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http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.5/co/deed.es
A un “Clic” del conocimiento
Autor: IQ Luís Fernando Montoya Valencia.
[email protected] titular
Centro de Ciencia BásicaEscuela de ingenierías
Su construcción desde la Distribución Electrónica
TABLA PERIÓDICA
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A un “Clic” del conocimiento
El objetivo de este trabajo es presentar
Varios ejemplos orientados desde el algoritmo
El reto es “IMAGINAR” (respaldado en el algoritmo), que va a aparecer con el siguiente “clic”, si estamos de acuerdo
continuar, y si no regresar para al final poder afirmar -!lo hicimos¡-
Para desarrollar competencias que permitan:Construir la tabla periódicaAnalizar propiedades periódicasDominar los no metales
Una fundamentación teórica, relacionada desde lo cotidiano, resumida en un algoritmo
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I.Q. Luis Fernando Montoya V.
En 1800 sólo se conocían 31 elementos y hacia 1865 se tenían identificados 63
Los elementos conocidos en los tiempos antiguos son:
hierro (Fe), [ferrum]. cobre (Cu), [cuprum]. plata (Ag), [argentum]. oro (Au), [aurum].Carbono (C), estaño (Sn), [stanum]. plomo (Pb), [plumbum]. y azufre (S),[sulfur].
Hacia (1700) se tenían evidenciados:
Platino (Pt), cinc (Zn), fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb), bismuto (Bi)
Además, en 1843 ya se conocían, entre otros:
Litio (Li), sodio (Na), [nalium]. Potasio (K), [Kalium]. Berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr),bario (Ba), boro (B), aluminio (Aℓ), silicio (Si), nitrógeno (N), yodo (I) oxígeno (O), selenio (Se), telurio (Te), flúor (F), cloro (Cℓ), bromo (Br),)
Los nombres de los elementos químicos se abrevian por medio de los símbolos propuestos por Jacobs y Berzelius
Neoclásicos
Geográficos
Honoríficos
Los nombres se agrupan en tres tipos:
tomados de raíces griegas y latinas que revelan alguna propiedad
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Con la introducción del concepto del número atómico (Z) formulado por el químico inglés Moseley, en 1913, se comprobó que las propiedades químicas de los elementos son una función periódica de ese número atómico y no de la masa atómica.
En ésta, los elementos con propiedades semejantes se distribuían en líneas horizontales. Los espacios vacíos habrían de ser, algunos años mas tarde, rellenados por elementos cuyas propiedades Mendeléiev ya había previsto con gran precisión.
En marzo de 1869 Dimitri Mendeléiev entregaba a los químicos rusos y alemanes su primera tabla periódica, basado también, en orden creciente de peso atómico
En 1869 Lothar Meyer publicó un esquema de clasificación basado en orden creciente de peso atómico
Este nuevo concepto no invalidó la tabla ordenada por Mendeléiev,
sino que por el contrario aclaró algunas discrepancias que aún quedaban en ella.
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PRESENTACIÓN:
La tabla periódica (TP) es una cuadrícula en la cual se ubican los diferentes elementos según su DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA (DE)
En muchos textos nos dicen que es según su número atómico (Z), esta afirmación puede inducir que la ubicación de los elementos en la tabla periódica no depende de la distribución electrónica
Para determinar la celda de cada elemento, en la cual se asigna su símbolo, hay que definir la columna (vertical) y la fila (horizontal), conocida como período, basados en su distribución electrónica (DE) abreviada
La columna está dada por la “terminación” de la DE
La fila (período),está dada por el máximo coeficiente del subnivel s (coincide con el retén)
Celda
En algunos textos, la fila la particularizan según la terminación de la DE, así:Si termina en el subnivel s su coeficiente es el períodoSi termina en el subnivel p su coeficiente es el períodoSi termina en el subnivel d su coeficiente mas uno es el períodoSi termina en el subnivel f su coeficiente mas dos es el período¿Que ocurrirá cuando termine en g?
