TABLA PERIDICA DE LOS ELEMENTOS QUMICOS 1 2

TABLA PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS 1

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Números cuánticos El primer número cuántico, o número cuántico principal, n, designa el nivel de energía principal. Este número toma valores enteros naturales a partir de la unidad. Cuanto mayor sea n, mayor será la energía del electrón y se localizará a mayor distancia del núcleo. n = 1, 2, 3, 4, . . . 3

Números cuánticos El número cuántico secundario, l, indica el número de subniveles de energía que existen dentro de un nivel principal n, e indica la forma de los mismos. Este número toma valores enteros naturales desde 0 hasta n-1, luego en cada nivel n hay l subniveles. n=1 l=0 n=2 l = 0, 1 n=3 l = 0, 1, 2 n=4 l = 0, 1, 2, 3 Para este número l no suelen emplearse cifras sino letras para denominar los subniveles: valor de l 0 1 2 3 Subnivel s p d f sharp principal difuse fundamental 4

Números cuánticos Para el átomo de hidrógeno, la energía de cada subnivel sólo depende de n. Para los átomos con más de un electrón, la energía depende tanto de n como de l. n l subnivel 1 2 3 4 0 0 1 2 3 1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 3 d 4 s 4 p 4 d 4 f 5

Números cuánticos Dentro de cada subnivel definido por n y l aparecen distintos orbitales, que se diferencian en el valor del tercer número cuántico ml. Este número informa sobre la orientación de la nube electrónica alrededor del núcleo. Los valores de m, van desde –l hasta + l de unidad en unidad: ml = -l. . . , 0, . . . , +l Para un subnivel l dado, existen 2 l +1 subniveles: n 1 2 l 0 0 1 3 4 0 1 2 3 ml 0 0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2 +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 1 s 2 s 2 p (3) 3 s 3 p (3) 3 d (5) 4 s 4 p (3) 4 d (5) 4 f (7) 6

Capacidad y energía de los niveles n l 1 0 2 3 4 0 1 2 3 ml 0 0 +1, 0, -1 +2, +1, 0, -1, -2 +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3 1 s 2 s 2 p 3 s 3 p 3 d 4 s 4 p 4 d 4 f 2 e 6 e 10 e 14 e ms 7

Configuraciones electrónicas Energía La configuración electrónica de un átomo es una manera de describir la disposición de los electrones de dicho átomo. Esta configuración indica el número de electrones que existe en cada nivel y tipo de subnivel. Orden de llenado por energía 8

Principio de construcción Para construir la configuración electrónica de un átomo se siguen las siguientes reglas: 1) Principio de energía mínima. Los electrones se irán añadiendo a orbitales en el sentido de menor a mayor energía de los mismos. 2) Principio de exclusión de Pauli. Sólo se permite un máximo de dos electrones por cada orbital. 3) Principio de máxima multiplicidad de Hund. Cuando exista más de una posibilidad para colocar los electrones en un mismo nivel energético, se colocarán los electrones de forma que se ocupe el mayor número de orbitales. De esta forma el espín será el máximo posible. 9

Configuraciones electrónicas Elemento Li Na B C N Ne Na Nº Electrones 3 4 5 6 7 10 11 Diagrama de orbitales Configuración electrónica 1 s 2 2 s 1 1 s 2 s 2 1 s 2 2 p 1 1 s 2 2 p 2 1 s 2 2 p 3 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 1 Electrón de valencia 10

Ejercicio #4 (bis) 1. - Describa los 4 números cuánticos para el electrón 5 dz 21 2. - Determine el número de orbitales d ocupados en el Ru 3+ y Ru 4+ 3. - Determine al catión divalente y el número de electrones totales, si éste presenta la configuración electrónica siguiente: 1 s 2, 2 p 6, 3 s 2, 3 p 6, 4 s 2, 3 d 10, 4 p 6, 5 s 2, 4 d 10 4. - Calcule el número total de orbitales p que contiene la configuración electrónica del polonio, 5. - Calcule el número total de orbitales ocupados cuyo valor de n=4 y determine el total de electrones contenidos en ellos, para la especie Eu 3+ (Z=63). 11

Electrones de valencia. Configuraciones electrónicas Los electrones de valencia son los que se encuentran alojados en el último nivel de energía. Son los que un átomo utiliza para combinarse con otros. Para visualizar rápidamente estos electrones se pueden colocar como puntos alrededor del símbolo del elemento (Lewis). Nos sirven para explicar el enlace covalente 12

