1

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 234

ElectronegatividadElectronegatividad• La electronegatividad es una cantidad que está

en función o que depende de:– La energía de ionización del átomo

Es decir, que tan fuertemente retiene unátomo a sus propios electrones

– La afinidad electrónica del átomoEs decir, que tan fuertemente atrae unátomo a otros electrones

Nótese que estas dos últimas propiedades sonde los átomos aislados

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 235

ElectronegatividadElectronegatividad•• Así por ejemplo un átomo que tiene:Así por ejemplo un átomo que tiene:

–– Una afinidad electrónica grandeUna afinidad electrónica grande–– Un potencial de ionización grandeUn potencial de ionización grande

•• Será capaz de:Será capaz de:–– Atraer electrones de otros átomosAtraer electrones de otros átomos–– Resistirá que sus propios electrones seanResistirá que sus propios electrones sean

atraídos por el otro elementoatraídos por el otro elemento•• Un átomo como este, será Un átomo como este, será muymuy

electronegativoelectronegativo•• Un átomo con propiedades opuestas seráUn átomo con propiedades opuestas será

muy poco electronegativomuy poco electronegativo

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 236

ElectronegatividadElectronegatividad• Según Linus Pauling (1932), es

la medida de la tendencia que tieneun átomo en una molécula deatraer a los electrones hacia sí.

• Y la estima a partir de las energíasde enlace o energías de disociación de diversassustancias, empleando esta expresión:

• Donde ΔAB es la diferencia de electronegatividadentre los dos átomos

D A !B( ) = 1

2D A ! A( ) + D B !B( )!"#

$%&1

2 +!AB

!

AB= !

A!!

B= D A !B( )!

D A ! A( ) + D B !B( )"#$

%&'

2

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 237

ElectronegatividadElectronegatividad• Así, la diferencia de energía de electronegatividad

de Pauling entre el Br y el H en el caso de lamolécula de HBr es de 0.73.

• Pues las energías de disociación de H-Br, H-H y Br-Br son respectivamente: 3.79, 4.52 y 2.00 eV.

• Por tanto:

• Es decir:

• Ahora bien, dado que solo se definen lasdiferencias entre la electronegatividad de dosátomos, es necesario escoger un punto dereferencia arbitrario.

!

BrH= !

Br!!

H= 3.79!

4.52 + 2.00"#$

%&'

2

!

BrH= !

Br!!

H= 3.79!

6.52"#$

%&'

2= 3.79!3.26 = 0.53 = 0.728

2

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 238

ElectronegatividadElectronegatividad• Al principio se decidió que esta referencia debía

ser el H, pues forma compuestos con una granvariedad de elementos.

• De esta manera, se fijó su electronegatividad en2.1 primero (1932) y 2.20 después (1961).

• Además de lo anterior es necesario decidir cuál delos elementos es más electronegativo, pues esnecesario escoger uno de los signos de la raízcuadrada.

• Lo anterior típicamente se hará empleando laintuición química.

• Para calcular la electronegatividad de unelemento es necesario contar con al menos dostipos de enlace formados por ese elemento.

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 239

ElectronegatividadElectronegatividad• La electronegatividad se designa con la letra

griega χ– El Flúor es el elemento más electronegativo:

electronegatividad = 4.0– El Cesio por su parte es el menos

electronegativoelectronegatividad = 0.6

Nótese que estos dos elementos están en lasesquinas y diagonales en la tabla periódica

• Principio de igualación de la electronegatividad– Toda especie química que tiende a asociarse

con otra, lo hace de manera que después dehacerlo, ambas promedian suelectronegatividad.

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 240

ElectronegatividadElectronegatividad• Usando argumentos teóricos en 1935,

Mulliken muestra que la tendenciade un átomo en una molécula acompetir por los electrones deotro átomo al que esté unido, debe serproporcional la media aritmética de la energía deionización y la afinidad electrónica de dichoátomo en su estado de valencia:

• Como esta definición no depende de una escalarelativa, se le conoce como electronegatividadabsoluta. Con unidades en kJ/mol o eV.

