Periodicidad Química

M.C. Rosalía Simona Sandoval González

UNIVERSIDAD DE GUANAJUATOCAMPUS CELAYA-SALVATIERRA

DIVISIÓN DE CIENCIAS DE LA SALUD E INGENIERÍAS

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AGROINDUSTRIAL

PROGRAMA DE INGENIERÍA EN BIOTECNOLOGÍA

Tema 2: Periodicidad Química

Contenido:

Características de la clasificación periódica actual de los elementos químicos.

Propiedades atómicas y su variación periódica.

Características químicas de los elementos de los grupos y periodos de la tabla periódica.

Desarrollo de la tabla periódica

1817

•J. W. Dobereiner.

•Demostró que las masas atómicas de ciertos elementos se obtenían a partir del promedio de dos cercanos. Se le conoció como tríadas. Ejemplos: Li, Na y K; Ca, Sr y Ba; Cl, Br y I.

1864

•John Newlands

•Observó que cuando los elementos se ordenaban según sus masas atómicas , cada octavo elemento mostraba propiedades semejantes, lo llamo Ley de las octavas.

1869

•Dmitri Mendeleev y Lothar Meyer

•Propusieron de manera independiente una disposición en tablas mucho más amplia para los elementos, ordenados por masa atómica creciente y en periodos de modo que los elementos con propiedades químicas similares estuviesen en la misma columna.

•Mendeleev. Hizo viable la predicción de las propiedades de elementos que aun no se conocían (Galio). Señalo que las propiedades, físicas y químicas de los elementos varían periódicamente al aumentar su masa (ley periódica) Logro incluir los 66 elementos que se conocían y en 1900 se incorporaron 30 más.

Clasificación periódica de los elementos

Elementos organizados en base al número atómico

Número atómico

Henry

Mosele

y, 1913

Descubrió una correlación entre el número atómico y la frecuencia de los rayos X que se generaban al bombardear un elemento con electrones de alta energía

Señala el número de electrones.Configuración electrónica ayuda a explicar la repetición de las propiedades físicas y químicas.

Una fila horizontal de la tabla periódica presenta una variación en

cuanto a propiedades

físicas y químicas que muestran un

estrecho paralelismo con la variación en otros periodos . Existen siete.

Coinciden con el número cuántico

principal del nivel más alto n

Cada periodo termina en un gas noble incoloro y no

reactivo , esto va de la mano de la tendencia del carácter

metálico al no metálico dentro de un periodo

Aumento del numero de electrones de valencia de los elementos es paralelo entre

periodos.

El primer elemento de cada periodo

tiene un electrón de

valencia en su nivel de energía

más alto.

Periodos de los

elementos: tendencias generales

Los cambios periódicos de las

propiedades de los elementos coinciden con su ubicación en la tabla periódica

Columnas verticales

que tienden a tener

propiedades químicas similares

Grupos de elementos cuando se incluye el

número de la columna

Grupos y familias

de elemento

sFamilias químicas

cuando se incluye el

nombre de la familia

Estados Unidos: los grupos se designan

mediante un numero romano seguido de la

letra A para los representativos y la B para los metales de

transición

En Europa se utiliza B para los

representativos y A para los metales de

transición

IUPAC recomienda numerar las columnas de manera secuencial con números arábigos, desde 1 hasta 18.

Configuración electrónica y electrones de valencia

Reactividad química de los elementos está determinada por sus electrones de valencia.

Electrones de valencia son los que ocupan el nivel de energía externo.

Para los elementos representativos son los que ocupan el más alto nivel de energía n.

Todos los electrones que no son de valencia en un átomo reciben el nombre de electrones internos.

Al observar las configuraciones electrónicas de los elementos, todos los elementos en un mismo grupo tienen igual número de electrones de valencia.

La similitud de configuraciones electrónicas de valencia es lo que hace que los elementos de un mismo grupo tengan un comportamiento químico parecido.

Grupo Configuración electrónica de valencia

IA ns1

IIA ns2

IIIA ns2np1

IVA ns2np2

VA ns2np3

VIA ns2np4

VIIA ns2np5

VIIIA ns2np6

B nd

Tipos de elementos químicos

MetalesPropiedades físicas Generalmente están en

estado sólido a temperatura ambiente (excepto Hg y Ga).

Presentan un brillo metálico característico en su superficie.

Son dúctiles y maleables (alambres y laminas).

Buenos conductores del calor y la electricidad.

Son tenaces (se resisten a la ruptura).

Densidad elevada. Permiten hacer aleaciones.