¿Cómo se relacionan las configuraciones electrónicas con la tabla periódica? 13

La tabla periódica de los elementos 14

La tabla periódica de los elementos Los elementos del mismo grupo tienen la misma configuración electrónica del último nivel energético. 15

4 f 5 f 16 ns 2 np 5 ns 2 np 4 ns 2 np 3 ns 2 np 2 ns 2 np 1 d 10 d 5 d 1 ns 2 ns 1 Configuración electrónica de los elementos en su estado natural

Configuraciones electrónicas de los iones Las configuraciones electrónicas del tipo gas noble (n s 2 p 6) son las más estables, por lo que los iones tienden a poseer tal configuración. n s 2 p 6 pierde 1 e gana 7 e Cuando un átomo se ioniza, gana o pierde electrones en el orbital de mayor energía para alcanzar una configuración de gas noble. El sodio tiene que perder un electrón o ganar siete electrones para conseguir tal configuración. Por ello, el ión Na+ es el estado de oxidación más frecuente (y único) 17 de este metal.

Configuraciones electrónicas de los iones pierde 7 e gana 1 e En el caso del Cl, la consecución de la configuración de gas noble requeriría perder siete electrones o ganar uno. Ello explica que el estado de oxidación más frecuente sea – 1, correspondiente al ión cloruro. 18

Periodicidad y Ley periódica Para entender la periodicidad y la ley periódica se deben de revisar algunas propiedades Recomendación: revisar sitio web con la tabla periódica de los elementos elaborada por la junta de Andalucía, España: http: //www. juntadeandalucia. es/averroes/~jpccec/tablap/ 19

Propiedades periódicas • Son propiedades mensurables para los elementos. • Son propiedades que, al analizar sus valores en función del número atómico, tienen un comportamiento que se repite periódicamente. 20

Propiedades periódicas 21

Propiedades periódicas 22

Ley periódica Las propiedades de los elementos varían en función de sus números atómicos. 23

Propiedades periódicas relacionadas con reactividad Ciertas propiedades periódicas, en particular el tamaño y las energías asociadas con la eliminación o adición de electrones, son de importancia para poder explicar las propiedades químicas de los elementos. El conocimiento de la variación de estas propiedades permite poder racionalizar las observaciones y predecir un comportamiento químico o estructural determinado. - Radio atómico y radio iónico. - Energía de ionización. - Afinidad electrónica. - Electronegatividad. 24

Relaciones periódicas entre los elementos Las propiedades de los elementos están relacionadas con su configuración electrónica y con su posición en la tabla periódica. 25

Ejercicio #5 Después de cada video aparece una ecuación química con sólo los reactivos, con base en lo que se observa, escribe los productos que se forman y balancea la ecuación. 26

Elementos del Grupo 1 (ns 1, n 2) Familia 1 A M 2 M(s) + 2 H 2 O(l) Incremento de la reactividad 4 M(s) + O 2(g) M+1 + 1 e 2 MOH(ac) + H 2(g) 2 M 2 O(s) 27

Elementos del Grupo 1 (ns 1, n 2) Familia 1 A 28

!Aguas con los metales¡ Video 3 _ Cs + _ H 2 O __--- + __--- 29

Elementos del Grupo 2 (ns 2, n 2) Familia 2 A M M+2 + 2 e- Be(s) + 2 H 2 O(l) Mg(s) + 2 H 2 O(g) Incremento de la reactividad M(s) + 2 H 2 O(l) No hay reacción en frío Mg(OH)2(ac) + H 2(g) M = Ca, Sr, o Ba 30

Elementos del Grupo 2 Familia 2 A 2 (ns , n 2) 31

El origen de los juegos pirotécnicos y los metales Video 4 _ Mg + _ O 2 _--- 32

Elementos del Grupo 3 (ns 2 np 1, n 2) Familia 3 A 4 Al(s) + 3 O 2(g) 2 Al(s) + 6 H+(ac) 2 Al 2 O 3(s) 2 Al 3+(ac) + 3 H 2(g) Elementos del Grupo 3 A (ns 2 np 1, n 2) 33

Elementos del Grupo 3 (ns 2 np 1, n 2) Familia 3 A 34

El origen de los juegos pirotécnicos y los metales Video 5 _ Al + _ Br 2 _--- 35

Elementos del Grupo 4 (ns 2 np 2, n 2) Familia 4 A Sn(s) + 2 H+(ac) Sn 2+(ac) + H 2(g) Pb(s) + 2 H+(ac) Pb 2+(ac) + H 2(g) 36

