Estructura de la Materia 3

ESTRUCTURA DE LA MATERIA
TABLA
PERIODICA
MOMENTO
DIPOLAR
ORGANIZACIÓN
ENLACE
QUÍMICO
PROPIEDADES
PERIODICAS
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
LA TABLA PERIODICA
La tabla periódica es una representación sistemática de la
configuración electrónica de los elementos.
El Principio de construcción
progresiva o de Aufbau
establece que a medida
que se agrega un protón al
núcleo , los electrones se
suman de la misma forma
a los orbitales atómicos.
Tipos de orbitales en
la tabla periódica
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
He
H
s1 s2
p1 p2 p3 p4 p5 p6
d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10
f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14
Bloque “s”
Bloque “d”
Bloque “p”
Bloque “f”
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
LA TABLA PERIODICA
Grupo 1 (IA,IA): alcalinos
Grupo 10 (VIIIA,VIIIB)
Grupo 2 (IIA,IIA): alcalinotérreos
Grupo 11 (IB,IB)
Grupo 3 (IIIA,IIIB)
Grupo 12 (IIB,IIB)
Grupo 4 (IVA,IVAB)
Grupo 13 (IIIB,IIIA)
Grupo 5 (VA,VB)
Grupo 14 (IVB,IVA): grupo del carbono
Grupo 6 (VIA,VIB)
Grupo 15 (VB,VA): grupo del nitrógeno
Grupo 7 (VIIA,VIIB)
Grupo 16 (VIB,VIA): grupo del oxígeno
Grupo 8 (VIIIA,VIIIB)
Grupo 17 (VIIB,VIIA): halógenos
Grupo 9 (VIIIA,VIIIB)
Grupo 18 (VIIIB,VIIIA): gases nobles
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA y TABLA PERIODICA
Los elementos están ordenados en la Tabla
Periódica según el valor creciente de sus
números atómicos. Por otra parte, Z es el
número de protones y también de los
electrones de los átomos.
En consecuencia, el átomo de un elemento
cualquiera posee un protón y un electrón
más que el átomo del que le precede en la
tabla.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA y TABLA PERIODICA
Existe una correspondencia entre la
ubicación de cada elemento en la Tabla
Periódica y su configuración electrónica.
El número de período coincide con el número
cuántico principal (n) del nivel más externo
de su configuración electrónica.
22s1
Li
1s
3
2
2
6
2
6
2
10
6
2
10
6
1
55Cs 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s
período al que
pertenece en la
Tabla Periódica
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA y TABLA PERIODICA
La Tabla Periódica está dividida de tal manera que
los elementos con igual número de electrones en
la C.E.E. están situados en el mismo grupo.
elemento
Z
C.E.
C.E.E.
bloque
grupo
sodio
11
1s2 2s2 2p6 3s1
3s1
s
1
calcio
20
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
4s2
s
2
cloro
17
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
3s2 3p5
p
17
arsénico
33
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
3d10 4p3
4s2 4p3
p
15
vanadio
23
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2
3d3
4s2 3d3
d
5
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
PROPIEDADES PERIODICAS
 CARGA NUCLEAR EFECTIVA
 RADIO ATÓMICO
 RADIO IÓNICO
 ENERGÍA DE IONIZACIÓN
 AFINIDAD ELECTRÓNICA
 CARÁCTER METÁLICO
 ELECTRONEGATIVIDAD
Carga nuclear efectiva (Z*)




Es la carga real que mantiene unido a un e– al
núcleo.
Depende de:
– Número atómico (Z)
– Efecto pantalla (apantallamiento) (a) de e–
interiores o repulsión electrónica.
Ambos efectos son contrapuestos:
– A mayor Z mayor Z*.
– A mayor apantallamiento menor Z*.
Así consideraremos que: Z *  Z  a
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS
ELEMENTOS DEL GRUPO 1
elemento
Número
atómico Z
Carga
nuclear
C.E.E.
período
Li
3
+3
2s1
2
Na
11
+ 11
3s1
3
K
19
+ 19
4s1
4
Rb
37
+ 37
5s1
5
Cs
55
+ 55
6s1
6
Variación de Z* en la Tabla Periódica
La carga nuclear efectiva no varía en un
mismo grupo
–
–
Aunque hay una mayor carga nuclear
también hay un mayor apantallamiento.
Consideraremos que en la práctica cada e–
de capa interior es capaz de contrarrestar el
efecto de un protón.
CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE LOS
ELEMENTOS DEL PERÍODO 2
ELEMENTO
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Número
atómico
3
4
5
6
7
8
9
10
Carga
nuclear
+3 +4
+5
+6
+7
+8
+9
+ 10
C.E.E.
período
2s1 2s2 2s2 2p1 2s2 2p2 2s2 2p3 2s2 2p4 2s22p5 2s22p6
2
2
2
2
2
2
2
2
Variación de Z* en la Tabla Periodica
La carga nuclear efectiva aumenta hacia
la derecha en los elementos de un
mismo periodo.
Debido al menor efecto pantalla de los e– de la
última capa y al mayor Z.
Variación de Z+ en la Tabla periódica
aumenta
Ejemplo: Comparar el efecto pantalla de:
a) Li y Na; b) Li y Be.
a) Z* sobre el e– exterior del Li sería: 3 – 2 = 1,
mientras que en el caso del Na sería:
11 – 10 = 1, es decir apenas varía.
b) Z* sobre uno de los e– exteriores del Be sería: 4 –
(2 + 0,8) = 1,2 mientras que en el caso del Li era: 3
– 2 = 1.
Nota: el valor 0,8 de apantallamiento del e– de la
segunda capa es orientativo; lo importante es que
es un número inferior a 1.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
CARGA NUCLEAR EFECTIVA
Ejemplo: en el Litio 1s22s1 los electrones 1s están la mayor
parte del tiempo próximos al núcleo, mientras que el
electrón 2s está la mayor parte del tiempo lejos del núcleo.
por lo tanto el electrón 2s
“siente”, debido a la
repulsión
electrónelectrón, una carga
nuclear efectiva Zef
que es menor que su
carga normal Z = 3.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ENLACE QUÍMICO Y RADIO ATÓMICO
El enlace químico (unión entre átomos) se realiza a través de
los electrones de la configuración electrónica externa de los
átomos involucrados.
En el enlace covalente , los átomos comparten equitativamente
los electrones del enlace. Esto solo es posible cuando los
átomos son idénticos (moléculas diatómicas homonucleares).
Ej.: hidrógeno H2, cloro Cl2, yodo I2, nitrógeno N2
El radio covalente del carbono se
determina como la mitad de la
distancia C-C en el diamante: 0,77 A
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ENLACE QUÍMICO Y RADIO ATÓMICO
Los elementos metálicos se caracterizan porque:
Pierden fácilmente electrones para formar cationes
Bajas energías de ionización
Bajas afinidades electrónicas
Bajas electronegatividades
Forman grandes mallas conocidas como redes cristalinas
metálicas
En el enlace metálico los electrones de valencia son
compartidos por todos los átomos que forman la red
cristalina metálica, lo que hace que el enlace sea más débil
que el enlace covalente.
El radio metálico es la mitad de la distancia interatómica en la
red metálica.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ENLACE QUÍMICO Y RADIO ATÓMICO
En el enlace iónico existe una unión de tipo eléctrico (fuerza
electrostática) entre un anión y un catión.
El radio iónico es el radio que
adquiere un átomo cuando gana
o cede electrones adquiriendo
la estructura del gas noble más
cercano
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
RADIO ATÓMICO
El radio atómico disminuye en un período al aumentar la
carga nuclear efectiva debido a que los electrones de
valencia estarán más atraídos por el núcleo.
El radio atómico
aumenta de
arriba hacia
abajo en un
grupo porque
se incrementan
las capas de
electrones.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
La Energía de Ionización es la energía necesaria para extraer un
electrón de un átomo neutro en estado gaseoso y formar un
catión.
X(g) + energía ---------- X+(g) + electrón
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
ALUMINIO
13Al
1s2 2s2 2p6 3s2 3p1
Al(g) ---------> Al+ (g) + e-
I1 = 580 kJ/mol
Al+(g) ---------> Al2+ (g) + e-
I2 = 1815 kJ/mol
Al2+(g) ---------> Al3+ (g) + e-
I3 = 2740 kJ/mol
Al3+(g) ---------> Al4+ (g) + e-
I4 = 11600 kJ/mol
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
La Energía de Ionización aumenta en un período con el aumento
de la carga nuclear efectiva y la disminución del radio
atómico.
La Energía de
Ionización
aumenta en un
grupo desde
abajo hacia arriba,
con la
disminución del
radio atómico, lo
cual indica una
menor distancia
de los electrones
al núcleo.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
¿Por qué la primera energía
de ionización del Boro (801
kJ/mol) es menor que la del
Berilio (899 kJ/mol)?
