jueves, 5 de mayo de 2016

4 PROPIEDADES PERIODICAS

Para ser francos la tabla periódica fue primero, y las tendencias después. Esto se debe a que varias características de las tendencias periódicas son propiedades que se midieron después de que la tabla estuviera establecida en su forma general, ya fuera porque no se habían creado algunas líneas de investigación o a la falta de tecnología.

En cualquier caso, una vez que una propiedad elemental fue acuñada y medida, la comparación fue inevitable, lo cual al graficar genera una serie de tendencias. La gráfica general es la de curvas periódicas como el latir de un corazón.

4.1 Tendencias generales de las propiedades periódicas


Antes de empezar a estudiar los grupos individuales, tomemos otro vistazo de las tendencias generales. Hemos dicho que los elementos de un mismo grupo poseen propiedades químicas semejantes debido a que poseen una configuración electrónica similar en sus últimos niveles de energía (por eso reciben el nombre de electrones de valencia, porque son  aquellos que valen a la hora de realizar reacciones químicas).

Aunque el postulado anterior es correcto en su aplicación general, debe tomarse con pinzas. Los químicos han sabido desde hace mucho tiempo que l primer miembro de cada grupo se diferencia del resto de los miembros del mismo grupo (el litio no presenta prácticamente las mismas propiedades que los miembros de los metales alcalinos por ejemplo). Del mismo modo, el berilio es bastante atípico con respecto a los demás miembros de los metales alcalinotérreos.

Otra tendencia general de los elementos representativos es la relación en diagonal. La relación en diagonal es una similitud entre pares de elementos de diferentes grupos y periodos de la tabla periódica. Específicamente, los primeros tres miembros  del segundo periodo (Li, Be y B) exhiben muchas similitudes con los elementos localizados diagonalmente debajo de ellos en la tabla periódica estándar.

La razón para este fenómeno es la similitud entre la densidad de carga de sus cationes (la densidad de carga es la carga de un ión dividida entre su volumen). Los cationes con densidades de carga similares reaccionan de manera similar con aniones formando el mismo tipo de compuestos.

Por lo tanto, la química del litio se parece mucho a la del magnesio en muchas características; lo mismo va para el berilio y el aluminio, o para el boro y el silicio. Cada una de estas parejas exhibe una relación diagonal.

Hay que tener en mente que la generalización de la regularidad en las propiedades químicas aplica más fuertemente a aquellos grupos representativos (del IA al VIIIA también conocidos como 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18) cuyos miembros pertenecen a un solo tipo de sustancia (metal o no metal). Por lo anterior, los grupos con propiedades más similares entre si serán los 1 y 2 ya que en ambos solo tenemos metales; y los grupos 17 y 18 ya que en ellos solo existen no metales. En los grupos 14, 15 y 16 donde los elementos cambian entre metales, no metales y metaloides debemos esperar una variación mucho mayor entre las propiedades químicas.


4.2 Numero atómico


El número atómico representa la cantidad de protones que tiene un elemento, y como tal identifica la identidad del elemento, antes del descubrimiento del protón el número atómico se definía con respecto a la carga del núcleo. 

Durante la era del núcleo se descubrió que un mismo elemento podía presentar átomos con diferentes masas atómicas, esto conllevó a la definición de los isótopos. 

Sin embargo todos los isótopos coinciden con la cantidad de protones en el núcleo y por eso se los identifica como un mismo elemento.

4.3 Carácter metálico


Aunque el carácter metálico disminuye de forma continua de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba, clásicamente entablamos límites claros entre las categorías de metal, metaloide y no metal.


4.4 Radio atómico


El radio atómico es difícil de definir debido a que la nube de electrones se dispersa de manera indefinida desde el núcleo. Aunque definimos el límite de los orbitales como el volumen que representa al 90% de la probabilidad de encontrar a un electrón, tal límite es arbitrario.

Bien, aunque generalmente decimos que el radio atómico crece desde la derecha gasta la izquierda y de arriba para abajo, tal como se muestra en las gráficas de muchos libros básicos.

La verdad es que, de hecho es así, pero con ciertos matices.

Crecimiento del radio atómico para los primeros 5 periodos e la tabla periódica. Podemos ver claramente que el radio crece como esperaríamos para los primeros niveles, pero que en los niveles más altos existen desviaciones. 

4.5 Energía de ionización


Es la energía necesaria para que un electrón sea despedido el átomo formando un ion positivo. En consecuencia para átomos poli-electrónicos se pueden definir energías para varios electrones. En las tablas periódicas se presenta la energía del primer electrón.

La energía de ionización "tiende" a crecer de abajo hacia arriba y de izquierda a derecha, de este modo, el elemento que más fácilmente pierde electrones es el francio, y el que más difícilmente pierde sus electrones es el helio.

Siempre es un proceso endergónico, es decir, requiere energía, pero esta energía cambia dependiendo del tipo de átomo, algunos liberan sus electrones muy fácilmente, y en ese caso decimos que tienen bajas energía de ionización, mientras que otros elementos liberan sus electrones muy difícilmente, y en ese caso diremos que tienen altas energía de ionización.

La energía de ionización será más grande a medida que el ion se hace más pequeño, debido a que la fuerza relativa entre la atracción del núcleo y la repulsión de los electrones favorece la retención de los electrones. En otras palabras, a medida que un electrón pierde electrones, no solo se hace más pequeño, también empieza a retener los electrones e le restan con mayor fuerza.

