Clasificando los elementos químicos

Transcripción

1 Clasificando los elementos químicos Por: Cristina Andrade Guevara Tabla periódica Los científicos del siglo XIX trabajaron arduamente para clasificar los elementos de la tabla periódica, tomando como base las semejanzas que presentaban. Fue el químico ruso Mendeleiev quien presentó una primera versión de la tabla periódica. Él realizó dicha clasificación considerando las masas atómicas pues se percató de que existía cierta periodicidad. La tabla de Mendeleiev fue la predecesora directa de la tabla periódica moderna. Pero, qué es la tabla periódica? es una referencia rápida de los elementos químicos, en donde podemos encontrar sus propiedades de manera ordenada. Figura 1. A table showing the periodicity of the properties of many chemical elements, from the 1st English edition of Dmitrii Mendeleev's Principles of Chemistry [1891, translated from the Russian 5th edition] (Ross, 2006). En un principio, el orden de los elementos en la tabla periódica se basaba en las masas atómicas. Una vez que se acomodaron así, no fue tan difícil percatarse que había diversas propiedades que se repetían entre ellos, tales como propiedades físicas y el comportamiento químico. Fue así, que para efecto de conformar la información de la estructura y propiedades de las sustancias elementales y tenerla disponible, se originó la tabla periódica. A continuación se muestra la imagen de una tabla periódica. En ella nos encontramos el acomodo de acuerdo al número atómico. 1

2 La tabla se divide en periodos, que son las filas horizontales y en grupos o familias que son las columnas verticales. Puedes observar que el número atómico (Z) aumenta conforme se va de izquierda a derecha al avanzar en el periodo y de arriba hacia abajo al descender en el grupo. Grupos Periodos Figura 2. Tabla periódica Grupos Anteriormente los grupos se dividían en A y B indicando con número romano al grupo perteneciente. Esta subdivisión se da porque existen propiedades químicas y físicas similares así como su configuración electrónica en la capa más externa. Dependiendo de su grupo, tienen diferentes denominaciones. En el 2

3 Grupo A se conocen como representativos. Grupo B se conocen como elementos de transición y transición interna. Actualmente, los grupos se numeran del 1 al 18 con números arábigos de acuerdo con la modificación que hizo la IUPAC (por sus siglas en inglés International Union of Pure and Applied Chemistry, La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) y se les llama también familias, dependiendo del nombre del elemento con que inicia el grupo. También existen algunos con nombres especiales en función de sus características. La tabla 1 te muestra en seguida lo nombres y grupos «A». GRUPO 1 (I A) NOMBRE Metales alcalinos (exceptuando el hidrógeno) 2 (II A) Metales alcalinotérreos 13 (III A) Familia del boro o térreos 14 (IV A) Familia del carbono o carbonoideos 15 (V A) Familia del nitrógeno o nitrogenoideos Familia del oxígeno, 16 (VI A) calcógenos o anfígenos 17 (VII A) 18 (VIII A o cero) Familia de los halógenos Familia de los gases nobles Tabla 1. Gruveg_upo A. CARACTERÍSTICAS ESPECIALES. Metales muy activos con un electrón en su última capa. Metales muy activos con dos electrones en su capa más externa. Propiedades muy variadas con tres electrones en su última capa. Tienen cuatro electrones en su capa exterior. Características variadas pero con cinco electrones en su última capa exterior. Propiedades variables con seis electrones en su capa más externa. No metales muy activos que tienen siete electrones en su capa más externa. Con excepción del Helio que tiene dos electrones, los demás tienen 8 electrones en su capa más externa, que es el mayor número de electrones que debe existir en la última capa. 3

4 Las familias o grupos B se clasifican de la siguiente manera: Periodos GRUPO NOMBRE 3 (III B) Familia del escandio 4 (IV B) Familia del titanio 5 (V B) Familia del vanadio 6 (VI B) Familia del cromo 7 (VII B) Familia del manganeso 8, 9 y 10 (VIII B) Familia del hierro 11 (I B) Familia del cobre 12 (II B) Familia del zinc Tabla 2. Grupo B. Los periodos indican cuál será el último nivel de energía que los electrones comienzan a llenar. Toma en cuenta que el número de elementos en cada periodo corresponde al número de electrones que ocupan como máximo en un nivel energético. La tabla periódica tiene siete periodos. Los tres primeros son cortos y del cuatro al siete son largos. Se utilizan números arábigos para numerarlos. La tabla 3 te muestra los periodos existentes: PERIODO Periodo 1 Periodo 2 Periodo 3 Periodo 4 Periodo 5 Periodo 6 Periodo 7 CARACTERÍSTICAS Lo forman solo dos elementos: hidrógeno y helio. Tiene 8 elementos, desde el litio hasta el neón. Contiene 8 elementos, desde el sodio hasta el argón Contiene 18 elementos, desde el potasio hasta el criptón. Contiene 18 elementos desde el rubidio hasta el xenón. Contiene 32 elementos, desde el cesio hasta el radón, incluye los lantánidos. Contiene 32 elementos, desde el francio hasta el elemento 118, incluye los actínidos. Tabla 3. Periodos existentes y sus características. 4