!M=

1

2I

1

v +A1

v( )

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 241

ElectronegatividadElectronegatividad• Sin embargo, es más usado emplear la

transformación lineal los valores absolutos avalores que se parezcan a los de Pauling.

• Para el caso de contar con datos de energía deionización y afinidad electrónica en eV, se usa:

• Y para el caso de tener energías de ionización yafinidad electrónica en kJ/mol, se usa:

!

P= 0.187 I

1

v +A1

v( ) + 0.17

!

P= 0.00197 I

1

v +A1

v( ) + 0.19

3

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 242

ElectronegatividadElectronegatividad• Una gráfica que hace lo anterior es esta:

χ P

χM (kJ/mol)

F

Cs

ClO

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 243

ElectronegatividadElectronegatividad• El concepto de electronegatividad de Alred-

Rochow se basa en la fuerza electrostática deatracción que existe entre un electrón en lasuperficie de un átomo y su propio núcleo.

• La atracción entre el electrón y un núcleo estágobernada por la ley de Coulomb:

• Donde e es la carga del electrón,Zeff es la carga nuclear efectivay r es el radio del átomo

• Al graficar las fuerzas contra la χP podemosajustarlas a los valores de Pauling

f =

e2Zeff

r2

eff

P

Z

r. .! = +

20 359 0 744

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 244

ElectronegatividadElectronegatividad• Una gráfica de la χP contra el valor de la fuerza

coulómbica para cada elemento nos permiteajustarlas a los valores de Pauling

χ P

f/Å2

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 245

ElectronegatividadElectronegatividad• Otro concepto más de electronegatividad es el

formulado por R. T. Sanderson• Este concepto considera la electronegatividad

como una función de la densidad electrónicadel átomo.

• Y se define así:

• Donde D se refiere a la densidad electrónicadel átomo:

• y Di es la densidad electrónica ideal y sedetermina extrapolando la densidad de losgases ideales anterior y posterior al átomo encuestión.

S

i

D

D! =

ZD

r

e= !

"3

3

4

4

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 246

ElectronegatividadElectronegatividad• Evidentemente se debe conocer el radio del

elemento.• La gráfica muestra la relación entre las

electronegatividades de Sanderson y Pauling

χS

χ P

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 247

ElectronegatividadElectronegatividad• Quizá la definición más simple de

electronegatividad es la sugerida por Allen, el cualpropone que es la la energía promedio de loselectrones de valencia en un átomo libre.

• Donde εs,p son las energías monoelectrónicas de loselectrones s y p en el átomo libre ns,p se refiere alnúmero de electrones s o p en la capa de valencia.

• Las energías de cada electrón pueden determinarsedirectamente de los datos espectroscópicos.

• Como los datos necesarios son accesibles para casitodos los elementos, aunque no es claro como seconsideran los electrones d y f.

!

A=

ns"

s+n

p"

p

ns

+np

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 248

ElectronegatividadElectronegatividad• En esta escala el elemento mas electronegativo es

el Ne• Usualmente se escala la electronegatividad deAllen empleando un factor de 1.75x10-3

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 249

ElectronegatividadElectronegatividad• Finalmente, el concepto más moderno lo

sugieren Jaffe y colaboradores• Que puntualizan que la electronegatividad

de Mulliken es igual a la pendiente que pasa através del origen,de la curva deenergía contracarga paracualquierátomo, es decir:

M

N

dE

dN =

! "# = $% &

' ( 0 -2 -1 0 1 2 3 4

0

2

4

6

8

10

12 Ne O F Cl

Ene

rgía

tot

al M

J m

ol-1

Estado de oxidaciEstado de oxidaciónón

5

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 250

Tendencias generales de la Tendencias generales de la χχ• La electronegatividad crece de izquierda a

derecha a lo largo de un periodo• Para los elementos representativos (bloques s y

p) crece al subir en una familia

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 251

Tendencias generales de la Tendencias generales de la χχ• El grupo de los elementos de transición tiene un

comportamiento un poco más complicado que elde los representativos

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 252

ElectronegatividadElectronegatividad• Gráfica de la electronegatividad de Pauling