1s2 2s2
2
2
1
5B 1s 2s 2p
4Be
La remoción del electrón del
orbital 2p requiere menos
energía porque está
apantallado por los electrones
del orbital 2s.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ENERGÍA DE IONIZACIÓN
¿Por qué la primera energía
de ionización del Oxigeno
(1314 kJ/mol) es menor que la
del Nitrógeno (1402 kJ/mol)?
1s2 2s2 2p4
2
2
3
7N 1s 2s 2p
8O
La remoción del electrón del
orbital 2p4 requiere menos
energía debido a la repulsión
de los electrones apareados.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
AFINIDAD ELECTRÓNICA
La Afinidad Electrónica es la energía intercambiada cuando un
átomo neutro en estado gaseoso capta un electrón para
formar un anión.
X + electrón ---------- X- + energía
(g)
(g)
La Afinidad Electrónica es positiva cuando el elemento
absorbe energía para captar un electrón.
Be(g) + e- + 242 kj -------- Be-(g) AE = 242 kJ/mol
La Afinidad Electrónica es negativa cuando el elemento
libera energía al captar un electrón.
Cl(g) + e- -------- Cl-(g) + 348 kJ AE = - 348 kJ/mol
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
AFINIDAD ELECTRÓNICA
Los elementos cuya Afinidad Electrónica es muy negativa
ganan fácilmente electrones para formar aniones. Tienen
una gran tendencia a aceptar un electrón.
La Afinidad Electrónica aumenta de izq. a derecha en un período
con el aumento de la carga nuclear efectiva.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ELECTRONEGATIVIDAD
La ELECTRONEGATIVIDAD de un elemento es la capacidad
relativa de un átomo de ese elemento para atraer
electrones hacia sí, cuando forma parte de un enlace
químico.
Un átomo muy ELECTRONEGATIVO posee una afinidad
electrónica muy negativa y una energía de ionización
elevada por lo tanto, atraerá electrones de otros átomos y
además se resistirá a perder los suyos.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ESCALA PAULING DE ELECTRONEGATIVIDAD
La electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en un
periodo con el aumento de la energía de ionización y la
afinidad electrónica de los elementos.
La electronegatividad
disminuye al
aumentar el número
atómico en un grupo
porque también
disminuye la energía
de ionización.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ELECTRONEGATIVIDAD y ENLACE QUÍMICO
ENLACE IÓNICO, la diferencia de electronegatividad de los
átomos enlazados es de 2,0 o más.
ENLACE COVALENTE, la diferencia de electronegatividad de los
átomos enlazados es nula.
ENLACE COVALENTE POLAR, la diferencia de electronegatividad
de los átomos enlazados es menor que 2,0.
Clasificar los siguientes
enlaces como iónicos,
covalentes polares o
covalentes puros:
NaCl; enlace C-C en
H3CCH3; KF
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
CARÁCTER METÁLICO
El carácter metálico de los elementos aumenta con la disminución de la
electronegatividad, la afinidad electrónica y la energía de ionización.
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ELECTRONEGATIVIDAD y MOMENTO DIPOLAR
Los enlaces covalentes polares presentan un desplazamiento de
la nube electrónica hacia el elemento más electronegativo. El
momento dipolar es una medida cuantitativa de la polaridad
del enlace,
 = q x d [D, debye]
q, carga; d, distancia entre las cargas
Un debye D equivale a 3,34x10-30 coulombs-metro (C-m)
En el caso de moléculas se suele medir la carga en unidades de
la carga del electrón, e = 1,60x10-19 C
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
ELECTRONEGATIVIDAD y MOMENTO DIPOLAR
El momento dipolar de una molécula depende la geometría
molecular y el vector resultante de los momentos dipolares
de c/u de los enlaces.
El momento dipolar de una molécula lineal es nulo.
O=C=O
ESTRUCTURA DE LA MATERIA
Determinar el número atómico y la configuración electrónica
de los elementos cuyo electrón/electrones del último
subnivel ocupado presentan los siguientes números
cuánticos:
(A) n = 3, l = 0, ml = 0, ms = + ½
(B) n = 3, l = 1, ml = -1, ms = ± ½; n = 3, l = 1, ml = 0, ms = ± ½
y n = 3, l = 1, ml = 1, ms = + ½.
Establecer justificando adecuadamente qué elemento “A” o
“B” presentará mayor radio iónico, electronegatividad,
energía de ionización y carácter metálico.