UNIDAD 04

PERIODICIDAD QUÍMICA

 

VARIACIÓN DE ALGUNAS PROPIEDADES PERIÓDICAS

El potencial de ionización disminuye al aumentar el período y aumenta al desplazarse de izquierda a derecha. Los elementos con menor potencial de Ionización son buenos agentes reductores y son fácilmente ionizables. Un ejemplo de estos es el grupo de Metales Alcalinos (Grupo que contiene al Na, K, Li, Cs, Fr).
Los elementos que tienen la mayor afinidad electrónica son la Familia de los Halógenos (Grupo que contiene al F, Cl, Br, I, At) estos elementos actúan como buenos agentes oxidantes.

Radio Atómico: El Radio atómico que es una medida del tamaño atómico decrece a lo largo de un período y aumenta al ir bajando de período (Niveles superiores). La explicación de ésto es que el núcleo va aumentando de carga para un mismo período por lo que los electrones son más fuertemente atraídos hacia el núcleo. El radio atómico aumenta al añadir un nuevo nivel de energía.

La electronegatividad aumenta hacia la derecha de la tabla periódica y de abajo hacia arriba, ésto quiere decir que el elemento mas electronegativo es el Flúor con un valor de 4.0 (Escala de Pauli) y el elemento menos electronegativo es el Francio.

Potencial de Ionización: Cantidad de energía para eliminar los electrones menos retenidos por un átomo que se halla en su estado fundamental.

Afinidad Electrónica: Cambio de Energía Asociado con el proceso con el cual un electrón se agrega a un átomo gaseoso en estado fundamental.

Electronegatividad: Medida de la capacidad relativa de un átomo en una molécula para atraer electrones hacia él mismo.

Radiación Electromagnética: Energía Radiante que se propaga a través del vacío a una velocidad característica e interpretada en términos de ondas o cuantos

Cuanto: Una cantidad pequeña y definida de Energía Radiante

Potencial de Ionización.

El potencial de ionización es la energía que hay que suministrar a un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental, para arrancarle el electrón más débil retenido.

Podemos expresarlo así:

Átomo neutro gaseoso + Energía -----> Ion positivo gaseoso + e-

Siendo esta energía la correspondiente a la primera ionización. El segundo potencial de ionización representa la energía precisa para sustraer el segundo electrón; este segundo potencial de ionización es siempre mayor que el primero, pues el volumen de un ion positivo es menor que el del átomo y la fuerza electrostática es mayor en el ion positivo que en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear.

El potencial o energía de ionización se expresa en electrón-voltio, julios o en Kilojulios por mol (kJ/mol).

1 eV = 1,6.10-19 culombios . 1 voltio = 1,6.10-19 julios

Si el potencial de ionización de un átomo fuera 1 eV, para ionizar un mol (6,02.1023 átomos) de dichos átomos serían necesarios 96,5 kJ.

En los elementos de una misma familia o grupo el potencial de ionización disminuye a medida que aumenta el número atómico, es decir, de arriba abajo.

En los alcalinos, por ejemplo, el elemento de mayor potencial de ionización es el litio y el de menor el francio. Esto es fácil de explicar, pues el último electrón se sitúa en orbitales cada vez más alejados del núcleo y, a su vez, los electrones de las capas interiores ejercen un efecto de apantallamiento de la atracción nuclear sobre los electrones periféricos.

En los elementos de un mismo período, el potencial de ionización crece a medida que aumenta el número atómico, es decir, de izquierda a derecha.

Esto se debe a que el electrón diferenciador o último de los elementos de un período está situado en el mismo nivel energético, mientras que la carga del núcleo aumenta, por lo que será mayor la fuerza de atracción, y, a su vez, el número de capas interiores no varía y el efecto pantalla no aumenta.

Sin embargo, el aumento no es continuo, pues en el caso del berilio y el nitrógeno se obtienen valores más altos que lo que podía esperarse por comparación con los otros elementos del mismo período. Este aumento se debe a la estabilidad que presentan las configuraciones s2 y s2p3, respectivamente.

La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, ya que su configuración electrónica es la más estable, y por tanto habrá que proporcionar más energía para arrancar un electrón.

Afinidad Electrónica

Es la energía liberada cuando un electrón se agrega a un átomo gaseoso neutro:

En los períodos, la finalidad electrónicas aumenta de izquierda a derecha al aumentar el número atómico y en los grupos, los valores de afinidad electrónica no varían notablemente, sin embargo, disminuye de arriba hacía abajo, cuando aumenta el número atómico.

Electronegatividad


De acuerdo con L. Pauling, "la fuerza con que un átomo, en una molécula, atrae hacia sí los electrones". Ni las definiciones cuantitativas ni las escalas de electronegatividad se basan en la distribución electrónica, sino en propiedades que se supone reflejan la electronegatividad.

