La Tabla Periódica

Tema 3

Propiedades periódicas 1

1. La Tabla Periódica

1. Antecedentes históricos

2. Tabla Periódica moderna: organización

2. Clasificación de los elementos

3. Propiedades periódicas

1. Radio atómico e Iónico

2. Energía de ionización

3. Afinidad electrónica

Tema 3

Propiedades periódicas 2

Antecedentes

• J. Döbereiner (1817)

Similitudes entre conjuntos de tres

elementos (Triadas):

– Ca, Sr, Ba;

– Cl, Br, I;

– S, Se, Te.

• J. Newlands (1863)

Ordenó los elementos por su masa

atómica, y observó que se repite un ciclo

de propiedades comunes cada 8

elementos.

Ley de las

octavas (escala

musical).

• Mendeleiev y Meyer (1869)

– Sugieren el mismo patrón organizando los elementos

conocidos en grupos de 8 elementos en orden de masa

atómica creciente.

D. Mendeleiev

L.Meyer

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Propiedades periódicas 3

Clasificación de los elementos. La ley periódica

• 1869, Dimitri Mendeleev Lother Meyer

Cuando los elementos se organizan en

orden creciente de sus masas atómicas,

algunos conjuntos de propiedades se

repiten periódicamente

A fin de asegurar que los patrones de

propiedades se ajustaran a la estructura de

la tabla fue necesario dejar espacios

vacíos. Esos espacios corresponderían a

elementos desconocidos.

Éxitos de Mendeleiev

• Dejar huecos que corresponderían a elementos por

descubrir: 44, 68, 72, y 100 (Sc, Ga, Ge y Tc)

• Corrigió las masas atómicas de algunos elementos (I,

Te, In, U).

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Propiedades periódicas 4

Problemas de la ordenación de Mendeleiev

• Siguiendo el orden de masas atómicas

crecientes los elementos no siempre encajaban

en el grupo con propiedades coincidentes.

o Tuvo que invertir el orden de Ni y Co, Y y Te

• Se estaban descubriendo elementos nuevos

como holmio y samario para los que no había

hueco previsto.

• En algunos casos elementos del mismo grupo

eran muy diferentes en cuanto a su reactividad

química.

• Grupo 1: contiene metales alcalinos (muy

reactivos) y metales de acuñación (Cu, Ag y

Au; muy poco reactivos)

• Para establecer un grupo, al menos se tenía que

conocer un elemento

• No se conocían los gases nobles y no se

dejó espacio para ellos

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Propiedades periódicas 5

Contribución de Moseley

• Llevó a cabo experimentos con

Rayos X, descubriendo que:

Al incidir un haz de RX en un

elemento, los átomos de éste

emiten rayos X de una frecuencia

característica de cada elemento.

Las frecuencias están correlacionadas con las

cargas nucleares Z.

ν = A (Z − b)2

Permitió predecir nuevos elementos (43, 61, 75) que

se descubrieron posteriormente.

Encontró que al ordenar los elementos con respecto

a Z se eliminaban las irregularidades de la tabla de

Mendeleiev basada en la masa atómica y se

definían con exactitud los huecos para los que era

necesario encontrar elementos

Tema 3

Propiedades periódicas 6

Tabla Periódica de los Elementos Moderna

Elementos s

Elementos d

Elementos de

transición

Elementos p

Elementos f

Lantánidos

Actínidos

Número de grupo

Periodo

No utilizan designaciones

numéricas

Elementos representativos

Gases Nobles

Halógenos

Metales Alcalinos

Metales Alcalinos Térreos

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Propiedades periódicas 7

Propiedades Periódicas

• Radios atómicos

• Energías de ionización o potenciales de

ionización

• Afinidad electrónica

Unidades

Picómetro: 1pm = 1·10-12 m Ángstrom: 1Å = 1·10-10 m

El tamaño de los átomos: Radio atómico

• Se supone que los átomos son esferas rígidas, lo cual no es

cierto

• Concepto de radio atómico carece de sentido estricto

– La función de distribución radial disminuye gradualmente

al aumentar la distancia al núcleo.

