Química General - Tabla Periódica PDF

Química General Dra. Yedith Soberanes Duarte Profesor-Investigador tiempo completo Dpto. de Investigación en Polímeros y Materiales [email protected] Semestre 2024-2 Unidad IV. Periodicidad y Tabla Periódica de los elementos químicos. 1. Ley periódica 2....

Química General Dra. Yedith Soberanes Duarte Profesor-Investigador tiempo completo Dpto. de Investigación en Polímeros y Materiales [email protected] Semestre 2024-2 Unidad IV. Periodicidad y Tabla Periódica de los elementos químicos. 1. Ley periódica 2. Clasificación periódica de los elementos 3. Radio atómico 4. Energía de ionización 5. Afinidad electrónica 6. Carga nuclear efectiva y electronegatividad 7. Variación periódica de las propiedades de los elementos  Ley periódica Es la base de la tabla periódica de los elementos. Esta ley señala que las propiedades químicas y físicas de los elementos tienden a repetirse de manera sistemática a medida que se incrementa el número atómico. La tabla, por lo tanto, es una especie de esquema que se encarga de ordenar los elementos químicos de acuerdo al orden creciente de los números atómicos. Clasificación de la tabla periódica  Grupos Grupos o familias debido a sus similitudes en la tabla periódica “PROPIEDADES QUÍMICAS” Serie ó grupo A: IA, IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA (elementos representativos) Serie ó grupo B: IB, IIB, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB Por lo anterior permite que algunos grupos de elementos reciban nombres específicos Grupo IA Metales alcalinos Grupos IIA Metales alcalino térreos Grupos IIIA Familia del Boro Grupo IV Familia del carbono Grupo V Familia del Nitrógeno Grupo VI Familia del Oxígeno Grupo VII Familia de los Halógenos Grupo VIII Gases Nobles, Gases Inertes o grupo 0  Importante 1. Si el último subnivel (donde termina la configuración electrónica) es “s” o “p”, entonces es de la serie o grupo A 2. Si el último subnivel es “d", entonces es de la serie o grupo B 3. Si termina en subnivel “f”, es un elemento de transición interna o tierra rara Si el grupo es A se toma en cuenta la siguiente formula: “Suma de los electrones del nivel mas alto” 5Boro 1s2 2s2 2p1 Grupo III A Si el grupo es B se toma en cuenta la siguiente formula: Para elementos del grupo VIIIB, IB, IIB, se debe considerar: Periodos La tabla periódica esta formada por 7 periodos en forma horizontal o de renglones, indican el total de niveles de energía de un átomo. Por ello el berilio y el flúor pertenecen al periodo 2, sus configuraciones así lo demuestran; el nivel de valencia (nivel de mayor energía) en ambos casos es el nivel 2. 4Be 1s2 2s2 9 F 1s2 2s2 2p5  BLOQUES Los bloques en la tabla periódica se han designado con base en el subnivel de energía en que termina la configuración electrónica de los elementos que lo conforman, de modo que resultan 4 bloques, uno para cada subnivel de energía llamados: bloque s, bloque p, bloque d y bloque f. De tal manera que cada serie está formada por dos bloques la serie A contiene a los bloques s y p y la serie B contiene a los bloques d y f. 4Be 1s2 2s2 9 F 1s2 2s2 2p5 Ejercicios Ejercicios Z Elemento Configuración electrónica Periodo Grupo Bloque Números cuánticos del último é (n, l, ml y ms) 32 41 19 10 27 48  De acuerdo con el tipo de subnivel que se ha llenado, los elementos se dividen en categorías: Los elementos representativos (elementos del grupo principal). Son los elementos de los grupos 1A a 7A, todos ellos tienen incompletos los subniveles s o p del máximo número cuántico principal. Los gases nobles (8A).Con excepción del Helio (He) tienen completo el subnivel p. Los elementos de transición (metales de transición). Son los elementos de los grupos 1B y 3B hasta 8B, los cuales tienen incompleto el subnivel d. Los lantánidos y los actínidos. Se