LA TABLA PERIÓDICA
La tabla periódica es un instrumento muy importante y familiar para nuestras vidas que forma parte del material didáctico para cualquier estudiante.
HISTORIA
Döbereiner
Este químico alcanzó a elaborar un informe que mostraba una relación entre la masa atómica de ciertos elementos y sus propiedades en 1817. Él destaca la existencia de similitudes entre elementos agrupados en tríos que él denomina “tríadas”. La tríada del cloro, del bromo y del yodo es un ejemplo. Pone en evidencia que la masa de uno de los tres elementos de la triada es intermedia entre la de los otros dos. En 1850 pudimos contar con unas 20 tríadas para llegar a una primera clasificación coherente.
Chancourtois y Newlands
En 1862 Chancourtois, geólogo francés, pone en evidencia una cierta periodicidad entre los elementos de la tabla. En 1864 Chancourtois y Newlands, químico inglés, anuncian la Ley de las octavas: las propiedades se repiten cada ocho elementos. Pero esta ley no puede aplicarse a los elementos más allá del Calcio. Esta clasificación es por lo tanto insuficiente, pero la tabla periódica comienza a ser diseñada.
Meyer
En 1869, Meyer, químico alemán, pone en evidencia una cierta periodicidad en el volumen atómico. Los elementos similares tienen un volumen atómico similar en relación con los otros elementos. Los metales alcalinos tienen por ejemplo un volumen atómico importante.
Mendeleïev
En 1869, Mendeleïev, químico ruso, presenta una primera versión de su tabla periódica en 1869. Esta tabla fue la primera presentación coherente de las semejanzas de los elementos. El se dio cuenta de que clasificando los elementos según sus masas atómicas se veía aparecer una periodicidad en lo que concierne a ciertas propiedades de los elementos. La primera tabla contenía 63 elementos.
Esta tabla fue diseñada de manera que hiciera aparecer la periodicidad de los elementos. De esta manera los elementos son clasificados verticalmente. Las agrupaciones horizontales se suceden representando los elementos de la misma “familia”.
Para poder aplicar la ley que él creía cierta, tuvo que dejar ciertos huecos vacíos. Él estaba convencido de que un día esos lugares vacíos que correspondían a las masas atómicas 45, 68, 70 y 180, no lo estarían más, y los descubrimientos futuros confirmaron esta convinción. El consiguió además prever las propiedades químicas de tres de los elementos que faltaban a partir de las propiedades de los cuatro elementos vecinos. Entre 1875 y 1886, estos tres elementos: galio, escandio y germanio, fueron descubiertos y ellos poseían las propiedades predecidas.
Sin embargo aunque la la clasificación de Mendeleïev marca un claro progreso, contiene ciertas anomalías debidas a errores de determinación de masa atómica de la época.
Tabla periódica moderna
La tabla de Mendeleïev condujo a la tabla periódica actualmente utilizada.
Un grupo de la tabla periódica es una columna vertical de la tabla. Hay 18 grupos en la tabla estándar. El hecho de que la mayoría de estos grupops correspondan directamente a una serie químmica no es fruto del azar. La tabla ha sido inventada para organizar las series químicas conocidas dentro de un esquema coherente. La distribución de los elementos en la tabla periódica proviene del hecho de que los elementos de un mismo grupo poseen la misma configuración electrónica en su capa más externa. Como el comportamiento químico está principalmente dictado por las interacciones de estos electrones de la última capa, de aquí el hecho de que los elementos de un mismo grupo tengan similares propiedades físicas y químicas.La tabla de Mendeleïev condujo a la tabla periódica actualmente utilizada.
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
Al referirnos a la configuración electrónica (o periódica) estamos hablando de la descripción de la ubicación de los electrones en los distintos niveles (con subniveles y orbitales) de un determinado átomo.
Científicamente, diremos que es la representación del modelo atómico de Schrödinger o modelo de la mecánica cuántica. En esta representación se indican los niveles, subniveles y los orbitales que ocupan los electrones.Configurar significa "ordenar" o "acomodar", y electrónico deriva de "electrón"; así, configuración electrónica es la manera ordenada de repartir los electrones en los niveles y subniveles de energía.
