2do Medio > Química Tabla Periódica Ordenando y Clasificando los Elementos En la naturaleza existe una gran diversidad de seres vivos. Una multiplicidad de organismos que tienen características muy distintas entre sí. La taxonomía es una ciencia que se encarga de la descripción y clasificación de todos los organismos vivos en base a criterios establecidos por los científicos que los estudian. El siguiente esquema representa el modo en que los taxónomos han organizado la diversidad natural siguiendo un criterio evolutivo, que describe a los organismos más simples (en la base) a los más complejos:
1. Te parece útil la clasificación de los organismos vivos?, por qué?..... 2. En la naturaleza también existen muchos elementos que constituyen la materia inorgánica. Te parece necesario caracterizar y ordenar estos elementos?, Por qué?..... 3. Cómo es posible ordenar todos los elementos existentes en la naturaleza?... 4. Qué criterios utilizarías?.. 2
Qué Aprenderé? El objetivo de esta guía de aprendizaje es que caracterices la tabla periódica como un sistema de ordenamiento de los elementos presentes en la naturaleza. Red Conceptual La siguiente red conceptual organiza los conceptos a revisar en el presente módulo: TABLA PERIÓDICA. ORIGEN DE LA TABLA PERIÓDICA Precursores y sus aportes. CARACTERÍSTICAS DE LA TABLA PERIÓDICA. Estructura de la tabla periódica. Organización de la tabla periódica. PROPIEDADES PERIÓDICAS Propiedades de tamaño. Propiedades de energía. 3
EL SISTEMA PERIÓDICO El sistema periódico o la tabla periódica de los elementos suele atribuirse a Dimitri Mendeléyev, quien ordenó los elementos en base a sus propiedades y características y constituyendo grupos. Sin embargo, el actual sistema periódico cuenta con los aportes de Julius Lothar Meyer, quien ordenó los elementos a partir de las propiedades físicas de los átomos y el aporte de Alfred Werner, quien diseñó la forma actual de la tabla periódica y modificó la versión inicial de Mendeléyev. Cómo se organiza la Tabla Periódica? La actual tabla periódica ordena a los elementos de acuerdo a su número atómico (Z) y se compone de períodos y grupos. Grupos Períodos Los Períodos corresponden a secuencias horizontales (las filas de la tabla), designadas con los valores enteros positivos 1, 2, 3, 4, 5, 6 y 7. En los períodos, los elementos están agrupados según su nivel de energía. De esta manera, a los elementos del primer período ubican sus electrones más externos en el primer nivel de energía, los del segundo período ubican en el segundo nivel de energía y así sucesivamente. Los Grupos, también denominados Familias son secuencias verticales (columnas dentro de la tabla periódica) que agrupan a los elementos que poseen el mismo número de electrones de valencia ubicados en el mismo tipo de orbitales. Y por lo tanto comparten alguna de sus propiedades. Las familias se nombran 4
utilizando números romanos de acuerdo al número de electrones de valencia que posean y seguido de las letras A ó B, dependiendo de la ubicación que tengan estos electrones. La letra A identifica a los elementos que tienen sus electrones de valencia en los orbitales s ó p. A todo este conjunto de elementos se les conoce como Elementos Representativos. La letra B identifica a los elementos que tienen los electrones de valencia en los orbitales de tipo s y d. Llamados también Elementos de Transición. En las tablas periódicas modernas (en cuanto al diseño) los grupos se enumeran con números arábicos del 1 al 18, donde cada número tiene correspondencia con el número de la familia (denominado con el número romano seguido de la letra A o B). Sin embargo, ambas nomenclaturas son equivalentes y es importante que sepas reconocerlas y operar con ellas. A continuación caracterizaremos las distintas familias: Grupo o Familia A: Todos estos elementos se definen como representativos, su configuración electrónica más externa es ns X ó ns 2 np x, donde X puede ser del 1 al 6. La siguiente tabla presenta los nombres específicos de cada uno de los grupos. Grupos Familia Denominación 1 2 13 14 15 1 17 18 IA IIA IIA IVA VA VIA VIIA Grupo 0 Alcalinos Alcalinos Térreos Térreos Del Carbono Del Nitrógeno Del Oxígeno Halógenos (Formadores de sales) Gases nobles o inertes 5
Grupo o Familia B: Este grupo está formado por elementos de transición, excepto las triadas (tres elementos) encabezados por 27 Fe, 28 Co y 29 Ni que se designa como familia VIII. La suma de los electrones de los orbitales s y d, de los últimos subniveles de energía a los que entran los electrones; llegan hasta 8 (cuando suman 8, 9 y 10), que coincide con la valencia máxima. Si suman, 11, pertenecen al grupo I B y si suman 12, al grupo II B. La configuración electrónica externa de los elementos que pertenecen a esta serie será ns 2 (n-1) d x, donde X puede ir desde el 1 al 10. Grupos Familia Denominación 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 III B IV B V B VI B VII B VIII B VIII B VIII B I B II B Del Escandio Del Titanio Del Vanadio Del Cromo Del Manganeso Del Hierro Del Cobalto Del Níquel Del Cobre Del Zinc 6