5 Propiedades periódicas Las propiedades periódicas dependen de la estructura electrónica del átomo, es decir, los elementos con configuraciones electrónicas semejantes tendrán semejanza en sus propiedades. Algunas propiedades periódicas son: Electronegatividad: Es la tendencia de un elemento para atraer hacia sí el par electrónico del enlace compartido de otro. Energía de ionización o potencial de ionización: Es la cantidad de energía que se requiere para remover un electrón de un átomo en estado gaseoso fundamental. Afinidad electrónica: Es el cambio de energía de un átomo gaseoso cuando capta un electrón libre transformándolo en un ión negativo. Radio atómico: distancia que hay desde el centro del núcleo de un átomo hasta su electrón más lejano. En el siguiente esquema, se puede apreciar hacia dónde aumentan las propiedades periódicas. Ejemplo: La electronegatividad aumenta de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha, contrario al radio atómico, que aumenta de arriba hacia abajo y de derecha a izquierda. Figura 3. Propiedades periódicas. 5

6 Simbología química La tabla periódica contiene los símbolos de los elementos químicos. Dichos símbolos son la forma en que los podemos abreviar. El químico sueco J.J. Berzelius fue el creador de la simbología y corresponde a la primera letra de sus nombres. Los símbolos provienen de sus nombres en griego o latín, de nombre de dioses, países, ciudades, personajes o a sus características muy particulares. Algunos ejemplos son: Elemento Símbolo Nombre derivado de: Cromo Cr Griego, chroma (color) Yodo I Griego, iodes (violeta) Cobre Cu Latín, cuprum, de la isla de Chipre. Nobelio No Alfred Nobel (inventor de la dinamita) Galio Ga Latín, Gallia, Francia Selenio Se Latín, selene, quiere decir luna. Tabla 4. Nombres de algunos elementos y su origen. Metales, no metales y metaloides Antes se habló de otra categorización de los elementos. La tabla periódica se divide también en metales, no metales y semimetales o metaloides. Los metales son aquellos elementos que son buenos conductores del calor y la electricidad. Por el contrario, los no metales son malos conductores del calor y la electricidad. Un semimetal presenta propiedades intermedias entre un metal y un no metal. 6

7 Figura 4. Clasificación de los elementos de la tabla periódica. Como puedes ver en la tabla periódica, la mayoría de los elementos son metales. Las características más sobresalientes de los metales son: brillo, ductilidad, maleabilidad y conductividad térmica y eléctrica. Por otra parte, entre las características de los no metales están: los sólidos son quebradizos, no son buenos conductores de la electricidad y mucho menos del calor además de que no tienen brillo. Dado lo anterior las características de los semimetales van a variar entre las de los metales y los no metales. Nosotros mismos como seres humanos, tenemos elementos químicos que conforman algunos órganos y sustancias de nuestro cuerpo aunque también hay algunos que se encuentran en la naturaleza. Por ejemplo México cuenta con yacimientos de oro, plata, cobre y zinc. Los dos primeros elementos se encuentran libres en la naturaleza, pero a los otros dos los tienen que extraer con diferentes métodos químicos. Otros elementos que se producen en México son el azufre, el grafito y la fluorita. 7