denominan elementos de transición del bloque f porque tienen incompleto el subnivel f Clasificación periódica de los elementos y variación de las propiedades físicas. Variaciones periódicas de las propiedades físicas La configuración electrónica de los elementos señala una variación periódica al aumentar el número atómico Los elementos también presentan variaciones periódicas en sus propiedades físicas y en su comportamiento químico Propiedades físicas que influyan en el comportamiento químico de los elementos que están en el mismo grupo o periodo  CARGA NUCLEAR EFECTIVA Variaciones periódicas RADIO ATÓMICO de las propiedades físicas RADIO IÓNICO  Carga nuclear efectiva La presencia de electrones protectores reduce la atracción electrostática entre los protones del núcleo, que tienen carga positiva, y los electrones externos Permite entender los efectos de protección en las propiedades periódicas Z= El número atómico del elemento, por 𝑍𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝑍 − 𝜎 tanto, es la carga nuclear real σ= se llama constante de protección ó constante de apantallamiento y es mayor que cero pero menor que Z Por lo tanto, la carga nuclear efectiva Zefec. es la carga que se ejerce sobre un electrón  ¿Qué es el apantallamiento? Apantallamiento σ estará constituida por el número de electrones que se encuentran en las capas inferiores y en la misma capa, a donde se encuentra el último electrón.  ¿Como calculamos la constante apantallamiento? Reglas de Slater Ordenar los electrones en función del mismo número cuántico (independientemente que en los orbitales se ordenen diferente ) 1𝑠 2𝑠, 2𝑝 3𝑠, 3𝑝 3𝑑 4𝑠, 4𝑝 4𝑑 4𝑓 5𝑠, 5𝑝 5𝑑 ….. “La carga nuclear efectiva aumenta en un periodo o en un grupo al aumentar el número atómico (Z)”. Ejemplos, determinar la carga nuclear efectiva 1. F, 2p 2. Ca, 4s 3. Co,4s 4. Co,3d 5. Ar, 3p 𝑍𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝑍 − 𝜎 Ejercicios, determine la carga nuclear efectiva 1. Rb, 5s 2. V, 4s 3. Si,3p 4. Ga, 4p 5. S, 3p 6. O, 2p 7. Se, 4p 8. Ne, 2p 9. Be, 2s 𝑍𝑒𝑓𝑒𝑐 = 𝑍 − 𝜎 10. Cd,5s 11. Cd,4d 1𝑠 2𝑠, 2𝑝 3𝑠, 3𝑝 3𝑑 4𝑠, 4𝑝 4𝑑 4𝑓 5𝑠, 5𝑝 5𝑑 …..  Radio atómico Es la mitad de distancia entre dos núcleos de dos átomos adyacentes  Disminuye radio atómico A u m e n t a Numerosas propiedades físicas, incluidas el punto de fusión y el punto de ebullición están relacionadas con el tamaño de los átomos. Carga nuclear efectiva (aumenta)  Ejercicio: Consulte una tabla periódica y organice los siguientes átomos en orden creciente de su radio: P, Si, N Disminuye radio atómico A u m e n t a  Ejercicio: Consulte una tabla periódica y organice los siguientes átomos en orden decreciente de su radio: C, Li, Be Disminuye radio atómico A u m e n t a  Radio Iónico Se refiere al radio de un anión o de un catión Los iones se forman cuando, un elemento, pierde o gana electrones. Si los pierde se le conoce como catión y si los gana se le conoce como anión. Cuando un átomo neutro se convierte en un ión, se espera un cambio en el tamaño Comparación del radio atómico con el radio iónico a)Metales alcalinos y cationes de los metales alcalinos b) Halógenos e iones halogenuro En el caso de la formación En el caso de la formación del del anión, aumenta la catión, al disminuir el número repulsión entre los de electrones, disminuye la electrones, pues estos han repulsión entre ellos, lo que aumentado, esto produce hace que se contraiga el un aumento del tamaño átomo, disminuyendo su iónico. tamaño frente al átomo neutro. Podemos concluir que: Los aniones son siempre mayores que sus correspondientes átomos neutros, aumentando su tamaño con la carga negativa; los cationes, sin embargo, son siempre menores que los átomos de los que derivan, disminuyendo su tamaño al aumentar al carga positiva.  