La gráfica que muestra las energía de ionización de los primeros 90 átomos de la tabla periódica. Podemos darnos cuenta que los gases nobles tienen energías de ionización muy altas, lo que tiene sentido, pues esta energía refleja que prácticamente nunca pierden sus electrones. Sin embargo hay otros detalles, los gases nobles más pesados tienen potenciales de ionización más bajos, lo que tal vez explique por qué ellos si pueden generar enlaces en ciertas situaciones. El elemento más electronegativo que no es un gas noble es el flúor.

Nuevamente debido a que a mayor atracción del núcleo por electrones la energía de ionización es más alta, podemos emplear la propiedad de electronegatividad para inferir la energía de ionización.

4.6 Radio ionico


Es el radio de un catión o un anión. Es una propiedad importante, debido a que afecta las propiedades físicas y químicas de los compuestos iónicos como las sales.
  
Cuando un átomo central se convierte en un ión, esperamos un cambio de tamaño.

Sí el átomo forma un anión, es decir, si gana electrones, su tamaño o radio atómico se incrementa, debido a que la carga nuclear de atracción permanece constante, pero la repulsión entre los electrones se incrementa, esto causa que las funciones de onda de los electrones se expandan, debido a que cada electrón hace que los demás se alejen de sí mismo.

Radio atómico de elementos no metálicos, en rojo sus estados neutrales diatómicos, en rojo sus formas iónicas. Los elementos no metálicos tienen la tendencia constante a capturar electrones, y al hacerlo sus radios e incrementan, y lo hacen bastante, con un solo electrón de más estos iones prácticamente duplican su radio.

Si el átomo forma un catión, es decir, si pierde electrones, esperamos que su radio atómico se contraiga, esto se debe a que la repulsión entre los electrones disminuye, mientras que a carga atractiva del núcleo permanece constante. La nube de electrones se contrae, lo que causa que los cationes sean más pequeños que sus átomos neutros.

En el radio de elementos metálicos, podemos notar que los radios de los elementos neutros son casi el doble de grandes que los de sus iones, y eso que solo han perdido uno de sus electrones.

En general, los átomos metálicos tienden  a disminuir su radio atómico, mientras que los no metales “exceptuando los gases nobles” tendrán a hacerse más grandes.

Los elementos metálicos tienden a generar iones con cargas positivas con radios pequeños, mientras que los elementos no metálicos tienden a generar iones con cargas negativos con mayores radios.

4.7 Electronegatividad


La electronegatividad es quizá la propiedad periódica que más nos servirá en nuestro estudio del enlace químico, ya que ella nos dice cuando un átomo puede formar alguno de los grandes tipos de enlace químico.

Podemos definir a la electronegatividad como la propiedad que tiene un núcleo atómico de atraer los electrones a su alrededor.  Los electrones atraídos a su alrededor pueden ser tanto los propios como los ajenos. La electronegatividad tiene diferentes escalas, la mas comunes la de Pauling aunque formalmente se expresa como un escalar adimencional.

La electronegatividad tiende a crecer de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba, aunque pueden existir desviaciones en los bloques d y f.

Esto implica que los elementos con grandes electronegatividades tienen en sus estados fundamentales pequeños radios atómicos, debido a que las nubes de electrones están fuertemente atraídas a sus núcleos. También implica que os elementos con grandes electronegatividades pueden atraer electrones muy fácilmente de otras fuentes.

La electronegatividad crece de izquierda a derecha y de abajo hacia arriba omitiendo a los gases nobles generalmente. De este modo en sentidos prácticos ele elemento más electronegativo es el flúor y el menos electronegativo es el francio.

4.8 Valencia


Es el potencial para formar enlaces o combinaciones. Un elemento con una valencia de 1 se unirá con un átomo de otro elemento mediante un enlace simple. Si tiene una valencia de dos se puede enlazar con otros dos átomos o formar un enlace doble. 

Las valencias no son entidades fijas, muchos elementos tienen valencias variables que no siguen la regla del octeto; tales casos se explican mejor mediante la hibridación, y son la mayoría.

4.9 Masa


Incorrectamente denominada peso atómico, la magnitud expresada en la tabla tiene dos significados diferentes:

4.9.1 Masa de un átomo


Es la masa de cualquier elemento tomando como punto de referencia el isótopo 12 del carbono. Sus unidades son u.m.a, de esta forma el carbono 12 pesa 12 uma. La masa que aparece en la tabla es un promedio de diferentes isotopos y de allí las decimales. Su símbolo común, especialmente en química y física nuclear es A mayúscula.

4.9.2 Masa molar


La magnitud también puede interpretarse como la masa de una mol del elemento, en este caso se asumen átomos aun cuando el elemento se presente molecularmente. Las unidades son gramos/mol. De esta forma el carbono 12 tiene una masa molar de 12g/mol. Su símbolo común es una M mayúscula, pero eso crea confusiones con el símbolo de Molaridad, así que emplearemos dos emes minúsculas (mm)

4.9.3 Interpretación


La masa atómica o molar tiende a crecer de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo, pero existen algunos casos donde no es así como en el argón-potasio o el yodo-telurio, esto se debe a la presencia de neutrones extra en el elemento antecesor.

4.10 Para tener en cuenta


De la información de la tabla periódica los valores más empleados son; símbolo, masa “peso atómico”, valencia y electronegatividad, aprenda a identificar esos valores en su tabla periódica y será un ganador.


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