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Propiedades atómicas periódicas
Enrique Ruiz Trejo
El grafógrafoEscribo. Escribo que escribo.Mentalmente me veo escribir que escribo ytambién puedo verme que escribo.Me recuerdo escribiendo ya y tambiénviéndome que escribía. Y me veo recordandoque me veo escribir y me recuerdoviéndome recordar que escribíay escribo viéndome escribir que recuerdohaberme visto escribir que me veíaescribir que recordaba haberme vistoescribir que escribía y que escribíaque escribo que escribía. Tambiénpuedo imaginarme escribiendo que yahabía escrito que me imaginaría escribiendoque había escrito que me imaginabaescribiendo que me veo escribirque escribo. Salvador Elizondo
La Tabla periódica
La tabla periódica moderna contiene una gran cantidad de información útil. Losintentos de sistematizar los patrones observados en las propiedades químicas delos elementos llevaron a la tabla periódica.
Lavoisier: clasificación basada solamente en datos químicos
Johann Dobernier encontró varios grupos de elementos (triadas) que tenianpropiedades similares. Por ejemplo Cl. Br y I.
John Newlands sugirió que los elementos tendrían que estar arreglados en “octavas”en analogía con las notas musicales
La forma moderna de la tabla tiene su origen a Meyer y Mendeleev, aunque laversión en uso lista a los elementos por número atómico no por masa atómica(Moseley).
La forma actual es el resultado de la mecánica cuántica
Tabla periódica
Elementos representativos:subniveles s o p incompletos
Metales de transición:subnivel d incompleto, o bien,facilmente dan lugar acationes que tienen estesubnivel incompleto.
Gases nobles: subnivel pcompletamente lleno
Lantánidos o actínidos:subniveles f incompletos oque producen fácilmentecationes con subniveles 4fincompletos.
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Información contenida en la tablaperiódica
1. Los miembros de cada grupo tiene los mismoselectrones de valencia por lo que exhibenpropiedades químicas similares.
2. La configuración electrónica de cada elemento sepuede obtener –con ciertas excepciones- a partir dela tabla periódica.
3. Ciertos grupos tienen nombres particulares (gasesnobles, halógenos, alcalinos, etc.)
4. Se incluye información como masa atómica,número atómico, estado de agregación, valenciasmás comunes, etc
Carga nuclear efectiva: Zeff= Z-σ
Los electrones internos o de coraza apantallan la interacción entrelos protones y los electrones de valencia. Los electrones devalencia se apantallan mucho menos entre sí.
1.- Energía de ionización de He 1s2
24. 56 eV para quitar el primer electrón de He54.4 eV para quitar el segundo electrón de (He+)
2.- Li 1s22s1
Electrón 2s apantallado por electrones 1sElectrón 2s casi no apantalla electrones 1s
Tendencia en la carga nuclear efectiva
Li 1s22s1
Be 1s22s2
B 1s22s22p1
C 1s22s22p2
N 1s22s22p3
O 1s22s22p4
F 1s22s22p5
Ne 1s22s22p6
Carga nuclear efectiva
No seapantallanentre síefectivamente
Energía de ionización
Cantidad de energía requerida para arrancar un electrón de unátomo o ion en su estado basal
1a energía de ionización, I 1Energía + X(g) _X+
(g) + e-
2a energía de ionización, I 2Energía + X+
(g) _ X2+(g) + e-
3a energía de ionización, I 3Energía + X2+
(g) _ X3+(g) + e-
I1< I2< I3.... IPor convención In son positivas
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Energía de ionización
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atpro.html
Aumenta In
Los gases nobles tienen las In más grandesAlcalinos: es fácil quitar electrón de valencia ns1
Teorema de Koopman: la energía de ionización de un electrón es igual a laenergía del orbital del cual provino
“Irregularidades” en la energía deionización
I1 Al < I1 Mg
13Al 1s22s22p63s23p1
12Mg 1s22s22p63s2
Apantallado eficazmente por
Problema
¿Qué átomo tiene la menor primera energíade ionización: oxígeno o azufre?
¿Cuál átomo debe tener mayor la segundaenergía de ionización: el litio o el berilio?
Problema
Los metales de transición tienen los niveles4s-3d, 5s-4d y 6s-5d muy cercanos. Lastendencias de la energía de ionización seven mejor en la tercera energía de ionización.Graficar la tercera energía de ionización delos metales de transición.
El mismo problema se presenta en loslantánidos (4f-5d). Graficar la tercera energíade ionización.
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Afinidad electrónica
El cambio de energía interna asociado a la adición deun electrón a un átomo gaseoso
X(g) + e− → X−(g) Los valores de la primera afinidad electrónicatienden a ser exotérmicos (liberan energía, segúnconvención termodinámica los valores sonnegativos).
