Tema 07 Tabla periódica.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-.-..-..-.-..-.-..-.-..-.-..-.-..-.-..-.-..-.-.-.-..-.-..-.-..-.-..-.-.-.-..-.-..-.-..-.-.-.-..- Clasificación de los elementos químicos Uno de los logros más importantes de la química, después del descubrimiento del átomo, fue la clasificación y la identificación del lugar que ocuparía cada elemento en la tabla periódica. La tabla periódica se ha vuelto tan familiar que forma parte del material didáctico para cualquier estudiante, más aún para estudiantes de química, medicina e ingeniería. De la tabla periódica se obtiene información necesaria del elemento químico, en cuanto se refiere a su estructura interna y propiedades, ya sean físicas o químicas. La actual tabla periódica moderna explica en forma detallada y actualizada las propiedades de los elementos químicos, tomando como base a su estructura atómica. Según sus propiedades químicas, los elementos se clasifican en metales y no metales. Hay más elementos metálicos que no metálicos. Los mismos elementos que hay en la tierra existen en otros planetas del espacio sideral. Historia de la tabla periódica Los seres humanos siempre hemos estado tentados a encontrar una explicación a la complejidad de la materia que nos rodea. Al principio se pensaba que los elementos de toda materia se resumían al agua, tierra, fuego y aire. Sin embargo al cabo del tiempo y gracias a la mejora de las técnicas de experimentación física y química, nos dimos cuenta de que la materia es en realidad más compleja de lo que parece. Los químicos del siglo XIX encontraron entonces la necesidad de ordenar los nuevos elementos descubiertos. La primera manera, la más natural, fue la de clasificarlos por masas atómicas, pero esta clasificación no reflejaba las diferencias y similitudes entre los elementos. Muchas más clasificaciones fueron ULADECH 1
adoptadas antes de llegar a la tabla periódica que es utilizada en nuestros días. Cronología de las diferentes clasificaciones de los elementos químicos Döbereiner Este químico alcanzó a elaborar un informe que mostraba una relación entre la masa atómica de ciertos elementos y sus propiedades en 1817. Él destaca la existencia de similitudes entre elementos agrupados en tríos que él denomina tríadas. La tríada del cloro, del bromo y del yodo es un ejemplo. Pone en evidencia que la masa de uno de los tres elementos de la triada es intermedia entre la de los otros dos. En 1850 pudimos contar con unas 20 tríadas para llegar a una primera clasificación coherente. Chancourtois y Newlands En 1862 Chancourtois, geólogo francés, pone en evidencia una cierta periodicidad entre los elementos de la tabla. En 1864 Chancourtois y Newlands, químico inglés, anuncian la Ley de las octavas: las propiedades se repiten cada ocho elementos. Pero esta ley no puede aplicarse a los elementos más allá del calcio. Esta clasificación es por lo tanto insuficiente, pero la tabla periódica comienza a ser diseñada. Meyer En 1869, Meyer, químico alemán, pone en evidencia una cierta periodicidad en el volumen atómico. Los elementos similares tienen un volumen atómico similar en relación con los otros elementos. Los metales alcalinos tienen por ejemplo un volumen atómico importante. Mendeleïev En 1869, Mendeleïev, químico ruso, presenta una primera versión de su tabla periódica en 1869. Esta tabla fue la primera presentación coherente de las semejanzas de los elementos. El se dio cuenta de que clasificando los elementos según sus masas atómicas se veía aparecer una periodicidad en ULADECH 2
lo que concierne a ciertas propiedades de los elementos. La primera tabla contenía 63 elementos. Esta tabla fue diseñada de manera que hiciera aparecer la periodicidad de los elementos. De esta manera los elementos son clasificados verticalmente. Las agrupaciones horizontales se suceden representando los elementos de la misma familia. Para poder aplicar la ley que él creía cierta, tuvo que dejar ciertos huecos vacíos. Él estaba convencido de que un día esos lugares vacíos que correspondían a las masas atómicas 45, 68, 70 y 180, no lo estarían más, y los descubrimientos futuros confirmaron esta convicción. El consiguió además prever las propiedades químicas de tres de los elementos que faltaban a partir de las propiedades de los cuatro elementos vecinos. Entre 1875 y 1886, estos tres elementos: galio, escandio y germanio, fueron descubiertos y ellos poseían las propiedades predecías. Sin embargo aunque la clasificación de Mendeleïev marca un claro progreso, contiene ciertas anomalías debidas a errores de determinación de masa atómica de la época. TABLA PERIÓDICA MODERNA La tabla de Mendeleïev condujo a la tabla periódica actualmente utilizada. Un grupo de la tabla periódica es una columna vertical de la tabla. Hay 18 grupos en la tabla estándar. El hecho de que la mayoría de estos grupos correspondan directamente a una serie química no es fruto del azar. La tabla ha sido inventada para organizar las series químicas conocidas dentro de un esquema coherente. La distribución de los elementos en la tabla periódica proviene del hecho de que los elementos de un mismo grupo poseen la misma configuración electrónica en su capa más externa. Como el comportamiento químico está principalmente dictado por las interacciones de estos electrones de la última capa, de aquí el hecho de que los elementos de un mismo grupo tengan similares propiedades físicas y químicas. ULADECH 3
