1/20/2015. Desarrollo Histórico de la Tabla Periódica. La Química antes de la Tabla Periódica İİİ Un gran desorden!!!

Transcripción

1 Desarrollo Histórico de la Tabla Periódica QUIM 3002 Ileana Nieves Martínez CNO-245 La Química antes de la Tabla Periódica İİİ Un gran desorden!!! Carecía de sentido. Se fundamentaba en elementos sin organizar. Consistía en información sobre los elementos que era difícil de seguir o ubicar. Tabla Periódica Columnas: Propiedades físicas y químicas similares (familias) Filas: Función periódica de los números atómicos (series o periodos) Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 3 1

2 Primeros intentos de clasificación Relación de propiedades con pesos o masa atómicas Triadas (3 elementos) 1817 Johann Dobereiner (Químico Alemán) [Ca, Sr, Ba]; [Li, Na, K]; [Cl, Br, I] Propiedades físicas y químicas similares X1 X 3 X1, X2, X3 X 2 2 Ley de las Octavas: John Newlands (Q. Inglés) [1864] Propiedades similares que se repiten cada ocho elementos. Asignó número de serie (primeros números atómicos). La Ley de las Octavas de Newlands Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K 4 Primeros intentos de clasificación Relación periódica entre masa o pesos atómicos Ley Periódica de Dimitri Mendelev (1869) [Q. Ruso] Es la base de la tabla periódica moderna. ( ) Organizó 60 elementos conocidos en filas y columnas Dejó espacios vacíos para elementos no descubiertos y predijo sus propiedades. (Ej.: Si, Ga, Ge) 5 Predicciones de Mendeleev Predicción de la propiedades de Mendeleev Propiedades reales Predicción de la propiedades de Mendeleev Propiedades reales Masa atómica ~ 68 uma Masa atómica ~72uma Punto de fusión Bajo Densidad Densidad Fórmula del óxido Fórmula del óxido Fórmula del cloruro Fórmula del cloruro 6 2

3 Ley Periódica Moderna Números Atómicos Henry Moseley: 1914 Experimentos de Rayos X Número entero de cargas positivas # atómico Determinó los valores correctos de los # s atómicos Número de protones & de electrones Ejemplos: j p Te& I; Co & Ni Ley Periódica de Moderna Las propiedades de los elementos son una función periódica de Números Atómicos columnas 7 filas Tabla Periódica Elementos Representativos Metales Transición IIIA IVA VA Metales de cuño Propiedades varían similares Tro: Figura Chemistry: cortesía A Molecular de: Arce/Arce Approach,2/e de Sanabria 8 Tabla Periódica: Arreglo Metálico-no metálico Tiende a donar e y formar cationes 1 IA 2 1 IIA Tiende a aceptar e y formar aniones IIIA IVA VA VIA VIIA 18 VIIIA IIIB Dona o acepta electrones IVB VB VIB VIIB VIIIB IB Metales 12 IIB Nometales 6 7 Metaloides 3

4 Propiedades Físicas Tabla Periódica Propiedades Químicas Volumen atómico Punto de ebullición Potencial de ionización, i ió PI Electronegatividad Reactividad Valencia Formación de tipos de: Compuestos Hidróxidos Otros: Conductividad eléctrica y térmica Dureza Maleabilidad Brillo Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 10 Tabla periódica moderna 11 Tendencias de: 1) Radio Atómico (RA) 2) Potencial de Ionización (PI PI) 3) Afinidad Electrónica (AE) 4

5 Resumen de las Tendencias Periódicas 1. Configuración Electrónica 3. Afinidad Electrónica Periodo Elementos Representativos Metales de Transición *Lantanidos Elementos Representativos Metales de Transición Internos 2. Energí ía de Ionización **Actinidos 4. Radio Atómico Radio Atómico Varios métodos para medir radio atómico Radio de van der Waals = no enlazante cristales radio de van der Waals 2 x radio de Kryptón Radio covalente = radio enlazante Compuestos covalentes radio covalente Radio atómico Es el promedio de radios de muchas medidas de un número grande de elementos y compuestos 14 Tendencias de Radio Atómico 5