La electronegatividad de un elemento depende de su estado de valencia y, por lo tanto, no es una propiedad atómica invariable. He aquí un ejemplo: la habilidad electroatractora de un orbital híbrido spn en un átomo de carbono y dirigido hacia un átomo de hidrógeno, crece de acuerdo con el porcentaje de carácter s en el orbital, según la serie etano < etileno < acetileno. Este concepto de electronegatividad orbital establece que cada elemento exhibe una gama de valores de electronegatividad.

La escala original, propuesta por Pauling en 1932, se basa en la diferencia entre la energía del enlace A-B en el compuesto Abn y la media de las energías de los enlaces homopolares A-A y B-B. R. S. Mulliken propuso que la electronegatividad de un elemento está dada por el promedio del potencial de ionización de los electrones de valencia y la afinidad electrónica. La aproximación de Mulliken concuerda con la definición original de Pauling y da electronegatividades de orbitales y no electronegatividades atómicas invariables, A. L. Allred y E. G. Rochow definieron la electronegatividad como la fuerza de atracción entre un núcleo y un electrón de un átomo enlazado. Se ha desarrollado una escala de electronegatividad de potenciales basados en los datos de espectros atómicos y se ha calculado una escala no empírica mediante el método ab initio usando orbitales gaussianos flotantes.

Otros métodos para calcular electronegatividades se valen de observaciones de constantes de fuerza de vibración de enlace, potenciales electrostáticos, espectros y radios covalentes. Las mediciones de electronegatividad requieren la observación de propiedades dependientes de la distribución electrónica. La alta concordancia de valores de electronegatividad obtenidos de mediciones de diversas propiedades conducen a la confianza y utilidad del concepto.

Mientras más cercano estén los electrones del núcleo, se necesita mayor energía para desprenderlos. Es más difícil quitarle un electrón al litio que al sodio

Radiación Electromagnética


Radiación electromagnética, ondas producidas por la oscilación o la aceleración de una carga eléctrica. Las ondas electromagnéticas tienen componentes eléctricos y magnéticos. La radiación electromagnética se puede ordenar en un espectro que se extiende desde ondas de frecuencias muy elevadas (longitudes de onda pequeñas) hasta frecuencias muy bajas (longitudes de onda altas). La luz visible es sólo una pequeña parte del espectro electromagnético. Por orden decreciente de frecuencias (o creciente de longitudes de onda), el espectro electromagnético está compuesto por rayos gamma, rayos X duros y blandos, radiación ultravioleta, luz visible, rayos infrarrojos, microondas y ondas de radio. Los rayos gamma y los rayos X duros tienen una longitud de onda de entre 0,005 y 0,5 nanómetros (un nanómetro, o nm, es una millonésima de milímetro). Los rayos X blandos se solapan con la radiación ultravioleta en longitudes de onda próximas a los 50 nm. La región ultravioleta, a su vez, da paso a la luz visible, que va aproximadamente desde 400 hasta 800 nm. Los rayos infrarrojos o ‘radiación de calor’ se solapan con las frecuencias de radio de microondas, entre los 100.000 y 400.000 nm. Desde esta longitud de onda hasta unos 15.000 m, el espectro está ocupado por las diferentes ondas de radio; más allá de la zona de radio, el espectro entra en las bajas frecuencias, cuyas longitudes de onda llegan a medirse en decenas de miles de kilómetros.

Propiedades

Las ondas electromagnéticas no necesitan un medio material para propagarse. Así, estas ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las estrellas. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío a una velocidad c = 299.792 km/s. Todas las radiaciones del espectro electromagnético presentan las propiedades típicas del movimiento ondulatorio, como la difracción y la interferencia. Las longitudes de onda van desde billonésimas de metro hasta muchos kilómetros. La longitud de onda (l) y la frecuencia (f) de las ondas electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión l·f = c, son importantes para determinar su energía, su visibilidad, su poder de penetración y otras características.

Teoría

El físico británico James Clerk Maxwell estableció la teoría de las ondas electromagnéticas en una serie de artículos publicados en la década de 1860. Maxwell analizó matemáticamente la teoría de los campos electromagnéticos y afirmó que la luz visible era una onda electromagnética.
Los físicos sabían desde principios del siglo XIX que la luz se propaga como una onda transversal (una onda en la que las vibraciones son perpendiculares a la dirección de avance del frente de ondas). Sin embargo, suponían que las ondas de luz requerían algún medio material para transmitirse, por lo que postulaban la existencia de una sustancia difusa, llamada éter, que constituía el medio no observable. La teoría de Maxwell hacía innecesaria esa suposición, pero el concepto de éter no se abandonó inmediatamente, porque encajaba con el concepto newtoniano de un marco absoluto de referencia espaciotemporal. Un famoso experimento realizado por el físico estadounidense Albert Abraham Michelson y el químico de la misma nacionalidad Edward Williams Morley a finales del siglo XIX socavó el concepto del éter, y fue muy importante en el desarrollo de la teoría de la relatividad. De este trabajo concluyó que la velocidad de la radiación electromagnética en el vacío es una cantidad invariante, que no depende de la velocidad de la fuente de radiación o del observador.