vs número atómico

χ

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 253

ElectronegatividadElectronegatividad• En los elementos representativos

– Al avanzar en un período aumenta y albajar en una familia disminuye

• En los elementos de transición– Al bajar en una familia aumenta

• En iones– Al cambiar el estado de oxidación de un

átomo cambia su electronegatividad– A mayor estado de oxidación mayor su

atracción por los electrones y por ellomayor será su electronegatividad

• En grupos de átomos– Al combinarse dos átomos, la

electronegatividad resultante es unpromedio de la χ de los átomos originales

6

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 254

PolarizabilidadPolarizabilidad• La polarizabilidad de una nube de carga

(electrones en un átomo) es la tendencia relativade esta a distorsionarse de su forma normal por uncampo eléctrico externo causado por la presenciade un ion o un dipolo.

• La polarizabilidad electrónica (α) se define como elcociente entre el dipolo inducido entre el campoeléctrico que lo induce, así:

• Donde p es el momento dipolo y E es el campoeléctrico externo.

• Nótese que la polarizabilidad es una cantidadescalar y eso implica que un campo eléctrico soloproducirá componentes de polarización paralelosal campo eléctrico. Unidades: Cm2V-1 = A2s4kg-1

p = !E

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 255

PolarizabilidadPolarizabilidad• Entonces, diferentes elementos tendrán diferente

polarizabilidad.• La polarizabilidad de los elementos también es

periódica y varía así:

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 256

PolarizabilidadPolarizabilidad• Una gráfica de la polarizabilidad de los elementos

tiene esta cara:

Pola

riza

bilid

ad

Número atómico17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 257

Polaridad del enlacePolaridad del enlace

• Pareciera claro, que cuando dos átomos de unmismo elemento comparten un par deelectrones, los comparten igualmente

• Sin embargo, cuando los átomos son dediferentes elementos, esto no tiene por queocurrir

• Es decir hay unos átomos que atraen más a loselectrones que otros

• En particular es claro, que los metales atraenmenos a los electrones que los no-metales

7

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 258

Polaridad del enlacePolaridad del enlace• Para mostrar esto, vale la pena presentar dos

casos extremos:– En el Cl2 tenemos dos átomos iguales y

entonces el par electrónico está compartidoen ambos átomos por igual

– Por otro lado en el NaCl el electrón 3s del Nase incorpora en la estructura electrónica delátomo de Cl quedando el sodio despojado desu electrón formando el catión Na+ y por suparte el cloro genera al anión Cl-, dando alugar a una malla iónica

• La mayoría de las sustancias tienen un carácterdel enlace que forman que está entre estos dosextremos

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 259

Polaridad del enlacePolaridad del enlace• Un concepto muy útil para describir como

comparten sus electrones un par de átomos esel de polaridad del enlace

• Podemos definir los enlaces así:– Un enlace covalente no-polar es aquel en el

cual los electrones están compartidosigualmente por los dos átomos

– Un enlace covalente polar es aquel dondeuno de los átomos tiene mayor atracciónpor los electrones que el otro

– Si esta atracción relativa es suficientementegrande, el enlace es un enlace iónico

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 260

Electronegatividad y polarizaciónElectronegatividad y polarización• Podemos usar la diferencia en la electronegatividadΔχ entre dos átomos para conocer la polaridad desu enlace:

• El enlace en H-F puede representarse así:

• Los símbolos δ+ y δ- indican las cargas parcialespositiva y negativa respectivamente.

• La flecha indica hacia donde jalan los electrones

IónicoCovalente polarCovalente no-polarTipo

4.0-1.0=3.04.0-2.1=1.94.0- 4.0=0Δχ = (χΑ−χΒ)

LiFHFF2Compuesto

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 261

Electronegatividad y polarizaciónElectronegatividad y polarización• En el F2 los electrones están compartidos

igualmente entre los dos átomosEl enlace es covalente no-polar

• En el HF el átomo de F tiene mayorelectronegatividad que el átomo de H, Loselectrones no se comparten igualmente, elátomo de F atrae más densidad electrónica queel átomo de HEl enlace es covalente polar.

