FÍSICA Y QUÍMICA FÍSICA Y QUÍMICA. 3º-ESO Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 1. Introducción. 2. La configuración electrónica. 3. La tabla periódica. 3.1 Clasificación de los elementos. 3.2 Descripción de la tabla. Períodos y grupos. 3.3 Relación configuración electrónica / tabla periódica. 4. El enlace químico. 4.1 Los compuestos químicos. 4.2 Tipos de enlace. Tema 5 1. Introducción ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA La Tabla Periódica es la pieza clave de la química. En ella se engloba todo el universo, todos los elementos que se conocen están ahí. El origen de toda la materia está en el big bang. A partir de ese instante, mediante procesos nucleares se fueron formando los elementos más pesados a partir de los más ligeros. En la tabla periódica se ordenan los elementos según sus propiedades. En este tema vamos a conocer, interpretar y manejar la tabla periódica. Recientemente, han sido nombrados los últimos elementos descubiertos. EJERCICIOS PI: 4 PÁG 92, 5 Y 6 PÁG 93 2 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA Tema 5 2. La configuración electrónica / 1 En la tabla periódica se ordenan los elementos según sus propiedades químicas. Estas propiedades van a depender de los electrones ya que estos son las partículas más externas y las que más fácilmente se pierden, ganan o intercambian. De momento, solo conocemos el dato del número de electrones de cada elemento, ahora podremos conocer más detalles de la estructura electrónica. La configuración electrónica es el modo es que se colocan los electrones en la corteza atómica. Hay dos niveles de organización en la corteza… CAPAS Representan los diferentes niveles alrededor del núcleo. Hay siete capas que se representan numéricamente o con letras del modo siguiente: NÚCLEO ATÓMICO SUBNIVELES CAPAS 1 K 2 L 3 M 4 N 5 O 6 P 7 Q Son los orbitales. Dentro de cada capa los electrones se pueden distribuir en cuatro tipos de orbita- les: 1 ORBITAL NÚMERO MÁXIMO DE ELECTRONES s 2 p 6 d 10 f 14 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 2. La configuración electrónica / 2 Vamos a ver cómo se representa una configuración electrónica. REPRESENTACIÓN DE LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Ejemplo: 1s2 - El número grande indica el nivel o capa. - La letra indica el tipo de orbital. - El número pequeño indica el número de electrones que hay en ese orbital. En el caso del ejemplo, esa configuración indica que, en ese átomo, hay 2 electrones situados en un orbital de tipo s en la primera capa. Otro ejemplo: 1s22s22p63s1 En este caso se representa un átomo con 3 niveles o capas, de tal modo que en el nivel 1 hay 2 electrones situados en un orbital de tipo s. En el nivel 2 hay 8 electrones, distribuidos en un orbital s (2 electrones) y en un orbital p (6 electrones). Finalmente, el nivel 3 tiene 1 electrón situado en un orbital de tipo s. 2 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 2. La configuración electrónica / 3 Finalmente, vamos a ver cómo se elabora una configuración electrónica. Para hacer la configuración electrónica de un átomo se siguen estos pasos: 1. Se deduce el número de electrones que hay que colocar mediante el número atómico. 2. Se van llenando los orbitales según el Diagrama de Moeller: Ejemplos: Ne (Z = 10): 1s22s22p6 Al (Z = 13): 1s22s22p63s23p1 INFORMACIÓN A PARTIR DE LA CONFIGURACIÓN · Capa de valencia: es el nivel más alto que se alcanza. (Ne = 2; Al = 3) · Electrones de valencia: es el número de electrones que tiene la capa de valencia. (Ne = 8; Al = 3) EJERCICIOS 1 Y 2 HOJAS 3 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 3. La tabla periódica / 3.1 Clasificación de los elementos Todas las sustancias que aparecen en la tabla periódica son ELEMENTOS, es decir, sustancias formadas por un solo tipo de átomos y que no se pueden convertir en otras diferentes empleando procesos químicos. A lo largo del siglo XIX se fueron descubriendo muchos elementos, esto provocó la necesidad de establecer una clasificación