miércoles, 4 de mayo de 2016

3 ESTRUCTURA DE LA TABLA PERIODICA: Bloques y grupos

3.1 Bloques


Los grupos más grandes que podemos hacer en una tabla periódica es la de los bloques. Los bloques son regiones específicas de la tabla que se reconocen de acuerdo al punto en que la configuración electrónica de AUFBAU llegó al tope. 

De este modo los bloques reciben el mismo nombre que los números cuánticos llamados subniveles, siendo estos; s, p, d, f. 

3.1.1 Bloque s


Agrupa a los metales alcalinos y alcalinotérreos, con propiedades semejantes. Son metales con alta reactividad. Los únicos no metales en este bloque son el hidrógeno y el helio. A demás el helio tiene una muy pobre reactividad.

3.1.2 Bloque p


Allí se ubica la mayoría de los elementos representativos, siendo aproximadamente la mitad no metales. Sus propiedades son muy diversas.

3.1.3 Bloque d


Metales de transición, todos son metales que tienden a ser plateados, difíciles de fundir y bastante duros, aunque existen variaciones individuales como el oro o el mercurio. Muchos de los miembros del periodo 7 no están bien caracterizados debido a que son sintéticos.

3.1.4 Bloque f


Todos son metales radioactivos e inestables, y casi la mitad son sintéticos.

3.2 Grupos


En química un grupo o familia representa un conjunto vertical de elementos en la tabla periódica de los elementos químicos. En la actualidad se reconocen 18 grupos sin contar a los miembros del bloque f (las dos filas de elementos que aparecen por debajo aparentemente desconectados en las tablas estandarizadas modernas) los cuales no están numerados.

Los elementos de cada grupo poseen propiedades químicas y físicas semejantes, así como características análogas en su capa externa de electrones. Existe en la actualidad tres sistemas para numerar los grupos y al menos dos sistemas para nombrarlos semánticamente, ¡es un caos! Más aún porque los profesores y profesionales no químicos tendemos a emplear la nomenclatura vieja y los de la IUPAC ya van por otro lado, pero regresemos al asunto.

El sistema moderno para numerar los grupos es simple, números arábigos del 1 a 18 consecutivos desde la izquierda a la derecha incluyendo a los metales de transición, pero excluyendo a los miembros del bloque f. Este sistema se usa muy poco, así que mencionaremos los dos sistemas previos. El CAS que representa las siglas para Servicio de Resúmenes Químicos y el viejo sistema IUPAC.

Ambos son reconocibles al emplear numerales romanos principalmente, aunque algunas fuentes podían emplear numerales arábigos, aunque es raro, así como los literales A y B. Ambos sistemas concordaban los números romanos, pero tenían un uso y significación completamente diferente para las letras. De hecho en lo púnico en que concuerdan es en el nombre del viejo grupo VIII de Mendeleev justo en el centro de los metales de transición.

En Colombia históricamente empleamos más el sistema CAS, que emplea los literales A para los elementos representativos, es decir aquellos pertenecientes a los bloques s y p, mientras que emplea el literal B para los metales de transición, los números romanos se interpretan como los electrones s y p de la capa externa que representan comúnmente la valencia más común del elemento; algo muy útil para enseñar la regla del octeto.

Aunque el sistema IUPAC nuevo es más sencillo, aún seguimos empleando el CAS para los elementos representativos debido a que concuerda con la cantidad de electrones de valencia máximo de cada grupo que representa, por ejemplo los miembros del grupo VIIA del IUPAC viejo todos tienen como máximo 7 electrones de valencia, o lo que es lo mismo, la posibilidad de generar 7 enlaces en una molécula en su mayor estado de oxidación.

Ahora, los dos sistemas para nombrarlos semánticamente son, el sistema de familia y el sistema de elemento más ligero. El sistema de familia corresponde a los grupos clásicos por ejemplo: metales alcalinos, alcalinotérreos, anfígenos o halógenos. Por otra parte el sistema del elemento más ligero para esos mismos grupos son, el grupo del litio, el grupo de calcio, el grupo del oxígeno y el grupo de flúor.

3.2.1 El hidrógeno


No existe un lugar donde podamos ubicar al hidrógeno en la tabla periódica sin que empiece a formar problemas. Tradicionalmente se lo ha ubicado a la cabeza del grupo 1, pero realmente no existe un químico con dos dedos de frente que se atreva a denominarlo como un metal alcalino. Aunque el hidrógeno comparte la misma configuración electrónica en el último nivel de energía con los demás metales alcalinos, su electronegatividad es mucho más grande, por lo que es bien capaz de despojar de los electrones a algunos metales muy poco electronegativos formando el ion hidruro.

