001-LA TABLA PERIÓDICA

La ecuación de Schrödinger
Los orbitales
• Otros átomos hidrogenoides, también
tienen esquemas similares,
excepto que debido 1313.1
a que la energía
depende de Z,
los valores obtenidos
5246
son mayores.
• Así, las cantidades en
rojo son kJ/mol
• Y ¿Cómo son los orbitales?
– Primero el orbital 1s
11807
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LA TABLA PERIÓDICA
160
Los orbitales
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LA TABLA PERIÓDICA
161
Los orbitales
– Ahora los orbitales 2s y 2p
– Ahora los orbitales de la tercera capa:
3s
3d
3p
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LA TABLA PERIÓDICA
162
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
163
1
Los orbitales
Los orbitales
– Ahora comparamos los orbitales s de estas
tres capas
– Y finalmente los comparamos todos:
1s
2s
2p
3s
3d
3p
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LA TABLA PERIÓDICA
164
Otra vez la ecuación de Schrödinger
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• l = 0, ml = 0:
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
1
165
Los orbitales
• La parte angular de la función de onda describe la
forma de la nube electrónica.
• Y varía dependiendo de la clase de orbital y de su
orientación en el espacio (s, p, d o f).
• Sin embargo para cada tipo de orbital por ejemplo
todos los s o todos los pz la función angular es
idéntica, es decir no dependen de n.
• De esta manera tenemos que para cualquier
orbital s, la función angular es así:
 1 
Θ (θ ) Φ (φ ) =  
 4π 
LA TABLA PERIÓDICA
– Y tienen esta forma:
2
1s
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2s
3s
LA TABLA PERIÓDICA
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2
Los orbitales
La ecuación de Schrödinger
• En tanto que para los orbitales pz, tiene esta
forma:
– Y su forma es así:
1
• l = 1, ml = 0:
 3 2
Θ (θ ) Φ (φ ) =   cos (θ )
 4π 
• Los orbitales px y py tienen una dependencia
de Θ(θ) y Φ(φ) diferente pero la misma
forma, es decir únicamente se orientan en el
espacio de manera diferente.
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LA TABLA PERIÓDICA
2p x
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La ecuación de Schrödinger
2p y
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2pz
LA TABLA PERIÓDICA
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Los orbitales
• Finalmente en el caso del orbital dz2 se
tiene esta dependencia angular de la
función de onda:
• l = 0, ml = 0:
1
• Y tienen esta forma:
 5 2
 3 cos2 θ −1
Θ (θ ) Φ (φ ) = 
( )
16π 
• Los demás orbitales d también tienen una
dependencia de Θ(θ) y Φ(φ) diferente.
• Y también tienen diferentes orientaciones
en el espacio.
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LA TABLA PERIÓDICA
3dx2-y2
3dz2
170
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LA TABLA PERIÓDICA
3dxy
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3
Símbolos atómicos
Símbolos atómicos
• A cada elemento se le asigna un símbolo único:
• En general representamos a los átomos con
esta simbología:
A
Z
Arsénico
Bario
Carbono
Cloro
Hidrógeno
Helio
Oro
X #C
• Donde:
A - Masa atómica
Z - Número atómico
C - Carga
#- Número de átomos
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# de protones + neutrones
# de protones
Valores positivos o negativos
# de átomos en la fórmula
LA TABLA PERIÓDICA
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K
Ni
N
O
Rn
Ti
U
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LA TABLA PERIÓDICA
173
Desarrollo de la tabla periódica
• La herramienta más importante para organizar y
recordar hechos químicos es la tabla periódica
• Está basada en la naturaleza periódica de las
propiedades químicas de los elementos
• Y también en la naturaleza periódica de las
configuraciones electrónicas de estos
• Los elementos en la misma columna tienen el
mismo número de electrones de valencia
• Las similitudes en las propiedades químicas de los
elementos, se pueden atribuir a las similitudes en
la configuración de los electrones de valencia
LA TABLA PERIÓDICA
Potasio
Níquel
Nitrógeno
Oxígeno
Radón
Titanio
Uranio
• Cada símbolo tiene una o dos letras y la primera
siempre es mayúscula.