Energía de ionización Es la energía mínima (kJ/mol) necesaria para quitar un electrón de un átomo en estado gaseoso, en su estado fundamental Es una medida de qué tan “fuertemente” se encuentra unido el electrón al átomo. Entre mayor sea esta energía es más difícil quitar el electrón Cuando se quita un electrón de un átomo neutro, disminuye la repulsión entre los electrones restantes. Debido a que la carga nuclear permanece constante, se necesita más energía para quitar otro electrón del ion cargado positivamente, Así las energías de ionización siempre aumentaran en el siguiente orden 𝐼1 < 𝐼2 < 𝐼3 …..  Energía de ionización Tenemos que tener en cuenta que el electrón que se pierde serán el que se encuentre más alejado del núcleo. La ecuación que representa la energía de ionización (EI) es: A mayor valor de la Energía de Ionización EI, más difícil será extraer un electrón del átomo.  Energía de ionización de Li E.I. E.I. 520 kJ/ mol 7300 kJ/ mol +3 +3 +3 𝐿𝑖 2 1𝑠 2𝑠 1 𝐿𝑖 + 1𝑠 2 𝐿𝑖 +2 1𝑠 1 La energía de ionización aumenta de abajo hacia arriba (en un grupo) y de izquierda a derecha en un periodo. Energías de Ionización (kJ/mol) Teniendo en cuenta que la energía de ionización esta directamente relacionada con la facilidad que tiene un elemento para perder un electrón, podemos establecer que: En un mismo GRUPO: Conociendo que a medida que se avanza hacia abajo en un grupo, el tamaño atómico crece, esto hace que el último electrón del átomo se encuentre más alejado del núcleo, por lo tanto este electrón será más fácil de remover, que si se encontrara mas cercano al núcleo. Energías de Ionización (kJ/mol) En un mismo PERIODO: Conociendo que en un periodo (horizontal), a medida que aumenta el Zef, disminuye el tamaño del átomo. Esto hace que el último electrón se encuentre más cercano al núcleo, lo que hará que sea más difícil retirarlo del átomo. Energías de Ionización (kJ/mol)  Ejercicio a) ¿Cuál átomo debe tener la primera energía de ionización menor: el oxígeno o el azufre? b) ¿Cuál átomo debe tener la segunda energía de ionización menor: el litio o el berilio?  Ejercicio a) ¿Cuál átomo debe tener la primera energía de ionización mayor: el nitrógeno o el fosforo? b) ¿Cuál átomo debe tener la segunda energía de ionización menor: el sodio o magnesio?  Afinidad electrónica Es la capacidad de átomo para aceptar uno o más electrones Es el cambio de energía que ocurre cuando un átomo, en estado gaseoso, acepta un electrón para formar un anión X(g) + e- → X(g)- + AE Otra propiedad de los átomos que influyen en sus propiedades químicas es la capacidad para aceptar uno o más electrones. Esta propiedad se denomina Afinidad Electrónica, la cual es la energía liberada cuando un elemento, al estado gaseoso, acepta un electrón y se convierte en un anión. Al ser energía liberada, tendrán por convención, signo negativo. La ecuación de la afinidad electrónica (AE) está dada por: X(g) + e- → X(g)- + AE A medida que un elemento, al aceptar un electrón, se acerque a la configuración de gas noble, liberará más energía al aceptar un electrón. La razón es por que gana estabilidad electrónica. Lo que nos lleva a la conclusión que a medida que avanzamos en un periodo, se libera mayor energía al aceptar un electrón. Lo que significa que el valor absoluto de la afinidad electrónica, aumentará. Esto también se puede expresar que a medida que disminuye el tamaño en un periodo (de abajo hacia arriba de un grupo “columna”) el valor absoluto de la afinidad electrónica aumenta. Un valor grande positivo de afinidad electrónica significa que el ion negativo es muy estable( es decir, el átomo tiene una gran tendencia a aceptar un electrón)  Electronegatividad La electronegatividad de un elemento es un parámetro que indica la tendencia que presenta cualquiera de sus átomos para atraer los electrones de un átomo de otro elemento cuando se unen para formar un compuesto.