Debemos acotar que aunque el modelo de Schrödinger es exacto sólo para el átomo de hidrógeno, para otros átomos es aplicable el mismo modelo mediante aproximaciones muy buenas.
Los Números Cuánticos
En el contexto de la mecánica cuántica, en la descripción de un átomo se sustituye el concepto de órbita por el de orbital atómico. Un orbital atómico es la región del espacio alrededor del núcleo en el que la probabilidad de encontrar un electrón es máxima. La solución matemática de la ecuación de Schrödinger precisa de tres números cuánticos. Cada trío de valores de estos números describe un orbital.
Número cuántico principal (n): puede tomar valores enteros (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7) y coincide con el mismo número cuántico introducido por Bohr. Está relacionado con la distancia promedio del electrón al núcleo en un determinado orbital y, por tanto, con el tamaño de este e indica el nivel de energía.
Número cuántico secundario (l): Los niveles de energía, identificados con el número cuántico principal (n), poseen subniveles, los cuales se asocian, además, a la forma del orbital, y son identificados por el número cuántico secundario (l). Entonces, los valores del número cuántico secundario dependen del número cuántico principal "n".
PROPIEDADES PERIÓDICAS
Los elementos químicos en la Tabla periódica están ordenados como ya sabemos por su número atómico. De hecho sus propiedades son funciones de su número atómico. Esto significa que el aumento o el descenso de una determinada propiedad esta relacionada con el orden de los números atómicos. Con respecto a las propiedades periódicas de los elementos específicamente hablaremos aquí de las más importantes.
Electronegatividad: La electronegatividad es la tendencia que tiene un átomo de un cierto elemento a captar electrones. Si su electronegatividad es elevada significa que tiene mucha tendencia a atraer electrones de otro elemento que sería el dador. Los no metales son aceptores, es decir, electronegativos y los metales son electropositivos o sea, dadores de electrones. En la Tablaperiódica la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha dentro de un mismo período y de abajo hacia arriba dentro de un grupo. El elemento más electronegativo es el Flúor y el más electropositivo es el Francio.
Radio atómico: Básicamente es la distancia que hay entre el centro del núcleo hasta el electrón más externo. Si nos ubicamos dentro de un mismo grupo (vertical), como por ejemplo el grupo I (Alcalinos), le radio atómico será mayor obviamente para el Francio que se encuentra en el nivel o período 7 que el Litio que está en el 2. Al estar en el nivel 7 se encontrara a mayor distancia del núcleo por eso tendrá mayor radio atómico que el Litio. Ahora si estudiamos esta propiedad a nivel horizontal es algo más complicado de entender. Si estamos en un mismo nivel veremos que el número atómico crece hacia la derecha. Esto significa que un elemento ubicado más a la derecha tendrá mayor cantidad de electrones que su vecino de la izquierda. Al tener más electrones tendrá más protones (cargas positivas). Por lo tanto habrá más fuerza de atracción de los electrones hacia el núcleo y esto provocara una reducción aunque sea pequeña del radio atómico ya que la nube electrónica se acercara más al núcleo. En conclusión, los elementos ubicados más a la derecha dentro de un cierto nivel, tendrán menor radio atómico que los ubicados a la izquierda. Por eso, el radio atómico disminuye hacia la derecha.}
Potencial de ionización: Es la energía que hay que entregar para arrancarle el electrón más externo a un átomo en su estado neutro y gaseoso. Cuando se trata del electrón más externo hablamos de la primera energía o potencial de ionización y si se trata por ejemplo del segundo será la segunda energía o potencial de ionización. Generalmente las bibliografías hablan más de la primera energía. Con respecto a un grupo esta energía aumenta de abajo hacia arriba. Se entiende porque si volvemos al ejemplo del grupo I será más complicado extraerle el electrón más externo al Litio o al Sodio que al Francio que está muy lejos del núcleo (nivel 7). Al estar tan lejos del núcleo hay muy poca atracción y por lo tanto es más fácil sacarle su electrón. Si ahora planteamos la misma situación a nivel de un periodo, o sea, horizontalmente, ocurre algo similar comparado con el radio atómico. Aumenta hacia la derecha porque hay mayor densidad electrónica en los elementos ubicados más a la derecha por tener mayor número atómico. Al estar con más electrones, habrán más protones y mayor atracción. Por este motivo se necesitara más energía o potencial para arrancarle algún electrón.
