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Una Visión Íntima de La Materia
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Objetivos:Conocerloscomponentesfundamentalesdeltomo.InterpretarsmbolosnuclearesInterpretarladistribucinenergticaennivelesysubniveles.Escribirconfiguracioneselectrnicas.Interpretarlosconceptosdemasasatmicasymoleculares.Utilizarlosconceptosanterioresenclculo.Deducirlaubicacindeelementosenlatablaperidicadeacuerdoasuconfiguracinelectrnica.Comprenderlavariacinperidicadelaelectroafinidad,elpotencialdeionizacin,elradioatmicoylaelectronegatividad.
I.ESTRUCTURAATMICAEltomoeslapartculamspequeadeunelementoqumicoquemantienesuidentidadatravsdecambiosfsicosyqumicos.Lostomosestnconstituidosporunncleoyunacortezaelectrnica.Enelprimeroseencuentranpartculascargadaspositivamente,llamadasprotonesypartculasneutrasllamadasneutrones.Enlasegunda,seencuentranpartculascargadasnegativamente,llamadoselectrones.Debidoalaextremapequeezdelostomos,sumasanopuedeserdeterminadamedianteelusodeinstrumentoalguno,yparapodermensurarlas,seideunaunidadacorde:launidaddemasaatmicaouma,quesedefinecomo1/12delamasadeltomode12C,yequivalea1,67x1024g.Laspropiedadesyubicacindelaspartculassubatmicasfundamentalesseencuentranresumidasenelsiguientecuadro:
Partcula(smbolo)
Ubicacin Masaaproximada(uma)
Carga(escalarelativa)
protn(pop+) Ncleo 1 +1neutrn(nono) Ncleo 1 0electrn(e) Corteza 1/1800 1
TablaI.1PartculasfundamentalesdelamateriaEltomoconsisteenncleospositivamentecargados,muypequeosydensos,rodeadospornubesdeelectronesadistanciasdelncleorelativamentegrandes.
Elncleoatmico,debidoalapresenciadelosprotones,estcargadocontantascargaspositivascomoprotonesposea,yprcticamentelatotalidaddelamasadeltomoestcontenidaenl.Enlacortezaelectrnicaseencuentran
EstructuraatmicaNcleoatmico:Nmeroatmico.Nmeromsico.Smbolonuclear.IstopoCortezaElectrnica:Principioscunticos.IonesMasaatmicaTablaPeridica:PropiedadesPeridicasRadioatmico.EnergadeIonizacin.Afinidadelectrnica.ElectronegatividadPROBLEMASCAPITULOIEJERCICIOSINTERACTIVOS
tantoselectronescomoprotoneshayaenelncleo,dandoasuntomoelctricamenteneutro.Loselectronessedistribuyenalrededordelncleoysonlosqueintervienenenlasreaccionesqumicas.Elradiodeunncleoatmicoesde1013a1012cmaproximadamente.Losradiosdelostomossonaproximadamentedelordende108cm(1)(:Amstrong),estoes,casi100.000vecesmayoresporlocualeltomodebetenerunaestructurarelativamente"vaca".
1=1010m=108cm1nm=109m=107cm1pm=1012m=1010cm
Ncleoatmico
NmeroatmicoElnmeroatmicodeunelementocorrespondealnmerodeprotonesquecontienecadaunodesustomos.SeidentificaconlaletraZ.Enbaseaestenmeroseubicanloselementosenlatablaperidica.Zdefinealelemento.Acadatomoconunnmeroatmicodeterminadoseleasignaunsmboloporelcualseloreconoce.Enotraspalabras,lostomosdelmismoelementotendrnigualZ,ylosdeelementosdiferentes,diferenteZ.
Porejemplo:Z=11correspondealelementoNaAlelementoFelecorrespondeelZ=26
NmeromsicoElnmeromsicodeuntomosedefinecomolasumadelnmerodeprotonesydeneutronesqueposeeyserepresentaconlaletraA.LavinculacinentreAyZestdada:A=Nmerodeprotones+NmerodeneutronesA=Z+NmerodeneutronesDebidoaquelaspartculasnuclearessonlasqueposeenmasaapreciable,siendoladecadaunadeellasdeaproximadamente1uma,elnmerodeestaspartculasdalamasadeltomoexpresadoenumas.Porejemplo:UntomodelelementoK(potasio)posee19protonesy20neutrones,loquedeterminaqueA=39ylamasaatmicaser39umas.