Propiedades Químicas Su molécula está formada

por un átomo. Sus átomos tienen 1, 2 o 3

electrones de valencia que pueden participar en un enlace químico.

Al ionizarse adquieren carga eléctrica positiva.

Reaccionan con el oxigeno formando sales básicas.

No MetalesPropiedades físicas A temperatura ambiente se

encuentran en los tres estados de la materia: sólido (azufre y carbono), líquido (bromo) y gaseoso (oxígeno e hidrógeno)

No poseen brillo metálico. No son dúctiles ni

maleables. No son buenos conductores

del calor y la electricidad. Densidad baja.

Propiedades Químicas Su molécula está formada

por dos o más átomos. Sus átomos tienen 4, 5, 6

o 7 electrones de valencia que pueden participar en un enlace químico.

Al ionizarse adquieren carga eléctrica negativa.

Reaccionan con el oxigeno formando óxidos no metálicos o anhídridos.

Semimetales ó MetaloidesPropiedades físicas Propiedades intermedias

entre metales y no metales. Son sólidos a temperatura

ambiente. La mayoría presenta un

brillo metálico. Son muy duros y pueden

presentar diferentes formas alotrópicas.

Propiedades Químicas Sus átomos tienen 3 o más

electrones de valencia que pueden participar en un enlace químico.

Reactividad variada.. Pueden reaccionar con

algunos métales y con no metales, generalmente con halógenos y oxígeno.

Son el B, Si, Ge, As, Sb y Te

Propiedades atómicas y su variación periódica

Tamaño atómico y tamaño iónico: Tamaño atómico: distancia medida entre los electrones externos y

el núcleo. Se puede medir en angstroms: 1Å = 1 x 10-10m.

Nanómetros: 1nm = 1 x 10-9m.

Picómetros: 1pm = 1 x 10-12m

Ejemplo: átomo de sodio tiene un radio de 1.86Å, 0.186nm o 186pm.

El tamaño atómico sigue la tendencia de: Dentro de un grupo, el tamaño atómico aumenta con el número

atómico. Dentro de un periodo, el tamaño atómico tiende a disminuir

conforme el número atómico aumenta.

Tamaño atómico

Cada elemento de un periodo tiene un protón más que el elemento precedente y el aumento de carga nuclear atrae la nube electrónica más cerca del núcleo.

Tamaño iónico

Átomos metálicos tienden a perder sus electrones de valencia para formar cationes. El radio de un ion metálico es aproximadamente la mitad del radio del átomo metálico correspondiente.

Átomos no metálicos tienden a ganar electrones para formar aniones. Un ion negativo es considerablemente más grande que el átomo no metálico correspondiente.

Dentro de una familia de elementos el tamaño atómico y el iónico aumentan con el número atómico.

En los iones isoelectrónicos, el radio disminuye a medida que

la carga nuclear positiva aumenta.

Na+ < F-

Energía de ionización Es La cantidad de energía necesaria para extraer un electrón de un

átomo gaseoso en su estado basal. Propiedad periódica de los elementos y es una medida de cuán

estrechamente están unidos los electrones a los átomos.

1Na Energía Na e

Dentro de cada periodo, la energía de ionización de los elementos aumenta con el número atómico.

Dentro de un grupo, la energía de ionización de los elementos disminuye conforme el número atómico aumenta.

Los elementos más metálicos (Grupo IA) tienen las energías de ionización más pequeñas.

Energía de ionización

La energía que se necesita para extraer de un átomo el electrón unido a él con menos fuerza se conoce como primera energía de ionización. Requiriéndose más energía para extraer cada electrón adicional, para la segunda y tercera ionización, etc.

Unidades de energía: kilojoules por mol, kilocalorías por mol y electrón-volts por átomo.

Primeras energías de ionización (EI) de los primeros 18 elementos, en kJ/mol

Periodo 1

H He

EI 1312 2371

Periodo 2

Li Be B C N O F Ne

EI 520 900 800 1086 1402 1314 1681 2080

Periodo 3

Na Mg Al Si P S Cl Ar

EI 496 738 577 786 1012 1000 1255 1520

Puntos de fusión y de ebullición de los elementos

Los puntos de fusión y ebullición son una medida de las fuerzas de atracción entre átomos o moléculas. En los halógenos a medida que aumenta el número atómico aumenta la atracción y los puntos de fusión. Los métales del grupo IA muestran la tendencia opuesta.

Densidad

Dentro de un grupo, la densidad aumenta con el número atómico.En un periodo, la densidad de los elementos aumenta primero y luego disminuye.Los elementos con mayor densidad están en el centro del periodo 6.

