Relaciones Periódicas entre los Elementos

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1 Cuándo los elementos fueron descubiertos? Relaciones Periódicas entre los Elementos Capítulo 8 Copyright The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. 8.1 La tabla periódica Se comenzó en el siglo XIX muchos avances en la química que permitió aislar elementos, y los elementos conocidos aumentaron de 31 en 1800 a 63 en Los científicos comenzaron a buscar formas de clasificarlos de acuerdo a su utilidad. Un ruso, Dmitri Mendeleev, y un alemán, Lothar Meyer, publicaron esquemas de clasificación casi idénticos, en 1869, sin trabajar juntos. Ambos encontraron que las propiedades de los elementos similares ocurrian periódicamente si se arreglaban estos en orden creciente de peso atómico. Los científicos de aquella época no tenían conocimiento del número atómico. La tabla periódica Aunque ambos científicos llegaron basicamente a las mismas conclusiones, el crédito siempre se le ha dado a Mendeleev, ya que promovió sus ideas incansablemente y estimuló mucho trabajo en química. Su insistencia en que los elementos con características similares debían ordenarse en las mismas familias lo obligó a dejar varios espacios en blanco en su tabla, para acomodar elementos que no se habían aislado, pero que tenían que existir. Mendeleev propuso el eka-aluminio y el eka-silicio para los elementos que conocemos hoy día como Galio (Ga) y Germanio (Ge). Cuán buena fué su predicción? Veamos Provisto por Dr. Hernández-Castillo 1

2 ndeleev.jpg _periodic_table.png Propiedad a describir Predicción de eka-silicio hecha en el 1871 Propiedades del Germanio descubierto en 1886 Peso atómico Densidad (g/cm 3 ) Calor específico (J/g-K) Punto de fusión ( o C) Alto 947 Color Gris oscuro Blanco grisáceo Fórmula del óxido XO 2 GeO 2 Densidad del óxido (g/cm 3 ) Francio: El 3 er elemento líquido? 113 elementos, 2 son líquidos a 25 0 C Br 2 y Hg 223 Fr, t 1/2 = 21 minutos Líquido? Fórmula del cloruro XCl 4 GeCl 4 Punto de ebullición del cloruro poco menor de Cómo te quedó el ojo? Provisto por Dr. Hernández-Castillo 2

3 ns 1 ns 2 Configuración electrónica de estado raso ns 2 np 1 ns 2 np 2 ns 2 np 3 ns 2 np 4 ns 2 np 5 ns 2 np 6 Clasificación de los elementos d 1 d 5 d 10 4f 5f Configuraciones electrónicas de cationes y aniones ee elementos representativos Cationes y Aniones de elementos representativos Na [Ne]3s 1 Ca [Ar]4s 2 Al [Ne]3s 2 3p 1 Na + [Ne] Ca 2+ [Ar] Al 3+ [Ne] Los átomos pierden electrones de manera tal que el catión tiene configuración electrónica externa de gas noble. Los átomos ganan electrones de manera tal que el anión tiene configuración electrónica externa de gase noble. H 1s 1 H - 1s 2 or [He] F 1s 2 2s 2 2p 5 F - 1s 2 2s 2 2p 6 o [Ne] O 1s 2 2s 2 2p 4 O 2-1s 2 2s 2 2p 6 o [Ne] N 1s 2 2s 2 2p 3 N 3-1s 2 2s 2 2p 6 o [Ne] Provisto por Dr. Hernández-Castillo 3

4 Na + : [Ne] Al 3+ : [Ne] F - : 1s 2 2s 2 2p 6 o [Ne] O 2- : 1s 2 2s 2 2p 6 or [Ne] N 3- : 1s 2 2s 2 2p 6 o [Ne] Na +, Al 3+, F -, O 2-, and N 3- son todos isoelectrónicos con Ne Configuraciones electrónicas de cationes de metales de transición Cuando un catión se forma de un átomo de un metal de transición, los electrones siempre son removidos primero del orbital ns y luego de los orbitales (n 1)d Qué átomo neutral es isoelectrónico con H -? H - : 1s 2 Misma configuración electrónica de He Fe: [Ar]4s 2 3d 6 Fe 2+ : [Ar]4s 0 3d 6 o [Ar]3d 6 Mn: [Ar]4s 2 3d 5 Mn 2+ : [Ar]4s 0 3d 5 o [Ar]3d 5 Fe 3+ : [Ar]4s 0 3d 5 o [Ar]3d Carga nuclear efectiva (Z eff ) es la carga positiva que siente un electrón. Z eff = Z - σ 0 < σ < Z (σ = constante de apantallamiento) Z eff Z número de electrones de capas internas Carga nuclear efectiva (Z eff ) increasing Z eff Na Mg Al Z Capa interna Z eff Radio atómico (pm) increasing Z eff Si Provisto por Dr. Hernández-Castillo 4