SmbolonuclearSerepresentaaltomoconelsmbolodelelementoquelecorrespondealaizquierdayarribadelsmboloseescribeelnmeromsico(A)yalaizquierdayabajosecolocaelnmeroatmico(Z).
AXZ
siendoXelsmbolodelelemento
Ejemplo: 37Cl17
significaqueesetomodecloroposeeensuncleo17protones,y3717=20neutrones.Porserunaestructuraneutra,tendr17electronesenlacortezaelectrnica.
Istopos
Son tomos que poseen igual nmero de protones y diferente nmero deneutrones,esdecirquesontomosdelmismoelementoydediferentenmerodeneutrones,oenotraspalabras,deigualZydediferenteA.
Porejemplo:14C6
12C6
Muchoselementosexistenenlanaturalezaformandovariosistoposaunquenormalmenteunodeellosesmsabundantequeelresto.EnlaFiguraI.1semuestraelejemplocorrespondientealNe:
Porejemplo:ElelementoHconstade3istopos:1H1
2H1
3H1
Quparticularidadleencuentraalprimerodeellos?
Abundanciaisotpica:Indicalafraccindelnmerototaldetomosdeunciertoistopoconrespectoaltotaldelamuestra.EnelCarbononatural,laabundanciadel12Cy13Csonrespectivamente98,9%y1,1%.Estoquieredecirquedecada1000tomosdeCconsiderados,989poseenunamasade12umasy11deellos,poseenunamasaatmicade13.Conociendolamasaylaabundanciadecadaistoposepuedecalcularlamasaatmicadecadaelemento:
dondemieslamasadeundeterminadoistopoyAsuabundancia.
Porejemplo:
Inversamente,puedecalcularselaabundanciaisotpicaconociendolamasaatmicadelelementoyladesusistoposcomponentes.
CortezaElectrnica
Parapodercomprenderporqulostomosseenlazandeunadeterminadamanera, o por qu distintos elementos tienen propiedades fsicas y qumicasdiferentes,esnecesarioaprenderalgosobreladistribucindeloselectronesenlostomos.
La teoradeestasdistribucionessebasaengranmedidaenel estudiode la luzemitida o absorbida por los tomos. Luego veremos como se distribuyen loselectronesycomprenderemos,porlotanto,elordenamientodelatablaperidicayelenlacequmico.
Cuandolostomossonexcitadoselctricaotrmicamenteycesaestaexcitacin,emitenunaradiacin.Siestaesdispersadaporunprismaydetectadaporunaplacafotogrfica,serevelanlneasobandas.Alosconjuntosdeestaslneasselosdenominaespectrosdeemisinatmica.Cadalneaespectralcorrespondea
unacantidaddeenergaespecficaqueseemite(FiguraI.2yI.3).
FiguraI.2EspectrodelHidrgeno
FiguraI.3:Estosespectrosidentificandiferenteselementos
NielsBohren1913supusoenbaseaestosespectrosquelaenergaelectrnicaestcuantizadaesdecirqueloselectronesseencuentranenrbitasdiscretasyqueabsorbenoemitenenergacuandosemuevendeunarbitaaotra.Cadarbitacorrespondeasaunniveldeenergadefinidoparacadaelectrnycaracterizadoporunnmero(n)llamadonmerocunticoprincipal.Cuandounelectrnsemuevedeunniveldeenergainferioraunosuperiorabsorbeunacantidaddeenergadefinidaycuandovuelveacaerasuniveldeenergaoriginalemitelamismacantidaddeenergaqueabsorbi.Laenergadeesaradiacinestdadapor:
E=h
dondeheslaconstantedePlanckcuyovalores6,63x1027ergxseg,yes lafrecuenciadelaradiacin=c/,cvelocidaddelaluz,eslalongituddeonda
Porlotanto,E=hc/
FiguraI.4Energaabsorbidayemitidaporeltomo
Al nmero n que designa un nivel energtico se lo llamanmerocunticoprincipal.Elnmeromximodeelectronesnopuedesersuperiora2n2.No todos los electrones que pertenecen a un mismo nivel poseen lamismaenerga.
I.2.Principioscunticos
Loscorpsculosdemasamuyexiguacomoloselectrones,nosiguenlasleyesdeladinmicanewtoniana,nitampocolasleyesdelaelectrodinmicaclsicaqueexplicalasinteraccionesdelascargasenmovimiento.Seprecisannuevosprincipios,losdelamecnicacuntica.