Carga que no

contribuye

Carga que

contribuye

90%

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Propiedades periódicas 8

No es posible determinar el radio atómico en átomos aislados

Se habla de radio covalente o de radio metálico

Radio covalente

• Moléculas diatómicas: H2, Cl2

– Radio covalente es la mitad de la distancia

internuclear.

– Los datos de radios se refieren a enlaces sencillos (ni

dobles ni triples)

– Limitación:

• Se obtienen radios covalentes diferentes para diferentes

órdenes de enlace ya que los átomos no son esferas

indeformables

O2: d(O-O)=1,21Å

H2O2: d(O-O)=1,47 Å

Radio metálico

• La mayor parte de los metales son sólidos cristalinos

formados por empaquetamiento, más o menos compacto,

de átomos.

– La mitad de la distancia internuclear entre dos átomos

contiguos en el cristal es el radio metálico.

Radio metálico Radio covalente

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Propiedades periódicas 9

Variación de los radios atómicos

• Periodo

Disminución gradual de izquierda a derecha (bloques s y

p), como resultado del aumento progresivo de la carga

nuclear efectiva Z*.

Z* =La carga nuclear efectiva (la cantidad de carga

nuclear sentida por un e -)

Slater desarrolló una constante, σ que representa la

habilidad de un e - para proteger otro e - (en el mismo tipo

orbital o uno diferente) de la carga nuclear

Z * = Z - σ

Z = Carga nuclear real

σ = Constante de apantallamiento

Para calcular σ: 1s, (2s,2p), (3s,3p), 3d, (4s,4p), 4d, 4f.

* los e- en orbitales más externos no contribuyen.

* los e- en el mismo grupo contribuyen con 0.35, excepto

en 1s que contribuyen 0.30

* los e- S o P en el grupo n-1 contribuyen 0.85

* los e- restantes contribuyen 1.00

2He 1s2 σ=1x0,30= 0,30 Z*=1,7

9F 1s22s22p5 σ=6x0,35 + 2x0,85= 3,80 Z*=5,2

11Na1s22s22p63s1 σ=8x0,85 + 2x1 = 8,80 Z*=2,2

12Mg1s22s22p63s2 σ=1x0,35+ 8x0,85 + 2x1 = 9,15 Z*=2,85

13Al 1s22s22p63s23p1σ=2x0,35+8x0,85 + 2x1 = 9,50 Z*=3,5

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Propiedades periódicas 10

• En cada periodo, el elemento alcalino tiene el mayor

radio y el gas noble, el más pequeño.

• En las series de transición, el radio disminuye de

izquierda a derecha, con ligeros repuntes al final.

• Grupos s y p

– Aumenta al descender en un grupo

– ¿Razón?: Los electrones de valencia se encuentran en

orbitales de número cuántico principal cada vez mejor

apantallados y por tanto percibiendo menos la carga

nuclear

Número Atómico

Radio Atómico en pm

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Propiedades periódicas 11

Variación de los radios atómicos

• Variación en los grupos del bloque d

– Se observa el aumento esperado al pasar del elemento de la 1ª ST a la

segunda

– Los elementos de la 2ª y 3ª ST tienen radios muy semejantes• Mo: 1,40Å –––

W: 1,41 Å

– ¿Razón? Previamente a la 3ª ST se han llenado los orbitales f de bajo efecto

de pantalla Contracción lantánida

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Propiedades periódicas 12

Radio iónicos

Es una magnitud difícil de

medir ya que, no hay una

regla universal para dividir

esta distancia entre los dos

iones

Radios de los cationes

Los radios de los cationes son

más pequeños que los de los

átomos neutros por dos razones.

Radios de los aniones

Los aniones son mayores que los

átomos neutros.

Radio iónico

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Propiedades periódicas 13

Energía de Ionización

Definición: Cantidad de energía necesaria para separar

el electrón más externo de un átomo en estado

fundamental, en fase gaseosa y a presión y temperatura

estándar.

Son siempre valores positivos. La ionización es un

proceso endotérmico.

X(g) + Energía X+(g) + e−

Determinación: Se determina con gran precisión por

análisis de los espectros atómicos. Diferencia de energía

entre el nivel ocupado más externo y el correspondiente a

n=∞

Unidad: Electrón-volt (eV) 1eV=96,49 kJ/mol

Energías de ionización sucesivas:

X(g)

...