2.4. Tabla periódica de los elementos y propiedades periódicas

La tabla periódica de los elementos

En la introducción a la Unidad 2, ya veíamos cómo los científicos del siglo XIX tenían un vaga idea de los átomos y de las moléculas y no sabían de la existencia de los electrones ni protones. Ellos pudieron desarrollar la tabla periódica, teniendo en cuenta las relaciones entre las masas atómicas y las propiedades físicas y químicas de los elementos que conocían en esa época.
Hoy en día, después de los conocimientos adquiridos por la mecánica cuántica, la configuración electrónica de los elementos, el avance de la tecnología, se tiene la tabla periódica. En donde hasta la fecha, se tienen reportados 111 elementos.

Aquí encontrarás una tabla períodica: http://www.acienciasgalilei.com/qui/tablaperiodica0.htm

La TABLA PERIÓDICA que hoy conocemos está constituida por columnas y filas. Donde las filas se conocen comoPERIODOS y las columnas como GRUPOS. Los elementos están ordenados por el número atómico (Z), aumenta de izquierda a derecha y de arriba para abajo.

Pero esta agrupación no es al azar, si recordamos:

• Que el principio de Aufabau nos dice que los electrones de los elementos se van agregando progresivamente.
• Que el electrón diferenciador es el último electrón que se coloca en la configuración electrónica del elemento, que es el que marca la diferencia entre un elemento y el otro.
• Que el aumento de un electrón dentro de la configuración electrónica ( aumento de un protón), implica que varia el elemento, pues cambia el número atómico, que identifica al elemento.

	Teniendo en cuenta estos conceptos podemos comprender como es que está organizada la tabla periódica, para ello observa la siguiente figura:

Analizando la tabla periódica anterior:

Ubiquen el periodo 2 de la tabla periódica: Veremos que comienza con el Li con Z= 3, (1s22s1) Grupo 1 y que termina con el Ne, Z= 10 (1s22s22p6) Grupo 8
	Ejercicio 2.7 Establezcan la configuración elelctrónica del elemento que se encuentra en grupo 1, periodo 3; y la configuración electrónica del elemento que se encuentra en el mismo periodo, grupo 8. ¿Cuál es relación entre sus configuraciones electrónicas, de estos dos elementos? ¿Cuál podría ser la conclusión (configuración electrónica) para cada uno de elementos que se encuentran en diferentes periodos de la tabla periódica y el Grupo 8?
	Analiza ¿Cuántos electrones le faltan al elemento fósforo (P), Z=15, para alcanzar la configuración de gas noble? ¿Cuántos electones le faltan al elemento magnesio (Mg), Z= 12, para alcanzar la configuración de gas noble? Ubiquen al gas noble del período en donde se encuentra el elemento.                                                      18 Ar  1s22s22p63s23p6     15P    1s22s22p63s23p3                  12 Mg  1s22s22p63s2   El Fósforo al ganar 3 electrones, puede alcanzar la configuración de gas noble, del periódo donde él se encuentra. Entonces, se puede concluir que el anión P3- es estable, pues ha alcanzado la configuración electrónica de gas noble. Mientras que para el Mg será más fácil perder 2 electrones y alcanzar la configuración del gas noble del periódo inmediato superior,                                                         10 Ne   1s22s22p6 En este caso, se puede concluir que el catión Mg2+ es estable, pues ha alcanzado la configuración elelctrónica de gas noble.

Los elementos de la tabla periódica, de acuerdo a la posición que tengan en la tabla periódica, tendrán una tendencia a ganar o perder electrones para alcanzar la configuración electrónica de gas noble.

Esto luego nos permitiran entender varias de las propiedades periódicas de la tabla, tales como el tamaño atómico, energía de ionización y afinidad electrónica.

TAMAÑO ATÓMICO

Antes de poder estudiar el tamaño atómico, debemos:

• Establecer que el término tamaño atómico o radio atómico es un término referencial, se interpreta como el radio de una esfera dentro de la cual se encuentra la máxima probabilidad de hallar los electrones de un átomo.
• Comentar que las numerosas propiedades físicas incluidas la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición están relacionadas con el tamaño de los átomos, pero el tamaño es muy difícil de definir.

Además tenemos que tener en cuenta dos aspectos:

• Variación del tamaño en el GRUPO, para ello es necesario analizar la variación de la configuración electrónica de  los elementos que se encuentran en el mismo grupo.

• Variación del tamaño en el PERIODO, para ello es necesario analizar la variación de la carga nuclear efectiva dentro del mismo periódo.

	Dentro de un grupo
Si ubicamos a los elementos que se encuentran dentro de un mismo grupo, sabemos que: a medida que avanzamos en el período se va incrementando, el número cuántico n, lo que implica que, se va incrementando la capa electrónica. a medida que avanzamos en el período, el último electrón (electrón diferenciador), se encuentra cada vez más alejado del núcleo del elemento.
	Actividad Interactiva 2.5 A Ingresa al siguiente enlace: http://www.educaplus.org/sp2002/properiodicas/radatomico.html Ingresa al link, ubica en el lado izquierdo “Radio Atómico”, y marca “tabla” en el lado derecho. En la tabla, con el cursor, ubica dentro de un grupo a los elementos y ve avanzando en el periodo, analiza los valores de radio atomico que se van mostrando. Relaciona estos valores con el hecho que a medida que se avanza en el período, va creciendo el número cuántico por ende la capa electronica.

Podemos concluir que, en un GRUPO, el tamaño se incrementa a medida que aumenta el PERÍODO.