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Como las columnas están dadas por la terminación de la DE, en la tabla periódica actual existen 4 zonas:
Zona s con dos columnas: s1 y s2
Zona p con seis columnas: desde p1 hasta p6
Zona d con diez columnas: desde d1 hasta d10
Zona f con catorce columnas: desde f 1 hasta f 14
El orden de dichas zonas (por DE) es s, f, d, p
1s
2s 2p
3s 3p 3d
4s 4p 4d 4f
5s 5p 5d 5f
6s 6p 6d 6f
7s 7p 7d 7f
0 1 2 3ℓ
n
1
2
3
4
5
6
7
2
4
12
20
38
56
88
retenes
DEpara
Herramienta Primero ubicamos los retenes, ya que son los números atómicos conocidos por todos
Z DE abreviada columna fila
2 1s2 s2 1
4 1s…2s2 s2 2
12 1s…3s2 s2 3
20 1s…4s2 s2 4
38 1s…5s2 s2 5
56 1s…6s2 s2 6
88 1s…7s2 s2 7
4f 5d6s 6p
La ubicación de los
retenes es tan
elemental Como
“copiar pegar” o
“Ctrlc Ctrlv”
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Zona f Zona d Zona p
f 1 f 3 f 5 f 6 f 8 f 10 f 12 f14 d1 d3 d5 d7 d9 p1 p2 p3 p4 p5 p6
1
2
3
4
5
6
7
Perí
od
os
o
filas 2
4
12
20
38
56
88
retenes
Por lógica, a la izquierda de cada retén ubicamos el anterior de cada retén,(anti - retén)
1
3
11
19
37
55
87
Anti retenes
Por DE, a la derecha de cada retén ubicamos el posterior de cada retén,(post - retén)
Z DE abreviada columna fila
5 1s…2s2 2p1 p1 2
5
13 p1 31s…3s2 3p1
13
21 d1 41s…4s2 3d1
21
39 d1 51s…5s2 4d1
39
57 f 1 61s…6s2 4f 1
89 f 1 71s…7s2 5f 1
89
P o s t r e t e n e s
Por DE podemos completar con “el que sigue”, (norma de Aufbau)
6 7 8 9 10
14 15 16 17 18
22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118
57
Vemos que en la zona f hay un gran desperdicio de papel, para imprimir “ecológicamente” los tipógrafos recortan las dos filas (tierras raras) y queda una tabla de 18 columnas, conocida como la tabla capicúa en la cual están los elementoscapitales (importantes)
Zona sS1 S2
58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102
de 14x7 = 98 celdas sólo se ocupan 14x2
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Zona d Zona p
1
2
3
4
5
6
7
6
7
f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 f 11 f 12 f 13 f 14
Perí
od
os
o
filas 2
4
12
20
38
56
88
1
3
11
19
37
55
87
5 6 7 8 9 10
13 14 15 16 17 18
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
39 40 41 42 43 44 45 46 47 4849 50 51 52 53 54
71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
103 104 105 106 107 108 109 110 111 112113 114 115 116 117 118
Zona s
p1 p2 p3 p4 p5 p6s1 s2
Z o
n a
f
fila 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102
Lantánidos el elemento Z = 57 es el lantano (La)
Actínidos el elemento Z = 89 es el actinio (Ac)Tierras
raras
Los tipógrafos no saben química o no saben contar, al recortar la Zona f:
algunos cortan del 58 al 71 y del 90 al 103,
Observe que tipo de error posee su tabla periódica
otros cortan del 57 al 71 y del 89 al 103
Uno de los pocos textos que tiene
bien el corte de la zona f es el la
American Chemical Society: “Química un Proyecto de la
ACS”. Editorial REVERTÉ. España
2005
Tabla capicúa
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1
2
3
4
5
6
7
grupos I II III IV V VI VII VII
H
He H
He
3
11
19
37
55
87
9
17
35
53
85
Ne
Ar
Kr
Xe
Rn
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
4
12
20
38
56
88
2
10
18
36
54
86
B
Aℓ
Ga
In
Tℓ
F
Cℓ
Br
I
At
8
16
34
52
84
O
S
Se
Te
Po
7
15
33
51
83
N
P
As
Sb
Bi
6
14
32
50
82
C
Si
Ge
Sn
Pb
5
13
