UNIVERSIDAD LIBRE

UNIVERSIDAD LIBRE
FACULTAD DE INGENIERÌA
DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BÁSICAS
GUIA DE CLASE No 3
NOMBRE DE LA ASIGNATURA:
TÍTULO:
DURACIÓN:



BIBLIOGRAFÍA SUGERIDA



QUIMICA INORGANICA
TABLA PERIODICA
2 SEMANAS
GEOFF RAYNER – CANHAM. “Química Inorgánica
Descriptiva.” Ed Pearson, 2000.
HUTCHINSON ERIC. “Química. Los Elementos y sus
Reacciones” Ed Reverté, 1980.
WHITTEN, K. Química General. Cengage Learning.
Octava Ed. Mexico, 2008.
CHANG, R. Química. Décima Ed. McGraw Hill. China,
2010.
ATKINS, P., JONES, L. Chemical Principles. Second
Edition. W. H. Freeman and company. New York,
2001.
ATKINS, P. Química Inorgánica. Cuarta Ed. McGraw
Hill, México 2008.
COMPETENCIA
Identifica comportamientos y propiedades generales de elementos del bloque A y de transición de
la tabla periódica y sus principales compuestos.
CONCEPTUALIZACIÓN
Los elementos se disponen siguiendo el orden de sus números atómicos crecientes y los que
tienen propiedades químicas y físicas similares se repiten a intervalos definidos.
- Elemento: sustancias puras constituidas por átomos que tienen el mismo número atómico.
- Número Atómico: representa el número de protones en el núcleo y el número de electrones
en le periferia, se simboliza con la letra Z.
- Masa Atómica: Simbolizada con la letra A y es igual a la suma de protones Z más la de los
neutrones N
- Isotopo: átomos con el mismo número de protones pero diferente número de neutrones.
A
Para especificar de qué isótopo del elemento se trata se emplea ZX donde X representa
el símbolo del elemento, A representa el número de masa y Z representa el número
atómico.
Ley Periódica: “las propiedades físicas y químicas de los elementos son función periódica de sus
números atómicos“. El sodio con estructura electrónica: 2 – 8 – 1 presenta propiedades similares
al Litio de estructura electrónica 2 – 1, los dos tienen un electrón solitario en el último nivel
estando llenos los internos. Lo mismo podría anotarse del flúor y cloro, que poseen 7 electrones
en su último nivel.
Periodo: intervalo comprendido entre dos elementos de propiedades semejantes que varían a lo
largo del mismo nivel y se encuentran en las filas de la tabla.
Grupo: conjunto de elementos situados en una misma verticalidad con propiedades físicas y
químicas muy similares, se representa con número romanos e identifica los elementos que han
llenado la misma cantidad de electrones del último nivel de energía en los mismos subniveles de
energía.
Los elementos de la tabla periódica se clasifican de la siguiente manera:
a. Gases nobles: conocidos también como gases inertes, son muy estables y poco reactivos y
corresponden al grupo VIIIA de la tabla es decir aquellos que van desde el Helio hasta el
Radón.
1
b. Elementos tipos tienen el último nivel incompleto y corresponden a los elementos de los
grupos IA hasta VIIIA, se conocen también como elementos representativos.
El grupo IA son metales alcalinos, el IIA metales alcalinotérreos, el IIIA térreos, el IVA
carbonoides, VA nitrogenoides, VIA anfígenos, VIIA halógenos y VIIIA gases nobles ; su
distribución atómica termina en sp o ps .
c.
Elementos de Transición: con dos niveles incompletos, forman los Grupos: IB, IIB, IIIB,
IVB, VB. VIB, VIV. Y VIII, son distribución electrónica termina en ds y el número romano
resulta de la sumatoria de los electrones en d y s.
d. Elementos de doble transición o tierras raras: tienen tres niveles incompletos y se
encuentran situados fuera de la tabla, formando las series de los lantánidos y actínidos.
La tabla periódica tiene una línea escalonada gruesa que separa los no metales de los metales, la
cual va desde el grupo IIIA incluyendo el boro hasta el grupo VIIA incluyendo el astato,
En la serie de los lantánidos y actínidos aparecen unos elementos sombreados de vida efímera,
obtenidos por trasmutaciones nucleares es decir, de forma artificial.