• En el LiF, la electronegatividad del átomo de Fes suficientemente grande como para despojarcompletamente de su electrón al Li y elresultado esUn enlace iónico

8

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 262

Electronegatividad y polarizaciónElectronegatividad y polarización• La regla general para predecir el tipo de enlace

se basa en las diferencias deelectronegatividades de los átomos queconstituyen el enlace:

• Si las electronegatividades son iguales, ladiferencia de electronegatividad es 0, y elenlace es covalente no-polar

• Si la diferencia de electronegatividades esmayor que 0 pero menor que 2.0, el enlace escovalente polar

• Si la diferencia entre las electronegatividadesde los dos átomos es de 2.0, o mayor, el enlacees iónico

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 263

Redistribución de cargaRedistribución de carga

• Parece entonces evidente que cuando dosátomos se encuentran juntos, la cargaelectrónica se redistribuye

• Dependiendo de la electronegatividad de cadaátomo, ello da como resultado la formación deun dipolo

• Entre mayor sea la diferencia de suselectronegatividades, mayor será el dipolo quese genere

• Así por ejemplo en el caso del HCl, el átomo deCl al ser más electronegativo, controlaparcialmente al electrón del H

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 264

Carácter metálicoCarácter metálico• El carácter metálico es mayor en los elementos

de la izquierda de la tabla periódica• Tiende a decrecer conforme nos movemos a la

derecha en un periodo (renglón) esto es lomismo que decir que el carácter de no-metalcrece al aumentar el valor de la energía deionización

• En cualquier familia (columna) el caráctermetálico crece de arriba hacia abajo (los valoresde la energía de ionización disminuyen al bajaren la familia)

• Esta tendencia general no se observanecesariamente en los metales de transición

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 265

Carácter metálicoCarácter metálico• Comportamiento periódico del carácter

metálico:

9

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 266

Resumen de las tendencias periódicasResumen de las tendencias periódicas

• Al decrecer el tamaño atómico• El 1er potencial de ionización crece• Los electrones son más difíciles de quitar• Los metales son mayores, por tanto tienden

a perder electrones• Los no metales son pequeños, de manera

que tienden a ganar electrones• Añadirles electrones es fácil

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 267

Agrupaciones en la tabla periódicaAgrupaciones en la tabla periódica

• A los elementos que se encuentran en unacolumna de la tabla periódica se les llamafamilia o grupo.

• La manera en que se han etiquetado lasfamilias es medio arbitraria,

• Pero es claro que podemos observar variosgrupos o familias especiales

• Las familias más conocidas se presentan acontinuación

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 268

Agrupaciones en la tabla periódicaAgrupaciones en la tabla periódica• Familias:

• Los elementos de una familia de la tablaperiódica tienen propiedades similares

He, Ne, Ar, Kr, Xe, RnGases Nobles8A

F, Cl, Br, I, AtHalógenos7A

O, S, Se, Te, PoCalcógenos6A

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, RaMetales alcalinotérreos2A

Li, Na, K, Rb, Cs, FrMetales alcalinos1A

ElementosNombreFam

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 269

Metales, No-metales y MetaloidesMetales, No-metales y Metaloides• Comparación de las propiedades características

de los metales y los no-metales:

Generalmente forman aniones, y aGeneralmente forman aniones, y aoxianiones en disolución acuosaoxianiones en disolución acuosa

En disolución acuosaEn disolución acuosaforman cationesforman cationes

Sus compuestos de oxígeno sonSus compuestos de oxígeno sonácidosácidos

Sus compuestos deSus compuestos deoxígeno son básicosoxígeno son básicos

Malos conductores del calor y laMalos conductores del calor y laelectricidadelectricidad

Buenos conductores delBuenos conductores delcalor y la electricidadcalor y la electricidad

Quebradizos, hay duros y blandosQuebradizos, hay duros y blandosMaleables y dúctilesMaleables y dúctiles((son flexiblesson flexibles))

No tienen lustre, presentan variosNo tienen lustre, presentan varioscolorescolores

Lustre distintivoLustre distintivo((BrillanBrillan))

Elementos No-metálicosElementos No-metálicosElementos MetálicosElementos Metálicos