5 radio de van der Waals vs radio metálico vs radio covalente Radio atómico Comparación de radio atómico y radio iónico Provisto por Dr. Hernández-Castillo 5

6 El radio (en pm) de iones de elementos familiares El catión siempre es mas pequeño que el átomo del que se formó. El anión siempre es mas grande que el átomo del que se formó. radio de series isoelectrónicas? Energía de ionización es la cantidad mínima de energía (en kj/mol) requerida para remover un electrón de un átomo en estado raso en estado gaseoso. I 1 + X (g) X + (g) + e - I 2 + X + (g) X 2+ (g) + e - I 3 + X 2+ (g) X 3+ (g) + e - I 1 primera energía de ionización I 2 segunda energía de ionización I 3 tercera energía de ionización Increasing First Ionization Energy Tendencias generales en primeras energías de ionización Increasing First Ionization Energy I 1 < I 2 < I Provisto por Dr. Hernández-Castillo 6

7 Variación de la primera energía de ionización con Z Capa n=1 llena Capa n=2 llenal Capa n=3 llena Capa n=4 llena Capa n=5 llena Afinidad electrónica es el negativo del cambio en energía que ocurre cuando un electrón es aceptado por un átomo en estado raso en su forma gaseosa para formar un anión. X (g) + e - X - (g) F (g) + e - X - (g) H = -328 kj/mol EA = +328 kj/mol O (g) + e - O - (g) H = -141 kj/mol EA = +141 kj/mol Provisto por Dr. Hernández-Castillo 7

8 Variación de la afinidad electrónica con Z para H hasta Ba) 8.5 Propiedades de las familias de elementos M M e - Elementos del grupo 1A (ns 1, n 2) Por qué todos los elementos alcalinos forman cationes de +1? Porqué todos forman soluciones básicas si son disueltos en agua? Otras preguntas 2M (s) + 2H 2 O (l) 4M (s) + O 2(g) 2MOH (ac) + H 2(g) 2M 2 O (s) Increasing reactivity Provisto por Dr. Hernández-Castillo 8

9 Elementos del grupo 1A (ns 1, n 2) Elementos del grupo 2A (ns 2, n 2) M M e - Be (s) + 2H 2 O (l) Mg (s) + 2H 2 O (g) No hay reacción Mg(OH) 2(ac) + H 2(g) M (s) + 2H 2 O (l) M(OH) 2(ac) + H 2(g) M = Ca, Sr, or Ba Increasing reactivity Elementos del grupo 2A (ns 2, n 2) Elementos del grupo 3A (ns 2 np 1, n 2) 4Al (s) + 3O 2(g) 2Al (s) + 6H + (ac) 2Al 2 O 3(s) 2Al 3+ (ac) + 3H 2(g) Provisto por Dr. Hernández-Castillo 9

10 Elementos del grupo 3A (ns 2 np 1, n 2) Elementos del grupo 4A (ns 2 np 2, n 2) Sn (s) + 2H + (ac) Pb (s) + 2H + (ac) Sn 2+ (ac) + H 2 (g) Pb 2+ (ac) + H 2 (g) Elementos del grupo 4A (ns 2 np 2, n 2) Cómo se forman los diamantes? Altas P y T en el interior de la Tierra Se obtiene de piedras volcánicas kimberlita y lamproita (piedras con mucho potasio) que se forman a km de profundidad Provisto por Dr. Hernández-Castillo 10

11 Vieron la película Blood Diamond? Elementos del grupo 5A (ns 2 np 3, n 2) N 2 O 5(s) + H 2 O (l) 2HNO 3(ac) P 4 O 10(s) + 6H 2 O (l) 4H 3 PO 4(ac) Provisto por Dr. Hernández-Castillo 11

12 Elementos del grupo 5A (ns 2 np 3, n 2) Elementos del grupo 6A (ns 2 np 4, n 2) SO 3(g) + H 2 O (l) H 2 SO 4(ac) Elementos del grupo 6A (ns 2 np 4, n 2) Elementos del grupo 7A (ns 2 np 5, n 2) X + 1e - X -1 X 2(g) + H 2(g) 2HX (g) Increasing reactivity Provisto por Dr. Hernández-Castillo 12

13 Elementos del grupo 7A (ns 2 np 5, n 2) Elementos del grupo 8A (ns 2 np 6, n 2) Subcapas ns y np completamente llenas. Mayor energía de ionización de todos los elementos. No tienen tendencia a aceptar electrones adicionales. Propiedades de los óxidos a través de un periodo básico acídico Provisto por Dr. Hernández-Castillo 13