Esquema General de la Tabla Periódica
Propiedades Periódicas
- Potencial de Ionización: energía requerida para arrancar un electrón a un átomo neutro (en
estado gaseoso) y formar un ion positivo. Incrementa de izquierda a derecha en los
periodos y disminuye de arriba hacia abajo en los grupos.
Naº + E  Na + 1e
Afinidad Electrónica: energía liberada cuando un átomo neutro en estado gaseoso captura
un electrón para formar un ion negativo. Incrementa de izquierda a derecha y disminuye de
arriba hacia abajo.
Clº + 1e  Cl + E
Electronegatividad: tendencia que tienen los átomos para atraer los electrones que
participan en un enlace químico. Incrementa de izquierda a derecha y de abajo hacia
arriba.
Radio Atómico: puesto que los átomos no existen solos en sistemas químicos, el radio
atómico se define la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos vecinos, cuando
la sustancia se encuentra en estado sólido. En los grupos incrementa al aumentar el
número atómico y, en los periodos disminuye de izquierda a derecha.
+
-
-
-
-
En el siguiente diagrama se observan de forma gráfica las propiedades antes mencionadas.
2
PARTICULARIDAD DEL BLOQUE A Y ELEMENTOS REPRESENTATIVOS
Hidrógeno. Existe libre en la atmósfera sobre todo a grandes alturas y la atmósfera del sol lo
contiene en grandes cantidades. Se encuentra combinado en el agua, en las bases, en los ácidos,
pero sobre todo en los compuestos orgánicos. En la industria se obtiene por electrólisis del agua en
presencia de un ácido o una base. En el laboratorio se obtiene desalojándolo de los ácidos
diluidos, por metales como el Zinc, Magnesio, etc. Es un gas incoloro, inoloro e insípido, poco
soluble en agua, pero es muy soluble en los metales de la familia del platino. A temperatura
ordinaria es bastante inerte y su reacción con el Cloro a la luz, es frecuentemente explosiva. Arde
con llama poco brillante pero muy caliente. Con el Carbono entra en todos los compuestos
orgánicos. Tiene tres isótopos; Protio, Deuterio y Tritio de A = 1, 2 y 3 respectivamente. Se emplea
en la preparación industrial de amoniaco y en la síntesis del ácido sulfúrico, en la preparación de
los aceites para quitarles el mal olor, endurecerlos y hacerlos comestibles.
Grupo I Metales Alcalinos (Li – Na – K – Rb – Cs – Fr): elementos muy reactivos, todos
presentan un electrón en el último nivel y al ceder dicho electrón quedan con número de oxidación
de +1, esta movilidad del electrón externo les permite ser excelentes conductores eléctricos y
térmicos. Tienen un potencial de ionización bajo y son muy activos químicamente formando
compuestos iónicos. No se encuentran libres en la naturaleza porque se oxidan, son metales
corrosivos, blandos y plateados. Los puntos de fusión y ebullición son bajos debido a que las
fuerzas de enlace son débiles. Algunas de las propiedades de estos elementos se observan en la
tabla 1
Configuración
Electrónica
Li
3
7
2,1
Na
11
23
2,8,1
K
19
39
2,8,8,1
Rb
37
86
2,8,18,8,1
Cs
55
133
2,8,18,18,8,1
Fr
87 (223) 2,8,18,32,18,8,1
Tabla 1: Propiedades metales alcalinos
Elemento
Z
A
Densidad
(g/cc)
0,53
0,97
0,86
1,53
1,87
Punto Fusión
(ºC)
180
98
64
39
29
Fuente: Rayner-Canham. Química Inorgánica descriptiva.
Por ejemplo, el sodio es un metal de color blanco, liviano y blando, se oxida fácilmente con el
oxígeno el aire. Los compuestos más importantes son el NaCl, NaOH, NaHCO3 y el NaClO.
Algunas de las reacciones de los metales alcalinos son:
3
Con agua: reaccionan violentamente con el agua desprendiendo hidrógeno gaseoso, que puede
recogerse e identificarse mediante reacción a la llama originando fuerte detonación.
