TEMA 4: La tabla periódica. Tema 4: La tabla periódica 1

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1 TEMA 4: La tabla periódica Tema 4: La tabla periódica 1

2 ESQUEMA DE LA UNIDAD 1.- Introducción. 2.- La tabla periódica actual. 3.- Clasificación de los elementos por grupos. 4.- Clasificación de los elementos según sus propiedades físicas y químicas. 5.- Posición en la tabla periódica y configuración electrónica La configuración electrónica Configuración electrónica de los elementos representativos Configuración electrónica de los metales de transición Configuración electrónica de las tierras raras. 1.- INTRODUCCIÓN Los elementos químicos que se conocen actualmente se han ido descubriendo poco a poco a lo largo de la historia. Fue en el siglo XIX cuando los científicos se dieron cuenta de que había elementos químicos que tenían propiedades parecidas y se plantearon ordenar y clasificar dichos elementos en función de sus propiedades. Ha habido varias clasificaciones de los elementos, siendo una de las más importantes la que hicieron Lothar Meyer y Dimitri Mendeleiev a finales del siglo XIX. Estos científicos ordenaron los elementos por filas en orden creciente de masa atómica de manera que hacían coincidir en la misma columna los elementos que tenían propiedades físicas y químicas parecidas. Estos científicos hicieron la misma clasificación por separado, pero el hecho de que la diera a conocer antes Mendeleiev, supuso que el reconocimiento al gran trabajo realizado fuera para él. Seguir este criterio a la hora de ordenar los elementos químicos le hizo deducir que debía dejar huecos en la tabla para situar en ella elementos desconocidos que Mendeleiev daba por hecho que debían existir y en algún momento serían descubiertos. Aunque no es la tabla actual, sí fue la base para la elaboración de la tabla periódica de los elementos que se utiliza hoy en día. Esta tabla fue propuesta en el siglo XX por Werner y Paneth y en ella se encuentran los elementos ordenados por filas en orden creciente de número atómico de manera que igual que sucedía con la tabla de Mendeleiev, se hacen coincidir en la misma columna a los elementos que poseen las mismas propiedades químicas. En la tabla actual hay tres parejas de Tema 4: La tabla periódica 2

3 elementos en los que un elemento está precedido por otro de masa atómica mayor, como es el caso del teluro, de masa 127,6 y el yodo, de masa 126,9. Cabe indicar como curiosidad, que en la tabla periódica hay tres elementos descubiertos por científicos españoles: el platino, descubierto por el sevillano Antonio de Ulloa a mediados del siglo XVIII, el wolframio descubierto en el mismo siglo a finales por los hermanos Elhúyar y el vanadio descubierto por Antonio José del Río a comienzos del siglo XIX. 2.- LA TABLA PERIÓDICA ACTUAL Se puede decir que la tabla periódica es una representación gráfica ordenada de los elementos químicos. Como mínimo, junto al nombre de cada elemento aparece el símbolo con el que se representa, su número atómico (recordar que es el número atómico de un elemento es el número de protones que posee y que es diferente en cada elemento) y su masa atómica. La tabla periódica actual de Werner y Paneth consta de 18 columnas llamadas grupos y 7 filas o periodos, y como se comentó anteriormente los elementos se disponen de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo en orden creciente de número atómico, de manera que coincidan en la misma columna los elementos con propiedades químicas similares. En esta tabla periódica se colocan los 114 elementos químicos conocidos y aceptados por la IUPAC (de ellos 89 son naturales y el resto artificiales; es decir, descubiertos en los laboratorios). El número de la fila o periodo en la que se encuentre cada elemento indica el nivel más alto de energía que posee cualquier átomo de dicho elemento. De la misma manera, el número de la columna o grupo en el que se encuentre un elemento indica el número de electrones de valencia que posee cualquier átomo neutro de dicho elemento. Recordar que los electrones de valencia representan el número de electrones que posee un átomo en su último nivel de energía incompleto. Ejemplos: Ca (Z=20) Ti (Z=22) 1 s s 2s p 3s p 4 2 e - de valencia 1 s s 2s p 3s p d 4 2 e - de valencia Tema 4: La tabla periódica 3