Elprimerprincipiodelamismaesquenopuedeencontrarseunelectrnentredosnivelesenergticos,esdecir,noexisteningnelectrncuyaenergaseaintermediaentredosnivelesdeenerga.
Estosnivelesdeenergaseenumerandandoalmscercanoalncleoelnmero1,alinmediatosuperiorelnmero2,alnivelsiguienteelnmero3.Alnmeronquedesignaunnivelenergticoselollamanmerocunticoprincipal,ypuedetomarcualquiervalorenteroypositivo.
Elsegundoprincipioexigequeelnmeromximodeelectronesenunnivel(poblacinelectrnica)nopuedesersuperiora2n2.
Asparaelniveln=1,podrtenercomomximo2electrones,elniveln=2tendr8.Calculecuntoselectronesseencontrarncomomximoenlosnivelesenergticosn=3,4y5.
Viendolosespectrosdeemisindeelementosconmsdeunelectrnsevequecadanivelenergticosecomponedevariossubnivelesntimamenteagrupados,esdecir,notodosloselectronesquepertenecenaunamismonivelposeenlamismaenerga.
Elnmerodesubnivelesdeunnivelenergticoesigualalnmerocunticoprincipaldeeste.Talessubnivelessedesignandediferentesmaneras:elsubniveldemenorenergadecadacapasesimbolizaconlaletrasylossucesivos,cadavezdemayorenergaconlasletrasp,dyf.Lossubniveless,p,dyfpuedencontenercomomximo2,6,10y14electronesrespectivamente.
FiguraI.5:Nivelesdeenergadelhidrgeno.Laslneasespectralescorrespondenalaenergaliberadaaldescenderloselectronesdeunniveldeenergasuperioraunoinferior.
FiguraI.6:Energasrelativasdenivelesysubniveles.Cadacuadrado,queenestafigurarepresentaunsubnivel,puedecontenercomomximo2electrones,quedando2electronesparalossubniveless,6paralosp,10paralosd.Lossubnivelesstienenmenorenergaquelosddelnivelanterior(4stienemenorenergaque3d),unavezcompletadoelnivelseinviertenlossubnivelesquedandoconmenorenergaelsubniveld.
Ntesequecompletadoelsubnivel3pelsiguienteelectrnseubicarenel4senlugardel3d,porposeermenorenerga.Amedidaquelostomossevanhaciendomscomplejoselnmerodeentrecruzamientosaumenta.Aligualqueeslimitadoelnmerodeelectronesqueadmiteunnivelprincipal,loestambinelquecontienelossubniveles.Comovemoseneldiagramaelsubnivelsadmiteslohasta2electrones,elpadmite6,eldadmite10yelfadmite14.Ladistribucinelectrnicaquedescribimosparacadatomosedenominaconfiguracinelectrnicadelestadofundamental.Estocorrespondealtomoaisladoensuestadodemenorenergaonoexcitado.Veremoslaconfiguracinelectrnicaenelestadofundamentaldeltomodesodio,Z=11.Loselectronessevanubicandoenelsubnivelenergticodemenorenergadisponibleunavezcompletadocadasubnivelcomienzaallenarseelinmediatosuperiorlaflecharepresentaunelectrnylosnmerosindicanelordendellenado.
Laconfiguracinelectrnicasedescribemediantelanotacinqueseindicaenlafiguradeladerecha
Enelejemploanterior,laconfiguracinelectrnicaes1s22s22p63s1
estoes2electronesenelsubnivel1s,2enelsubnivel2s,6electronesenelsubnivel2py1electrnenelsubnivel3s.
I.3.Iones
Lasestructurascargadaspositivamenteonegativamentesedenominaniones:
Concargapositiva:cationes.Concarganegativa:aniones.
Cuandodosomstomosseacerquensernloselectroneslosqueinteraccionandebidoaqueformanlacortezadeltomodeesemodo,puedeocurrirqueloselectronesseantransferidosdeuntomoaotro(comodiscutiremosmsadelante).
Siuntomoneutrocaptaunoomselectrones,stosnopodrnserneutralizadosporlacargadelncleo,porloquelaestructuraadquirircarganegativa,transformndoseenunanin.
Siuntomoneutrocedeunoomselectrones,prevalecerlacarganuclearylaestructuraadquirircargapositiva,transformndoseenuncatin.