El hidrógeno sin embargo posee una electronegatividad más débil que la de los elementos ubicados a la derecha de la tabla, como los halógenos y la mayoría de los anfígenos de importancia, por lo que ante ellos pierde su único electrón, formando el ion hidrón. Este ion se comporta similar al que forman los metales alcalinotérreos ante los mismos elementos halógenos y anfígenos.

3.2.2 Grupo 1: Metales alcalinos


Los metales alcalinos poseen propiedades consistentes. Todos son metales brillantes, blandos y altamente reactivos en condiciones estándar. Son fuertemente metálicos y con baja electronegatividad por lo que tienden a convertirse en iones positivos mediante la pérdida de un electrón en las reacciones iónicas.

Se oxidan con rapidez en la atmósfera y deben ser almacenados en aceite para que no estén en contacto con el oxígeno del aire. Reaccionan con violencia con el agua, y a mayor peso con más energía.

El hidrógeno se localiza en esa columna aun cuando pose características ambivalentes que lo colocarían también como un elemento del grupo 17.

Los nombres del grupo son: IA en el viejo IUPAC; IA en el CAS; 1 en el nuevo IUPAC, metales alcalinos como nombre clásico; y grupo del litio.

3.2.3 Grupo 2; metales alcalinoterreos


Los elementos alcalinotérreos también son metales que reaccionan violentamente con el agua, pero en menor medida que los alcalinos. 

Estructuralmente hablando pueden dar dos electrones en su último nivel de energía, pero a diferencia del helio, estos los pueden perder con facilidad para formar compuestos iónicos, así como iones con dos cargas positivas.

Los nombres de este grupo son: IIA en el IUPAC viejo; IIA en el CAS; 2 en el IUPAC nuevo; metales alcalinotérreos como nombre clásico; y grupo del berilio.

3.2.4 Grupo 3


Aunque el grupo no tiene un nombre trivial se lo puede llamar el grupo de las tierras raras más el escandio y el itrio. No poseen propiedades comunes, aunque la mayoría son radioactivos. 

Algunos exhiben apariencia metálica cromada cuando hay suficiente cantidad para verlos macroscópicamente.

Cas: IIIB
IUPAC viejo: IIIA
IUPAC nuevo 3
Nombre trivial/clásico: ninguno aunque los lantánidos y actínidos reciben el nombre de tierras raras.
Nombre de cabeza de grupo: grupo del escandio.

3.2.5 Grupo 4


Los primeros tres miembros del grupo son metales con alta resistencia al calor, pero el rutherfordio es un elemento sintético que ha sido fabricado en pocas cantidades.

Cas: IVB
IUPAC viejo: IVA
IUPAC nuevo 4
Nombre trivial/clásico: ninguno 
Nombre de cabeza de grupo: grupo del titanio

3.2.6 Grupo 5


Igual que el grupo 4, los tres primeros son metales refractarios, mientras que el último es un elemento sintetizado artificialmente cuyas propiedades exactas aún son poco entendías.

Cas: VB
IUPAC viejo: VA
IUPAC nuevo 5
Nombre trivial/clásico: ninguno 
Nombre de cabeza de grupo: grupo del vanadio

3.2.7 Grupo 6


Todos son metales muy poco reactivos con enlace metálico fuerte que genera un punto de fusión bastante alto, es decir son difíciles de fundir. Al igual que los demás miembros de los metales de transición el último miembro sintético del grupo está poco estudiado.

Cas: VIB
IUPAC viejo: VIA
IUPAC nuevo 6
Nombre trivial/clásico: ninguno 
Nombre de cabeza de grupo: grupo del cromo

3.2.8 Grupo 7


Igual que siempre, los tres primeros elementos son metales plateados refractarios con poca reactividad, mientras que el último es un elemento sintético poco estudiado.

Cas: VIIB
IUPAC viejo: VIIA
IUPAC nuevo 7
Nombre trivial/clásico: ninguno 
Nombre de cabeza de grupo: grupo del manganeso

3.2.9 Grupos 8, 9 y 10


Misma tendencia, los primeros tres de cada grupo son metales duros resistentes al calor y los últimos son elementos sintéticos. La pregunta evidente es ¿Por qué los sistemas viejos los agrupamos a todos en el mismo conjunto? 

Como siempre digo, si hay una cosa ilógica se debe a la herencia histórica. En la segunda tabla de Mendeleev el grupo VIII aún no era el de los gases nobles, entre otras porque aún no habían sido descubiertos, por otra parte algunos de los metales de estos grupos tienen un potencial de enlace de 8 como el rutenio.

En otras palabras estos eran los miembros del grupo VIII original hasta el descubrimiento de los gases nobles que hizo las cosas un poco más complicadas.