de los mismos para facilitar el trabajo. Destacan tres clasificaciones previas a la tabla actual… TRIADAS LEY DE LAS OCTAVAS Johan Döbereiner (1780 – 1849) ordenó los elementos por orden creciente de su masa atómica. Observó que, colocando los elementos en grupos de tres, las propiedades del elemento central eran, aproximadamente, intermedias a las de los elementos extremos. John Newlands (1837 – 1898) ordenó los elementos por orden creciente de su masa atómica. En su clasificación, después de una fila de siete elementos, el octavo era muy parecido al primero e iniciaba una nueva fila. Esto no siempre se cumplía. El problema fue que no pudo establecer muchas triadas. TABLA DE MEYER Y MENDELEIEV Trabajando por separado, los químicos Lothar Meyer (1830 – 1895) y Dimitri Mendeleiev (1834 – 1907) ordenaron los elementos por orden creciente de sus masas atómicas pero teniendo en cuenta sus propiedades químicas. De este modo iban estableciendo columnas en las que situaban a los elementos semejantes. Empleando este método lograron predecir la existencia de elementos aún no descubiertos ubicándolos en la tabla. 4 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 3. La tabla periódica / 3.2 Descripción de la tabla. Períodos y grupos La tabla periódica actual está ordenada por orden creciente del NÚMERO ATÓMICO de los elementos. Esto es lógico, ya que las propiedades de los elementos vienen dadas por los electrones de la corteza, dato aportado por el número atómico. Hay dos niveles de organización GRUPOS PERÍODOS Son siete filas horizontales que se numeran del 1 al 7. Los elementos de un mismo período tienen la misma capa de valencia que coincide, a su vez, con el número del período. Hay dos filas adicionales (lantánidos y actínidos) que no corresponden a períodos nuevos, sino que son prolongaciones de los períodos 6 y 7 respectivamente. Son dieciocho columnas que se numeran del 1 al 18. Los elementos de un mismo grupo tienen la misma estructura electrónica externa y sus elementos presentan propiedades similares, por eso también se conocen como FAMILIAS. Como se ha dicho antes, los grupos engloban a los elementos que se parecen entre sí. A continuación se indican los nombres de los grupos más importantes: 5 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 3. La tabla periódica / 3.2 Descripción de la tabla. Tipos de elementos Vamos a ir interpretando la tabla periódica… Una separación básica es la que se establece entre metales y no metales, del modo siguiente: GRUPO NOMBRE 1 METALES ALCALINOS 2 METALES ALCALINOTÉRREOS 13 BOROIDEOS 14 CARBONOIDEOS 15 NITROGENOIDEOS 16 ANFÍGENOS 17 HALÓGENOS 18 GASES NOBLES EJERCICIO 3 HOJAS 6 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 3. La tabla periódica / 3.2 Descripción de la tabla. Zonas La Tabla Periódica se divide en cuatro zonas, cada una correspondiente a un tipo de orbital: s, p, d, f. - Los elementos de la zona s son aquellos cuya configuración electrónica termina en un orbital de tipo s. Corresponde a los grupos 1 y 2. - Los elementos de la zona p son aquellos cuya configuración electrónica termina en un orbital de tipo p. Comprende del grupo 13 al 18. - Los elementos de la zona d son aquellos cuya configuración electrónica termina en un orbital de tipo d. Son los grupos comprendidos entre el 3 y el 12. - Los elementos de la zona f son aquellos cuya configuración electrónica termina en un orbital de tipo f. Son las dos filas externas. Todos ellos pertenecen al grupo 3, están fuera de la tabla porque no caben dentro de la misma. ¡¡¡EXCEPCIÓN!!! El helio (He) pertenece a la zona p aunque debería estar en la zona s. DENOMINACIÓN DE LOS ELEMENTOS · Elementos representativos: los de las zonas s y p. · Elementos de transición: los de la zona d. · Elementos de transición interna (tierras raras): los de la zona f. 7 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 3. La tabla periódica / 3.3 Relación configuración electrónica / tabla periódica A partir de la configuración electrónica de un elemento