Conductividad del calor y de la electricidad

Todos los metales conducen tanto la electricidad como el calor.

Ag>Cu>Au>Al>Ca>Na>Mg

No metales no son

conductores

No hay una tendencia real

Los tres mejores IB

Na buen conductor térmico, líquido refrigerante en centrales

nucleoeléctricas.

Propiedades y usos de algunos elementos

Hidrógeno Elemento más abundante del

universo. Se combina con el oxígeno para

formar H2O.

Combustible importante. Se utiliza en el HydroGen 1,vehículo de cero emisiones de GM. (celdas y motor 67kg) (0 a 96kph en 16s)

Se encuentra como gas diatómico y es único y singular.

Grupo IA: Metales alcalinos

Li, Na, K, Rb, Cs y Fr. Metales blandos , gris plateado,

densidad pequeña y buenos conductores del calor y electricidad.

Reaccionan con H2O y O2.

Nunca como elementos libres en estado natural.

Solubles en agua, presentes en el agua de mar y depósitos de sal.

6to lugar Na y 7to lugar K en abundancia corteza terrestre.

Buena salud es indispensable conservar el equilibrio correcto de Na y K en el cuerpo humano.

Grupo IIA: metales alcalinotérreos

Be, Mg, Ca, Sr, Ba y Ra. Puntos fusión y densidad > IA Reactividad < IA Ca, 5to lugar abundancia

corteza terrestre. La cal, cemento, huesos y conchas marinas.

Polvo Mg, iluminación instantánea en bombillas fotográficas, aleación con aluminio para aviones y proyectiles.

Be, aleaciones para herramientas que no producen chispas, resortes, electrodos para soldadura por puntos. Es tóxico.

Ba, pigmentos blancos. Ra, radiactivo.

Grupo IIIA B: metaloide, punto de fusión alto, predomina el

carácter no metálico. Al, Ga, In, y Tl. Forman iones con carga 3+. La densidad y carácter metálico aumentan con el

número atómico. Boro: no esta libre. Se utiliza en objetos de vidrio

Pyrex, fibra de vidrio, abrasivos, herramientas de corte, esmaltes de porcelana y retardante de flama.

Aluminio: metal más abundante en la corteza terrestre (8%), demasiado reactivo para hallarse libre. Fabricación de aviones, alambre para transmisión eléctrica, motores, automóviles, utensilios de cocina, pigmento para pinturas, papel aluminio y recipientes ligeros.

Galio: aplicación en los semiconductores de estado sólido para computadoras, y celdas solares.

Indio: muy blando, se emplea en transistores y recubrimientos de espejos.

Talio: tóxico.

Grupo IVA: la familia del carbono Carácter metálico aumenta de arriba hacia abajo. C, Si, Ge, Sn, y Pb. Carbono forma alótropos: diamante (forma cristalina

de los átomos) y carbón vegetal (forma no cristalina, sin una distribución atómica definida). Nanotubos átomos de carbono distribuidos de manera hexagonal de 10 a 12 veces más resistentes que el acero, se emplean en cables, telas para chalecos a prueba de balas, laminas y diseño de aviones avanzados. Elemento presente en los compuestos orgánicos.

Silicio: metaloide con carácter no metálico. Segundo elemento más abundante en la corteza terrestre (26%) pero no esta libre. Se utiliza en la producción de vidrio y cemento, fabricación de semiconductores y chips de computadora.

Germanio: aplicaciones electrónicas. Estaño: fabricación de recipientes de hojalata, se

utiliza en la aleación del bronce y la soldadura. Plomo: fabricación de electrodos de acumuladores

para automóvil, en plomería y como escudo contra la radiación solar.

Grupo VA No metales N y P. Metaloides As y Sb.

Metal pesado Bi N2 constituye el 78% en volumen del

aire. Elemento fundamental de todos los aminoácidos. Bacterias del suelo figan el nitrógeno del aire en forma de amoniaco para ser absorbido por las raíces de las plantas. N2 e H2 producen NH3 que se emplea como fertilizante y fabricación de Ac. Nítrico y diversos explosivos.

Fósforo existe en dos formas alotrópicas: (1) P rojo polvo no cristalino. (2) P blanco sólido céreo cristalino muy inflamable al contacto con el aire que se guarda sumergido en agua. Fabricación de fósforos, bombas de humo, balas trazadoras, plaguicidas, Ac. Fosfórico. Indispensable para las células vegetales y animales.