Cas: VIIIB
IUPAC viejo: VIII
IUPAC nuevo 8, 9 y 10
Nombre trivial/clásico: ninguno 
Nombre de cabeza de grupo: grupo del hierro, grupo del cobalto y grupo de níquel

3.2.10 Grupo 11


Los tres primeros son metales brillantes aunque su punto de fusión no es tan alto. Son generalmente metales con valor económico e industrial debido a la facilidad para darles forma, así como de valor monetario, algunos los llaman metales de acuñado, especialmente el oro y la plata. La reactividad disminuye con forme se avanza en el grupo siendo el cobre el más oxidable y el oro el menos oxidable.

Cas: IB
IUPAC viejo: IB
IUPAC nuevo: 11
Nombre trivial/clásico: metales de acuñado.
Nombre de cabeza de grupo: grupo del cobre.

3.2.11 Grupo 12


A pesar de ser metales de transición los electrones del subnivel d parecen no jugar en los enlaces, por lo que las propiedades de estos elementos son muy similares a aquellas de los metales alcalinotérreos correspondientes, lo cual los hace algo volátiles con el agua.

Los dos primeros miembros son metales cromados, pero el mercurio es célebre al ser el único metal que es líquido bajo condiciones estándar.

Cas: IIB
IUPAC viejo: IIB
IUPAC nuevo: 12
Nombre trivial/clásico: metales volátiles.
Nombre de cabeza de grupo: grupo del zinc

3.2.12 Grupo 13


Los miembros del grupo 13 poseen un poder de enlace “valencia” de 3 y tienden a tener una electronegatividad baja, por lo que forman iones de carga positiva. Todos tienen carácter metálico menos el primero, el boro. Su reactividad aumenta con forme la masa del elemento se hace mayor.

Cas: IIIA
IUPAC viejo: IIIB
IUPAC nuevo: 13
Nombre trivial/clásico: icosagenos o trienos
Nombre de cabeza de grupo: grupo del boro

3.2.13 Grupo 14


El carbono es un no metal, el silicio y el germanio son metaloides, mientras que el plomo y presumiblemente el flevorio son metales. Todos tienen un poder de enlace (valencia) de dos, pero la hibridación puede alterarlo a cuatro que es el más normal. Su electronegatividad intermedia permite la formación de enlaces covalentes.

Cas: IVA
IUPAC viejo: IVB
IUPAC nuevo: 14
Nombre trivial/clásico: cristalógenos o tetrenos
Nombre de cabeza de grupo: grupo del carbono

3.2.14 Grupo 15


El nitrógeno y el fósforo no son metales, el arsénico y el antimonio son metaloides, y el bismuto es un metal. Estos elementos poseen valencias variables, pero la más constante es cinco. 

Al igual que en el grupo anterior, la electronegatividad de este grupo puede denominarse como intermedia, especialmente en los miembros más ligeros, lo que permite la formación de enlaces covalentes.

Cas: VA
IUPAC viejo: VB
IUPAC nuevo: 15
Nombre trivial/clásico: pnictógenos
Nombre de cabeza de grupo: grupo del nitrógeno

3.2.15 Grupo 16


La mayoría no son metales menos el telurio que es un metaloide y el polonio que es un metal. El poder de enlace base de estos elementos es de dos, pero la hibridación permite otros siempre en pares como el cuatro y el seis. Los miembros sólidos del grupo son buenos aislantes y pobres conductores de electricidad.

La electronegatividad disminuye a medida que la masa aumenta lo que altera radicalmente el comportamiento químico, desde un no metal altamente electronegativo como el oxígeno hasta un metal poco electronegativo como el polonio.

Cas: VIA
IUPAC viejo: VIB
IUPAC nuevo: 16
Nombre trivial/clásico: calcógenos o anfígenos
Nombre de cabeza de grupo: grupo del oxígeno

3.2.16 Grupo 17


Los halógenos en su mayoría no son metales excepto el astato que es un metaloide. Poseen altas electronegatividades que les permite formar enlaces iónicos con los metales o enlaces covalentes con elementos de los grupos 15 y 16. Al igual que en el grupo anterior la electronegatividad aumenta a medida que el elemento es más ligero, siendo el flúor el elemento con mayor electronegatividad de todos.

La electronegatividad puede llegar a implicar reactividad por lo que el flúor reacciona rápido y no se lo encuentra libre en la naturaleza.

La mayoría tiene la tendencia a formar múltiples ácidos fuertes.

Cas: VIIA
IUPAC viejo: VIIB
IUPAC nuevo: 17
Nombre trivial/clásico: halógenos
Nombre de cabeza de grupo: grupo del flúor

3.2.17 Grupo 18


Todos son no metales gaseosos con poca o nula reactividad.

Cas: VIIIA
IUPAC viejo: 0
IUPAC nuevo: 18
Nombre trivial/clásico: gases nobles, aerógenos.
Nombre de cabeza de grupo: grupo del helio o grupo del neón.

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