ÓXIDOS BÁSICOS
Los óxidos básicos se forman por reacción del oxígeno con los metales. Como el oxígeno es muy electronegativo y los metales son electropositivos, la unión es iónica. 2 Ca(s) + O2 ---------- 2 CaO
Se escribe en primer lugar el metal por ser el menos electronegativo.La regla práctica para obtener rápidamente la fórmula es cruzar los números de oxidación o valencias.
Qué diferencia existe entre número de oxidación y valencia?La valencia son los electrones que ese átomo pone en juego en un enlace. Son los electrones que se ganan, pierden o comparten. La valencia a diferencia del número de oxidación, no tiene signo.
El número de oxidación tiene signo porque considera a las uniones como iónicas por lo tanto es positivo si el átomo pierde electrones o los comparte con un átomo que tenga tendencia a ganarlos ( más electronegativo). Es negativo si el átomo gana electrones o los comparte con otro que tenga menor electronegatividad.En el caso del ejemplo, los dos átomos (calcio y oxígeno) tienen valencia 2, pero el número de oxidación del calcio es +2 (pierde electrones) y el del oxígeno -2 (gana 2 electrones).Si se cruzan los números de oxidación y se simplifica siempre que se pueda, se obtiene:CaO
Nomenclatura
La nomenclatura antigua daba las terminaciones oso (menor valencia) e ico (mayor valencia) siempre que fuera necesario. Así por ejemplo los óxidos de hierro:
FeO : óxido ferroso
Fe2O3: óxido férrico
Numerales de Stock
Se nombran con la palabra óxido de ... seguido del nombre del metal aclarando con números romanos entre paréntesis el número de oxidación siempre que fuera necesario.
Óxido de hierro (II)
Óxido de hierro (III)
La nomenclatura sistemática es la recomendadada por la IUPAC:
Se utilizan prefijos para indicar la cantidad de átomos de cada tipo.
FeO : monóxido de hierro
Fe2O3: trióxido de dihierro
LOS ÓXIDOS ÁCIDOS
Se forman por reacción de los no metales con el oxígeno. Debido a que la diferencia de electronegatividad es baja, las uniones son covalentes.
Ejemplo:
C(s) + O2 ------------ CO2
Para plantear las reacciones debe tenerse en cuenta la atomicidad de las moléculas:
Oxígeno, cloro, yodo, bromo, nitrógeno: moléculas di-atómicas (Cl2, I2, Br2, N2)
Carbono: monoatómica
Fósforo: tetra-atómica (P4)
Azufre: octa-atómica (S8)
Nomenclatura:
Antigua: diferencia entre óxidos básicos y ácidos. A éstos últimos los nombra como anhídridos. Se halla en desuso. También se los nombra como óxidos con los sufijos oso (menor número de oxidación) e ico (mayor número de oxidación) y si fuera necesario se utilizan los prefijos hipo y per.
Numerales de Stock: Se los nombra como óxidos de… seguidos del nombre del elemento y entre paréntesis y en números romanos el número de oxidación siempre que tuviera más de uno.
N2O3 : óxido de nitrógeno (III)
N2O3 : óxido de nitrógeno (III)
Sistemática: es la propuesta por la IUPAC. No diferencia entra óxidos ácidos y básicos. Se utilizan prefijos para indicar cuántos átomos de cada clase se tienen.
Cl2O monóxido de dicloro
Cl2O3 trióxido de dicloro
Cl2O5 pentóxido de dicloro
Cl2O7 heptóxido de dicloro