10

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 270

MetalesMetales• La mayoría de los metales son maleables

(pueden formar láminas delgadas, porejemplo un centímetro cúbico de oro puedeaplastarse hasta formar una placa que podríacubrir un campo de fútbol completo), y sondúctiles (pueden estirarse para formar hilosmuy delgados o alambres)

• Son sólidos a temperatura ambiente (exceptoel Hg, que es líquido)

• Tienden a tener energías de ionización bajas ytípicamente pierden electrones es decir seoxidan en sus reacciones químicas

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 271

MetalesMetales

• Los metales alcalinos siempre pierden un electrón ypresentan iones con carga 1+

• Los metales alcalino-térreos siempre pierden doselectrones y siempre presentan iones con carga 2+

• Los metales de transición no tienen un patrón comúny sus iones pueden tener cargas 2+, 1+ y 3+, peropueden encontrarse otros cationes

• Los compuestos entre un metal y un no-metaltienden a ser iónicos

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 272

MetalesMetales• La mayoría de los óxidos metálicos son básicos y

al disolverse en agua reaccionan para formarhidróxidos metálicos:Óxido metálico + H2O sd hidróxido metálicoNa2O(s) + H2O(l) sd 2NaOH(aq)CaO(s) + H2O(l) sd Ca(OH)2(aq)

• Los óxidos metálicos exhiben su carácter básico alreaccionar con los ácidos para formar sus sales yagua:Óxido metálico + ácido sd sal + aguaMgO(s) + HCl(aq) sd MgCl2(aq) + H2O(l)NiO(s) + H2SO4(aq) sd NiSO4(aq) + H2O(l)

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 273

No-metalesNo-metales• Su apariencia varía mucho• En general no presentan lustre• No son buenos conductores de la electricidad ni del

calor excepto por ciertas excepciones• En general, los puntos de fusión son menores que

los de los metales• Existen siete no-metales que en condiciones

normales son moléculas diatómicas:• H2(g) N2(g) O2(g) F2(g) Cl2(g) Br2(l)

• I2(s) (sólido volátil - se evapora fácilmente, sublima)

11

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 274

No-metalesNo-metales

• Cuando los no-metales reaccionan con los metales,tienden a ganar electrones (obteniendo así laconfiguración del gas noble más cercano) y generananiones, es decir se reducen:

No-metal + Metal sd Sal

3Br2(l) + 2Al(s) sd 2AlBr3(s)

• Los compuestos que están formados únicamentepor no-metales son sustancias moleculares (es decirno son iónicas)

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 275

No-metalesNo-metales• La mayoría de los óxidos no-metálicos son óxidos

ácidos• Al disolverse en agua reaccionan para formar

ácidos:Óxido no-metálico + agua sd ácidoCO2(g) + H2O(l) sd H2CO3(aq)

[ácido carbónico](el agua mineral con gas y en general todos losrefrescos con gas son ligeramente ácidos)

• Los óxidos no-metálicos pueden combinarse conbases para formar salesÓxido no-metálico + base sd salCO2(g) + 2NaOH(aq) sd Na2CO3(aq) + H2O(l)

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 276

MetaloidesMetaloides

• Tienen propiedades intermedias entre los metales ylos no-metales

• El Silicio por ejemplo tiene lustre, pero no esmaleable ni dúctil, sino que es quebradizo comomuchos no-metales

• Además es un mal conductor de la electricidad o delcalor

• Los Metaloides se usan muy a menudo en laindustria de los semiconductores (procesadores ymemoria de las computadoras)

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 277

Capacidad de combinaciónCapacidad de combinación

• Para los elementos representativos, se define queel número de electrones de valencia de unelemento es igual al de la familia a la quepertenece

• Y está relacionado a la manera en que se combinacon otros elementos

• La energía de cada capa dependerá del periodo enque se encuentre el elemento

• La forma de la tabla periódica nos dice entoncescomo se acomodan los electrones

12

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 278

Capacidad de combinaciónCapacidad de combinación• La última capa de electrones de un átomo, se le

conoce como capa de electrones de valencia

VIIA

VIA

VA

IVA

IIIA

IIA

IA

Familia

7 e-

6 e-

5 e-

4 e-

3 e-

2 e-

1 e-

Nº de electrones

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 279

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Los metales alcalinos• Familia 1A, IA o 1