4 En algunas tablas periódicas las columnas aparecen numeradas del 1 al 18, si bien también se pueden numerar con números romanos acompañados con las letras "A" o "B". En este último caso las columnas con las letra "A" serían las más altas y las que llevan la letra "B" serían las centrales, las que tienen todas la misma altura: 3.- CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS POR GRUPOS En la tabla periódica se distinguen tres tipos de elementos según el grupo en el que se encuentren: 1. Elementos representativos: son los elementos de los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18. Las columnas donde se encuentran los elementos representativos reciben los siguientes nombres: Grupo 1: alcalinos. Grupo 2: alcalinotérreos. Grupo 13: térreos o boroideos. Grupo 14: carbonoideos. Grupo 15: nitrogenoideos. Grupo 16: anfígenos. Grupo 17: halógenos. Grupo 18: gases nobles. 2. Elementos o metales de transición: son los elementos de los grupos 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 y Elementos o metales de transición interna o tierras raras: son elementos situados entre los metales de transición, aunque en la tabla se representan fuera de ella, en dos filas de catorce elementos cada una llamadas lantánidos y los actínidos. Tema 4: La tabla periódica 4

5 4.- CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS SEGÚN SUS PROPIEDADES FÍSICAS Y QUÍMICAS Según las propiedades físicas y químicas de los elementos, estos se clasifican en: 1. Metales Poseen brillo metálico y color especial grisáceo, excepto algunos como el oro (amarillo) y el cobre (rojizo). Son dúctiles; es decir, se convierten fácilmente en hilos. Son maleables; es decir, se convierten fácilmente en delgadas láminas. Son buenos conductores de la electricidad y del calor. Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio). Representan el 75% de todos los elementos. Tienden a perder electrones y formar iones positivos. 2. No metales Pueden encontrarse en los tres estados: sólido, líquido y gaseoso. No poseen brillo. No son dúctiles ni maleables. Suelen captar electrones formando iones negativos. Son malos conductores del calor y la electricidad. 3. Metaloides o semimetales Son algunos de los elementos que hay por encima y por debajo de la línea que separa a los elementos metálicos de los no metálicos, línea que tiene forma de escalera. Estos elementos poseen propiedades intermedias entre los metales y los no metales. 4. Gases nobles o inertes Se encuentran en la naturaleza como átomos aislados. Son gases a temperatura ambiente. Desde el punto de vista químico son muy estables: no forman compuestos. No ganan ni pierden electrones, es decir, no forman iones. 5.- POSICIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA Y CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA La configuración electrónica La configuración electrónica de un elemento es una manera de representar cómo se distribuyen los electrones de dicho elemento en los diferentes niveles de energía y orbitales atómicos. Tema 4: La tabla periódica 5

6 Los niveles o capas de energía son las distintas capas que forman los electrones de un átomo al girar alrededor del núcleo. En cada una de estas capas los electrones poseen una energía que es mayor cuanto más cerca está la capa del núcleo. Hay siete niveles de energía numerados del 1 al 7 y que se llaman K, L, M, N, O, P y Q. Además, cada nivel de energía tiene subniveles de energía, en concreto hay cuatro subniveles llamados s, p, d, f. Los orbitales atómicos son zonas dentro los subniveles de energía donde existe una alta probabilidad (superior al 90%) de encontrar los electrones. Cantidad de orbitales y número máximo de electrones que tiene cada subnivel de energía: Subnivel de energía Número de orbitales Número máx. de e - s 1 2 p 3 6 d 5 10 f 7 14 Para hacer la configuración electrónica de un elemento se utiliza el diagrama de Moeller, que es el siguiente: Ejemplo Se llama capa de valencia al nivel o capa de energía más alto que tiene un elemento. Y al número total de electrones que tiene un elemento en su capa de valencia se le llama electrones de valencia. Según la posición que ocupa un elemento dentro de la tabla periódica, se puede determinar cuál es la configuración electrónica de su última capa de valencia y al revés, a partir de de la configuración electrónica de la última capa de valencia se puede situar en la tabla periódica el elemento e identificarlo Configuración electrónica de los elementos representativos La capa o nivel de valencia del elemento coincide siempre con la fila o periodo que ocupa en la tabla. Tema 4: La tabla periódica 6

