Propiedades atómicas periódicas El grafógrafo

Propiedades atómicas periódicas
Enrique Ruiz Trejo
El grafógrafo
Escribo. Escribo que escribo.
Mentalmente me veo escribir que escribo y
también puedo verme que escribo.
Me recuerdo escribiendo ya y también
viéndome que escribía. Y me veo recordando
que me veo escribir y me recuerdo
viéndome recordar que escribía
y escribo viéndome escribir que recuerdo
haberme visto escribir que me veía
escribir que recordaba haberme visto
escribir que escribía y que escribía
que escribo que escribía. También
puedo imaginarme escribiendo que ya
había escrito que me imaginaría escribiendo
que había escrito que me imaginaba
escribiendo que me veo escribir
que escribo.
Salvador Elizondo
1
La Tabla periódica

La tabla periódica moderna contiene una gran cantidad de información útil. Los
intentos de sistematizar los patrones observados en las propiedades químicas de
los elementos llevaron a la tabla periódica.

Lavoisier: clasificación basada solamente en datos químicos

Johann Dobernier encontró varios grupos de elementos (triadas) que tenian
propiedades 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 la
versión 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 a
cationes que tienen este
subnivel incompleto.
Gases nobles: subnivel p
completamente lleno
Lantánidos o actínidos:
subniveles f incompletos o
que producen fácilmente
cationes con subniveles 4f
incompletos.
2
Información contenida en la tabla
periódica
1.
2.
3.
4.
Los miembros de cada grupo tiene los mismos
electrones de valencia por lo que exhiben
propiedades químicas similares.
La configuración electrónica de cada elemento se
puede obtener –con ciertas excepciones- a partir de
la tabla periódica.
Ciertos grupos tienen nombres particulares (gases
nobles, halógenos, alcalinos, etc.)
Se incluye información como masa atómica,
número atómico, estado de agregación, valencias
más comunes, etc
Carga nuclear efectiva: Zeff= Z-σ
Los electrones internos o de coraza apantallan la interacción entre
los protones y los electrones de valencia. Los electrones de
valencia se apantallan mucho menos entre sí.
1.- Energía de ionización de He 1s2
24. 56 eV para quitar el primer electrón de He
54.4 eV para quitar el segundo electrón de (He+)
2.- Li 1s22s1
Electrón 2s apantallado por electrones 1s
Electrón 2s casi no apantalla electrones 1s
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Tendencia en la carga nuclear efectiva
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
1s22s1
1s22s2
1s22s22p1
1s22s22p2
1s22s22p3
1s22s22p4
1s22s22p5
1s22s22p6
Carga nuclear efectiva
No se
apantallan
entre sí
efectivamente
Energía de ionización
Cantidad de energía requerida para arrancar un electrón de un
átomo o ion en su estado basal
1a energía de ionización, I 1
Energía + X(g) →
X+(g) + e2a energía de ionización, I 2
Energía + X+(g) →
X2+(g) + e3a energía de ionización, I 3
Energía + X2+(g) →
X3+(g) + eI1< I2< I3.... I
Por convención In son positivas
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Energía de ionización
Aumenta In
Los gases nobles tienen las In más grandes
Alcalinos: es fácil quitar electrón de valencia ns 1
Teorema de Koopman: la energía de ionización de un electrón es igual a la
energía del orbital del cual provino
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atpro.html
“Irregularidades” en la energía de
ionización

I1 Al < I1 Mg
Apantallado eficazmente por
13Al
1s22s22p63s23p1
2
2
6
2
12Mg 1s 2s 2p 3s
5
Problema


¿Qué átomo tiene la menor primera energía
de ionización: oxígeno o azufre?
¿Cuál átomo debe tener mayor la segunda
energía de ionización: el litio o el berilio?
Problema


