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Propiedades atómicas periódicas

Enrique Ruiz Trejo

El grafógrafoEscribo. Escribo que escribo.Mentalmente me veo escribir que escribo ytambién puedo verme que escribo.Me recuerdo escribiendo ya y tambiénviéndome que escribía. Y me veo recordandoque me veo escribir y me recuerdoviéndome recordar que escribíay escribo viéndome escribir que recuerdohaberme visto escribir que me veíaescribir que recordaba haberme vistoescribir que escribía y que escribíaque escribo que escribía. Tambiénpuedo imaginarme escribiendo que yahabía escrito que me imaginaría escribiendoque había escrito que me imaginabaescribiendo que me veo escribirque escribo. Salvador Elizondo

La Tabla periódica

La tabla periódica moderna contiene una gran cantidad de información útil. Losintentos de sistematizar los patrones observados en las propiedades químicas delos elementos llevaron a la tabla periódica.

Lavoisier: clasificación basada solamente en datos químicos

Johann Dobernier encontró varios grupos de elementos (triadas) que tenianpropiedades similares. Por ejemplo Cl. Br y I.

John Newlands sugirió que los elementos tendrían que estar arreglados en “octavas”en analogía con las notas musicales

La forma moderna de la tabla tiene su origen a Meyer y Mendeleev, aunque laversión en uso lista a los elementos por número atómico no por masa atómica(Moseley).

La forma actual es el resultado de la mecánica cuántica

Tabla periódica

Elementos representativos:subniveles s o p incompletos

Metales de transición:subnivel d incompleto, o bien,facilmente dan lugar acationes que tienen estesubnivel incompleto.

Gases nobles: subnivel pcompletamente lleno

Lantánidos o actínidos:subniveles f incompletos oque producen fácilmentecationes con subniveles 4fincompletos.

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Información contenida en la tablaperiódica

1. Los miembros de cada grupo tiene los mismoselectrones de valencia por lo que exhibenpropiedades químicas similares.

2. La configuración electrónica de cada elemento sepuede obtener –con ciertas excepciones- a partir dela tabla periódica.

3. Ciertos grupos tienen nombres particulares (gasesnobles, halógenos, alcalinos, etc.)

4. Se incluye información como masa atómica,número atómico, estado de agregación, valenciasmás comunes, etc

Carga nuclear efectiva: Zeff= Z-σ

Los electrones internos o de coraza apantallan la interacción entrelos protones y los electrones de valencia. Los electrones devalencia se apantallan mucho menos entre sí.

1.- Energía de ionización de He 1s2

24. 56 eV para quitar el primer electrón de He54.4 eV para quitar el segundo electrón de (He+)

2.- Li 1s22s1

Electrón 2s apantallado por electrones 1sElectrón 2s casi no apantalla electrones 1s

Tendencia en la carga nuclear efectiva

Li 1s22s1

Be 1s22s2

B 1s22s22p1

C 1s22s22p2

N 1s22s22p3

O 1s22s22p4

F 1s22s22p5

Ne 1s22s22p6

Carga nuclear efectiva

No seapantallanentre síefectivamente

Energía de ionización

Cantidad de energía requerida para arrancar un electrón de unátomo o ion en su estado basal

1a energía de ionización, I 1Energía + X(g) _X+

(g) + e-

2a energía de ionización, I 2Energía + X+

(g) _ X2+(g) + e-

3a energía de ionización, I 3Energía + X2+

(g) _ X3+(g) + e-

I1< I2< I3.... IPor convención In son positivas

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Energía de ionización

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atpro.html

Aumenta In

Los gases nobles tienen las In más grandesAlcalinos: es fácil quitar electrón de valencia ns1

Teorema de Koopman: la energía de ionización de un electrón es igual a laenergía del orbital del cual provino

“Irregularidades” en la energía deionización

I1 Al < I1 Mg

13Al 1s22s22p63s23p1

12Mg 1s22s22p63s2

Apantallado eficazmente por

Problema

¿Qué átomo tiene la menor primera energíade ionización: oxígeno o azufre?

¿Cuál átomo debe tener mayor la segundaenergía de ionización: el litio o el berilio?

Problema

Los metales de transición tienen los niveles4s-3d, 5s-4d y 6s-5d muy cercanos. Lastendencias de la energía de ionización seven mejor en la tercera energía de ionización.Graficar la tercera energía de ionización delos metales de transición.

El mismo problema se presenta en loslantánidos (4f-5d). Graficar la tercera energíade ionización.

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Afinidad electrónica

El cambio de energía interna asociado a la adición deun electrón a un átomo gaseoso

X(g) + e− → X−(g) Los valores de la primera afinidad electrónicatienden a ser exotérmicos (liberan energía, segúnconvención termodinámica los valores sonnegativos).

