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1. Tabla Periódica de los Elementosa. Descripción de la Tabla PeriódicaLa Tabla Periódica de los Elementos es una representación gráfica que agrupa a los elementos según la distribución de sus electrones alrededor del núcleo. Consiste de más de 100 casillas organizadas en 4 bloques: S, P, D y F. Cada casilla corresponde a un elemento. El número de casilla coincide con el número de protones del elemento correspondiente.
Las columnas de los bloques S, P y D corresponden a grupos de elementos con propiedades químicas similares. Se numeran del 1 al 18 (sin tomar en cuenta al bloque F). Los renglones de la tabla periódica se denominan periodos y corresponden con las capas electrónicas de las partículas mononucleares. En el bloque F hay otros dos grupos, en este caso en secuencia horizontal: los lantánidos y los actínidos. El bloque F está entre los bloques S y D pero por comodidad se acostumbra situarlo debajo de los otros 3 bloques. En la figura 6.1 se puede ver la tabla periódica con todo detalle. La información que aparece en cada casilla es la siguiente: - El símbolo químico del elemento - El número de protones en el núcleo del elemento, llamado número atómico. - La masa de 602,200 trillones de átomos del elemento, llamada masa molar[1].
La Tabla Periódica de los Elementos
Figura 6.1 La ubicación de cada elemento en la tabla responde a la siguiente lógica: Todos los elementos cuyo último electrón ocupa un dominio de cierto tipo (s, p, d o f) se ubican en el bloque correspondiente de la tabla[2]. Todos los elementos cuya última capa electrónica es la enésima (la nsw(n–2)fx(n–1)dynpz) se ubican en el enésimo periodo de la tabla periódica.
Cada casilla corresponde a un elemento distinto. Están numeradas en forma progresiva del 1 en adelante. Al número de casilla se le da el nombre de número atómico y coincide con el número de protones de cada elemento. Así, el elemento número 8, tiene 8 protones en su núcleo, ocupa la octava casilla de la tabla periódica y se llama oxígeno. Aún más, las siguientes son expresiones sinónimas, es decir, significan exactamente lo mismo. - El sexto elemento - El elemento de la sexta casilla - El elemento cuyo núcleo posee 6 protones - El elemento carbono Los renglones de la tabla periódica se denominan periodos y corresponden con las capas electrónicas. En el primer periodo sólo hay dos elementos: el hidrógeno y el helio cuyas configuraciones son 1s1 y 1s2 respectivamente. El segundo y el tercer periodos contienen 8 elementos cada uno. El cuarto y el quinto periodos contienen 18 elementos: dos en el bloque S, diez en el bloque D y seis en el bloque P El sexto y séptimo periodos pueden contener hasta 32 elementos: dos en el bloque S, 14 en el bloque F, 10 en el bloque D y 6 en el bloque P. Las columnas de los bloques S, P y D corresponden a grupos de elementos con propiedades químicas similares. Se numeran del 1 al 18 (sin tomar en cuenta al bloque F). Es decir, los grupos 1 y 2 se encuentran en el bloque S. Los grupos 3 al 12 se localizan en el bloque D. Y, finalmente en el bloque P se tienen los grupos del 13 al 18. Así, el oxígeno, el azufre y selenio pertenecen al grupo 16. El grupo 18 es de los gases nobles. El berilio, el magnesio y el calcio son elementos del grupo 2. El grupo del carbono es el 14 y el grupo de los halógenos es el 17. Etcétera. En el bloque F hay otros dos grupos: los lantánidos (en el sexto periodo) y los actínidos (en el séptimo periodo). O sea, que hay 20 grupos de elementos: los 18 de los bloques S, P y D y los lantánidos y los actínidos del bloque F. Configuración electrónica a partir de la Tabla PeriódicaEs muy fácil determinar la configuración electrónica de un elemento a partir de su ubicación en la tabla periódica debido a las siguientes consideraciones: - El número de periodo donde se encuentre un elemento coincide con el número de su capa electrónica más externa. Por ejemplo, la capa más externa de todos los elementos del sexto periodo es, precisamente, la sexta capa electrónica. - El número de columna en un cierto bloque coincide con el número de electrones en los dominios electrónicos de los elementos. Por ejemplo, los halógenos se ubican en la quinta casilla del bloque P y, en efecto, todos ellos tienen en su última capa 5 electrones en dominios de tipo p. - La distribución electrónica de los electrones internos de cualquier elemento tiene el mismo patrón que la del gas noble anterior. Combinando las consideraciones anteriores se puede determinar la configuración electrónica de cualquier elemento simplemente reconociendo cuál es el gas noble anterior y contando el número de casillas de cada bloque entre el elemento correspondiente y el gas noble anterior. A continuación, en la Tabla 6.1, se presenta un sencillo instructivo para obtener configuraciones electrónicas a partir de la tabla periódica:
Tabla 6.1. Instructivo para determinar la configuración electrónica de un elemento a partir de la Tabla Periódica.
