Propiedades Periódicas y Propiedades de los elementos Se denominan propiedades periódicas, aquellas que tienen una tendencia de variación de acuerdo a la ubicación de los elementos en la tabla periódica. Esencialmente son cuatro: el tamaño o radio atómico, la afinidad electrónica, el potencial de ionización y la electronegatividad. Básicamente la tendencia del radio atómico es contraria a la de las otras tres propiedades, por lo que es muy fácil recordarlas. El tamaño de un átomo, es decir su radio atómico, está relacionado de forma directa con el número cuántico principal y este con la fila que ocupe el elemento en la tabla periódica. Luego a mayor número de fila, mayor número cuántico principal y mayor tamaño del átomo, por lo que el tamaño variará en aumento de arriba hacia abajo en la tabla. Para una misma fila esperaríamos encontrar el mismo tamaño en todos sus átomos, por tener un número cuántico principal constante, pero como a medida que nos movemos a lo largo de una fila de nuestra izquierda a la derecha, aumenta el número atómico y por lo tanto el número de protones en el núcleo, es decir su carga positiva; en consecuencia la atracción sobre los electrones será mayor y habrá una ligera disminución de tamaño. Por ello, en una misma fila de la tabla, el tamaño tenderá a disminuir a medida que nos movemos de izquierda a derecha. 1
La afinidad electrónica es una medida de la tendencia del núcleo a atraer electrones, lo cual dependerá de la distancia de estos al núcleo; lógicamente a mayor distancia (radio atómico) menor tendencia, es decir que la afinidad variará exactamente al contrario que el tamaño. Hay que hacer notar que la afinidad electrónica de los gases nobles es prácticamente igual a cero, ya que su configuración es muy estable y no tienen tendencia a atraer nuevos electrones. El potencial de ionización mide la fuerza con la que el átomo retiene sus electrones, a través de la energía que hay que suministrarle para que libere un electrón. 2
Esta característica también variará al contrario del tamaño, por lo que el elemento de mayor potencial de ionización será el de menor tamaño, es decir el Helio (He) y el de menor potencial de ionización será el de mayor tamaño, es decir el Francio (Fr). La electronegatividad, que mide la tendencia de un átomo a atraer y conservar los electrones, será un promedio de las dos propiedades anteriores y variará en la misma dirección que ellas, con una salvedad; como ya señalamos, la afinidad electrónica de los elementos de la última columna de la tabla periódica, denominados gases nobles, por ser muy estables tienen una afinidad electrónica prácticamente igual a cero, y una muy baja electronegatividad, por lo que el elemento más electronegativo de la tabla periódica no será el Helio (He) sino el Fluor (F). Todas las propiedades metálicas están asociadas con una baja electronegatividad, que permite una gran movilidad a los electrones (como el caso de la conducción de electricidad); en consecuencia las características metálicas variarán al contrario de como varía la electronegatividad. Por eso los elementos más metálicos estarán a nuestra izquierda y hacia abajo en la tabla periódica y los no metales a la derecha y hacia arriba. 3
Ahora bien, examinemos el tema de las propiedades de los elementos. Existe una condición denominada capa llena que se da en aquellos elementos cuya configuración llena todos los orbitales con el máximo número de electrones posibles; esta configuración confiere una característica de gran estabilidad a los elementos que la poseen, de hecho todos los elementos en sus interacciones entre si buscan adquirir esta configuración. Los de mayor estabilidad son los llamados gases nobles, que son los elementos de la última columna de la Tabla Periódica: He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn. Todos estos elementos son tan estables que prácticamente no reaccionan con ningún elemento de la tabla periódica, ni siquiera con ellos mismos para formar moléculas (están presentes en estado atómico) y son todos gases. Los otros elementos que llenan sus orbitales son los de la segunda columna del bloque s (Be, Mg, Ca, Sr, Ba y Ra) que tienen configuración S 2. También los de la última columna del bloque d (Zn, Cd, Hg y Cn) que tienen configuración S 2 d 10 y los de la última columna del bloque f (Yb y No) que tienen configuración S 2 f 14. Habrás podido notar que todos los elementos que se encuentran en una misma columna de la Tabla Periódica, tienen configuración electrónica similar y por consiguiente, propiedades similares; por ello a cada columna de la Tabla se le denomina una familia. Hay algunos casos en que las familias tienen nombre propio, como es el caso de la primera columna que recibe el nombre de familia de los metales alcalinos, los de la segunda: metales alcalino térreos, los de la penúltima: halógenos y los de la última: gases nobles; las restantes familias reciben el nombre del primer elemento de la columna, por ejemplo, familia del Carbono, familia del Oxígeno, familia del Hierro, etc. La familia de los metales alcalinos (primera columna de la Tabla Periódica), tiene una configuración: (gas noble) S 1 ; si pierde un electrón queda con la configuración (gas noble) la cual, hemos dicho, es muy estable; en consecuencia los metales alcalino térreos tendrán gran tendencia a liberar ese electrón del orbital 1S. En su oportunidad veremos, que las características metálicas de un elemento están ligadas a la libertad que tengan los electrones para moverse, de ahí que los elementos de la primera columna de la Tabla Periódica sean los más metálicos de todos. En el otro extremo de la Tabla encontramos la familia de los halógenos, penúltima columna, los cuales tienen configuración S 2 P 5 faltándole un solo electrón para adquirir la configuración de capa llena de un gas noble. Estos elementos, en lugar de dejar en libertad a sus electrones, harán lo contrario: tendrán una gran tendencia a atraer nuevos electrones, por lo que no presentarán características metales. En términos generales como ya dijimos, al movernos de izquierda a derecha en la Tabla iremos pasando de elementos con altas características metálicas, a elementos con características no metálicas, lo que nos permite dividir la tabla en tres zonas: la zona de los metales, la zona de los semi-metales y la zona de los no metales Las características generales de los metales son: conductividad eléctrica y térmica, dureza, ductilidad y maleabilidad. Estado sólido a temperatura ambiente, a excepción del Mercurio que es líquido. Se expanden con el calor y se contraen con el frío. 4
Los semi-metales o metaloides, se encuentran en la frontera que divide los metales de los no metales en la Tabla Periódica; presentan características mixtas entre la de los metales y la de los no metales. En general, los metaloides muestran características metálicas, bajo ciertas condiciones externas (temperatura, estado físico, presión, etc) que desaparecen al variar dichas condiciones. Algunos de estos semi-metales son: Germanio (Ge), Arsénico (As), Antimonio (Sb), Telurio (Te), Silicio (Si). Todos los elementos a partir del Po (Polonio) número atómico 84 en adelante, son radioactivos debido a la acumulación de protones (cargas positivas que se repelen) en su núcleo, lo que crea una inestabilidad en dicho núcleo, que se manifiesta mediante la radioactvidad. Mientras más pesados sean los elementos, mayor cantidad de protones y por lo tanto, más radioactivos serán. 5