• Si el símbolo parece no ajustarse al nombre, es que
el elemento tenía originalmente un nombre
diferente
Propiedades periódicas de los elementos
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As
Ba
C
Cl
H
He
Au
174
• Algunos elementos, como la plata y el oro, se
encuentran naturalmente en su forma
elemental y fueron descubiertos hace miles
de años
• Algunos elementos radiactivos son
extraordinariamente inestables y su
aislamiento depende de la tecnología
moderna
• Aunque la mayoría de los elementos son
estables, únicamente se pueden encontrar
formando compuestos con otros elementos
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LA TABLA PERIÓDICA
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4
Desarrollo de la tabla periódica
• Algunos elementos presentan características muy
similares:
• Litio (Li), Sodio (Na) y Potasio (K) son metales
blandos y muy reactivos
• Helio (He), Neón (Ne) y Argón (Ar) son gases
que no reaccionan con otros elementos
• Al arreglar a todos los elementos en el orden de
su número atómico, se observa que sus
propiedades físicas y químicas muestran un
patrón de repetición periódico
• Un ejemplo de la naturaleza periódica de los
átomos es que cuando están ordenados según su
número atómico, cada uno de los metales blandos
y reactivos de arriba, viene inmediatamente
después de uno de los gases que no reaccionan
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LA TABLA PERIÓDICA
176
Desarrollo de la tabla periódica
• En el siglo XIX, se diseñaron métodos para
aislar muchos de los elementos de sus
compuestos.
• A partir de ese momento se aíslan cada vez
más y más elementos
• Para 1800 había 31 elementos identificados
• Para 1865 había ya 63 elementos
identificados
• A medida que se fueron descubriendo y
caracterizando más y más elementos, se
intentaba al mismo tiempo encontrar si se
podían agrupar y clasificar, de acuerdo a su
comportamiento químico
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LA TABLA PERIÓDICA
Desarrollo de la tabla periódica
Desarrollo de la tabla periódica
• Este esfuerzo, dio como resultado la tabla
periódica de los elementos
• En el año de 1869,
• Dimitri Mendeleiev y Lothar Meyer
• El primero, basado en sus
propiedades químicas
• El segundo, en sus
propiedades físicas
• Ambos concluyen que:
– Los elementos pueden ordenarse de
acuerdo a su peso atómico
• Es decir, g / mol de su mezcla natural de
isótopos
– Mostrando como resultado un arreglo con
características periódicas
– publican independientemente esquemas de
clasificación de los elementos
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LA TABLA PERIÓDICA
178
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LA TABLA PERIÓDICA
177
179
5
La ley y la tabla periódicas
La ley y la tabla periódicas
• Este es uno de los documentos
originales de Mendeleiev:
• Esta es la publicación de
1871 de Mendeleiev:

Reihen
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LA TABLA PERIÓDICA
180
La ley y la tabla periódicas
LA TABLA PERIÓDICA
Gruppe II.
-
Gruppe III.
Gruppe VI.
B = 11
Al = 27,3
- = 44
C = 12
Si = 28
Ti = 48
(Cu = 63)
Rb = 85
Zn = 65
Sr = 87
- = 68
?Yt = 88
- = 72
Zr = 90
As = 75
Nb = 94
Sn = 118
?Ce = 140
?La = 180
Sb = 122
Ta = 182
Te = 125
W = 184
Pb = 207
Th = 231
Bi = 208
-
U = 240
7
8
9
10
Ag = 108
Cs = 133
(-)
-
Cd = 112
Ba = 137
-
In = 113
?Di = 138
?Er = 178
11
12
(Au = 199)
-
Hg = 200
-
Tl = 204
-
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RH4
RO2
Gruppe V.
Be = 9,4
Mg = 24
Ca = 40
RO
R 2O 3
Gruppe IV.
R2O
H=1
Li = 7
Na = 23
K = 39
RH3
R2O 5
N = 14
P = 31
V = 51
RH2
RO3
Gruppe VII.
RH
R2O7
O = 16
S = 32
Cr = 52
F = 19
Cl = 35,5
Mn = 55
Se = 78
Mo = 96
Br = 80
- = 100
Gruppe VIII.
