Tabla Periódica - Sistema educativo virtual UNLP

Tabla Periódica
Tabla Periódica
Propiedades Periódicas
Radio atómico (r): es la distancia desde el núcleo
al último electrón del átomo
9Radio atómico
9Potencial de ionización
9Electroafinidad Electronegatividad
Sabemos que r ∝ n
Al aumentar el valor de n el último electrón estará
más alejado del núcleo.
En un grupo
n aumenta
hacia abajo
n es constante
Aumenta Z
En un período Aumenta el N°
de electrones en
la misma capa
Mayor fuerza de
atracción
Tabla Periódica
r aumenta de
arriba hacia abajo
r disminuye de
izquierda a derecha
Tabla Periódica
Radio atómico en la Tabla Periódica
+
-
-
+
Tabla Periódica
Otros tipos de radios
Radio covalente: es la mitad de la distancia entre los
núcleos de dos átomos unidos por un enlace simple
Tabla Periódica
Radio iónico: es la porción que le corresponde al ion de la
distancia entre los núcleos de iones vecinos en un sólido
iónico
Radio metálico: es la mitad de la distancia entre los
núcleos de dos átomos vecinos en un sólido metálico
Todos los radios varían en la Tabla Periódica de la
misma forma que lo hace el radio atómico.
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Radios atómicos y radios iónicos
Para un átomo neutro A
N° de protones en el núcleo (Z) = N° de electrones
Para un ión: N° de electrones ≠ Z
A mayor N° de electrones para un determinado Z
9Menos fuertemente atraído estará el último electrón
9Se encontrará más alejado del núcleo
Siempre se verifica que
r(A+) < r(A) < r(A-)
Además,
…<
r(A3+)
< r(A2+) < r(A+)
y r(A3-) > r(A2-) > r(A-) > …
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Radios atómicos e iónicos en
una serie isoelectrónica
Ejercicio 1. ¿Por qué el ion Tl+, un potente tóxico
neurológico, puede reemplazar al ion K+ en el cuerpo
humano y sustituirlo en sistemas biológicos?
¿Cómo variará el radio (atómico o iónico) en
la serie N3-, O2-, F-, Ne, Na+, Mg2+, Al3+?
Iones con carga y radio similares pueden tomar parte en
los mismos sistemas, compitiendo por los sitios activos
Todas las especies tiene el mismo número de electrones.
A mayor Z, mayor número de protones en el núcleo.
Mayor atracción y menor radio.
r(K+) = 165 pm
r(Tl+) = 173 pm
Sólo 5% de diferencia
Otros ejemplos: el Ca2+, presente en los huesos,
puede ser reemplazado por Cd2+ y Hg2+
r(N3-) > r(O2-) > r(F-) > r(Ne) > r(Na+) > r(Mg2+) > r(Al3+)
r(Ca2+) = 114 pm
r(Cd2+) = 109 pm
r(Hg2+) = 116 pm
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Potencial de ionización
Cuanto más atraído está el electrón al núcleo
más energía será necesaria para removerlo
El potencial o energía de ionización, PI, es la energía
necesaria para remover un mol de electrones de un
mol de átomos en fase gaseosa
Ejemplo:
+
PI disminuye
A(g) → A+(g) + e-
Átomo
-
PI ∝ Fatracción
PI ∝ 1/ radio
Distancia entre el núcleo
y el e- de valencia.
r(atómico)
pm
PI
(kJ/mol)
Li
152
520,2
Na
186
495,8
K
227
418,8
Potencial de ionización en la Tabla Periódica
+
-
Tabla Periódica
¿Cómo podemos explicar el comportamiento de los
elementos de los grupos: 2A(2)/3A(13) y 5A(15)/6A (16)?
+
Be
Mg
Ca
Por ejemplo:
B
Al
Ga
N
P
As
O
S
Se
1- Comparemos Be con B
-
No Metales: PI altos
Metales:
PI bajos
Be(1s22s2) → Be+ (1s22s1) + e-
PI: 899,4 kJ/mol
B(1s22s2 2p1) → B+ (1s22s2) + e-
PI: 800,6 kJ/mol
2- Comparemos N con O:
N (1s22s22px1 2py 1 2pz1) →N+ (1s22s22px1 2py 1) + e-
PI: 1402,3 kJ/mol
O (1s22s22px2 2py 12pz1) →O+ (1s22s22px1 2py1 2pz1) + e- PI: 1313,9 kJ/mol
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Para cada átomo puede definirse más de un potencial
de ionización.