6 Efecto pantalla acción sobre el Radio Atómico Z En un sistema multi-electrónico los e : 1) se atraen hacia el nucleo. 2) se repelen mútuamente. Los e externos: Experimentan el efecto pantalla que exhiben los e s de las capas internas, (S). No aportan al efecto pantalla que exhiben los internos. No perciben toda la fortaleza de la carga nuclear, Z, (número atómico) sino una carga efectiva menor, Z ef = Z*. Por lo tanto, el efecto neto es que el e se despega ocupando un radio mayor. Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 16 Cálculo de la carga nuclear efectiva (Z* Z*, o Z ef ) Z la carga nuclear = # atómico. S el # de e internos en niveles de baja energía. La carga nuclear efectiva, Z ef : S es la carga NETA positiva que atrae a un electrón en particular. Z efectiva = Z S Los e en el mismo nivel de energía, casi no contribuyen al efecto pantalla por lo que no se consideran para el cálculo. Z El efecto de mayor a menor es: s > p > d > f 17 Efecto de Pantalla & Carga Nuclear Efectiva, Z ef Electrón de valencia (2s 1 ) Electrón interno (1s 2 ) Carga nuclear efectiva: Li: Z = 3 Z efectiva = Z S Z efectiva (3+) 2 Z efectiva (1 +) Núcleo 3+ Litio Na: Z = 11 Z efectiva = Z S Z efectiva (11+) 10 Z efectiva (1 +) 18 6

7 Efecto de Pantalla & Carga Nuclear Efectiva, Z ef 4+ e Electrones de valencia (2s 2 ) Electrón interno (1s 2 ) Núcleo 4+ Carga nuclear efectiva: Be: Z = 4 Z efectiva = Z S Z efectiva (4+) 2 Z efectiva (2 +) Berilio 19 Radio Atómico Metales alcalinos ómico (pm) Radio ató Periodo 4 Elementos de transición Periodo 5 Elementos de transición Gases nobles Número atómico 20 Ejemplo 8.5: Escoja el átomo más grande de cada par 1. N o F N mas izqda. 2. C o Ge Ge mas abajo 3. N o Al Al mas abajo y a la izqda. 4. Al o Ge? Tendencias opuestas 21 7

8 Práctica Escoja el átomo mas grande de cada par C o O C está más a la izqda. en periodo Li o K K está más abajo en columna C o Al Al está más izqda. y abajo Se o I? Tendencias opuestas 22 Tendencias de Radio Atómico de Metales de Transición Aumenta hacia abajo en la columna Se mantienen casi igual en la fila hacia la derecha en el bloque d q Diferencia es bien pequeña comparada con el grupo A Electrones de valencia ns 2, y no los (n 1) 1)d La Z* en los electrones ns 2 es aproximadamente la misma. 23 Tendencias de los Radios Iónicos Cationes vs Aniones 8

9 Radios de los átomos y sus y sus cationes cationes 25 Radios de los átomos y sus aniones Radios de lo átomos y sus aniones 26 Tendencias de Radios Iónicos Especies isoelectrónicas Tienen el mismo # de e e igual configuración: Ejemplo: S 2 (184 pm) Cl (181 pm) K + (133 pm) Ca 2+ (99pm) 18 e 18 e 18 e 18 e 16 p 17 p 19 p 20 p Carga positiva mayor = catión mas pequeño Carga negativa mayor = anión más grande Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 27 9

10 Ejemplo 8.7: Escoja el más grande de cada par S o S 2 S 2 > S porque hay mas electrones (18 e ) que atraer para los 16 protones presentes. El anión es más grande que el átomo neutral. Ca o Ca 2+ Ca > Ca 2+ porque Ca 2+ perdió la capa de valencia. El catión es siempre mas pequeño que el átomo neutral. Br o Kr Br > Kr porque tiene menos protones (35 p + ) para atraer los 36 electrones comparado con Kr (36 p + ). En una especie isoelectrónica, mientras más negativa la carga, más grade el átomo o ión. Tro: Chemistry: A Molecular Approach,2/e 28 Energía de Ionización, EI o Potencial de Ionización, PI Potencial de Ionización (PI) - Definición Energía mínima para remover un e de un átomo o ión. Estado gaseoso Proceso endotérmico Electrones de valencia son más fáciles de remover, Menor PI ( ionization energy o ionization potential ) M(g) + PI 1 M 1+ (g) + 1 e M +1 (g) + PI 2 M 2+ (g) + 1 e PI 1 = energía para remover electrón del átomo neutral; PI 2 = energía para remover electrón del ión 1+ ; etc. PI 1 < < PI