87Fr55Cs37Rb19K11Na3Li

Número atómicoMetal

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 280

Tendencias de las familiasTendencias de las familias

• La palabra álcali se deriva de lapalabra árabe que significa ceniza

• Muchos de los compuestos de sodio ypotasio se aislaron a partir de lascenizas de madera

• Todavía nos referimos al Na2CO3 y alK2CO3 como soda y potasa

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 281

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Al bajar en la familia encontramos:

– Todos tienen un solo electrón en la últimacapa

– El punto de fusión decrece– La densidad crece– El radio atómico crece– La energía de ionización disminuye

• Los metales alcalinos tienen el menor valor de I1de los elementos– Esto indica la relativa facilidad con la que un

solo electrón puede quitarse de la última capa

13

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 282

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Los metales alcalinos son muy reactivos y pueden

perder muy fácilmente 1 electrón formando un ioncon carga 1+M sd M+ + e-

• Debido a esta gran reactividad, los metalesalcalinos se encuentran en la naturalezaúnicamente en sus compuestos

• Todos los metales alcalinos se combinandirectamente con la mayoría de los no-metales

• Reaccionan con hidrógeno para formar hidruros2M(s) + H2(g) sd 2MH(s)– Ojo: el hidrógeno está presente en los hidruros

metálicos como el anión hidruro H-

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 283

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Reaccionan con el azufre para formar sulfuros

2M(s) + S(s) sd M2S(s)

• Reaccionan con el cloro para formar cloruros2M(s) + Cl2(g) sd 2MCl(s)

• Reaccionan con el agua violentamente yproducen hidrógeno gaseoso e hidróxidos demetales alcalinos, la reacción es muy exotérmica2M(s) + 2H2O(l) sd 2MOH(aq) + H2(g)

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 284

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• La reacción entre los metales alcalinos y el

oxígeno es más complicada:• Una reacción muy común de algunos metales

alcalinos es la formación de óxidos que tienen alion O2-

4Li(s) + O2 (g) sd 2Li2O(s) (óxido de litio)• Otros metales alcalinos pueden formar peróxidos

que están formados por el ion O22-

2Na(s) + O2 (g) sd Na2O2(s) (peróxido de sodio)• El K, el Rb y el Cs pueden formar súper-óxidos es

decir los que tienen el ion O2-

K(s) + O2 (g) sd KO2(s) (súperoxido de potasio)17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 285

BreviarioBreviario• El color de una sustancia se produce cuando los

electrones de valencia del átomo se excitan (esdecir se les da energía) y pueden cambiar de unnivel energético al siguiente con la luz visible

• En tal caso, la frecuencia particular de la luz queexcita al electrón se absorbe

• De esta manera, la luz que tú observas estádesprovista de uno o varios colores y por eso laves colorida

• Los metales alcalinos, al perder su electrón devalencia, no tienen electrones que puedanexcitarse con la luz visible

• Por ello sus sales y sus disoluciones acuosas sonincoloras

14

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 286

BreviarioBreviario• Cuando un metal alcalino se pone en una flama, los

iones se reducen (ganan electrones) al ponerlos enla parte baja de la flama

• Al mismo tiempo, debido a la gran temperatura dela flama, el electrón se excita y puede pasar a unorbital de mayor energía

• Una vez excitado, el electrón regresa a su lugar yemite fotones debido a este proceso

• La transición del electrón de valencia del sodiodesde el orbital 3p al 3s da como resultado laemisión de luz cuya longitud de onda es de 589 nm

• Colores de las flamas de los metales alcalinos:– Litio (rojo escarlata)– Sodio (amarillo)– Potasio (lila)

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 287

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Los metales alcalinotérreos• Familia 2A, IIA o 2

88Ra56Ba38Sr20Ca12Mg4Be

Número atómicoMetal

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 288

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Al compararse con los metales alcalinos, los

metales alcalinotérreos son típicamente:– más duros– más densos– funden a mayor temperatura

• El valor de la primera energía de ionización I1es un poco mayor que la de los metalesalcalinos.