Donde: n es el número de periodo; w es el número de casillas en el bloque S hasta llegar a la que ocupa el elemento; x es el número de casillas en el bloque F hasta llegar a la que ocupa el elemento; y es el número de casillas en el bloque D hasta llegar a la que ocupa el elemento; z es el número de casillas en el bloque P hasta llegar a la que ocupa el elemento; Electrones de valenciaNo todos los electrones de la última capa son importantes para los procesos químicos. Los que importan son específicamente los menos atraídos de dicha capa y, por lo tanto, los más disponibles para interactuar con otras partículas. A estos se les da el nombre de electrones de valencia. El número de electrones de valencia de un elemento se puede determinar fácilmente a partir del lugar que ocupa dicho elemento en la tabla periódica. El número de electrones de valencia de cada elemento coincide con el número de casillas. - Para elementos del bloque S coincide simplemente con el número de casillas de tipo S que hay después de la que ocupa el gas noble anterior hasta la que ocupa el elemento en cuestión. - Para elementos del bloque P coincide con el número de casillas de tipo S y de tipo P después de la casilla del gas noble anterior hasta la del elemento. - Para elementos del bloque D coincide con el número de casillas de tipo S y de tipo D después de la casilla del gas noble anterior hasta la del elemento. - Para elementos del bloque F coincide con el número de casillas de tipo S y de tipo F después de la casilla del gas noble anterior hasta la del elemento. Efecto de cores vecinos sobre los dominios electrónicosLos electrones de la capa de valencia, al ser los menos atraídos por su propio core, son muy sensibles a la presencia de cores vecinos. Por ejemplo, si otro core (con carga positiva, obviamente) se acercara mucho a una parícula con dos electrones en su última capa (en un dominio de tipos s), los electrones serían atraídos por el core vecino y, por lo tanto, terminarían moviéndose en una región del espacio con otra forma y otro tamaño. El efecto de la carga del core vecino sería el de distorsionar el dominio espacial que ocupan los electrones (figura 6.2).
Figura 6.2. Efecto de una carga vecina sobre un dominio electrónico Si el core vecino tuviera una carga de mayor magnitud, el dominio electrónico no sólo se distorsionaría sino que se trasladaría hacia el core vecino. Ahora la región donde se mueven los electrones estaría alrededor del segundo core (figura 6.3).