Elementos del Grupo 4 (ns 2 np 2, n 2) Familia 4 A 37

Formación de polvos coloridos empleados en pigmentos comerciales (tóxicos) Video 6 _ Pb(NO 3)2 + _ K 2 Cr. O 4 _--- + _ --38

Elementos del Grupo 5 (ns 2 np 3, n 2) Familia 5 A N 2 O 5(s) + H 2 O(l) P 4 O 10(s) + 6 H 2 O(l) 2 HNO 3(ac) 4 H 3 PO 4(ac) 39

Elementos del Grupo 5 Familia 5 A 2 3 (ns np , n 2) 40

La explicación para el uso del fósforo en los cerillos Video 7 _ P + _ O 2 _--41

Elementos del Grupo 6 (ns 2 np 4, n 2) Familia 6 A SO 3(g) + H 2 O(l) H 2 SO 4(ac) 42

Elementos del Grupo 6 (ns 2 np 4, n 2) Familia 6 A 43

La formación de uno de los gases responsables de la lluvia ácida Video 8 _ NO + _ O 2 _--44

Elementos del Grupo 7 (ns 2 np 5, n 2) Familia 7 A X 2(g) + H 2(g) X -1 2 HX(g) Incremento de la reactividad X + 1 e- 45

Elementos del Grupo 7 (ns 2 np 5, n 2) Familia 7 A 46

La sal de mesa también puede prepararse de forma espectacular Video 9 _ Na + _ Cl 2 _--47

Elementos del Grupo 8 (ns 2 np 6, n 1) Familia 8 A Niveles ns y subniveles np completamente llenos. Energías de ionización más altas que las de todos los elementos. No tienden a aceptar ni a donar electrones, por lo que difícilmente reaccionan y por eso se les conoce como gases nobles 48

Para obtener más información sobre los elementos químicos se recomienda: Instalar la tabla periódica de Fresheny. org que pueden obtener en la s direcciones electrónicas siguientes: http: //freshney. co. uk/downloads. htm http: //depa. fquim. unam. mx/vmus/Curso. SEP-Oax/Tabla-periodica. zip 49

Propiedades de los óxidos M 2 O, M 2 O 3, MO 2 básicos ácidos 50

Radio atómico Se define el radio metálico de un elemento metálico como la mitad de la distancia, determinada experimentalmente, entre los núcleos de átomos vecinos del sólido. El radio covalente de un elemento no metálico se define de forma similar, como la mitad de la separación internuclear de átomos vecinos del mismo elemento en la molécula. El radio iónico está relacionado con la distancia entre los núcleos de los cationes y aniones vecinos. Para repartir esta distancia hay que tomar un valor de referencia, que es el radio iónico del anión oxo, O 2 -, con 1. 40 Å. A partir de este dato se pueden construir tablas con los radios iónicos de los distintos cationes y aniones. 51

Radio atómico Variación del radio atómico en relación al número atómico. Radio (Å) Aumenta el radio atómico 52

Radios atómicos y radios iónicos Las variaciones de los radios iónicos a lo largo de la Tabla periódica son similares a las de los radios atómicos. Además suele observarse que rcatión < rátomo Y ranión > rátomo 53

Energía de ionización (k. J/mol) La energía de ionización de un elemento se define como la energía mínima necesaria para separar un electrón del átomo en fase gaseosa: A(g) A+(g) + e-(g) DH = EI 1 Aumenta E. Ionización 54

Afinidad electrónica Se define la entalpía de ganancia de electrones como la variación de la energía asociada a la ganancia de un electrón por un átomo en estado gaseoso: A(g) + e-(g) A-(g) DHge La afinidad electrónica (AE) se define como la magnitud opuesta a DHge: Valores de DHge AE = - DHge 55

Electronegatividad La electronegatividad (c) de un elemento es la capacidad que tiene un átomo de dicho elemento para atraer hacia sí los electrones, cuando forma parte de un compuesto. Si un átomo tiene una gran tendencia a atraer electrones se dice que es muy electronegativo (como los elementos próximos al flúor) y si su tendencia es a perder esos electrones se dice que es muy electropositivo (como los elementos alcalinos). 56

Electronegatividad de Pauling Disminuye la electronegatividad 57