Mecnicacuntica
Actualmente,eltomoesdescriptomedianteunmodelomatemtico,quepormediodeladenominadaecuacindeondadeSchrdingerincorporalaspropiedadesondulatoriasdelelectrn.Estaecuacinllegaaunaseriedesolucionesquedescribenlosestadosdeenergapermitidosdelelectrn.Estassolucionessedenominanfuncindeonda,yselassuelesimbolizarporlaletrapsi(y).LasenergaspermitidassonlasmismasquesurgendelmodelodeBohr,aunqueenesteltimo,sesuponequeelelectrnestenunarbitacircularalrededordelncleoconradiodefinido.Enelmodelodelamecnicacuntica,noestansencillodescribirlaubicacindelelectrn,msbiensehabladelaprobabilidaddequeelelectrnseencuentraendeterminadaregindelespacioenuninstantedado.Elcuadradodelafuncindeonda,y2,enunpuntodadodelespacio,representalaprobabilidaddequeelelectrnseencuentraenesaubicacin.Porestarazn,y2sedenominadensidaddeprobabilidad.Otraformadeexpresarlaprobabilidadesladensidadelectrnicalasregionesdeprobabilidadelevadadeencontraralelectrnsonregionesdedensidadelectrnicaalta.
II.MASAATOMICA
Existentresformasdeexpresarlamasaatmica,yellasson:
Masaatmicarelativaosimplementemasaatmica (M.A.R.oM.A.)quees unnmeroadimensionalqueexpresacuntasvecesmayores lamasadeuntomoque lauma.As,siuntomoposeeunaM.A.de30, indicaqueesetomo tieneunamasa 2,5 vecesmayor que la del tomo de 12C. Estos valores se obtienencomopromediodelasmasasdelosistoposcomponentes.
Masaatmicagramoomasadeltomogramoosencillamentetomogramo:eslamasadeunmoldetomos.ElmoleslaunidadfundamentaldelSistemaInternacionaldecantidaddemateria,yserefierealacantidaddemateriacontenidaenelnmerodeAvogadrodepartculas(iones,molculas,electrones,etc.,enestecasoserefiereatomos).ElnmerodeAvogadroes:6,023x1023.
Esconvenientehaceralgunasreflexionessobrelasasombrosaspotenciasdebase10,utilizandoalgunosejemplos:
ElreadeAmricadelSures1,8x107Km2. La distancia de la Tierra a la Luna expresada en metros tiene una potenciasolamentede8.Msexactamentesuvaloresde3,8x108m.CalculelossegundosquehantranscurridodesdeelnacimientodeCristohastaelmomento actual y exprselo en notacin cientfica. Con toda seguridad sesorprenderdelvalorobtenido.Repitaelmismoclculoapartirde2.000aosA.C.Elsistemasolarexistecomotalhacecercade1,5x105 terasegundoso 1,5 x1017segundos.Calculeacuntosaoscorresponden.
Ahoraestamosencondicionesdecomprender,oalmenosintentarcomprender,lamagnitud del nmero de Avogadro. La masa de un tomogramo se obtienesimplementeaadiendolaunidad"gramo"alaM.A.
Masaatmicaabsoluta:es lamasarealdeuntomo,yseobtienesimplementeaadiendolaunidad"uma"alaM.A.Comolaumaesunaunidaddemasa,puedecalcularsesuequivalenciaconcualquierotraunidaddemasa.Calculemossuequivalenciaengramos:
VimosanteriormentequelaM.A.12C=12,dedondepodemosconcluirquelamasadeuntomogramoserde12g,ypodremosefectuarelsiguienteplanteo:
6,023x1023tomosC........................12g1tomoC............................................x
Introduciendoestevalorenladefinicindelauma:
1uma=1/12masadeltomodeC12
ResumiremosestasunidadesutilizandocomoejemploalZn,cuyaM.Aextradadelatablaperidicaes65,4(recordemosqueestevalorpuedeserfraccionario,adiferenciadelnmeromsico,debidoaquelaM.A.seobtienecomopromediodelosistoposnaturalesdelostomosqueconstituyenadichoelemento).
Valor Serefierea:MA 65,4 1tomoMAA 65,4umas=1,09x10
221tomo
MAGo
masadeltomogramo
65,4gs. 1moldetomos=
6,023x1023tomos
Ejerciciosresueltos:
1.CuntostomosdeNhayen2,8gdelmismo?