• Los metales alcalinotérreos son entoncesmenos reactivos que los metales alcalinos

• En particular el Be y el Mg son los menosreactivos

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 289

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Oxígeno

– El oxígeno se encuentra en dos formasmoleculares O2 y O3 (ozono)

– Cuando un elemento tiene dos formasnaturales se dice que forma alótropos,

– Es decir que hay varias formas diferentesde un elemento en el mismo estado3O2(g) sd 2O3(g) ΔH = 284.6 kJ•esta reacción es endotérmica, lo cual

significa que el ozono es menos estableque el O2

– El oxígeno tiene una gran tendencia aatraer los electrones de otros elementos (esdecir los oxida)

15

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 290

Tendencias de las familiasTendencias de las familias

• Oxígeno– Cuando el oxígeno se combina con los

metales casi siempre está presente en suscompuestos como el ion O2- ion

– El cual tiene la configuración de gasnoble y es muy estable)

– Existen otros dos aniones del oxígeno:•peróxido O2

2- y•superóxido O2

-

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 291

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Azufre

– El azufre existe en varias formasalotrópicas, la mas común y estable deestas formas es un sólido amarillo de 8azufres S8

– Como en el caso del oxígeno el azufretiende a atraer los electrones de otroselementos para formar sulfurosformando el ion S2- .

– Esto es particularmente cierto cuandoreacciona con los metales más activos16Na(s) + S8(s) sd 8Na2S(s)

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 292

Tendencias de las familiasTendencias de las familias

• Azufre• La mayor parte del azufre en la naturaleza

se encuentra como sulfuro metálico• Aunque es posible encontrarlo como azufre

puro (azufre en flor) en las zonas volcánicas• La química del azufre es más complicada

que la del oxígeno

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 293

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Los halógenos• Familia 7A, VIIA o 17

85At53I35Br17Cl9F

Número atómicoNo metal

16

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 294

Tendencias de las familiasTendencias de las familias

• La palabra halógeno viene del griego yquiere decir generador de sales

• El At es radioactivo y muy poco abundante,algunas de sus propiedades se desconocenaún

• Todos los halógenos son no-metales• Todos se presentan como moléculas

diatómicas en condiciones normales detemperatura y presión

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 295

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Todos presentan color• Los colores de estos elementos son:

– Fluor: gas amarillo pálido– Cloro: gas amarillo verdoso– Bromo: líquido café rojizo– Iodo: sólido violeta

• Los halógenos presentan las afinidadeselectrónicas MAYORES que las de otroselementos

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 296

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• La química de los halógenos está dominada por

su tendencia a quitarle los electrones a otroselementos, formando iones haluroX2 + 2e- sd 2X-

• Los halógenos más reactivos son el F y el Cl• Estos dos elementos tienen además las mayores

afinidades electrónicas• El F le puede quitar electrones a prácticamente

cualquier sustancia• En 1992 se produjeron diez mil millones de kg

de Cl

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 297

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Se puede usar la electricidad para quitarle los

electrones al Cl- y transferirlos al Na+ paraproducir Cl2(g) y Na0

(s)• Tanto el sodio como el cloro pueden producirse

por medio de la electrólisis de cloruro de sodiofundido

• El Cl2 reacciona lentamente con el agua paraformar ácido clorhídrico y ácido hipoclorosoCl2(g) + H2O(l) sd HCl(aq) + HOCl(aq)

• El ácido hipocloroso es un buen desinfectante,por eso se añade Cl2 a las albercas

• Los halógenos reaccionan con la mayoría de losmetales para formar haluros iónicos:Cl2(g) + 2Na(s) sd 2NaCl(s)

17

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 298

Tendencias de las familiasTendencias de las familias• Los gases nobles• Familia 8A, VIIIA o 18