2Li + 2H2O
2LiOH + H2
Con oxígeno del aire: forman óxidos fácilmente por lo cual deben guardarse dentro de benceno,
petróleo o aceite. El litio es el único que con el aire forma nitruro de litio Li3N
4K + O2
2K2O
Grupo II Metales Alcalino – Térreos (Be – Mg – Ca – Sr – Ba – Ra): todos poseen dos electrones
en el último nivel, los cuales se pueden separar con facilidad formando iones positivos. Todos son
elementos muy electropositivos y pertenecen a la región s de la tabla. En la tabla 2 se muestran
algunas características de estos elementos.
Configuración Densidad
Electrónica
(g/cc)
Be
4
9
2,2
1,85
Mg
12
24
2,8,2
1,74
Ca
20
40
2,8,8,2
1,55
Sr
38
87
2,8,18,8,2
2,54
Ba
56
137 2,8,18,18,8,2
3,5
Ra
88
226 2,8,18,32,18,8,2
Tabla 2: Propiedades metales alcalino-térreos
Elemento
Z
A
Punto Fusión
(ºC)
1280
651
845
769
725
700
Punto
Ebullición ( ºC)
2970
1107
1487
1384
1140
1737
Estos elementos son metales blancos, plateados, maleables, dúctiles, un poco más duros que los
del grupo IA, debido al aumento en la fuerza del enlace metálico. El Magnesio por ejemplo, es un
metal muy difundido en la naturaleza en forma de fluoruros, cloruros y silicatos. Es de color blanco,
dúctil y maleable, arde con facilidad produciendo una luz brillante. Utilizado en aleaciones ligeras
empleadas en la construcción de aviones, en la fabricación de bombas. Sus compuestos más
importantes son el sulfato de magnesio (MgSO 4) y el hidróxido de magnesio (Mg(OH)2); este
último, mezclado con arcilla forma un material refractario. En solución coloidal forma la leche de
Magnesio: Mg SO4.7H2O (sulfato de magnesio heptahidratado), llamado Sal de Epson utilizada en
medicina.
Grupo IIIA Elementos Térreos (B – Al – Ga – In – Tl): poseen 3 electrones de valencia, siendo su
valencia +3. Pertenecen a la región p de la tabla, forman enlaces iónicos. El Boro es un no metal y
los demás son elementos metálicos.
En la siguiente tabla se muestran algunas características de estos elementos.
Configuración
Electrónica
B
5
11
2,3
Al
13
27
2,8,3
Ga
31
70
2,8,18,3
In
49
115
2,8,18,18,3
Tl
81
204
2,8,18,32,18,3
Tabla 3: Propiedades elementos grupo IIIA
Elemento
Z
A
Densidad
(g/cc)
2,34
2,7
5,91
7,35
11,85
Punto
Fusión ( ºC)
2180
660
30
157
303
Punto
Ebullición (ºC)
3650
2467
2403
2080
1457
Fuente: Rayner-Canham. Química Inorgánica descriptiva.
Todos son sólidos y como se observa en la tabla, el Boro tiene un punto de fusión bastante alto en
comparación con el grupo debido a que cristaliza como un sólido covalente, mientras que el Galio
tiene un punto de fusión tan bajo que se funde en la mano, lo que permite su uso en termómetros.
El Aluminio es uno de los metales más abundantes, de color blanco azulado, dúctil y maleable, se
oxida lentamente con el aire. No se encuentra en estado libre, combinado se encuentra en
4
diferentes minerales como caolín, mica, feldespato y algunas de sus combinaciones constituyen
piedras preciosas como el topacio, zafiro y esmeralda entre otros. Con el ácido sulfúrico, se
disuelve desprendiendo dióxido de azufre (SO2).
Grupo IVA Elementos Carbonoides (C – Si – Ge – Sn – Pb): tienen 4 electrones de valencia,
presentando tendencia a unirse entre sí por enlaces covalentes. Pertenecen a la región p de la
tabla. Estos elementos son de vital importancia en la industria y en la naturaleza, el Si y el Ge se
emplean como conductores y en fibras ópticas.
En la siguiente tabla se muestran algunas características de estos elementos.
