veces se forman cargas al reaccionar con el agua). Cristales covalentes: SiO 2, C (diamante), C (grafito)... Propiedades o A temperatura ambiente son sólidos muy duros con altos puntos de fusión. El enlace entre los átomos es muy fuerte, por lo que se necesita mucha energía para romper la red cristalina. o No se disuelven en agua. En su estructura no hay iones capaces de ser atraídos por las moléculas de agua. o No conducen la corriente eléctrica (salvo el grafito). No existen cargas eléctricas en su estructura. 17 Enlace metálico El enlace metálico se origina entre átomos metálicos. Los cristales metálicos están constituidos por una red tridimensional de iones positivos. Los electrones desprendidos por todos estos iones forman una nube electrónica que rodea a los iones y los mantiene unidos. Las propiedades de los metales son: o Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio. o Son buenos conductores del calor y de la electricidad, debido a la existencia de electrones libres que pueden moverse en la red. o Son maleables (se pueden deformar en láminas) y dúctiles (se pueden transformar en hilos), ya que la deformación no altera la estructura de la red. o Tienen brillo metálico. Con todo, al ser expuestos al aire reaccionan con el oxígeno, alterándose su aspecto y propiedades debido a la formación de óxidos. Sólo algunas excepciones como el oro o el platino no lo hacen. Se denominan metales nobles y son apreciados por eso El cobre, la plata, el oro, el paladio y el platino son los únicos elementos metálicos que se encuentran como elementos libres en la naturaleza. Todos los demás se encuentran formando compuestos iónicos o aleaciones. Las propiedades de los metales permiten fabricar productos como papel de aluminio, pan de oro o hilo de cobre. Página 12