estructura de la materia y propiedades de la tabla periódica

ESTRUCTURA DE LA MATERIA
NÚMERO MÁSICO (A)
A = Z + N . El número másico es la suma de protones (número atómico Z) más el número de
neutrones (N). Se utiliza la notación, para un elemento X cualquiera, 𝑁𝑍𝑋.
ISÓTOPOS
Los isótopos son átomos del mismo elemento (igual número atómico) con diferente número
másico (diferente número de neutrones). Por ejemplo:
12
6𝐶
y 146𝐶 .
MASA ATÓMICA
La masa atómica de un elemento X se calcula haciendo la media aritmética de las masas atómicas
de los isótopos de ese elemento.
NÚMEROS CUÁNTICOS
NÚMERO CUÁNTICO PRINCIPAL (n)
Da información sobre el tamaño del orbital (orbital es una región del espacio en el que hay una
gran probabilidad de encontrar el electrón), es decir, a qué nivel energético pertenece. Sus
posibles valores son: 1, 2, 3, 4,…
NÚMERO CUÁNTICO SECUNDARIO (l)
Determina la forma del orbital. Sus posibles valores son 0, 1, 2, 3,…,n-1 y se asignan a cada uno
de los orbitales: l = 0 (orbital s), l =1 (orbital p), l =2 (orbital d), l =3(orbital f).
NÚMERO CUÁNTICO MAGNÉTICO (ml)
Determina la orientación del orbital en el espacio según un eje arbitrario de referencia. Sus
posibles valores son –l, -l+1,…0,…l-1, l.
NÚMERO CUÁNTICO DE ESPÍN (s)
Está asociado a las propiedades magnéticas del electrón y sus dos posibles valores +1/2 y -1/2
nos dan información sobre el sentido de giro de los electrones.
NÚMERO DE DELECTRONES
En un nivel: 2n2
En un orbital: 2(2l+1) = 4l + 2
PRINCIPIO DE EXCLUSIÓN DE PAULI
En un átomo no puede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales. Como
consecuencia de ello, en un mismo orbital caben, como máximo, dos electrones, que han de
tener espines opuestos.
FÓRMULA DE PLANCK : E = hν =
ℎ𝑐
𝜆
Nos da la relación de proporcionalidad entre la energía de la radiación y su frecuencia o su
longitud de onda. La longitud de onda indica la distancia entre dos puntos que corresponden al
mismo estado de vibración. La frecuencia indica el número de longitudes de onda (ciclos), que
pasan por un punto determinado, en un segundo.
MAGNITUD
Energía (E)
Frecuencia (ν)
Longitud de onda (λ)
UNIDADES (EN EL SI)
J
s-1 = Hz
m
Constante de Planck h = 6,62·10-34 Js , velocidad de la luz en el vacío c = 3·108 m/s , equivalencia
entre unidades de energía : 1 eV = 1,6·10-19 J.
Los electrones de los átomos ocupan de forma natural los niveles energéticos más bajos (el más
bajo es el estado fundamental, n=1). Si absorben energía pueden hacer la transición electrónica
de un nivel inferior a otro superior. De forma espontánea, los electrones se desexcitan pasando
al nivel inferior emitiendo energía (fotones). Esta radiación, si es visible, es la que corresponde a
las líneas espectrales que observamos al analizar los espectros atómicos de los elementos.
CONFIGURACIONES ELECTRÓNICAS
La configuración electrónica de un elemento nos indica cómo están distribuidos los electrones de
sus átomos en los orbitales correspondientes. Escribiremos la configuración electrónica
correspondiente a los átomos de los distintos elementos en estado fundamental, es decir,
cuando sus electrones ocupan los orbitales de mínima energía posible:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 … A partir de la configuración electrónica del
elemento se puede deducir el grupo y el período al que pertenece el elemento.
El período lo da el mayor número cuántico n que aparece en la configuración y nos indica el
número de niveles que llenan los electrones de un elemento. Por ejemplo …4s23d7, período 4.
El grupo se deduce a partir de la terminación correspondiente a los electrones de valencia (los de
la capa más externa). Ejemplos: …5s2, grupo 2 o IIA …3p5, grupo 17 o VIIA …d4, grupo 6 o VIB.
PROPIEDADES DE LA TABLA PERIÓDICA
RADIO
Nos da información sobre el volumen atómico, el espacio que ocupa un átomo.
Los elementos que pertenecen al mismo grupo y tienen un número atómico mayor, tienen mayor
radio porque pertenecen a un período mayor y sus electrones llenan más capas.
Los elementos que pertenecen al mismo período llenan el mismo número de capas, sin embargo,
los de la derecha en la tabla periódica, tienen mayor número atómico y menor radio. La razón es
que al tener mayor número atómico, tienen mayor número de protones en el núcleo. Ello implica
una mayor atracción electromagnética hacia los electrones de valencia y, por eso, se encontrarán
más cerca del núcleo.
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
Es la energía necesaria para arrancar un electrón (primera energía de ionización) de un átomo en
el nivel fundamental y en estado gas. Para ello, el átomo del elemento ha de absorber energía
con lo que, por la pérdida de electrones, se formará un catión (ion positivo).
Se mide en J/átomo pero pueden utilizarse otras como eV/átomo o kJ/mol. Por ejemplo:
Ei (Li) =
5,39 𝑒𝑉 1,6·10−19 𝐽
1 𝑘𝐽
6,02·1023 á𝑡𝑜𝑚𝑜𝑠
·
·
·
á𝑡𝑜𝑚𝑜
1 𝑒𝑉
1000 𝐽
1 𝑚𝑜𝑙
𝑘𝐽
= 519,16 𝑚𝑜𝑙
Al comparar la energía de ionización de los elementos que pertenecen a un mismo grupo, el que
tiene un número atómico mayor tiene un radio mayor, por lo que los electrones de valencia
están más lejos y desligados del núcleo. Ello conlleva que será más fácil arrancarlos y su energía
de ionización menor. Además, hay que considerar el efecto de apantallamiento debido a la
repulsión que ejercen los electrones más internos sobre el de valencia.
Para los elementos que pertenecen al mismo período, los que tienen mayor número atómico
tienen menor radio (mayor fuerza de atracción hacia los electrones de valencia) por lo que los
electrones de valencia, que están más atraídos por el núcleo, será más difícil arrancarlos. Y por
ello tendrán mayor energía de ionización.
AFINIDAD ELECTRÓNICA
Es la variación de energía que se produce al captar un electrón un átomo neutro en estado gas.
En este caso se forma un anión. En general, se trata de un proceso exotérmico (energía negativa).
Los elementos con mayor afinidad electrónica son aquellos que, al ganar un electrón, adquieren
una configuración estable. Los halógenos (grupo 17) cumplen esta condición. Varía igual que la
energía de ionización.
ELECTRONEGATIVIDAD
Nos da la tendencia de un átomo a atraer los electrones cuando se combina. No tiene unidades y
varía igual que la energía de ionización (el elemento más electronegativo es el flúor, y luego el
oxígeno y el cloro).
METALES Y NO METALES
Un elemento metálico tiene tendencia a perder electrones (forma cationes) y uno no metálico
tiende a ganarlos (forma aniones). La separación entre ambos no es precisa. Hay elementos que
pertenecen a la línea divisoria entre ambos, los semimetales como el silicio o el germanio, que
presentan propiedades intermedias. Sus aplicaciones son importantes por su carácter
semiconductor (se utilizan en la construcción de chips).