8 Relación de la tabla periódica y la configuración electrónica Ya conoces lo relacionado a la configuración electrónica de los elementos químicos y el acomodo de éstos en la tabla periódica. Es importante que sepas que no solamente las características de los pesos atómicos y las valencias tienen que ver en el acomodo de los elementos, sino también, la configuración electrónica. Para tratar de hacer esta explicación de una manera sencilla, es necesario que revises tu tabla periódica Listo? Los periodos de la tabla que están numerados del 1 al 7 y se encuentran arreglados en filas horizontales. Estos corresponden en la configuración electrónica al nivel energético o número cuántico principal para el último nivel. Si te fijas bien, el número del periodo corresponde exactamente al nivel de energía «n». A partir del tercer periodo, el elemento que selecciones de la tabla periódica, tendrá la misma terminación de la configuración electrónica del que está colocado encima de él. Por ejemplo, la terminación de la configuración electrónica del arsénico es igual a la del antimonio. A partir de este periodo, para los elementos de los grupos «B» se tiene que recalcular. Bloques de la tabla periódica Las familias de los grupos «A» pertenecen al bloque de los subniveles s y p Por qué? Porque el último número cuántico de la configuración electrónica tiene el subnivel s (grupos I y II) y al subnivel p (grupos III al VIII). Las familias o grupos «B» pertenecen al bloque del subnivel d ya que su último número cuántico (el del último nivel de energía) corresponde a ese subnivel. Finalmente los periodos correspondientes al 6 y 7 exclusivamente de los lantánidos y actínidos pertenecen al bloque del subnivel f. Los elementos de este bloque van del lantano al Iterbio y del actinio al nobelio. Los elementos lutecio y laurencio son excepciones, ya que aunque pertenecen a estos últimos periodos, su número cuántico perteneciente al último nivel tiene el subnivel «d» y no el «f». 8

9 Para una mejor comprensión, se muestra la tabla con los bloques anteriormente mencionados. Los elementos resaltados en color amarillo pertenecen al bloque «s», los resaltados en carne pertenecen al bloque «p», los resaltados en color azul al bloque «d» y los resaltados en verde pertenecen al bloque «f». Figura 5. Bloques de elementos 9

10 Veamos ahora según el grupo en que se encuentran, cuál será el último número cuántico que tienen los elementos que conforman dicho periodo. Grupo Último número cuántico 1 ns 1 2 ns 2 3 (n 1) d 1 4 (n 1) d 2 5 (n 1) d 3 6 (n 1) d 4 7 (n 1) d 5 8 (n 1) d 6 9 (n 1) d 7 10 (n 1) d 8 11 (n 1) d 9 12 (n 1) d np 1 14 np 2 15 np 3 16 np 4 17 np 5 18 np 6 Con excepción del He Ahora bien, para el grupo de los lantánidos y actínidos se tiene la siguiente relación. Grupo Último número cuántico 4 (n 2) f 1 5 (n 2) f 2 6 (n 2) f 3 7 (n 2) f 4 8 (n 2) f 5 9 (n 2) f 6 10 (n 2) f 7 11 (n 2) f 8 12 (n 2) f 9 13 (n 2) f (n 2) f (n 2) f (n 2) f (n 2) f (n 1) d 1 10

11 Por ejemplo El último número cuántico de la configuración electrónica del elemento sodio sería 3s 1 la explicación es que el sodio se encuentra en el tercer periodo (por lo que el número principal es 3) y además se encuentra en el grupo 1 por lo que su subnivel será s 1. Otro ejemplo sería el número cuántico para el rutenio (Ru) sería 4d 6 y la explicación sería que se encuentra en el quinto periodo y pertenece al bloque de los «d» entonces tenemos que n -1 = 5 1 = 4 (que es el número principal), su grupo es el 8 por lo que el subnivel es d 6. Para el grupo de los lantánidos tenemos al actinio (Ac) y su número cuántico sería 5f 1. La explicación es que se encuentra en el periodo 7 por lo que (n 2) = 7 2 = 5 (que es su número principal) y para el subnivel, vemos que se encuentra en el grupo 4 de los lantánidos y sería f 1. Lo anterior nos sirve para ver la cantidad de electrones que tiene el elemento en su último nivel y los cuales son necesarios identificar para poder conocer tanto su número de oxidación como su la valencia y poder apreciar mejor la diferencia entre ambos conceptos, los cuales nos dan la pauta para formar los compuestos químicos. Bibliografía Cortés, M., Cortez, E., Hernández, M., López, M., Moreno, R. y Rivera, E. (2006). Química I. México: Fondo de Cultura Económica. Ortiz, I. y García, F. (2006). Química 1. México: Santillana. Referencias de imágenes Ross, S. (2006). A table showing the periodicity of the properties of many chemical elements, from the 1st English edition of Dmitrii Mendeleev's Principles of Chemistry [1891, translated from the Russian 5th edition]. Recuperada de (imagen de dominio público de acuerdo a 11