M.A.:14Masadeltomogramo:14g
14gdeN.........................6,023x1023tomos
2,8gdeN.........................x=1,20x1023tomos
2.Culeslamasa,expresadaengyenumade3,5x1020tomosdeN?
a)BasndonosenlaM.A.Absoluta:
1tomoN...........................14uma3,5x1020tomosN............x=4,9x1021uma
1uma.........................1,66x1024g4,9x1021uma............x=8,13x103g
b)Basndonosenlamasaatmicagramo:
6,023x1023tomosN..............14g3,5x1020tomosN.................x=8,13x103g
1,66x1024g................1uma8,13x103g...................x=4,0x1021u
3.CuntostomogramosdeNseencuentranpresentesen5,6mgdeN?
14gdeN.......................1tomogramoN
5,6x103gdeN..........x=4x102tomogramosdeN
III.TABLAPERIDICA
Laspropiedadesdeloselementossonfuncionesperidicasdesusnmerosatmicos.Esta"ley"esunpostuladoamplioquetodavatienemuchautilidadcomobaseparalasgeneralizacionesycomparacionesdelcomportamientoqumico.LosqumicosdetodoelmundoconcuerdanenquelaLeyPeridicaexpresarelacionesbiencaracterizadasdelaspropiedadesqumicasydelasestructurasdelostomos.
III.1.TablaPeridicamoderna
Lastablasperidicasmodernassebasanenladistribucinelectrnica,queeslaquedeterminalaspropiedadesfsicasyqumicasdeloselementos.Losrasgosfundamentalessonelordenamientodeloselementosdeacuerdoasunmeroatmicocrecienteyelhechodequelosdepropiedadessimilaressehallenunosdebajodeotrosencolumnasverticales.
Alassecuenciasverticalesselasdenominagrupos,yenellosseubicaaloselementosdeconfiguracinelectrnicasimilar.TradicionalmentesedesignanconnmerosromanosdelIalVIIIyletrasAoB,aunquelaIUPAC(Unininternacionaldequmicatericayaplicada)en1989establecielusodenmerosarbigosdel1al18ynollevanletra.Alolargodeltextoseindicarlanomenclaturamodernaentreparntesis.Lassecuenciashorizontalessedenominanperodosysenumeranempezandoporarriba.Encadaperodoseubicanloselementoscuyostomosposeentantosnivelesenergticosocupadoscomonmerodelperodo.As,elelementodeZ=3tendr3edistribuidos:1s22s1tiene2nivelesocupados(elprimerocompletoyelsegundono)porlotantoseencontrarenelperodo2.
Latablaperidicapresenta3zonaslascualesestndivididaspormediodetrazosmsgruesos:metales,nometalesygasesnobles(FiguraI.7).Sibienlaclasificacinnoesestricta,loselementosqueseencuentranalaizquierdadelatablapresentancaractersticasdemetales:sonbuenosconductoresdelcalorydelaelectricidad,songeneralmenteslidosatemperaturaambiente,etc.Estaspropiedadesderivandelalabilidadelectrnica,loquedeterminasutendenciaaformarcationes.Loselementossituadosenlapartesuperiorderechadelatablasonnometalesconpropiedadesopuestasaloselementosanteriores.Elhidrgeno,poseeunaubicacinincierta,yaqueporalgunasdesuspropiedadesdeberaincluirseconlosnometales,peroporsuconfiguracinelectrnicaylacapacidaddeoriginariones+1,tambinpodraubicrseloalaizquierdadelatabla.Latercerazonacorrespondealaltimacolumnadelatabla:losgasesnobles.Estoselementosseconsideranungrupoaparteporserelementosquepresentanunaestabilidadespecialyquenosuelencombinarseconotros.
FiguraI.7TablaPeridicadelosElementos
Por otro lado, de acuerdo a su configuracin electrnica, la tabla presenta 3tiposdeelementos(FiguraI.8):
Porotro lado,deacuerdoasuconfiguracinelectrnica, la tablapresenta3 tiposdeelementos(FiguraI.8):
1)LoselementosrepresentativosqueestnubicadosenlosgruposdesignadosconlaletraA.Elconceptodeelementorepresentativoestrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesalossubnivelessypdelltimoniveldelostomos.Encadagruposeubicanloselementoscuyostomosposeenenelltimoniveligualnmerodeelectronesquenmerodegrupoas,unelementodelgrupoVA(15)tendr5eexternos.Algunosgruposrecibendenominacinespecial,aselIA(1),sellamagrupodelosalcalinos,elIIA(2),delosalcalinotrreos,elVIIA(17),deloshalgenos,yelVIIIA(18),delosgasesnobles.