7 En cuanto a la distribución de los electrones de valencia entre los subniveles atómicos, dependiendo del lugar que ocupe el elemento en la tabla llegará a un subnivel u otro según lo siguiente: En los elementos de las dos primeras columnas solamente hay electrones en el subnivel s, uno en los de la primera columna y dos en los de la segunda. En los elementos del resto de las columnas con elementos representativos hay electrones en los subniveles s (que lo tiene completo) y p (con tantos electrones como indique la columna en la que se encuentra el elemento). Ejemplos: escribe la configuración electrónica del último nivel de energía de los siguientes elementos: a) Potasio (K) 4 s 1 (el 4 porque está en la fila 4, hasta el subnivel "s" porque está en la primera columna, 1 electrón en el subnivel "s" porque tiene un electrón de valencia por estar en la primera columna). b) Bario (Ba) 6 s 2 (el 6 porque está en la fila 6, hasta el subnivel "s" porque está en la segunda columna, 2 electrones en el subnivel "s" porque tiene dos electrones de valencia por estar en la segunda columna). c) Nitrógeno (N) 2 s 2 p 3 (el 2 porque está en la fila 2, hasta el subnivel "p" porque está en los elementos representativos que hay a la derecha de la tabla, 2 electrones en el subnivel "s" y 3 en el "p" porque está en la tercera columna de los elementos representativos que hay en la parte derecha de la tabla). d) Yodo (I) 5 s 2 p 5 (el 5 porque está en la fila 5, hasta el subnivel "p" porque está en los elementos representativos que hay a la derecha de la tabla, 2 electrones en el subnivel "s" y 5 en el "p" porque está en la quinta columna de los elementos representativos que hay en la parte derecha de la tabla). De la misma manera, a partir de la configuración electrónica de la última capa de valencia se puede situar en la tabla periódica el elemento e identificarlo. Ejemplos: determina cuáles son los elementos que tienen como configuración electrónica de la capa de valencia las siguientes. a) 4 s 2 p 3 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 4 y columna o grupo 3 de las de los elementos representativos que hay en la parte derecha de la tabla. Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el arsénico (As). Tema 4: La tabla periódica 7

8 b) 3 s 2 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 3 y columna o grupo 2 (número que lleva el subnivel "s"). Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el magnesio (Mg). c) 2 s 2 p 1 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 2 y primera columna de las de los elementos representativos que hay a la derecha de la tabla. Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el boro (B) Configuración electrónica de los metales de transición Para escribir la configuración electrónica de las últimas capas de un metal de transición según la situación que ocupe en la tabla periódica, hay que tener en cuenta lo siguiente: El nivel de valencia coincide siempre con la fila o periodo que ocupa el elemento en la tabla que tendrá completo su subnivel "s" (con 2 electrones). Además, en el nivel de energía anterior al de valencia, tiene completos los subniveles "s" y "p" y en el subnivel "d" tantos electrones como el número de la columna que ocupa el elemento en la tabla periódica (contando solamente las columnas de los metales de transición). Ejemplos: escribe la configuración electrónica del último nivel de energía de los siguientes elementos: a) Hierro (Fe) 3d 6 4s 2 (el 4 porque está en la fila 4 con el subnivel "s" lleno, y en el nivel 3 hay 6 electrones en el subnivel "d" porque está en la sexta columna de entre las que contienen metales de transición). b) Mercurio (Hg) 5d 10 6s 2 c) Circonio (Zr) 4d 2 5s 2 (el 5 porque está en la fila 5 con el subnivel s lleno, y en el nivel 4 hay 2 electrones en el subnivel "p" porque está en la segunda columna de las que contienen a los metales de transición. De la misma manera, a partir de la configuración electrónica de la última capa de valencia se puede situar en la tabla periódica el elemento e identificarlo. Ejemplos: determina cuáles son los elementos que tienen como configuración electrónica de la capa de valencia las siguientes. a) 5d 6 6s 2 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 6 y columna o grupo 6 de las que contienen metales de transición. Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el osmio (Os). b) 3d 1 4s 2 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 4 y columna o grupo 1 de las que contienen metales de transición. Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el escandio (Sc) Configuración electrónica de las tierras raras Recordar que las tierras raras son elementos que se ponen fuera de la tabla periódica, pero de colocarse dentro de ella, los lantánidos (desde Z = 57 hasta Z = 71) ocuparían la fila 6 y los actínidos (desde Z = 89 hasta Z = 103) la 7. Esta información es necesaria para saber cuál es el nivel de energía más alto. Para escribir la configuración electrónica de las últimas capas de un metal de transición interno o tierra rara según la situación que ocupe en la tabla periódica, hay que tener en cuenta lo siguiente: Tema 4: La tabla periódica 8