A(g) → A+(g) + eA+(g)
→
A2+(g)
+
e-
A2+(g) → A3+(g) + e-
Energía de Ionización (kJ/mol) para los elementos del
tercer período
1er. PI (PI1)
2do. PI (PI2)
3er. PI (PI3)
Siempre se verifica
PI1 < PI2 < PI3 < …
Nota: donde hay una coma se debe leer punto: Ej 1,012 = 1012
Tabla Periódica
Tabla Periódica
El potencial de ionización permite entender por
qué los átomos buscan adoptar la configuración
electrónica del gas noble más cercano
9000
[Mg]: [Ne] 3s2
[Na]: [Ne] 3s1
PI1: 496 kJ/mol
PI2: 4562 kJ/mol
8000
7000
5000
6000
4500
4000
PI1: 738 kJ/mol
5000
4000
3500
3000
PI2: 1458 kJ/mol
2500
2000
3000
2000
1000
PI3: 7733 kJ/mol
1500
1000
0
PI1
500
0
PI1
PI2
PI2
PI3
Tabla Periódica
Tabla Periódica
[V]: [Ar] 3d3 4s2
[Al]: [Ne] 3s2 3p1
14000
PI1: 726 kJ/mol
14000
PI1: 578 kJ/mol
10000
PI2: 1219 kJ/mol
10000
PI2: 1817 kJ/mol
12000
12000
8000
8000
PI3: 2745 kJ/mol
6000
PI4: 11575 kJ/mol
2000
PI3: 2722 kJ/mol
6000
4000
PI4: 4365 kJ/mol
4000
2000
PI5: 6406 kJ/mol
0
0
PI1
PI2
PI3
PI4
PI1
PI6: 12542 kJ/mol
Tabla Periódica
El estado de oxidación de los metales alcalinos es +1
El estado de oxidación de los metales alcalino-térreos
es +2
PI4
PI5
PI6
Afinidad electrónica
o electroafinidad
La afinidad electrónica, AE, es la energía puesta en
juego al agregar un mol de electrones a un mol de
átomos en fase gaseosa
A(g) + e- → A-(g)
Necesitamos mucha más energía para lograr el
estado de oxidación +2 que para lograr el +1
Cuánto más fácil se alcance un estado de oxidación
(menos energía requerida), más reactivo será el elemento
A diferencia del PI, la AE puede implicar
un gasto o una liberación de energía
Tabla Periódica
Tabla Periódica
La magnitud de EA1 será proporcional a la fuerza con que
el electrón adicional es atraído por el núcleo
-
PI3
Tabla Periódica
Ejercicio 2. ¿Por qué los elementos del grupo 1 son
más reactivos que los elementos del grupo 2?
+
PI2
El e- debería
añadirse a una
subcapa vacia
de > energía.
+
El electrón se añadiría
a una subcapa p vacia,
de mayor energía
Presentan subcapas p semillenas.
El electrón se ubicaría en un orbital
previamente ocupado. → mayor
repulsión electrón - electrón
En las tres situaciones los procesos son energé
energéticamente desfavorables
→ EA1 > 0 o menos negativa que la de sus vecinos.
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Para un elemento puede considerarse más de una
afinidad electrónica
A(g) + e- → A-(g)
EA1
A-(g) + e- → A2-(g)
EA2
A2-(g) + e- → A3-(g)
EA3
Por ejemplo, formación del ión óxido:
O(g) + e- → O-(g)
EA1 = -141 kJ/mol
O-(g) + e- → O2-(g)
EA2 = +744 kJ/mol
EA1 es usualmente negativa, → se libera energía cuando
un mol de átomos acepta un mol de electrones
EA2, EA3,... son siempre positivas, → se requiere
suministrar energía para agregar los sucesivos electrones
El ion O2- forma distintos óxidos: P2O3, CO2, Na2O, NO2
MgO, Cr2O3, etc.