31
49
81
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
71 72 73 74 75 76 77 78 79 80
103 104 105 106 107 108 109 110 111 112
Gases nobleshalógenos Alcalino térreosAlcalinos
Tabla capicúa
1 2 1
notas
s y plas zonas forman los grupos de la tabla periódica y son ocho, se conocen como elementos representativos,
Algunos tienen nombre propio, como
El helio (He), Z = 2, exige estar a la derecha del período 1
El hidrógeno (H), Z = 1 puede estar
a la izquierda del helio o
a la izquierda del período 1
(como volando)
H1
Según el texto: Química un
Proyecto de la ACS
el número del grupo coincide con el número de electrones de valencia
Perí
od
os
o
filas
Zona s Zona p
Z o
n a
f
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Nota: en 1966 Georgii Flerov y otros científicos prepararon el elemento 104 y lo llamaron Kurchatovio, (en honor a un físico nuclear ruso), pero Ghiorso lo había identificado como Rutherforio.
Para evitar disputas políticas y nacionalistas la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) decidió que los elementos posteriores al 103 no podrían llevar nombres relacionados con personas (honoríficos), lugares o cuerpos celestes (geográficos)
Una disputa similar ocurrió entre 1967 y 1970 con el elemento 105 denominado Nielsborio por los soviéticos y Hahnio por los estadounidenses.
Obedeciendo la IUPAC:
La IUPAC estableció un código numérico para identificarlos (nil=0, un=1, bi=2, etc.) y la adición del sufijo “ium”.
El 104 se llama:
El nombre del elemento 111, usando el código numérico sería:
y su símbolo en Unqun-nil-quart-ium ( unilquartium),
El 105 es: y su símbolo en Unpun-nil-pent-ium (unilpentium),
y su símbolo en Uuuun-un-un-ium (unununium),
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Los elementos de la zona d se llaman “elementos de transición” y forman los subgrupos
Se llaman de transición porque algunos de ellos auto modifican su DE haciendo una transición de uno o dos electrones desde el último subnivel s hasta el último subnivel d, generando una DE “excitada”.
d1 d3d2 d4 d6d5 d10d9d7 d8
21 22 23 24 25 26 27 28 29 30
39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
71 72 73 74 75 76 77 78 79 80
103 104 105 106 107 108 109 110 111 112
Fil
a o
pe
río
do 4
6
5
7
Z D.E. normal D.E. excitada Fila # de e- transferidos.
24 Cr 1s . . .4s2 / 3d4 1s . . .4s1 / 3d5 4 1
29 Cu 1s . . .4s2 / 3d9 1s . . .4s1 / 3d10 4 1
41 Nb 1s . . .5s2 / 4d3 1s . . .5s1 / 4d4 5 1
42 Mo 1s . . .5s2 / 4d4 1s . . .5s1 / 4d5 5 1
43 Tc 1s . . .5s2 / 4d5 1s . . .5s1 / 4d6 5 1
44 Ru 1s . . .5s2 / 4d6 1s . . .5s1 / 4d7 5 1
45 Rh 1s . . .5s2 / 4d7 1s . . .5s1 / 4d8 5 1
46 Pd 1s . . .5s2 / 4d8 1s . . .5s0 / 4d10 5 2
47 Ag 1s . . .5s2 / 4d9 1s . . .5s1 / 4d10 5 1
77 Ir 1s . . .6s2 / 4f145d7 1s . . .6s0 / 4f145d9 6 2
78 Pt 1s . . .6s2 / 4f145d8 1s . . .6s1 / 4f145d9 6 1
79 Au 1s . . .6s2 / 4f145d9 1s . . .6s1 / 4f145d10 6 1
Estos son los
elementos que
presentanmodificación
De la DE
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La equivalencia entre las columnas de la zona d y los grupos B, se dan en la siguiente tabla
algunos autores a los subgrupos los llaman grupos B, pero esta denominación además de no poseer lógica constructiva no aporta información inductiva deductiva que merezca aplausos
La comparación anterior es para interpretar las tablas periódicas tipográficas.