Grupo VA As, metaloide predomina carácter no

metálico. Es tóxico. Se utiliza en fungicidas e insecticidas agrícolas, además en aplicaciones de semiconductores y láseres.

Sb, metaloide predomina carácter metálico. Quebradizo y escamoso con lustre metálico. Se emplea para aumentar la dureza del plomo en acumuladores de automóvil. Forros de cables, pigmentos para pinturas, esmaltes cerámicos y agentes a prueba de fuego.

Bi, metal verdadero. Utiliza en aleaciones como el peltre y de bajo punto de fusión como fusibles eléctricos, en sistemas rociadores contra incendio. En la formulación de polvos faciales y cosméticos.

Grupo VIA: familia del oxígeno O, S, Se, Te y Po O2 indispensable para la vida. Elemento

necesario para la obtención de energía por combustión (metabolismo). Constituye el 21% en volumen del aire y el 49.5% en peso de la corteza terrestre. Forma alotrópica el O3, se forma por oxígeno con un arco eléctrico. (UV en O2).

S: no metal, sólido amarillo pálido se encuentra libre en estado natural. Moléculas de azufre, S8. Se extrae de Texas y Luisiana. Importante en la fabricación de neumáticos de caucho y H2SO4. blanquear frutos y granos.

Se: no metal. Conductividad eléctrica aumenta con la intensidad de la luz (fotoconductividad) se utiliza en medidores de luz, cámaras y fotocopiadoras. Convierte una corriente alterna en corriente directa por lo que se usa en convertidores que cargan radios portátiles y herramientas eléctricas. Se utiliza para darle color rojo al vidrio en señales luminosas de tránsito.

Grupo VIA: familia del oxígeno Te, apariencia metálica pero es un

metaloide en el que predomina el carácter no metálico. Se emplea en semiconductores, para endurecer las placas de plomo de acumuladores y hierro colado. No es abundante en la naturaleza.

Po, elemento radiactivo muy escaso que emite radiación alfa y gamma. Es muy peligroso. Sus usos están limitados a su radiactividad. Descubierto por Marie Curie.

Grupo VIIA: los halógenos F2, Cl2, Br2, I2 y At.

Halógeno: formadores de sal. Diatómicos: tienen dos átomos por

molécula. Demasiado reactivos para hallarse en

estado natural. Flúor: gas amarillo pálido, sus

reacciones dan como resultado explosiones o fuego. Se utiliza para formar fluorocarbonos que se usan como refrigerantes en los aires acondicionados. El teflón es un fluorocarbono y polímero a la vez, largas cadenas de 2C-4F. Se utiliza para la prevención de la caries dental y fabricación de lubricantes.

Cloro: gas amarrillo verdoso, olor irritante, muy reactivo. Concentraciones altas tóxico. Se utiliza para purificar agua potable, producción de papel, materiales textiles, blanqueadores, medicinas, insecticidas, pinturas, plásticos.

Grupo VIIA: los halógenos Bromo: único elemento no metálico

líquido, de color rojo que desprende un vapor rojizo es picante y tóxico. Se emplea en la producción de sustancias químicas para fotografía, tintes y retardantes de flama e incluso productos farmacéuticos.

Yodo: sólido cristalino color gris acero. Sublima. Se emplea para productos químicos para fotografía y medicamentos. Se necesita en el cuerpo humano para elaborar la hormona tiroidea llamada tiroxina.

Ástato: todos sus isótopos son radiactivos, se cree que el total del elemento en la tierra es de menos de 30g, porque es muy inestable.

Grupo VIIIA: los gases nobles He, Ne, Ar, Kr, Xe y Rn. Existen como moléculas monoatómicas que no

participan en reacciones con otros elementos. Su nivel de energía más externo se encuentra

lleno 2é He y 8é demás. Alrededor del 1% de la atmósfera terrestre es

argón, los demás en cantidades pequeñísimas, excepto el He se extrae de pozos de gas natural.

He se utiliza para llenar globos y dirigibles. He y Ar en soldadura de arco y procesos

metalúrgicos para impedir que los materiales reaccionen con el O2 y N2 del aire.

Bombillas luminosas y tubos fluorescentes se llenan con mezcla de Ar y N2 como atmosfera inerte para prolongar la duración del filamento.

Kr, más costoso, permite aumentar la eficiencia y brillantez de bombillas de lámparas de mano y aditamentos de destello electrónico en fotografía.

Ne, es la luz brillante naranja rojiza de algunos anuncios. También se emplean en las luces de freno y faros delanteros de automóviles .