	Dentro de un periódo
Si ubicamos a los elementos dentro del mismo periódo, el número cuántico prinicpal (n) no variarará, pero se irá incrementando, de uno en uno, los valores del número cuantico azimutal (l).
	Actividad Interactiva 2.5 B Vuelve a ingresar al link anterior: http://www.educaplus.org/sp2002/properiodicas/radatomico.html Ubica en la tabla periodica del enlace anterior, en el periodo 3, analiza los valores de radio atómico para el 11Na, 13Al, 15P, 17Cl; anota los valores para que te sirvan de referencia. Calcula la carga nuclear efectiva para estos mismos elementos (revisa en esta misma unidad, el concepto de ello, si no te acuerdas). Ahora puedes relacionar el tamaño atómico con la variación del valor de la carga nuclear efectiva. ¿Cuál es tu conclusión?

Podemos concluir que, dentro de un PERÍODO, a medida que aumenta el valor del Zef , el tamaño atómico disminuye.

Radio iónico o tamaño iónico

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. Cualquiera de las dos situaciones suceden porque el elemento al ganar o perder electrones , alcanza la configuración electronica de gas noble.

Tengan en cuenta que el elemento sigue siendo el mismo, no cambia el número atómico, lo que ha variado es la configuración elelctronica, ésta es la que es igual a la configuración elelctrónica del gas noble.  La configuración electrónica del átomo neutro de sodio, 11Na (1s22s22p63s1), mientras que la configuración del catión 11Na+1 es (1s22s22p6 ); lo que equivale a la configuración del gas nobleNeón (10Ne)

Si el elemento gana electrones:

El electrón o electrones ganados se colocan en los orbitales vacíos del elemento, transformando el átomo en un anión. Lacarga nuclear es constante, tanto en el átomo neutro como en el anión, pero aumenta la repulsión entre los electrones, pues estos han aumentado, esto produce un aumento del tamaño iónico.

Si el elemento pierde electrones:

Los electrones que se pierden, por lo genereal, son los electrones de valencia, es asi como el elemento se converte en un cartión. La carga nuclear sigue siendo la misma, tanto en el átomo neutro como en el catión, pero al disminuir el número de electrones, disminuye la repulsión entre ellos, lo que hace que se contraiga el átomo, disminuyendo su tamaño frente al atomo 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

La energía de ionización o potencial de ionización, es la energía mínima (kJ/mol) que se requiere para retirar un electrón de un atomo al estado gaseoso. La magnitud de la energía de ionización es una medida de qué tan fuertemente está unido el electrón al átomo.

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 (E_I) es:

                                                X_(g) + E_I →  X_(g) ⁺  + 1 e^–

Por convención, la energía que se debe proporcionar para retirar el electrón de un átomo gaseoso, será siempre POSITVA.A mayor valor de la Energía de Ionización E_I, más dificil será extraer un electrón del átomo.

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 GRUPO

Conociendo que a medida que se incrementa el periódo, 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 encontrará mas cercano al núcleo.

Lo que nos lleva a la conclusión que a medida que aumenta el período en un grupo, el valor de la energía de ionización disminuye.

En un PERÍODO

Conociendo que en un periódo, a medida que aumenta el Z_ef, disminuye el tamaño del átomo. Esto hace que el último electron se encuentre más cercano al núclo, lo que hará que sea más difícil retirarlo del átomo.

Lo que nos lleva a la conclusión que, a medida que se avanza dentro de un mismo periódo, el valor de laEnergía de Ionización aumenta, en otras palabaras conforme disminuye el tamaño en un periodo, aumenta la Energía de Ionización.

Ejercicio 2.8   Ordena de mayor a menor, en términos de Energía de Ionización, a los siguientes elementos: K, Mg, Na, Al. Escribe la Ecuación para la Energía de Ionización para el átomo de Na. Si tuvieras que realizar  una comparación entre el Cloro y el Bromo, en terminos de tamaño atómico y de Energía de Ionización. ¿Qué dirías?

AFINIDAD ELECTRÓNICA

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, si libera mayor energía al aceptar un electrón. Lo que significa que el valor absoluto de la afinidad electrónica, aumentará. Esto tambien se puede expresar que a medida que disminuye el tamaño en un periodo el valor abasoluto de la afinidad electrónica aumenta.

	Ejercicio 2.9 Ordena de mayor a menor, en términos de Afinidad electrónica, a los                 elementos: Br, As, K. Justifica la razón por la cuál el F tendrá una mayor Afinidad electronica que el O Explica, ¿cuál de los dos elementos P o el Cl,  liberarán mayor cantidad de energía al aceptar un electrón?
	Observación Si buscamos valores de afinidad electrónica, encontraremos que son valores negativos, lo que sabemos que significa que el átomo libera energía al aceptar un electrón. Por lo tanto los elementos, con mayor tendencia a formar aniones, serán los que liberen mayor cantidad de energía, al aceptar un electrón. Mientras que los valores de AE, no serán tan altos, en elementos que tienen tendencia a perder electrones, para alcanzar la configuración de gas noble.
	Ejercicio 2.10 Teniendo en cuenta lo observado en el recuadro anterior, explica lo siguiente: ¿Por qué los valores de afinidad electronica de los elementos del grupo 2, tienen valores de afinidad electronica POSITIVOS? Para resolver el ejercicio, escribe la configuración electrónica de uno de los elementos de este grupo. Analiza, que tendría que realizar el átomo para poder aceptar un electrón.