Los metales de transición tienen los niveles
4s-3d, 5s-4d y 6s-5d muy cercanos. Las
tendencias de la energía de ionización se
ven mejor en la tercera energía de ionización.
Graficar la tercera energía de ionización de
los metales de transición.
El mismo problema se presenta en los
lantánidos (4f-5d). Graficar la tercera energía
de ionización.
6
Afinidad electrónica
Aumenta
Afinidad electrónica
(gases nobles no)
El cambio de energía interna asociado a la adición de
un electrón a un átomo gaseoso
X(g) + e− → X−(g)
Los valores de la primera afinidad electrónica
tienden a ser exotérmicos (liberan energía, según
convención termodinámica los valores son
negativos).
Toda adición subsecuente es altamente endotérmica.
¿Por qué?
Afinidad electrónica
Altamente favorable:
F (g)
+
1s22s22p5
e- →
F- (g)
1s22s22p6
Aumenta
(excepto gases nobles)
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Afinidad electrónica (primer electrón)
http://www.iun.edu/~cpanhd/C101webnotes/modern-atomic-theory/electron-affinity.html
Problema


Explica por qué la primera energía de la
afinidad electrónica del átomo de Ca (+186
kJ/mol) es más grande que la del átomo de
K (-48 kJ/mol)
Explica por qué los metales alcalinos tienen
mayor afinidad por los electrones que los
metales alcalinotérreos
8
Variaciones en el tamaño atómico



Todos las funciones de onda tienen un
término exponencial (exp(-2Zeffr/a0)que
tiende a cero pero que nunca se hace cero:
los átomos son infinitamente grandes.
En términos prácticos se define el tamaño en
función de la forma física del elemento: si es
gaseoso, metálico, covalente, etc.
Radio atómico, radio covalente, radio iónico,
radio de van der Waals, radio metálico, etc.
aumenta
Radio atómico
Radio atómico: Mitad de
la distancia entre los dos
núcleos de dos átomos
metálicos adyacentes.
Disminuye de izquierda
a derecha en un periodo
debido al incremento en
la carga nuclear efectiva
en sentido contrario.
Los electrones de
valencia “sienten” más
fuerte la presencia del
nucleo al disminuir la
distancia.
Se incrementa en un
grupo debido al aumento
en el tamaño de los
orbitales
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/atpro.html
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Radio iónico: radio de un catión o
Radio iónico aumenta
anión
Catión<átomo neutro<anión
+
Li
F
Li+ F-
Para diferentes grupos sólo se pueden comparar
especies isoelectrónicas (con igual número de
electrones)
Comparaciones de radio en especies
isoelectrónicas
Cationes< aniones
+
1s22s22p6
11Na
9F1s22s22p6
Iones tripositivos<iones dipositivos<iones monopositivos
3+
1s22s22p6
13Al
2+ 1s22s22p6
12Mg
1+ 1s22s22p6
11Na
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Problemas


Indica qué especie es mayor y por qué
N3- o FMg2+ o Ca2+
Fe2+ o Fe3+
Selecciona el ión más pequeño
K+ o Li+
Au+ o Au3+
P3- o N3-
Electronegatividad
Parámetro empírico: tendencia de un determinado
átomo a atraer un electrón exterior
En moléculas: mide el grado de control de los
electrones por parte de los átomos.
Electronegativo: fuerte tendencia a formar iones
negativos.
Electropositivos: fuerte tendencia a formar iones
positivos
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Escalas de electronegatividad χ
Mulliken: media aritmética entre energía de ionización y afinidad
electrónica
χ ∝ 1/2(I1-E1)
Pauling: Promedio geométrico de la energía de disociación de A2 y B2
representan la fuerza puramente covalente del enlace AB, cualquier
valor 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 está
relacionado con la fuerza de atracción que siente un electrón por el
núcleo 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


Aumenta
electronegatividad
alta electronegatividad_ electronegativos F
baja electronegatividad_ electropositivos Fr
Bajas energías de ionización
Pequeñas afinidades electrónicas
Grandes energías de ionización
Grandes afinidades electrónicas
Electropositivos y de
Carácter metálico
Electronegativos y
de carácter no metálico
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Triángulo Van Arkel-Ketelaar
χ promedio
Diferencia de χ
http://www.meta-synthesis.com/webbook/37_ak/triangles.html
Utilidad del concepto de
electronegatividad χ
Valor promedio
de χ
_χ
Tipo de enlace
Pequeño
Cero
Metálico
Intermedio
Grande
Iónico
Grande
Cero
Covalente
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Algunas tablas periódicas
La imaginación es más importante que el
conocimiento
Albert Einstein
Mendeliev
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Theodor Benfey
Emil Zmaczynski
16
Timmothy Stowe
Albert Tarantola
17
Roy Alexander
En chino…
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