Configuración Densidad
Electrónica
(g/cc)
C
6
12 2,4
2,25
Si
14
28 2,8,4
2,33
Ge
32
72 2,8,18,4
5,32
Sn
50 118 2,8,18,18,4
7,31
Pb
82 207 2,8,18,32,18,4
11,35
Tabla 4: Propiedades elementos grupo IVA
Elemento
Z
A
Punto
Fusión (ºC)
3550
1410
937
232
227
Punto
Ebullición (ºC)
4827
2677
2830
2270
1750
El Carbono es un elemento muy abundante en la naturaleza, mineral que se encuentra como
carbonatos y en la atmósfera como monóxido y dióxido de carbono. Entra en la composición celular
de todos los animales y vegetales y en una inmensa variedad de compuestos. En estado libre el
carbono se encuentra en forma cristalina (diamante y grafito) y amorfa (que a su vez puede ser
natural – antracita, lignito, hulla y turba - o artificial – coque, negro de humo, carbón vegetal y
carbón animal). En general es insoluble en todos los solventes conocidos, pero se disuelve con
facilidad en los metales fundidos como el hierro. El monóxido de carbono es un gas incoloro y muy
tóxico; cuando existe en el aire causa la muerte con bastante rapidez. El dióxido de carbono es un
gas incoloro, inodoro y no venenoso, su solubilidad aumenta con la presión (como se puede
apreciar con las bebidas gaseosas), no es combustible y por el contrario impide la combustión
debido a que es más denso que el aire por lo cual formas una capa sobre el material que está
ardiendo, obstaculizando la entrada del aire para la combustión (extintores de incendios) y es
indispensable para las plantas en su función de fotosíntesis.
Grupo VA Elementos Nitrogenoides (N – P – As – Sb – Bi): A condiciones ambientales, todos
son sólidos menos el nitrógeno, exceptuando el fósforo blanco son muy poco activos
químicamente. Poseen cinco electrones de valencia y sus valencias son -3 hasta +5. El Nitrógeno y
el Fósforo son no metales, el arsénico predominantemente metálico, el antimonio
predominantemente metálico y el Bismuto metálico. En la tabla 5 se muestran algunas
características de estos elementos.
Configuración
Electrónica
N2
7
14 2,5
P4
15
31 2,8,5
As
33
74 2,8,18,5
Sb
51
121 2,8,18,18,5
Bi
83
208 2,8,18,32,18,5
Tabla 5: Propiedades elementos grupo VA
Elemento
Z
A
Densidad
(gr/cc)
0,81
1,82
5,72
6,62
9,8
Punto
Fusión (ºC)
-210
44,2
817
630,5
271,3
Punto
Ebullición (ºC)
-195,8
280
613
1380
1560
El Nitrógeno es un gas incoloro e insípido y poco soluble en agua. Forma una molécula diatómica
con triple enlace entre los dos átomos. Es un elemento muy electronegativo, siendo solo superado
por el flúor y el oxígeno. El nitrógeno es fijado en el suelo en forma de nitratos por ciertas bacterias
denominadas nitrificantes, con el hidrógeno forma el amoniaco (NH3), que es un gas de olor
5
picante que irrita las mucosas de ojos, nariz y garganta, el cual se emplea en la obtención de urea,
en colorantes, fertilizantes y plásticos. Otro compuesto importante es el ácido nítrico (HNO3), que
es un líquido corrosivo y fuerte que tiñe la piel de amarillo (reacción xantoprotéica) y se utiliza en la
fabricación de colorantes, explosivos y ciertos abonos.
Grupo VIA Elementos Anfígenos (O – S – Se – Te – Po): forman iones negativos al tener seis
electrones de valencia y pertenecer a la región p de la tabla. El oxígeno y el azufre son no metales,
el selenio muestra características débiles de metal, el telurio aumenta en sus características de
metal, siendo el polonio completamente metal. Las propiedades del Oxígeno no se asemejan a las
de los demás integrantes del grupo. El Azufre, presente en combustibles fósiles, es contaminante
porque forma SO2. En las fotocopiadoras se encuentra un núcleo de Selenio.
En la siguiente tabla se muestran algunas características de estos elementos.