Elementos sintéticos! Los dos períodos del final, que se encuentran separados del resto de la tabla, corresponde a elementos sintéticos, es decir que no se encuentran en la naturaleza y son generados en laboratorio, estos períodos se denominan como serie de los Lantánidos y de los Actínidos, respectivamente, ya que son ellos los que encabezan cada una de las series. A estas dos series se le denomina Serie de Transición Interna, la primera y segunda debido aquellos electrones están entrando en los orbitales de tipo f, aun más internos que los d. ORGANIZACIÓN DE LA TABLA PERIODICA Dentro de la tabla periódica además es posible distinguir una organización interna muy específica que clasifica a elementos en metales (metales reactivos, metales de transición y otros metales), no metales y gases nobles o inertes, llamados así porque estos elementos tienen su última capa de energía completa, por lo tanto son estables y no forman enlaces químicos. La organización de la tabla periódica puede reconocerse fácilmente en cualquier tabla porque está indicada en colores. Esta distribución es como la que se indica en la siguiente figura: PROPIEDADES PERIÓDICAS Dentro de la tabla periódica es posible vislumbrar las propiedades de los elementos que se ordenan en ella. Estas propiedades también se denominan periódicas porque se repiten y ordenan de manera progresiva dentro del sistema periódico. Las propiedades periódicas de los elementos son un reflejo de las configuraciones electrónicas. Estas propiedades podemos clasificarlas en relaciones de tamaño y relaciones de energía: 7
1. Relaciones de tamaño: a) Volumen atómico b) Radio atómico c) Radio covalente d) Radio iónico 2. Relaciones de energía: a) Potencial de ionización (P.I.) b) Electronegatividad (E.N.) c) Electropositividad d) Electroafinidad Relaciones de tamaño a) Volumen Atómico Corresponde a la cantidad de cm 3 que corresponde a un átomo. Los mayores volúmenes corresponden a los metales alcalinos (grupo 1). Esto determina sus bajos puntos de fusión, densidad y su precaria dureza. En la tabla periódica el volumen varía disminuyendo en un período de izquierda a derecha y aumentando de arriba hacia abajo en un grupo o familia de acuerdo al incremento de su número atómico. b) Radio Atómico Ya que el radio está relacionado directamente con el volumen del átomo, entonces su variación va a estar relacionada con la forma que varía el volumen del átomo, analizados anteriormente. 8
c) Radio Covalente Es el radio de un átomo cuando se encuentra combinado con dos núcleos distintos. Las variaciones periódicas de los radios dependen del valor de n y de la carga Z. En los grupos, el radio covalente aumenta al hacerlo Z. En los períodos, para los elementos representativos se cumple que el radio covalente disminuye al aumentar Z. Pero, para los elementos de transición éste comportamiento es irregular, pues sus electrones entre en orbitales internos d y f. d) Radio Iónico Los radios iónicos son los radios de los aniones y cationes en compuestos iónicos cristalinos. En general, el radio iónico de iones isoelectrónicos disminuye a lo largo de un período, mientras que aumenta para iones de igual carga a medida que se desciende en un grupo. Los iones isoelectrónicos son diferentes elementos iónicos que tienen la misma configuración electrónica como por ejemplo: S 2-, Cl -, Ar, K +, Ca 2+. Magnitudes Energéticas a) Potencial de ionización (P.I.) Se define como la energía que se requiere para separar al electrón más débilmente retenido a un átomo o ión de una muestra gaseosa. Estas magnitudes se miden generalmente en e.v/mol o Kcal/mol. b) Electroafinidad Se define como la cantidad de energía que se libera en una muestra gaseosa cuando se añade un electrón a un átomo neutro. c) Electronegatividad (E.N.) Es la capacidad que tiene un átomo para atraer hacia si los electrones compartidos en un enlace químico. Mientras mayor sea la electronegatividad, más cerca del átomo estará la nube electrónica que forma el enlace covalente. 9
Los elementos de mayor electronegatividad son los no metales, dentro de los cuales se distingue el Flúor, se encuentran en el grupo 17 (Familia VII A); en cambio, los elementos ubicados en el grupo 1 y 2 poseen menores valores de electronegatividad. d) Electropositividad (E.P.) Se define como la capacidad que tiene un átomo para ceder electrones. Mientras menor sea su electronegatividad más fácilmente cederá los electrones. Los elementos más electropositivos son los metales y se ubican en los grupos 1 y 2 del sistema periódico. En la tabla periódica varía al contrario de la electronegatividad, hacia abajo en grupos y a la izquierda en períodos. 10
Organizador Gráfico En resumen, te presentamos un organizador gráfico para que estructures tus conocimientos: TABLA PERIÓDICA Estructura y organización GRUPOS Indica electrones de valencia PERIODOS Indica el nivel de energía Propiedades periódicas Propiedades de Tamaño Volumen y radio atómico (covalente e iónico) Propiedades de Energía Electronegatividad, potencial de ionización, electroafinidad 11
Ejercita tus conocimientos! Observa la siguiente tabla periódica y responde las preguntas propuestas. IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA 0 Z L M G R X J Ñ T Selección Múltiple: 1. El elemento con mayor electronegatividad es: a) L b) Ñ c) Z d) J e) T 2. Cuál de los elementos tiene menor potencial de ionización? a) X b) Z c) M d) Ñ e) J 3. Cuál de los elementos representa un gas noble? a) M b) G c) R d) O e) T 4. El elemento más metálico es: a) M b) G c) X d) Ñ e) Z 12
5. El elemento con menor radio atómico es: a) Z b) M c) X d) L e) J 6. Cuál de los elementos formará un catión con dos cargas: a) M b) G c) X d) R e) Z 7. Cuál de los elementos tiene mayor radio atómico: a) M b) Ñ c) R d) Z e) T Preguntas Abiertas: 1. Qué significan los grupos dentro de la tabla periódica?, Qué indican? 2. Qué significan los períodos dentro de la tabla periódica?, Qué indican? 13
3. Define las siguientes propiedades periódicas e indica cómo varían dentro del sistema periódico: 1. Potencial de ionización: 2. Electronegatividad: 3. Radio atómico: 4. Volumen atómico: 14