d1 d3d2 d4 d6d5 d10d9d7 d8 Fin de la DE
Grupos BI IIIII IV V VI VII VIII VIII VIII
ilógico ilógico ilógico
Justificación del porque la denominación de grupos B no posee una estructura lógica
No es lógico iniciar con tres patinan De 8 no sigue 1
Propiedades periódicas
Existen unas propiedades de los elementos que varían al recorrer la tabla periódica horizontalmente (en los períodos) o verticalmente (en los grupos)
La mas importante de estas propiedades es la electronegatividad (EN), ya que es la base para analizar las otras propiedades.
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Los elementos de baja EN tienden a perder electronesy adquieren carga positiva y se clasifican como
2
3
4
5
6
Electronegatividad (EN)
Indica la fuerza con la cual el núcleo atrae los electrones de valencia, existen varias escalas de valores de EN arbitrariamente establecidas, la mas divulgada es la escala de Linus Pauling que posee para el flúor un valor máximo de 4.0 y para el Francio un valor mínimo de 0.7
F
Fr
Mayor ENPeriódicamente la EN aumenta del Fr al F
En los períodos aumenta de izquierda a derecha
En los grupos aumenta de abajo a arriba
Los elementos de alta EN tienden a ganar electrones y adquieren carga negativa y se clasifican como no metales
metales
Los no metales se encuentran en la parte superior derecha de la tabla, y son
grupos
B F
Cℓ
Br
I
At
O
S
Se
Te
C
Si
N
P
As
Fila o
perí
od
o
+M
nM-
Menor EN
III IV V VI VII VII
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todo lo contrario a la propiedad anterior
Carácter metálico (CM)Es la tendencia que tiene un elemento para perder sus electrones de valencia, el francio posee alto carácter metálico por posee baja EN y el flúor posee bajo carácter metálico por poseer alta EN
F
Fr
Menor CM Periódicamente el CM aumenta del F al Fr
En los períodos aumenta de derecha a izquierda
En los grupos aumenta de arriba a abajo
Carácter no metálico (C nM)
Tamaño atómico (TA)
Es la medida del radio de la esfera que contiene la nube electrónica del elemento. El flúor por poseer alta EN atrae con mas fuerza los electrones de valencia y es mas “compacto” posee menor tamaño atómico, el francio: lo contrario
F
Fr
Menor TAPeriódicamente el TA aumenta del F al Fr
En los períodos aumenta de derecha a izquierda
En los grupos aumenta de arriba a abajo
Mayor CM
Mayor TA
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Potencial de ionización (PI)
Es la energía requerida para quitarle un electrón a un átomo.El flúor por poseer alta EN atrae con más fuerza los electrones de valencia , se requiere más energía para quitarle un electrón. Posee mayor potencial de ionización, el francio: lo contrario
F
Fr
Mayor PIPeriódicamente el PI aumenta del Fr al F
En los períodos aumenta de izquierda a derecha
En los grupos aumenta de abajo a arriba
Observe que para poder predecir como varía Una propiedad periódica entre dos elementos Ellos deben estar ubicados en una diagonal principal, porque la propiedad aumenta y aumenta o disminuye y disminuye
B
A
Diagonal principal
Si están en una diagonal secundaria, la propiedad disminuye y aumenta o aumenta y disminuye lo que no permite predecir la variación de la propiedad periódica
Los elementos del grupo VIII no se tienen en cuenta para análisis de propiedades periódicas, son “inertes”, (están fuera de concurso)
Menor PI
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Los elementos del grupo VIII cumplen la norma del octeto y poseen distribución electrónica estable, no tienden a ganar ni a perder electrones, por esto se conocen como elementos inertes o nobles
Los elementos representativos tratan de ganar o perder electrones para adquirir la configuración electrónica del gas noble mas próximo a ellos formando iones isoelectrónicos (igual número de electrones) con dicho gas noble Estos iones poseen una carga característica (típica), dependiendo del grupo al cual pertenece el elemento, así:
Los metales alcalinos tienden a perder un electrón originando iones de carga +1
Los metales alcalino térreos tienden a perder dos electrones originando iones de carga +2
Los halógenos tienden a ganar un electrón originando iones de carga - 1
Los anfígenos (grupo VI) térreos tienden a ganar dos electrones originando iones de carga - 2
En estado libre, son diatómicos (X2): O, N, H y los halógenos
El enlace formado entre no metales se conoce como enlace covalente y las cargas son aparentes, los electrones se comparten
El enlace formado entre no metal y metal se conoce como enlace iónico y las cargas son reales, los electrones se transfieren
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Ilustraciones:Para los siguientes elementos hipotéticos, determinar su número atómico
si de ellos conocemos:
A está en el período 4, columna d7.
