Química General

MÓDULO 4

TABLA PERIÓDICA Y PROPIEDADES PERIÓDICAS

CONTENIDO

Clasificación de los elementos.- Ley periódica.- Descripción de la tabla periódica.- Propiedades periódicas. Ejercicios y problemas.- Evaluación.

COMPETENCIAS

Las competencias que se pretende lograr para el presente modulo son los siguientes:

1. Entender la necesidad de clasificar los elementos químicos.

2. Comprender la ley periódica que gobierna la clasificación de los elementos químicos.

3. Describir la tabla periódica actual.

4. Identificar las propiedades periódicas y su utilidad en la predicción de las mismas.

CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS

A principios del siglo XIX, Dalton propuso su teoría atómica, y años más tarde, Proust formuló que las masas atómicas de los elementos son múltiplos de la masa del hidrógeno. Una consecuencia de estos hechos fue el descubrimiento de un gran número de elementos. A medida que el número de elementos conocidos aumentaba se observaron semejanzas físicas y químicas entre ellos y fue necesario encontrar un sistema que pudiera ordenarlos y agrupar aquellos que tuvieran comportamiento similar. Es así que a continuación mencionaremos los más importantes intentos de clasificar los elementos químicos.

A. LAS TRIADAS DE DOBEREINER (1 817)

La primera clasificación basada en las propiedades atómicas fue propuesta por el Alemán Dobereiner, quien en 1817 informó que existía cierta relación entre las propiedades atómicas de los elementos químicamente análogos cuando se agrupan en tríadas, es decir, en grupos de tres.

Pone en evidencia que la masa atómica de uno de los tres elementos de la triada es intermedia entre la de los otros dos, así, la masa atómica de uno de ellos es la media aritmética de la masa atómica de los otros dos.

Por ejemplo, en la triada K-Rb-Cs el potasio tiene la masa atómica 39 y el cesio 133, si los sumamos y dividimos por dos nos da 86, masa atómica del rubidio.

Otras triadas estaba conformado por el Ca, Sr, Ba; S, Se, Te; Li, Na, K; Cl, Br, I; Fe, Co, Ni. Formaban compuestos de composición similar y con propiedades similares.

B. EL ANILLO TELURICO DE CHANCOURTOIS (1 862)

El francés Chancourtois estableció su tornillo telúrico (o anillo telúrico, o hélice telúrica), por la cual los elementos se iban colocando sobre una línea que ascendía con un ángulo de 45 grados por la superficie curva de un cilindro. Los elementos que coincidían sobre una generatriz (la línea recta perpendicular a las bases) tenían propiedades físicas y químicas similares.

Además, estas propiedades se repetían cada dieciséis unidades de masa atómica, lo que hizo que Chancourtois pensase que las propiedades de los elementos están ligadas con las propiedades de los números.

C. LAS OCTAVAS DE NEWLANDS (1 864)

En 1864, el químico ingles Newlands, descubrió que al ordenar los elementos conocidos por su masa atómica y después de disponerlos en columnas verticales de siete elementos cada una, observó que el octavo elemento tenía propiedades similares al primero, el noveno al segundo y así sucesivamente, cada ocho elementos, las propiedades se repetían, lo denominó ley de las octavas, recordando los periodos musicales.

Así:

1 2 3 4 5 6 7

Li Be B C N O F

8 ….

Na Mg Al …..

Claro que Newlands no conocía los gases nobles, lo que haría que se hablase de la “ley de novenas”, fue el motivo para seguir buscando otra manera de clasificar los elementos químicos.

D. CLASIFICACIÓN DE MENDELEIEV Y MEYER (1 869)

En 1869, el químico alemán Julius Lothar Meyer y el químico ruso Dimitri Ivanovich Mendeleiev presentaron, en forma independiente, clasificaciones periódicas muy semejantes basadas en el incremento del peso atómico, el primero basando sus estudios en las propiedades químicas de los elementos químicos y el segundo en las propiedades físicas de los mismos.

Meyer al estudiar los volúmenes atómicos de los elementos y representarlos frente al peso atómico observó la aparición en el gráfico de una serie de ondas. Cada bajada desde un máximo (que se correspondía con un metal alcalino) y subido hasta el siguiente, representaba para Meyer un periodo. En los primeros periodos, se cumplía la ley de las octavas, pero después se encontraban periodos mucho más largos. Aunque el trabajo de Meyer era notablemente meritorio, su publicación no llego a tener nunca el reconocimiento que se merecía, debido a la publicación un año antes de otra ordenación de los elementos que tuvo una importancia definitiva.

El término periódico significa repetición a intervalos regulares y en estas clasificaciones los elementos se han agrupado basándose en las similitudes de sus propiedades y en el incremento de los pesos atómicos.