se puede deducir fácilmente su posición en la tabla periódica. DEDUCCIÓN DEL PERÍODO Es muy sencilla ya que coincide con la capa de valencia del elemento. DEDUCCIÓN DEL GRUPO En este caso hay que hacer un cálculo, dependiendo de la zona a que pertenezca el elemento. ZONA s El número de grupo lo indica el número de electrones que haya en el último orbital s. (1 ó 2) ZONA f Todos estos elementos pertenecen al grupo 3. ZONA d Para deducir el grupo nos fijamos en los electrones del último orbital d, a ese número le sumamos 2 (la zona s previa). (electrones d) + 2 EJERCICIOS 4 A 10 HOJAS PROYECTO INNOVACIÓN 8 ZONA p Ahora nos fijamos en los electrones del último orbital p y le sumamos a ese número 12 (las zonas s y d precedentes). (electrones p) + 12 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 4. El enlace químico/1 Lo más habitual, en la naturaleza, no es que los elementos se encuentren aislados sino que se combinen entre ellos para formar COMPUESTOS QUÍMICOS mediante una unión llamada ENLACE QUÍMICO, de este modo se alcanzan estructuras más estables. ¿Qué es? Fuerza electrostática con que se unen los átomos para formar agrupaciones llamadas MOLÉCULAS. El enlace se da cuando las fuerzas de atracción entre átomos contrarrestan las ¿Para qué tiene lugar? de repulsión. En la mayoría de los casos se consigue más estabilidad que si estuviesen aislados como átomos. ¿Cómo se logra este hecho? DISPOSICIÓN DE OCTETO Distribución de 8 electrones en la capa de valencia de un elemento. Es la estructura de los gases nobles. (No obstante, hay excepciones ya que los átomos pequeños como H, He, Li son estables con 2 electrones ya que no pueden adquirir 8) Tipos de enlace ENLACE IÓNICO ENLACE METÁLICO ENLACE COVALENTE 9 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 4. El enlace químico/2 TIPOS DE ENLACE ENLACE IÓNICO ENLACE COVALENTE Descripción Uno de los elementos pierde electrones de valencia y se convierte en un catión. El otro elemento capta esos electrones y se convierte en un anión. Entre el anión y el catión se establece una atracción eléctrica. Elementos que se combinan Un metal con un no metal. Propiedades - Son sólidos cristalinos. - Son frágiles. - Tienen altos puntos de fusión y ebullición. - Se disuelven muy bien en agua. - Pueden conducir la corriente si están fundidos o disueltos. Ejemplo Cloruro de sodio (NaCl) Descripción Los átomos se unen compartiendo electrones de valencia. No se forman iones. Elementos que se combinan No metales entre sí. Propiedades Son muy variadas: - Pueden ser sólidos muy duros (diamante) o líquidos y gases a temperatura ambiente (agua, dióxido de carbono). - No se disuelven en agua. - No conducen la corriente eléctrica. Ejemplos Diamante (C) Agua (H2O) Yodo (I2) ENLACE METÁLICO Descripción Los átomos de los metales pierden electrones de valencia y forman redes de cationes con los electrones circulando alrededor. Elementos que se combinan Átomos metálicos entre sí. Propiedades - Son sólidos (menos el mercurio). - Forman con facilidad hilos y láminas. - No se disuelven. - Conducen muy bien la corriente eléctrica y el calor. Ejemplos Plata (Ag) Cobre (Cu) 10 Tema 5 ELEMENTOS Y COMPUESTOS. LA TABLA PERIÓDICA 4. El enlace químico/4.1. Propiedades periódicas. Carácter metálico Los metales destacan por su gran conductividad eléctrica y su tendencia a adquirir carga positiva, convirtiéndose en cationes. En un grupo aumenta al aumentar el número atómico. En un periodo aumenta al disminuir el número atómico. El carácter no metálico es inverso al metálico. Radio atómico Distancia más probable del electrón más externo al núcleo. Disminuye a lo largo de un periodo y por el contrario aumenta al descender en un grupo de la Tabla Periódica. Reactividad Capacidad de provocar determinadas reacciones químicas. La reactividad de los metales aumenta cuanto más a la izquierda en el período y al avanzar en un grupo La reactividad de los no metales aumenta al avanzar en el período y cuanto más arriba en el grupo EJERCICIOS 14 HOJAS 11