2)LaseccinmediadelaTablacomprendeloselementosqueinterrumpenlaseriederepresentativos.Laprimerainterrupcinescausadapor10elementosyocurreenelcuartoperodoentrelosGrupos2y3,esdecir,entreelCalcioyelGalio.Tambinhay10elementosqueconstituyenlatransicinentrelosGrupos2y3,apartirdelcuartoperodo.Aestosgruposdeelementosselesllamaelementosdetransicin(T).Encomparacinconlosrepresentativos,laprogresindepropiedadesqumicasdeloselementosdetransicinesmenosnotoria.Porlotanto,sepuededecirqueloselementosdetransicinconstituyen,desdeelpuntodevistaqumico,ungrupomuchomshomogneoqueeldelosrepresentativos.Elconceptode"elementosdetransicin"estrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesalossubnivelesddelaanteltimarbitadelostomos.
3)LaseccininferiordelaTablacomprendeloselementosqueinterrumpenlaseriedeelementosdetransicin.Elmayorescolloacercadeestoselementosradicabaenquealsermuysimilares,resultdifcilcaracterizarlos,separarlosydeterminarcuntoseran,esdecir,hubonecesidaddeasegurarsedequealgunosdeestos"elementos"nofueranmezclasdeotros.Aestaserieseledioelnombredeelementosdetierrasrarasolantnidos(lapalabra"tierras"seuscomosustitutodexidos).Muchodespussesupoquelosquinceelementosquesiguenalradioenelsptimoperodoconstituyenunaserieanlogaysusmiembrosrecibieronelnombredetierrasraraspesadasoactinoides.Enconjunto,lasdosseriessedenominanelementosdetransicininterna.Elconceptode"elementosdetransicininterna"estrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesenlossubnivelesfdelantepenltimonivelocupadodelostomos.Seconsideraquelosactinoidessonunainterrupcindeloselementosdetransicindelperodosiete.
Elconceptodeelementorepresentativoestrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesalossubnivelessypdelltimoniveldelostomos.
Elconceptode"elementosdetransicin"estrelacionadoconlaadicin
progresivadeelectronesalossubnivelesddelaanteltimarbitadelostomos.
Elconceptode"elementosdetransicininterna"estrelacionadoconlaadicinprogresivadeelectronesenlossubnivelesfdelanteltimonivelocupadodelostomos.
FiguraI.8:ElementosRepresentativos,deTransicinydeTransicinInterna
III.2.PropiedadesPeridicas
III.2a)Radioatmico
Confrecuenciasepiensaquelostomossonobjetosesfricosconlmitesbiendefinidos.Sinembargo,unaconclusinobtenidadelamecnicacuntica,esqueeltomonotienelmitesdefinidosquedeterminensutamao.Ladistribucindeladensidadelectrnicadisminuyelentamentealaumentarladistanciaalncleo,aproximndoseaceroagrandesdistancias.Elradioatmicoesdifcildedefinirparauntomoaislado,sinembargo,enelcasodequedostomosseunanentres,comoCl2oBr2,puededefinirseelradioatmicocomoelradiodeunaesferaquetienelalongituddeenlacecuandolasesferassetocanentres.
Losmtodosdemedidadelmismosonindirectosynonosdetendremosenellosperoesimportanteverlaperiodicidaddeestos.Puedendeducirsealgunastendenciasdelavariacindeltamaoatmicoenlatablaperidica:
a)Sisedesciendeenungrupo,elradioatmicotiendeaaumentar.b)Aldesplazarsedederechaaizquierdaenunperodoelradiotiendeaaumentar.