En el tiempo de Mendeleiev se conocían 63 elementos, cuyas combinaciones producían millares de compuestos. Para ordenarlos, cortó 63 cuadros de cartón y escribió en cada uno el nombre de uno de los elementos, su peso atómico y sus características principales, ordenándolos de distintas maneras hasta que en 1869 encontró un arreglo natural que empezaba con el hidrógeno, que es el más ligero, y terminaba con el uranio, cuyos átomos eran los más pesados, entre ellos se encontraban clasificados los demás y había un incremento gradual de los pesos atómicos.

Las propiedades de cualquiera de los elementos dependían del lugar que ocupaba en el ordenamiento periódico.

REIHEN Grupo I - R2O Grupo II - RO Grupo III - R2O3 Grupo IV RH4 RO2 Grupo V RH3 R2O5 Grupo VI RH2 RO3 GrupoVII RH R2O7 Grupo VIII - RO4

1 H = 1

2 Li = 7 Be = 9.4 B = 11 C = 12 N = 14 O = 16 F = 19

3 Na = 23 Mg = 24 Al = 27.3 Si = 28 P = 31 S = 32 Cl = 35.5

4 K = 39 Ca = 40 ? = 44 Ti = 48 V = 51 Cr = 52 Mn = 55 Fe= 56 ,Co = 59

Ni = 59 , Cu = 63

5 ( Cu =63) Zn = 65 ? = 68 ? = 72 As = 75 Se = 78 Br = 80

6 Rb = 85 Sr = 87 ? Yt = 88 Zr = 90 Nb = 94 Mo = 96 ? = 100 Ru=104,Rh=104

Pd=106, Ag=108

7 (Ag =108) Cd = 112 In = 113 Sn = 118 Sb = 122 Te = 125 I = 127

8 Cs = 133 Ba = 137 ?Di = 138 ?Ce =140 - - - -

9 - - - - - - - -

10 - - ?Er = 178 ?La = 180 Ta = 182 W = 184 - Os=195,Ir=197

Pt=198,Au=199

11 (Au=199) Hg = 200 Tl = 204 Pb = 207 Bi = 208 - - -

12 - - - Th = 231 - U = 240 - -

Fig. 1 Tabla periódica Publicada por Mendeleiev en 1872 ( Annalen der Chemie und Pharmacie ).

En 1 871, Mendeleiev clasificó los elementos en ocho grupos, dichos elementos fueron seleccionados considerando la composición de sus óxidos comunes. Los elementos del grupo I forman óxidos cuya fórmula es R2O (Na2O óxido de sodio), de RO para el grupo II, etc., tal como indica la tabla anterior.

En 1 869, D. I. Mendeleiev propuso la primera “Ley Periódica”.

"Las propiedades químicas y la mayoría de las propiedades físicas de los elementos son función periódica de sus masas atómicas".

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 de tres de los elementos que faltaban a partir de las propiedades de los cuatro elementos vecinos (denominándolos ekaboro, ekaaluminio y ekasilicio). Entre 1 875 y 1 886, estos tres elementos: galio, escandio y germanio, fueron descubiertos y ellos poseían las propiedades predichas.

Al aplicar sus conceptos en la elaboración de la tabla periódica, llegó a la conclusión de que algunos elementos parecían no tener un lugar apropiado a su peso atómico, como sucede con el argón (Ar) y el potasio (K), cuyos pesos atómicos son 39,95 y 39,102, entre otros ejemplos, como el Cobalto (Co) y el níquel (Ni), así como el telurio (Te) y el yodo (I). Sin embargo, colocó a estos elementos en el sitio adecuado al hacer transposiciones porque consideró que elementos con propiedades físicas y químicas semejantes debían ser miembros de un mismo grupo.

Sin embargo aunque la clasificación de Mendeleiev marca un claro progreso, contiene ciertas anomalías debidas a las masas atómicas, como los vistos anteriormente, no cumplen la ley periódica formulada por él.

CONTRIBUCIÓN DE WERNER Y MOSELEY

La tabla periódica larga que en 1 895 presentó Alfred Werner, es sin lugar a dudas una de las que más se utiliza actualmente con algunas adaptaciones y que fue el primer sistema periódico con la estructura larga que permite separar a los grupos A de los grupos B, la colaboración de los elementos dentro de la tabla coincide con las configuraciones electrónicas de los elementos aun cuando fue realizada muchos años antes de que éstas se conocieran, pero la serie de los lantánidos y la de los actínidos sólo tiene una casilla para cada una.

Al ordenar los elementos en la tabla periódica, fue natural dar a

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