Figura 6.3. Competencia de dos cores por un dominio electrónico Tamaño y electronegatividad de los elementosAlgunas de las propiedades más importantes de las partículas polinucleares se pueden explicar con relativa facilidad en términos del tamaño y la electronegatividad de sus elementos. La electronegatividad es un parámetro que engloba dos aspectos: ~ La dificultad para alejar electrones respecto al core. ~ La facilidad para atraer electrones hacia el core Un elemento muy electronegativo atrae fácilmente hacia su core otros dominios electrónicos y, al mismo tiempo, no permite que sus propios dominios electrónicos sean atraídos fácilmente por otros fragmentos. La electronegatividad se suele representar con la letra griega, χ. A continuación, se puntualiza cómo varían estas dos propiedades a lo largo y ancho de la tabla periódica. Tanto el tamaño de los elementos como su electronegatividad dependen de la interacción eléctrica entre el core (con carga positiva) y los dominios electrónicos (con carga negativa) de la capa de valencia. El tamaño de los elementos está determinado directamente por el tamaño de los dominios electrónicos de la última capa. A su vez, el tamaño de los dominios electrónicos de la última capa depende de dos factores: - El número de capa, n, de la capa de valencia. Un mayor número de capa significa que los electrones están más lejos del núcleo. Por lo tanto, se encuentran menos atraídos y se mueven, entonces, en una región más voluminosa. En consecuencia, los elementos que ocupan la parte baja de la Tabla Periódica son más grandes que los de la parte alta. - La carga del core[3]. A mayor carga del core, los dominios electrónicos de la capa de valencia van a ser más pequeños. Es decir, si hay más carga positiva los electrones van a estar más fuertemente atraídos y, por lo tanto, van a ocupar una región de menor volumen. Como se puede observar en la tabla 6.2 y en la figura 6.4, en un mismo periodo, la carga del core crece de izquierda a derecha. En consecuencia los elementos del lado izquierdo de la tabla son más grandes que los del lado derecho. TABLA. La carga del core de los 8 elementos del segundo periodo de la Tabla Periódica.
 
Figura 6.4. Variación de la carga del core a lo largo de un periodo. La electronegatividad de los elementos está relacionada con su tamaño. Los elementos pequeños son muy electronegativos y los grandes poco electronegativos. Para los elementos pequeños, distorsionar uno de sus dominios electrónicos hacia fuera, lejos del core, requiere de mucha energía y, por lo tanto, es difícil. Al mismo tiempo, los elementos pequeños son muy capaces de deformar dominios electrónicos ajenos, atrayéndolos hacia su propio core. Para los elementos grandes ocurre exactamente los contrario. Sus últimos electrones, débilmente atraídos por su propio core pueden ser fácilmente atraídos por algún core ajeno. Por lo tanto, la región que ocupan se deforma hacia el core que los atrae. Por lo mismo, su capacidad para atraer otros dominios electrónicos es muy limitada. En la tabla periódica... - el tamaño de los elementos aumenta de derecha a izquierda y de arriba abajo y - la electronegatividad de los elementos aumenta de izquierda a derecha y de abajo arriba
 
Carga eléctrica de las partículas mononuclearesUsando el código de las representaciones de Lewis se puede determinar la carga de los iones mononucleares. Lo único que hay que hacer es comparar el número de electrones en la estructura de Lewis del ion con el número de electrones de valencia del átomo neutro. La carga del ion sería el número de electrones de valencia del átomo neutro, ev, menos el número de electrones a la vista en la representación de Lewis, elw: q = ev – elw ...(1) Por ejemplo, el ion óxido tiene 8 electrones a la vista en su representación de Lewis comparado con los 6 electrones de valencia del átomo de oxígeno aislado: O sea, la carga del ion óxido es: q = 6 – 8 = –2 A continuación, se presenta la determinación de la carga eléctrica del ion óxido con la ayuda de una tabla:
Dinámica de grupo1. Determinen la configuración electrónica de los siguientes elementos, usando la figura 6.1 y el instructivo de la tabla 6.1: arsénico, astato[4], bromo, calcio, cinc, cloro, cobalto, cobre, cromo, escandio, flúor, galio, germanio, hierro, manganeso, níquel, potasio, selenio, titanio, vanadio y yodo 2. Indiquen si las siguientes aseveraciones son falsa o verdaderas. También pueden contestar... depende.
3. Investiga quién fue y qué aportación hizo a la química Dimitri Mendeleev (entrega un resumen de una cuartilla).
[1] La mol se refiere al número 602,200 trillones del mismo modo que la docena se refiere al número 12. [2] Una excepción es el helio, cuyo último electrón es de tipo 1s pero que se ubica en el grupo 18, en el bloque P, por su parecido químico con los demás gases nobles. [3] En la mecánica cuántica, en vez de la carga del core, se usa otro parámetro que da mejores resultados: la llamada carga nuclear efectiva [4] La Real Academia Española lo nombra ástato, o sea como esdrújula. Otras fuentes lo nombran astatinio. |
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