Cuantos de radiación

No obstante, a principios del siglo XX los físicos se dieron cuenta de que la teoría ondulatoria no explicaba todas las propiedades de la radiación. En 1900, el físico alemán Max Planck demostró que la emisión y absorción de radiación se produce en unidades finitas de energía denominadas ‘cuantos’. En 1904, Albert Einstein consiguió explicar algunos resultados experimentales sorprendentes en relación con el efecto fotoeléctrico externo postulando que la radiación electromagnética puede comportarse como un chorro de partículas.

Hay otros fenómenos de la interacción entre radiación y materia que sólo la teoría cuántica explica. Así, los físicos modernos se vieron obligados a reconocer que la radiación electromagnética se comporta unas veces como partículas y otras como ondas. El concepto paralelo que implica que la materia también puede presentar características ondulatorias además de corpusculares fue desarrollado en 1925 por el físico francés Louis de Broglie.

Radio atómico

El radio atómico se define como la mitad de la distancia entre dos núcleos de un mismo elemento unidos entre sí. Estas distancias se calculan mediante técnicas de difracción de rayos X, neutrones o electrones.

Dentro de un mismo grupo, el radio atómico aumenta con el valor de Z, es decir, hacia abajo, ya que el número de niveles electrónicos aumenta en el mismo sentido.

En los períodos cortos, el radio atómico disminuye al aumentar el número atómico, pues el electrón diferenciador se sitúa en el mismo nivel energético y la carga nuclear va aumentando. Debido a esto, la carga nuclear atrae con más fuerza, para igual distancia, a los electrones periféricos, lo que produce la correspondiente disminución. En los períodos largos la variación es más irregular, existiendo dos mínimos: uno hacia el centro y otro en el halógeno correspondiente.

Los elementos del grupo primero son los de mayor radio atómico.

Volumen atómico

La variación periódica del tamaño de los átomos fue observada por Lothar Meyer, quien obtuvo los volúmenes atómicos al dividir el peso atómico del elemento por su densidad. El volumen hallado por este método da una indicación cualitativa del mismo, ya que la densidad del elemento esta determinada por su estructura cristalina. Sin embargo , la representación del volumen molar en función del numero atómico permite observar que la variación periódica del volumen es clara.

Los diferentes elementos, al tener sus electrones situados en niveles diferentes, presentan volúmenes atómicos variables. En el valor del volumen influye también la carga nuclear : al aumentar el numero de protones del núcleo, la atracción sobre los electrones se hace mayor y el volumen tiende a disminuir.

Al analizar la variación del volumen atómico en los elementos de un mismo periodo se observa una disminución desde los átomos situados a la izquierda del periodo, hacia los elementos centrales, para volver a aumentar el volumen progresivamente a medida que nos acercamos a los elementos situado a la derecha del periodo.

En el mismo grupo del sistema periódico, el volumen de los elementos aumentar el numero atómico, ya que existe mayor numero de niveles electrónicos. Así el sodio (1s2 2s2 2p6 3s1) es más grande que el litio (1s2 2s1).

En general, cuando los elementos tienen volúmenes atómicos pequeños, los electrones del nivel mas externos están fuertemente atraídos por el núcleo y, por tanto, son cedidos con gran dificultad.
Por el contrario, los elementos de volúmenes atómicos elevados ceden sus electrones de valencia fácilmente, ya que la atracción nuclear que sufren es muy pequeña.

Actividad

Normas para el uso del applet

El applet tiene dos partes bien diferenciadas. La parte superior es la tabal periódica y en la inferior, encuentras los botones de selección de la propiedad periódica y la gráfica de la variación en el sistema periódico. La traducción de las propiedades que aparecen en los botones es la siguiente:

INGLÉS
CASTELLANO
Atomic weight
MASA ATÓMICA
Density
DENSIDAD
Melting point
PUNTO DE FUSIÓN
Boiling point
PUNTO DE EBULLICIÓN
Specific heat
CALOR ESPECÍFICO
Vaporization heat
CALOR DE VAPORIZACIÓN
Ionization energy
POTENCIAL DE IONIZACIÓN
Atomic radii
RADIO ATÓMICO
Electronegativity
ELECTRONEGATIVIDAD

Instrucciones de manejo

Para estudiar una propiedad periódica debemos seleccionar en primer lugar el botón de la misma en el interfaz. Una vez seleccionado, para determinar el valor de dicha propiedad para un elemento, hacemos clic sobre ese elemento en la tabla periódica de la parte superior, apareciéndonos su valor en el centro. Si lo que deseamos es seleccionar un valor concreto de la propiedad, basta hacer clic en la gráfica y nos aparece a que elemento pertenece ese valor.