86Rn54Xe36Kr18Ar10Ne2He

Número atómicoNo metal

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 299

Tendencias de las familiasTendencias de las familias

• Los gases nobles• Todos son no-metales• Todos son gases a temperatura ambiente• Todos son monoatómicos• Tienen completamente llena su capa de

valencia• El primer potencial de ionización es muy

grande pero decrece al bajar en la familia• El Rn es muy radiactivo y algunas de sus

propiedades se desconocen

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 300

Tendencias de las familiasTendencias de las familias

• Los gases nobles• Son excepcionalmente poco reactivos.• Se pensó que si alguno era reactivo,

probablemente serían Rn, Xe o Kr cuyasenergías de ionización son menores

• Para que estos elementos puedanreaccionar, deben combinarse con unelemento que tenga una gran tendencia aquitar electrones de otros átomos como elF o el O

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 301

Tendencias periódicas Tendencias periódicas no-metalesno-metales• En 1962, Neil Bartlett descubrió que el

hexafluoruro de platino, un compuesto muyoxidante ionizaba al tranformándolo O2 en O2

+.• Como la energía de ionización del O2 a O2

+ (1165kJ/mol-1 ) es práticamente igual a la de ionizacióndel Xe a Xe+ (1170 kJ/mol-1), Bartlett intentó lareacción de Xe con PtF6.

• Esta produjo un producto cristalino (elhexafluoroplatinato de Xenón), cuya fórmula sepropuso podría ser Xe+[PtF6]-.

• Posteriormente se demostró que el compuesto esmás complejo, XeFPtF6 y XeFPt2F11.

• Este fue el primer compuesto real producido apartir de un gas noble.

18

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 302

Tendencias periódicas Tendencias periódicas no-metalesno-metales• Posteriormente en 1962 Howard Claassen

sintetizó el primer compuesto simple (doselementos) de un gas noble (tetraflururo dexenón) al someter una mezcla de xenón y fluor aalta temperaturas.

• En los últimos años se han obtenido otroscompuestos de gases nobles, particularmente delxenón, tales como, los fluoruros (XeF2, XeF4,XeF6), los oxifluoruros (XeOF2, XeOF4, XeO2F2,XeO3F2, XeO2F4) y los óxidos (XeO2 y XeO4).

• El difluoruro de xenón se puede obtenersimplemente exponiendo los gases de Xe y F2 a laluz del sol.

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 303

Tendencias periódicas Tendencias periódicas no-metalesno-metales• Durante los cincuenta años previos se habían

mezclado los dos gases intentando producir unareacción, pero nadie había pensado algo tansencillo como exponer la mezcla a la luz del sol.

• El radón reacciona con el flúor para formar el(RnF2), que en estado sólido brilla con una ligeraluz de color amarillo claro.

• El Kriptón puede reaccionar con el flúor paraformar el (KrF2),

• En el año 2000 se anunció el descubrimiento delfluorohidrúro de argón (HArF).

• A la fecha no se han sintetizado compuestos ni deHe ni de Ne.

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 304

Tendencias periódicas Tendencias periódicas no-metalesno-metales• En los últimos años se ha demostrado que el xenón

puede producir una amplia variedad decompuestos del tipo XeOxY2, donde x es 1, 2 o 3 ey es cualquier grupo electronegativo como CF3,C(SO2CF3)3, N(SO2F)2, N(SO2CF3)2, OTeF5,O(IO2F2),etc.

• La gama de compuestos es impresionante, ya quellega a los centenares e incluye enlaces de Xe, conO, N, C e incluso óxido perxénico, numerososhaluros e iones complejos y con el I.

• El compuesto Xe2Sb2F11 contiene un enlace Xe-Xe,el enlace elemento-elemento mas largo que seconoce (308,71 pm).

17/10/08 ESTRUCTURA ATÓMICA 305

Otra vista a la tabla periódicaOtra vista a la tabla periódica• La correlación que existe entre la configuración

electrónica y el arreglo periódico de loselementos, hace posible determinar una serie depropiedades electrónicas y químicas de unelemento simplemente mirando la posición queeste ocupa en la tabla periódica

• Es claro que cuando hablamos de propiedadesquímicas, debe atenderse especialmente a la capade valencia

• Los elementos quedan pues clasificados entérminos de su posición en la tabla por un lado yde acuerdo a la subcapa (s, p, d o f ) queocupan sus electrones de valencia