Procedimiento: como pertenece al período 4, (el período está dado por el máximo coeficiente del subnivel s),su DE va desde 1s hasta el retén 4s
Este ejercicio puede llevar a equivocaciones a quienes crean que la DE va desde:
van 20e-
y continuamos la DE hasta el siguiente d7, ( la terminación de la DE nos confirma la columna), así: 1s … 4s /3d7
R/
Van 20e-
el número atómico de A es 20 + 7 = 27
1s … hasta 4d7
Quien cometa este error está cambiando la definición de período.
1s … 5s/ 4d7
van 38e-
el número atómico sería 45, pero este elemento está en el período 5
o sus coordenadas son (d7, 4)
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B está en el período 6, columna f10.
Procedimiento: como pertenece al período 6, (el período está dado por el máximo coeficiente del subnivel s),su DE va desde 1s hasta el retén 6s van 56e-
y continuamos la DE hasta el siguiente f10, ( la terminación de la DE nos confirma la columna), así:
1s … 6s /4f10
Van 56e-
el número atómico de B es 56 + 10 = 66
sus coordenadas son (f10, 6)
Si cambia la definición de período, cree que la DE termina en 6f10
R/
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C si gana tres electrones queda “isoelectrónico” con el gas noble del período 5
Procedimiento:
isoelectrónico significa: - iso (igual), electrónico (electrones) - que cuando el elemento gana tres electrones queda con el mismo número de electrones del gas noble del período 5
Vamos a determinar cuántos electrones tiene el gas noble del período 5. Su DE va desde 1s hasta el retén 5s van 38 e-
y continuamos la DE hasta el siguiente p6, (los gases nobles son los del grupo VIII, columna p6)
C después de ganar 3e- queda con 54e-,
1s … 5s /4d10 5p6
van 38e-
El número atómico del gas noble es: 38 + 10 + 6 = 54
por lo tanto él tenía 51e-
(isoelectrónicos)
R/ el número atómico de C es 51 Su DE es: 1s … 5s /4d10 5p3
van 38e-
(p3,5)
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D está en el período 6, columna p4.
Procedimiento: como pertenece al período 6, (el período está dado por el máximo coeficiente del subnivel s),su DE va desde 1s hasta el retén 6s van 56e-
y continuamos la DE hasta el siguiente p4, ( la terminación de la DE nos confirma la columna), así:
R/
Van 56e-
el número atómico de D es 56 + 14 + 10 + 4 = 84
sus coordenadas son (p4, 6)
1s … 6s /4f14 5d106p4
E es el halógeno del período 3
Vamos a determinar cuántos electrones tiene el halógeno del período 3. Su DE va desde 1s hasta el retén 3s van 12 e-
y continuamos la DE hasta el siguiente p5, (los halógenos son los del grupo VII, columna p5) 1s … 3s /3p5
van 12e-
El número atómico de E es: 12 + 5 = 17
(p5,3)
R/
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F es el metal alcalino del período 7
Vamos a determinar cuántos electrones tiene el metal alcalino térreo del período 7. Su DE va desde 1s hasta el retén 7s2 van 88 e-
la DE termina en s1, (los alcalino son los del grupo I, columna s1)
R/ el número atómico de F es 88 - 1
G está en el período 3, y posee cinco electrones de valencia
Procedimiento: como pertenece al período 3, (el período está dado por el máximo coeficiente del subnivel s),su DE va desde 1s hasta el retén 3s van 12e-
y continuamos la DE hasta el siguiente p3.