9 El nivel de valencia coincide siempre con la fila o periodo que ocupa el elemento en la tabla que tendrá completo su subnivel "s" (con 2 electrones). Además, en el nivel de energía anterior al de valencia, tiene completos los subniveles "s" (con 2 electrones) y "p" (con 6 electrones). Además, en el antepenúltimo nivel de energía, tiene completos los subniveles "s" (con 2 electrones), "p" (con 6 electrones) y d (con 10 electrones) y en el subnivel "f" tantos electrones como indique el número de la columna que ocupa el elemento dentro de su fila. Ejemplos: escribe la configuración electrónica del último nivel de energía de los siguientes elementos: a) Cerio (Ce) 4f 2 6s 2 (el 6 porque al ser un lantánido está en la fila 6 con el subnivel s completo, también tendría completos los subniveles "s" y p de la capa 5 y los subniveles s, p y d de la capa 4, por eso no se ponen, y en el subnivel f de la capa 4 habría 2 electrones porque el cerio es el segundo elemento que hay en la fila de los lantánidos). b) Terbio (Tb) 4f 9 6s 2 (el 6 porque al ser un lantánido está en la fila 6 con el subnivel s completo, también tendría completos los subniveles "s" y p de la capa 5 y los subniveles s, p y d de la capa 4, por eso no se ponen, y en el subnivel f de la capa 4 habría 9 electrones porque el terbio es el noveno elemento que hay en la fila de los lantánidos). c) Plutonio (Pu) 5f 6 7s 2 (el 7 porque al ser un actínido está en la fila 7 con el subnivel s completo, también tendría completos los subniveles "s" y p de la capa 6 y los subniveles s, p y d de la capa 5, por eso no se ponen, y en el subnivel f de la capa 5 habría 6 electrones porque el plutonio es el séptimo elemento que hay en la fila de los actínidos). De la misma manera, a partir de la configuración electrónica de la última capa de valencia se puede situar en la tabla periódica el elemento e identificarlo. Ejemplos: determina cuáles son los elementos que tienen como configuración electrónica de la capa de valencia las siguientes. a) 4f 7 6s 2 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 6 y pertenece a un lantánido porque tiene completo el subnivel s de la última capa y tiene electrones en el subnivel f de la antepenúltima capa. Dentro de los lantánidos este elemento ocupa la columna 7. Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el europio (Eu). b) 5d 10 7s 2 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 7 y pertenece a un actínido porque tiene completo el subnivel s de la última capa y tiene electrones en el subnivel f de la antepenúltima capa. Dentro de los lantánidos este elemento ocupa la columna 10. Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el californio (Cf). EXCEPCIONES: Fila o periodo 4: Cromo (Cr) 3d 5 4s 1 / Cobre (Cu) 3d 10 4s 1 Fila o periodo 5: Niobio (Nb) 4d 4 5s 1 / Molibdeno (Mo) 4d 5 5s 1 Tecnecio (Tc) 4d 6 5s 1 / Rutenio (Ru) 4d 7 5s 1 / Rodio (Rh) 4d 8 5s 1 Paladio (Pd) 4d 10 / Plata (Ag) 4d 10 5s 1 Tema 4: La tabla periódica 9

10 Fila o periodo 6: Platino (Pt) 4f 14 5d 9 6s 1 / Oro (Au) 4f 14 5d 10 6s 1 Fila o periodo 7: Roentgenio (Rg) 5f 14 6d 10 7s 1 / Darmstadtio (Ds) 5f 14 6d 9 7s 1 Lantánidos: Lantano (La) 5d 1 6s 2 / Gadolinio (Gd) 4f 7 5d 1 6s 2 Luterio (Lu) 4f 14 5d 1 6s 2 Actínidos: Protactinio (Pa) 5f 2 6d 1 7s 2 / Uranio (U) 5f 3 6d 1 7s 2 Neptunio (Np) 5f 4 6d 1 7s 2 / Curio (Cm) 5f 7 6d 1 7s 2 FIN DEL TEMA Tema 4: La tabla periódica 10