Configuración
Electrónica
O2
8
16
2,6
S8
16
32
2,8,6
Se8
34
79
2,8,18,6
Te
52
127
2,8,18,18,6
Po
84
210
2,8,18,32,18,6
Tabla 6: Propiedades elementos grupo VIA
Elemento
Z
A
Densidad
(gr/cc)
1,42
2,07
4,8
6,2
9,3
Punto
Fusión (ºC)
-218
112
217
450
254
Punto
Ebullición (ºC)
-182
445
685
990
962
El Oxígeno es la sustancia más abundante en la corteza terrestre haciendo parte de ella en un
50%; el 89% del agua es oxígeno y el 23% del aire es oxígeno. Es un gas incoloro, insípido e
inodoro, sustancia comburente, forma óxidos con todos los elementos excepto con los gases
nobles. Es un elemento indispensable para los seres vivos, fundamental en los procesos
bioquímicos respiratorios. Forma una molécula triatómica O3 llamada ozono, que se encuentra
naturalmente en la parte superior de la atmósfera ejerciendo la función de filtro para los nocivos
rayos ultravioleta. Se obtiene por electrólisis del agua y en el laboratorio por descomposición de
compuestos que lo contengan como el clorato de potasio (KClO3) y el permanganato de potasio
(KMnO4). El oxígeno líquido es empleado como combustible de cohetes.
Grupo VII Elementos Halógenos (F – Cl – Br – I – At): La palabra halógeno significa formador de
sales. Existen como moléculas diatómicas unidas por enlace covalente, poseen siete electrones de
valencia, siendo su valencia más común -1, por ser muy electronegativos tienen alta tendencia a
ganar el electrón faltante. Son muy activos químicamente y actúan como agentes oxidantes
fuertes. El Astato es radioactivo, el Cl2 y el F2 son gases, el Br2 es líquido y el I2 es sólido.
En la siguiente tabla se muestran algunas características de estos elementos.
Configuración
Electrónica
F2
9
19 2,7
Cl2
17
35 2,8,7
Br2
35
80 2,8,18,7
I2
53 127 2,8,18,18,7
At
85 210 2,8,18,32,18,7
Tabla 7: Propiedades elementos grupo VIIA
Elemento
Z
A
Densidad
(gr/cc)
1,5
1,56
3,12
4,94
Punto
Fusión (ºC)
-219,6
-101
-7,2
113,7
(302)
Punto
Ebullición (ºC)
-188,2
-34,1
58
183
El Cloro es un gas amarillo verdoso, de olor irritante desagradable y sofocante, ataca las vías
respiratorias provocando inflamaciones peligrosas que pueden causar la muerte al ser respirado en
grandes cantidades. Es más pesado que el aire y soluble en el agua, reacciona con metales y no
metales. En el agua forma una parte de ácido hipocloroso (HClO) y otra de ácido clorhídrico (HCl).
El cloro desplaza al Br y al I de sus soluciones por ser más activo que ellos. Sustituye el hidrógeno
6
de los hidrocarburos dando lugar a varios compuestos. Se utiliza como agente blanqueador de
fibras textiles y de pulpa de papel. Se emplea en el tratamiento bacteriológico del agua, para
preparar compuestos derivados como gases asfixiantes lacrimógenos y humeantes. Uno de los
principales compuestos del cloro es el ácido clorhídrico que es un gas incoloro de olor fuerte e
irritante, bastante soluble en agua. Se utiliza para desoxidar metales antes de aplicarles soldadura
(decapado), en la manufactura de colorantes y en el tratamiento de productos textiles. Otro de los
compuestos importantes derivados del cloro es el hipoclorito de sodio (NaClO) que se utiliza como
decolorante y germicida, siendo el principal componente de lo que se conoce como “decol”. El cloro
con el flúor se utilizaron para la manufactura de refrigerantes (toda la gama de freones),
compuestos cloro-fluoro-carbonados que se han ido sacando del mercado debido a que son
compuestos que atacan fácilmente la capa de ozono presente en la atmósfera.
Grupo VIIIA Gases Nobles (He – Ne – Ar – Kr – Xe – Rn): conocidos como gases nobles o
inertes. Son químicamente inactivos debido a sus ocho electrones en el último nivel, excepto el He
que tiene dos electrones. Es muy difícil que estos elementos reciban o cedan electrones y su
valencia por lo tanto es 0. Todos son gases monoatómicos incoloros e inodoros a temperatura
ambiente. Los puntos de fusión y de ebullición tan bajos de los gases nobles indican que las
fuerzas de dispersión que mantienen los átomos unidos en las fases sólida y líquida son muy
débiles (Rayner-Canham,2000). A pesar de la baja reactividad se han aislado compuestos
químicos del Kriptón, Xenón y Radón.