1s … 3s /3p3
Van 12e-
el número atómico de G es 12 + 3 = 15
Por poseer cinco electrones de valencia está en el grupo V, columna p3 (el número de electrones de valencia y el grupo coinciden), así:
1s … 7s1 (s1,7)
(p3,3)
R/
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I.Q. Luis Fernando Montoya V.
Los iones H2-, I1+ son isoelectrónicos con J1- y el número atómico de J es 53
Iniciamos el análisis con el elemento J, ya que de él conocemos su número atómico
J posee 53 electrones
Para J ser ión de carga -1 gana un electrón J1- posee 54 electrones
Los iones H2-, I1+ y J1- poseen 54 electrones por ser isoelectrónicos
H gana dos electrones para ser el ión H2- y queda con 54 electrones
H tenía 52 electrones el número atómico de H es 52
I pierde un electrón para ser el ión I1+ y queda con 54 electrones
I tenía 55 electrones el número atómico de I es 55
1s … 5s /4d10 5p4
van 38e-
Su DE es: (p4,5)
1s … 5s /4d10 5p66s1Su DE es: (s1,6)van 38e-
van 38e-
1s … 5s /4d10 5p5Su DE es: (p5,5)
R/
R/
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Ubicar los anteriores elementos hipotéticos en una tabla periódica
1s 5s /4d10 5p5 (p5 ,5)1s 5s /4d10 5p66s1 (s1 ,6)1s 5s /4d10 5p4 (p4 ,5)1s 3s /4p3 (p3 ,3)
ABCDEFGHIJK
Z2766548417871552555318
1s 4s /3d7 (d7 , 4)1s 6s /4f10 (f10, 6)1s 5s /4d10 5p3 (p3 ,5)
(p4 , 6)1s 6s /4f14 5d106p4
1s 3s /3p5 (p5 ,3)1s 7s1 (s1 ,7)
Zona f Zona d
1
2
3
4
5
6
7
s1 s2 p5 p6p1 p2 p3 p4f1o d7
I II III IV V VI VII VIII
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
Los números cuánticos del último electrón del elemento K son: 3,1,1.-½
El último e- esta en 3p n = 3 y ℓ = 1 3p? y está en el orbital m = 1 Con ms = -½
Con la “radiografía” tenemos:
m =-1 m =0 m =+1
1º 2º 3º4º 6ºúltimo
5º 3p6 1s … 3s /3p6
van 12e-
(p6,3)
1s 3s /3p5 (p6 ,3)
K
el número atómico de K es 18R/
n, ℓ,m. ms
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Tenemos:
3
4
5
6
7
s1 s2
I II
p5 p6p1 p2 p3 p4
III IV V VI VII VIII
A
B
C
D
E
F
G
H
I
J
K
Cual elemento posee mayor EN
> EN, PI, CnM < TA, CM
Cual elemento posee mayor PI
Cual elemento posee mayor TA
Cual elemento posee mayor CM
Cual elemento posee mayor CnM
Entre ellos cuales forman enlace covalente
Entre ellos cuales forman enlace iónico
Entre C y D cual posee mayor EN
K no participa de propiedades
periódicas es un gas noble o inerte
R/
R/
R/
R/
R/
R/
R/
R/
E
E
F
F
E
Entre G,E,H,J
I;F;B;A,C,D con G,E,H,J
No se sabe, están en diagonal secundaria