Toda adición subsecuente es altamente endotérmica.¿Por qué?
AumentaAfinidad electrónica(gases nobles no) Afinidad electrónica
Altamente favorable: F (g) + e- → F-
(g)
1s22s22p5 1s22s22p6
Aumenta(excepto gases nobles)
Afinidad electrónica (primer electrón)
http://www.iun.edu/~cpanhd/C101webnotes/modern-atomic-theory/electron-affinity.html
Problema
Explica por qué la primera energía de laafinidad electrónica del átomo de Ca (+186kJ/mol) es más grande que la del átomo de K(-48 kJ/mol)
Explica por qué los metales alcalinos tienenmayor afinidad por los electrones que losmetales alcalinotérreos
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Variaciones en el tamaño atómico
Todos las funciones de onda tienen untérmino exponencial (exp(-2Zeffr/a0)quetiende a cero pero que nunca se hace cero:los átomos son infinitamente grandes.
En términos prácticos se define el tamaño enfunción de la forma física del elemento: si esgaseoso, metálico, covalente, etc.
Radio atómico, radio covalente, radio iónico,radio de van der Waals, radio metálico, etc.
Radio atómico
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atpro.html
Radio atómico: Mitad dela distancia entre los dosnúcleos de dos átomosmetálicos adyacentes.Disminuye de izquierdaa derecha en un periododebido al incremento enla carga nuclear efectivaen sentido contrario.Los electrones devalencia “sienten” másfuerte la presencia delnucleo al disminuir ladistancia.Se incrementa en ungrupo debido al aumentoen el tamaño de losorbitales
aumenta
Radio iónico: radio de un catión oanión
Catión<átomo neutro<anión
Radio iónico aumenta
Para diferentes grupos sólo se pueden compararespecies isoelectrónicas (con igual número deelectrones)
+
Li F Li+ F-
Comparaciones de radio en especiesisoelectrónicas
Cationes< aniones
11Na+ 1s22s22p6
9F- 1s22s22p6
Iones tripositivos<iones dipositivos<iones monopositivos
13Al3+ 1s22s22p6
12Mg2+ 1s22s22p6
11Na1+ 1s22s22p6
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Problemas
Indica qué especie es mayor y por quéN3- o F-
Mg2+ o Ca2+
Fe2+ o Fe3+
Selecciona el ión más pequeñoK+ o Li+
Au+ o Au3+
P3- o N3-
Electronegatividad
Parámetro empírico: tendencia de un determinadoátomo a atraer un electrón exterior
En moléculas: mide el grado de control de loselectrones por parte de los átomos.
Electronegativo: fuerte tendencia a formar ionesnegativos.
Electropositivos: fuerte tendencia a formar ionespositivos
Escalas de electronegatividad χ
Mulliken: media aritmética entre energía de ionización y afinidadelectrónica
χ ∝ 1/2(I1-E1)
Pauling: Promedio geométrico de la energía de disociación de A2 y B2representan la fuerza puramente covalente del enlace AB, cualquiervalor extra se debe a la diferencia de electronegatividad
Δ= D(A-B)-[D(A2)*D(B2)]1/2
Δ 1/2 ∝ |χA-χB|
Alfred-Rochow: se basa en el concepto de que la electronegatividad estárelacionado con la fuerza de atracción que siente un electrón por elnúcleo separados a una distancia de un radio covalente.
χ =3590(Zeff-0.35)/rcov2 + 0.744
Otras escalas de electronegatividad
Martynov & Batsanov Allen
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Tendencias en la electronegatividad
http://www.emsb.qc.ca/laurenhill/science/trends/PerElNegativity.pdf
Electronegatividad
alta electronegatividad_ electronegativos F baja electronegatividad_ electropositivos Fr
Bajas energías de ionizaciónPequeñas afinidades electrónicas
Electropositivos y deCarácter metálico
Grandes energías de ionizaciónGrandes afinidades electrónicas
Electronegativos yde carácter no metálico
Aumentaelectronegatividad
Triángulo Van Arkel-Ketelaar
http://www.meta-synthesis.com/webbook/37_ak/triangles.html
χ promedio Diferencia de χ
Utilidad del concepto deelectronegatividad χ
CovalenteCeroGrande
IónicoGrandeIntermedio
MetálicoCeroPequeño
Tipo de enlace_ χValor promediode χ
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Algunas tablas periódicas
La imaginación es más importante que elconocimiento
Albert Einstein
Mendeliev
Theodor Benfey Emil Zmaczynski
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Timmothy Stowe Albert Tarantola
Roy Alexander En chino…
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