(¡Cuidado, la convención puede ser distinta en algunos libros!)
Tabla Periódica
Ejercicio 3. Solo una de las siguientes especies
químicas es un agente oxidante: Na, F2, Ne.
Oxidación: proceso por el cual una especie
pierde uno o más electrones
Reducción: proceso por el cual una especie
gana uno o más electrones
Agente oxidante: especie que oxida a otra, reduciéndose
a sí misma (toma electrones de la especie a la que oxida)
Agente reductor: especie que reduce a otra, oxidándose
a sí misma (cede electrones a la especie que reduce)
Tabla Periódica
Na + e- → NaF2 + 2
e-
→
2F-
Ne + e- → Ne-
No ocurre
EA1 = -53 kJ/mol
Ocurre
EA1 = -328 kJ/mol
No ocurre
EA1 > 0 kJ/mol
F2 es el único agente oxidante de la serie
El F tiene un valor muy negativo de AE.
Al aceptar un electrón adquiere configuración de gas noble
F(1s22s22p5) + e- → F(1s22s22p6)
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Electronegatividad
¿Qué factores hacen que un átomo sea
más o menos electronegativo?
La electronegatividad, EN, es la tendencia de un átomo
a atraer hacia sí los electrones compartidos en un enlace
A : B
χ(A) ≈ χ(B)
A:
B
χ(A) > χ(B)
:B
χ(A) < χ(B)
A
A:
B
χ(A) > χ(B)
A debe tener un PI alto
B debe tener un PI bajo
A debe tener una EA alta (muy negativa)
B debe tener una EA baja (poco negativa
o positiva)
χ = (PI – EA) / 2
Definición de Mulliken
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Ejemplo:
para el litio tenemos PI = 520 kJ/mol y EA = -60 kJ/mol
y para el flúor, PI = 1681 kJ/mol y EA= -328 kJ/mol
Notar que la EN es proporcional al PI y a la EA
EN ∝ PI y EA
χ(Li) = (520 – (-60)) / 2
-
+
+
χ(Li) = 290 kJ/mol
χ(F) = (1681 – (-328)) / 2
χ(F) = 1005 kJ/mol
-
La definición de Mulliken NO es la que aparece en la Tabla
Periódica, sino la escala de Pauling
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Metales, no metales y metaloides
Electronegatividad: escala de Pauling
+
+
-
No metales
Metaloides
Metales
Tabla Periódica
Metales
PI bajos
EA positivas o
poco negativas
EN bajas
Forman cationes
No metales
PI altos
EA muy negativas
EN altas
Forman aniones
Tabla Periódica
Metales
Aspecto brillante
Maleables y dúctiles
No metales
Sin brillo
Duros y quebradizos
Buenos conductores
del calor y electricidad
Malos conductores
del calor y la electricidad
Forman óxidos iónicos
y básicos
Forman óxidos covalentes
y ácidos
+
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Variació
Variación de la acidez de óxidos
La acidez de un óxido también depende
del estado de oxidación del metal o no metal
-
+
Cuanto mayor sea el estado de
oxidación de M (metal o no metal),
mayor es la covalencia del enlace M–O
y más ácido resulta el óxido
Así, SO3 > SO2
y CrO3 > Cr2O3 > CrO
-
Tabla Periódica
Tabla Periódica
Ejercicio 4. sólo uno de los elementos dados
a continuación forma un óxido básico: Ca, S, P
Ejercicio 5. Ordene los siguientes óxidos de acuerdo a
su carácter ácido creciente: P2O3, CO2, Na2O, NO2
Por su ubicación en la Tabla Periódica, podemos
afirmar que el Na2O debe ser el menos ácido de todos
Ca pertenece al grupo 2
Metal, forma óxido básico
S pertenece al grupo 16
No metal, forma óxido ácido
Además, NO2 > CO2 y NO2 > P2O3
P pertenece al grupo 15
No metal, forma óxido ácido
Pero no tenemos elementos como para
decidir entre CO2 y P2O3
Entonces, NO2 > CO2 ≈ P2O3 > Na2O
+ -
-
+