Estasreglassonelresultadodedosfactores:elnmerocunticoprincipaldelnivelmsexternoylacarganuclearefectivaqueactasobresuselectrones.Alaumentarelprimerodelosfactoresydisminuirelsegundo,elradioatmicosermayor.Lacarganuclearefectivaexperimentadaporunelectrnenunniveldeenergaexternoesmenorquelacarganuclear.Estosedebeaqueloselectrones
queocupanlosnivelesdeenergainternosapantallanoescudanalncleodeloselectronesmsexternos,produciendounadisminucindelacarganuclearrealyportantolafuerzadeatraccin.Descendiendoenungrupo,seproduceelaumentodelradioatmicodebidoaqueaumentaelnmerodenivelesocupadosysimultneamentedisminuyelacarganuclearefectivaporaumentodelefectodeapantallamiento.Movindonosdeizquierdaaderechaenunperodo,seproduceunadisminucindelradioatmicoyaqueporcadalugarqueseavanzaaumentaenunoelnmerodeprotonesydeelectrones,loscualesseubicanenelmismonivel,produciendoquelasfuerzasdeatraccinaumentenporaumentodelacarganuclearefectiva,comprimiendoaltomo.Unaconclusinobtenidadelamecnicacuntica,esqueeltomonotienelmitesdefinidosquedeterminensutamao.LosradiosatmicossemidenenAmstrongs
Radio inico:El tamao de un in depende de su carga nuclear, el nmero deelectrones que tiene y de los subniveles en que se encuentran los electrones.Muchosmetalesreaccionanconotroselementosperdiendoelectronesparaformarcationes.As,cadaunodeloselementosdelgrupoIA(1),poseeunelectrnenelltimo nivel, que es el que ceden cuando interaccionan con otro elementoconsiguiendo la configuracindegasnoble.Untomode Li posee 3 protones, 3electrones, consuelectrnmsexternoenel subnivel 2s ( 1s22s1) el in Li+,contiene 3 protones y solo 2 electrones, ambos en el subnivel 1s ( 1s2), lo quedeterminaqueelinLi+seamuchomspequeoqueeltomodeLi(FiguraI.9)
Loscationessonmspequeosquelostomosdelosqueprovienen.Losanionessonmsgrandesquelostomosdelosqueprovienen.
De igual forma los iones sodio (Na+), potasio (K+), rubidio (Rb+), sonconsiderablemente ms pequeos que los tomos de los que derivan. Laformacindeuncatinnosolamentevaca lossubnivelesqueseextiendenenelespacio sino que disminuyen la repulsin entre electrones (Figura I.9). Enconsecuencia, los cationes son ms pequeos que los tomos de los queprovienen.
Ahora consideremos los elementos del grupo VII A (17) cuya configuracinelectrnica externa es ns2 np5 . Estos elementos, captan un electrn paraconseguir la configuracin de gas noble originando un anin de carga 1. Estosocho electrones, se repelen entre s ms fuertemente que los siete originales,produciendo la expansin de la nube electrnica. El in F es mucho msvoluminosoqueeltomodeF(FiguraI.9).
Un razonamiento similar indica que el in cloro (Cl), bromo (Br) y iodo (I) sonmayores que los tomos de los que derivan (Figura I.9). En consecuencia, losanionessonmsgrandesquelostomosdelosqueprovienen.
Elefectodelacarganuclearsobrelosradiosinicossepuedeapreciarenlavariacindelradioenunaserieisoelectrnicadeiones,esdecir,queposeenelmismonmerodeelectrones.ObservelasposicionesenlatablaperidicadelOalAlycomparelostamaosquetendrnsusionesisoelectrnicos.Deduzcaunageneralizacin.
FiguraI.9:Tamaosrelativosdelosanionesycationesconsusrespectivostomosneutros.Ntesequeloscationessonmspequeosquelostomosdeloscualesprovienen,ylosanionessonmsgrandesquelosmismos.
III.2.b)EnergadeIonizacin
Llamadatambinpotencialdeionizacin.Eslacantidadmnimadeenergaquesenecesitaparaarrancarunelectrndeuntomoaisladoensuestadofundamental,formandouninconcargapositiva.Elprocesopuederepresentarsecomo:
Li++1eLi+520kJ/moLafiguraI.10muestralosvaloresdelaenergadeionizacindeloselementos.Encadaperodo(porejemplo,enelquevadellitioalnen)seaprecia,conalgunasexcepciones,unaumentorelativamenteconstantedeizquierdaaderecha.