11 Tendencias Generales de la 1 ra Energía o Potencial de Ionización (PI) Menor PI PI para remover el e A radio mayor A mayor efecto pantalla,, (menor Z*). Mayor PI para remover el e Para un e en un subnivel que está lleno o a medio llenar. A mayor Z* sobre el e 1er PI disminuye hacia abajo en un grupo Electrón de valencia más alejado del núcleo aumenta hacia la derecha Z* (Carga efectiva nuclear) aumenta 31 Ejemplo 8.8: Escoja el átomo en cada par con PI 1 mayor 1. Al o S 2. As o Sb 3. N o Si 4. O o Cl S está más a la derecha As está más a la derecha N está hacia arriba y a la derecha? Tendencias opuestas 32 Tendencias de la energía de ionización excepciones Aumento en energía de ionización

12 Excepciones de las tendencias del 1 er PI PI 1 generalmente aumenta hacia la derecha Excepto de 2A a 3A, 5A a 6A 2A Be 3A B 5A 6A N A cuál es más fácil removerle un electrón: N or O? Porqué? A cuál es más fácil removerle un electrón: B, or Be? Porqué? O 34 Explicación de las excepciones en tendencias de PI 1, Be y B Be Be + Para ionizar Be se altera un subnivel lleno, y requiere energía adicional. B B + Cuando se ioniza B resulta en un subnivel lleno y requiere menos energía 35 Explicación de las excepciones en tendencias PI 1, N y O N N + Al ionizar N se altera un sub -nivel a medio llenar, requiere energía adicional O O + Al ionizar O se obtiene un subnivel a medio llenar, requiere menos Energía 36 12

13 Tendencias de Energías de Ionización Sucesivas Remoción sucesiva de e requiere mas energía: Menor tamaño con mas protones que e Los e externos están más cerca del núcleo y son más difíciles de remover. PI 3 PI 2 Aumento continuo de energía para la remoción sucesiva de cada e de valencia. Aumento en energía cuando se remueve e s de una capa llena. PI 1 Na [Ne] 3s 1 Mg [Ne] 3s 2 37 Afinidad electrónica, AE Afinidad Electrónica (AE) Energía liberada cuando un átomo neutral gana e Estado gaseoso M(g) + 1e M 1 (g) + AE Exotérmica ( ), pero puede ser endotérmica (+) Algunos metales alcalinotérreos y todos los gases nobles son endotérmicos. La AE es mayor mientras: más energía se libere. más negativo el número

14 Tendencias en Afinidad Electrónica, AE La AE disminuye hacia abajo para metales alcalinos. Pero hay un aumento irregular en AE desde 2 do periodo al 3 ro Generalmente aumenta a la derecha (más negativa). Excepciones en general: Grupo 5A menor AE del esperado porque se debe formar un par electrónico adicional. Grupo 2A y 8A tienen la AE bien baja porque el e adicional va a un nivel o subnivel energético mayor. AE mas alta en cualquier periodo = halógenos 40 Afinidades electrónicas (kj/mol) 8A 2A 5A 41 RESUMEN DE TENDENCIAS 14

15 Resumen de las Tendencias Periódicas 1. Configuración Electrónica 3. Afinidad Electrónica Periodo Elementos Representativos Metales de Transición *Lantanidos Elementos Representativos Metales de Transición Internos 2. Energí ía de Ionización **Actinidos 4. Radio Atómico Tendencias en radio atómico El tamaño de una especie atómica depende de los límites o fronteras ocupadas por los e de valencia con el n mayor y la Z ef menor. Radio, Å Radio relativo de elementos representativos Tamaños tienden a aumentar hacia abajo en un grupo o familia Tamaños tienden a disminuir a lo largo de un periodo Tendencia en Potencial de Ionización La energía para remover un e de valencia depende de la capacidad de retener más fuertemente dichos e (i.e.: mayor afinidad electrónica). Energía de ionización, kj/mol 15

16 Tendencia en Afinidad Electrónica La energía liberada cuando se añade un e a un átomo es mayor para los átomos con mayor afinidad electrónica. Resumen Tabla Periódica: Mapa de los bloques que componene la materia Tipo: Metales, metaloides y Nometales Grupos: Representativo, transición y Lantánidos/Actínidos Familias: Elementos en la misma columna con propiedades químicas similares debido a electrones de valencia Alcalinos, Alcalino térreos, calcógenos, halógenos, gases nobles Periódo: Elementos en la misma fila con electrones de valencia en la misma capa. 16