Toda adición subsecuente es altamente endotérmica.¿Por qué?

AumentaAfinidad electrónica(gases nobles no) Afinidad electrónica

Altamente favorable: F (g) + e- → F-

(g)

1s22s22p5 1s22s22p6

Aumenta(excepto gases nobles)

Afinidad electrónica (primer electrón)

http://www.iun.edu/~cpanhd/C101webnotes/modern-atomic-theory/electron-affinity.html

Problema

Explica por qué la primera energía de laafinidad electrónica del átomo de Ca (+186kJ/mol) es más grande que la del átomo de K(-48 kJ/mol)

Explica por qué los metales alcalinos tienenmayor afinidad por los electrones que losmetales alcalinotérreos

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Variaciones en el tamaño atómico

Todos las funciones de onda tienen untérmino exponencial (exp(-2Zeffr/a0)quetiende a cero pero que nunca se hace cero:los átomos son infinitamente grandes.

En términos prácticos se define el tamaño enfunción de la forma física del elemento: si esgaseoso, metálico, covalente, etc.

Radio atómico, radio covalente, radio iónico,radio de van der Waals, radio metálico, etc.

Radio atómico

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atpro.html

Radio atómico: Mitad dela distancia entre los dosnúcleos de dos átomosmetálicos adyacentes.Disminuye de izquierdaa derecha en un periododebido al incremento enla carga nuclear efectivaen sentido contrario.Los electrones devalencia “sienten” másfuerte la presencia delnucleo al disminuir ladistancia.Se incrementa en ungrupo debido al aumentoen el tamaño de losorbitales

aumenta

Radio iónico: radio de un catión oanión

Catión<átomo neutro<anión

Radio iónico aumenta

Para diferentes grupos sólo se pueden compararespecies isoelectrónicas (con igual número deelectrones)

+

Li F Li+ F-

Comparaciones de radio en especiesisoelectrónicas

Cationes< aniones

11Na+ 1s22s22p6

9F- 1s22s22p6

Iones tripositivos<iones dipositivos<iones monopositivos

13Al3+ 1s22s22p6

12Mg2+ 1s22s22p6

11Na1+ 1s22s22p6

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Problemas

Indica qué especie es mayor y por quéN3- o F-

Mg2+ o Ca2+

Fe2+ o Fe3+

Selecciona el ión más pequeñoK+ o Li+

Au+ o Au3+

P3- o N3-

Electronegatividad

Parámetro empírico: tendencia de un determinadoátomo a atraer un electrón exterior

En moléculas: mide el grado de control de loselectrones por parte de los átomos.

Electronegativo: fuerte tendencia a formar ionesnegativos.

Electropositivos: fuerte tendencia a formar ionespositivos

Escalas de electronegatividad χ

Mulliken: media aritmética entre energía de ionización y afinidadelectrónica

χ ∝ 1/2(I1-E1)

Pauling: Promedio geométrico de la energía de disociación de A2 y B2representan la fuerza puramente covalente del enlace AB, cualquiervalor extra se debe a la diferencia de electronegatividad

Δ= D(A-B)-[D(A2)*D(B2)]1/2

Δ 1/2 ∝ |χA-χB|

Alfred-Rochow: se basa en el concepto de que la electronegatividad estárelacionado con la fuerza de atracción que siente un electrón por elnúcleo separados a una distancia de un radio covalente.

χ =3590(Zeff-0.35)/rcov2 + 0.744

Otras escalas de electronegatividad

Martynov & Batsanov Allen

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Tendencias en la electronegatividad

http://www.emsb.qc.ca/laurenhill/science/trends/PerElNegativity.pdf

Electronegatividad

alta electronegatividad_ electronegativos F baja electronegatividad_ electropositivos Fr

Bajas energías de ionizaciónPequeñas afinidades electrónicas

Electropositivos y deCarácter metálico

Grandes energías de ionizaciónGrandes afinidades electrónicas

Electronegativos yde carácter no metálico

Aumentaelectronegatividad

Triángulo Van Arkel-Ketelaar

http://www.meta-synthesis.com/webbook/37_ak/triangles.html

χ promedio Diferencia de χ

Utilidad del concepto deelectronegatividad χ

CovalenteCeroGrande

IónicoGrandeIntermedio

MetálicoCeroPequeño

Tipo de enlace_ χValor promediode χ

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Algunas tablas periódicas

La imaginación es más importante que elconocimiento

Albert Einstein

Mendeliev

Theodor Benfey Emil Zmaczynski

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Timmothy Stowe Albert Tarantola

Roy Alexander En chino…