Dos factores, cuando menos, influyen en ello: en primer lugar, la carga nuclearcrece(Zesmayor)hacialaderechadelperodo,hechoqueporsslohacepreverunaumentodelpotencialde ionizacinenelmismosentidoensegundo lugar,eltamaode lostomosdecrecedel litioalnen,circunstanciaque, tambinporssola,debedeterminarunaumentodedichopotencial,yaquecuantomscercasehalleunelectrndeunncleo,msdifcilsersepararlodel.Un nivel de ocho electrones, un octeto, como suele llamarse, resulta unaagrupacin particularmente difcil de romper. En especial, se requiere muchaenergapara arrancar unelectrndeuntomo cuyonivel exterior contengaochoelectrones,porloquetomostalescomolosdenenposeenunelevadopotencialde ionizacin. Como regla general, basta recordar que los elementos de altopotencialde ionizacinestna laderechaen la tablaperidica,mientrasque losdebajopotencialsehallanalaizquierda.Pasemosahoraaestudiarlavariacindelpotencialdentrodeunmismogrupo.Enelcasodelosalcalinosylosgasesnobles,seobservaunadisminucinprogresivade arriba hacia abajo, hecho fcil de predecir a partir tan slo del aumento deltamaoatmico.Eltomodehelioessumamentepequeo,porlocualelelectrnquehadearrancarseestmuycercadelncleoseencuentra,pues,muchomsfirmementeunidoalqueeneltomodenen,enelquesehallasituadobastantemslejos.
Encuantoalaumentodelacarganuclear,quedaprcticamentecompensadoporelefectodepantalladeloselectronesinterpuestos.
Alestudiarlaqumicadeloselementosesprecisoavecesreferirseaunasegundaionizacineinclusoaionizacionesenmayorgradodebidasalaseparacindedosomselectrones.Entodosloscasos,talesionizacionessubsiguientesexigengrandescantidadesadicionalesdeenergaporelectrn.Msan,cuandolaionizacinimplicalarupturadeunaconfiguracindegasnoble,seobservaquehacefaltaungranaumentosupletoriodeenerga.Heaqu,comoilustracindeestefenmeno,lospotencialessucesivosdeionizacindelberilio(Z=4):9,32
18,21153,85y217,66eV,quesonlasenergasnecesariasparaseparar,respectivamente,elprimero,elsegundo,elterceroyelcuartoelectrn.
III.2.c)Afinidadelectrnica
Eslacantidaddeenergapuestaenjuegocuandoseaadeunelectrnauntomoaisladoyenestadofundamental.
Esteprocesopuederepresentarsecomo:
Be+1e+241kJ/molBeCl+1eCl+348kJ/mol
EslgicoesperarqueloselementosdelgrupoVIItengangranafinidadelectrnicapuestoquelaadicindeunsoloelectrnauntomollevaalaformacindeunoctetoestable.Ladisminucindelaafinidaddesdeelcloroalyodonodebesorprendernos,yaqueeltamaoatmicoaumentaenestesentido:enelyodoelelectrnhadeaadirsealaquintacapa,queestmuchomsalejadadelncleoporconsiguiente,dichoelectrnquedarmenosslidamenteunidoalqueenlosrestanteselementosdelmismogrupo.Ambosdatos,afinidadelectrnicaypotencialdeionizacin,puedencombinarseparapredecirqutomossoncapacesdearrancarelectronesaotros.
III.2.d)Electronegatividad
Laelectronegatividadmidelatendenciadeuntomoaatraerelectronesenunauninqumica.
Esclaroqueestatendenciaestrelacionadaconlasdoscantidadesdefinidasanteriormente(energadeionizacinyafinidadelectrnica),sinembargo,dadoqueesunatendenciarelativa,puedecalcularsedediferentesmodosdandolugaradiferentesescalas.LaescalamsfrecuentementeutilizadaesladePauling.Encualquierescalalaelectronegatividadirincrementndosehacialaderechayhaciaarribadelatablaperidica.Esimportantecomprenderlasdiferenciasentrelaelectronegatividadqueindicaslounatendenciaycuandountomoestunido,delaspropiedadesdefinidasanteriormentequeserefierenaenergasyatomosaislados.Eneltemadeenlacequmicosevolversobreelconceptodeelectronegatividad.Lapropiedadantagnicaalaelectronegatividadsedenominaelectropositividadyestomadacomorepresentativadelapropiedaddenominadacarctermetlico(enrealidad,elcarctermetlicoincluyeotrascaractersticascomoson:conductividaddelacorrienteelctrica,conductividadtrmica,etc.)debidoaello,elcarctermetlicoformalmenteaumentahaciaabajoyhacialaizquierdaenlatablaperidica.