En la siguiente tabla se muestran algunas características de estos elementos.
Configuración
Electrónica
He
2
4
2
Ne
10
20 2,8
Ar
18
39 2,8,8
Kr
36
84 2,8,18,8
Xe
54 131 2,8,18,18,8
Rn
86 222 2,8,18,32,18,8
Tabla 7: Propiedades gases nobles
Elemento
Z
A
Densidad
(gr/cc)
0,17
0,89
1,78
3,7
5,8
9,7
Punto
Fusión (ºC)
-272
-248
-189
-156
-112
-71
Punto Ebullición
(ºC)
-268
-245
-185
-152
-107
-68
Elementos de transición. Todos son metales, tienen llena de manera parcial la serie de orbitales
d. Son más duros y quebradizos que los metales del bloque A, pero la densidad, los puntos de
fusión y ebullición son más altos. Los metales de transición del periodo 4 son los más comunes y
los de mayor importancia industrial. Los diferentes compuestos y sus iones tienden a ser
coloreados y la mayoría de los elementos tienen varios estados de oxidación, formando
compuestos complejos.
En cuanto al Hierro, las fuentes más comunes son los dos óxidos: FeO y Fe 2O3. Las propiedades
del hierro se pueden alterar para obtener aleaciones como el acero inoxidable, el cual tiene una
composición aproximada de 73% de Fe, 18% de Cr y 8% de Ni (Rayner-Canham,2000). El Cobre
es empleado en aleaciones como bronce (Cu y Sn) y latón (Cu y Zn), adicionalmente se emplea
para conducción de gas natural. El Cobre y la Plata se conocen como metales de acuñación, son
maleables y poco reactivos. La Plata tiene un número de oxidación de +1, los halogenuros de plata
como el AgCl se emplean en el revelado de fotografías, debido a que son fotosensibles, algunas de
sus sales tienen poder bactericida.
CUESTIONARIO
-
De acuerdo con la definición de isotopo, mencionar ejemplos de varios elementos de la tabla
periódica que se sitúen en los diferentes bloques.
7
-
-
En la producción de jabón se utiliza hidróxido de sodio y potasio, establecer la clase de jabón
que se obtiene en cada caso.
El mármol, yeso, cal viva y cal apagada son nombres comerciales de algunos compuestos de
calcio. Escribir las formulas y mencionar los procesos industriales en los cuales se utilizan.
Mencionar las ventajas del aluminio en la fabricación de artículos domésticos.
Definir a que se le denomina forma alotrópica.
El fósforo presenta dos formas alotrópicas (rojo y blanco), establecer un paralelo entre dichas
formas en cuanto a propiedades fisicoquímicas se refiere.
El aluminio se trabaja principalmente en aleaciones en donde el metal conserva su ligereza y
dureza. Entre las aleaciones más importantes están magnalio, duraluminio (dural) y el bronce
de aluminio. Mencionar los metales que hacen parte de dichas aleaciones y establecer para
qué se utilizan.
El nitrógeno se encuentra mezclado con el oxígeno haciendo parte del aire, mencionar cómo
se podría separar el nitrógeno.
Describir 3 usos de los gases nobles
Describir características del coque y del carbón activado
BIBLIOGRAFÍA
GEOFF RAYNER – CANHAM. “Química Inorgánica Descriptiva.” Ed Pearson, 2000.
HUTCHINSON ERIC. “Química. Los Elementos y sus Reacciones” Ed Reverté, 1980.
WHITTEN, K. Química General. Cengage Learning. Octava Ed. Mexico, 2008.
ATKINS, P., JONES, L. Chemical Principles. Second Edition. W. H. Freeman and company. New
York, 2001.
 ATKINS, P. Química Inorgánica. Cuarta Ed. McGraw Hill, México, 2008.
 RAYNER-CANHAM. Química Inorgánica Descriptiva. Segunda edición. Edit. Pearson. México.
2000.




8