ORGANIZACIÓN DE LA TABLA PERIODICA La tabla periódica se organiza en filas horizontales, que se llaman periodos, y columnas verticales que reciben el nombre de grupos, además, por facilidad de representación, aparecen dos filas horizontales fuera de la tabla que corresponden a elementos que deberían ir en el sexto y séptimo periodo, tras el tercer elemento del periodo. Los grupos con mayor número de elementos, los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18, se conocen como grupos principales, los grupos del 3 al 12 están formados por los llamados elementos de transición y los elementos que aparecen aparte se conocen como elementos de transición interna. Los elementos de la primera fila de elementos de transición interna se denominan lantánidos o tierras raras, mientras que los de la segunda fila son actínidos. Salvo el tecnecio y el prometio, todos los elementos de la tabla periódica hasta el uranio, se encuentran en la naturaleza. Los elementos transuránidos, así como el tecnecio y el prometio, son elementos artificiales, que no se hallan en la naturaleza, y han sido obtenidos por el hombre. Cuando se descubrió la ordenación periódica de los elementos, se realizó de forma que elementos con propiedades químicas similares cayeran en la misma vertical, en el mismo grupo, de forma que algunas propiedades, que dependen más o menos directamente del tamaño del átomo, aumentaran o decrecieran regularmente al bajar en el grupo (afinidad electrónica, poten cial de ionización, electronegatividad, radio atómico volumen atómico). De esta forma, conocer la tabla periódica significa conocer las propiedades de los elementos y sus compuestos: valencia, óxidos que forma, propiedades de los óxidos, carácter metálico, etc. El orden de los elementos en la tabla periódica, y la forma de ésta, con periodos de distintos tamaños, se debe a su configuración electrónica y a que una configuración especialmente estable es aquella en la que el elemento ULADECH 4
tiene en su última capa, la capa de valencia, 8 electrones, 2 en el orbital s y seis en los orbitales p, de forma que los orbitales s y p están completos. En un grupo, los elementos tienen la misma configuración electrónica en su capa de valencia. Así, conocida la configuración electrónica de un elemento sabemos su situación en la tabla y, a la inversa, conociendo su situación en la tabla sabemos su configuración electrónica. GRUPO: Los grupos o columnas (verticales), se caracterizan por que sus elementos presentan similar disposición de sus electrones externos, de allí que forman familias de elementos que son propiedades similares La unión internacional de química pura y aplicada (IUPAC) ha recomendado designar los grupos o columnas con números arábigos del 1 al 18. Sin embargo, todavía se utiliza la conversión de números romanos acompañados de las letras A o B Los elementos mas comunes aparecen en los grupos 1,2 y del 13 al 18 (IA, IIA, IIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIA) denominadote ELEMENTOS REPRESENTATIVOS, caracterizados por ir llenando los subniveles s y p Los metales de los grupos 3 al 12 (IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB) reciben el nombre de ELEMENTOS DE TRANSICION y se caracteriza, por el llenamiento de los subniveles tipo d En la parte inferior se acostumbra colocar los elementos que van llenado los subniveles tipo f o ELEMENTOS DE TRANSICION INTERNA. LEYES PERIÓDICAS ULADECH 5
Cuando en 1869 Mendeleiev agrupo a los elementos en función de sus propiedades químicas y físicas siguiendo un orden creciente de sus pesos atómicos (desconocía la razón del orden periódico que encontró), enuncio la siguiente ley periódica : Las propiedades físicos y químicas de los elementos son función periódica de sus pesos atómicos. En el siglo XX, Moseley comprobó experimentalmente con rayos X que las propiedades dependen de su NÚMERO ATOMICO y enuncio la ley periódica moderna: Las propiedades físicas y químicas de los elementos son función periódica de sus números atomicos. En los años 30, la Teoría Cuantica pudo explicar el comportamiento de los elementos donde la periodicidad se debía a la forma como se encontraba distribuidos los electrones de los átomos en sus niveles y subniveles energéticos. PROPIEDADES PERIODICAS RADIO ATOMICO. Propiedad física del átomo, cuya longitud no tiene dimensione definidas pero generalmente se considera como mitad de la distancia entre los núcleos de los átomos vecinos iguales En un metal el radio atómico se define como la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos adyacentes (a) Para los elementos tales como el cloro que existen como moléculas diatomicas, el radio del átomo se define como la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos en la molécula (b) ENERGIA DE IONIZACION O POTENCIAL DE IONIZACION ULADECH 6
Es la cantidad de energía que se nenecita para desalojar el electrón de mas alta energía en un átomo gaseoso en su estado basal CATION Partícula cargada positivamente debido a que el átomo o grupo de átomos han perdido uno o más electrones AFINIDAD ELECTRONICA Es el cambio de energía cuando un átomo acepta un electrón en el estado gaseoso ANION Partícula cargada negativamente y se refiere al átomo o grupo de atamos que han ganado uno o mas electrones ELECTRONEGATIVIDAD Es la capacidad que tiene los átomos de atraeré electrones hacia sus núcleos cuando están químicamente combinados Los no metales son muy electronegativos, correpsondioendo el valor mas alto d e FLUOR Los metales tienen valores bajos de electronegatividad siendo el mas pequeño corresponde al Cesio. ULADECH 7
QUIMICA ULADECH 8