RO4
Fe = 56, Co=59
Ni=59, Cu=63
Ru=104, Rh=104
Pd=106, Ag=108
J = 127
-
- - - Os=195, Ir=197,
Pt=198, Au=199
- - - -
LA TABLA PERIÓDICA
181
Desarrollo de la tabla periódica
• Mendeleiev, en 1871, demuestra:
Que las propiedades de los elementos varían de
manera periódica
• Así, la tabla periódica nos ayuda a comprender
– el comportamiento
– las propiedades y
– la reactividad de los elementos
• Basados en que las propiedades de los elementos
tienden a reproducirse de manera regular
(periódica) al ordenar a los elementos según su
número atómico
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Gruppe I.
1
2
3
4
5
6
La tabla de Mendeleiev
• A continuación se indican los ocho principios
periódicos de Mendeleiev (1860):
1. Los elementos exhiben una evidente
periodicidad de propiedades si se ordenan de
acuerdo a su masa atómica.
2. Los elementos con propiedades similares
tienen masas atómicas que son casi las
mismas (Pt, Ir, Os) o se incrementan
regularmente (K, Rb, Cs o Cl, Br I)
3. El arreglo de los elementos en grupos,
corresponde tanto a la valencia, como en
cierta medida a sus propiedades químicas
distintivas.
182
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
183
6
Desarrollo de la tabla periódica
Desarrollo de la tabla periódica
4.Los elementos que están más ampliamente
difundidos tienen masas atómicas pequeñas.
5.La magnitud de la masa atómica de un
determina el carácter del elemento.
6.Se debe esperar en los años próximos el
descubrimiento de muchos elementos aun
desconocidos análogos al aluminio y silicio cuya
masa será de 65 a 75.
7.La masa atómica de un elemento puede
corregirse algunas veces, si conocemos los
elementos contiguos a este, así la masa atómica
del Te debe estar entre 123 y 126 y no 128.
8.Ciertas características de los elementos pueden
predecirse de su masa.
• La insistencia de Mendeleiev en ordenar a los
elementos de acuerdo a su peso atómico y
agruparlos según sus características químicas,
dio como resultado la aparición de una serie de
agujeros en la tabla
• Ni el Galio (Ga), ni el Germanio (Ge) se
conocían en la época, es decir había dos
agujeros en la tabla de Mendeleiev debajo del
Aluminio (Al) y el Silicio (Si)
• Concluye que debían de existir dos elementos
que debían llenar los agujeros
• A estos dos elementos los llamó eka-aluminio y
eka-silicio
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LA TABLA PERIÓDICA
184
Desarrollo de la tabla periódica
• Ahora bien, Mendeleiev no solamente predijo la
existencia del Ga y el Ge y otros elementos sino que
también describió como eran,
• Es decir, describió algunas de sus propiedades
físicas y químicas, entre ellas:
– El peso atómico aproximado,
– La manera en que se combinarían con O y Cl
– Las propiedes de sus óxidos y cloruros
• Cuando el Ga y el Ge fueron descubiertos varios
años más tarde, se observó que sus propiedades
físicas y químicas eran las que Mendeleiev había
predicho.
• Estos serán la mejor confirmación de la teoría
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LA TABLA PERIÓDICA
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1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
185
Desarrollo de la tabla periódica
• Para entender la importancia tanto del trabajo
como de la confianza de Mendeleiev en su teoría,
presentamos a continuación las predicciones
hechas en 1869.
• Para darles nombres provisionales a los elementos
que predijo, usó los prefijos eka-, dvi- y tri- del
sánscrito, correspondientes a los números uno,
dos y tres dependiendo de la posición que el
elemento descubierto ocupaba debajo de un
elemento conocido en su tabla.
– Eka-boro ⇒ escandio: Aislado por Lars F.
Nilson en 1879, Per T. Cleve reconoce la
correspondencia. Masa predicha 44, masa
observada: 44.955910
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
187
7
Desarrollo de la tabla periódica
Desarrollo de la tabla periódica
• En 1869 Mendeleiev predice las propiedades de
un compuesto al cual llama eka-silicio, que no
será aislado sino hasta 1882, el Germanio.
Eka-silicio Germanio
Propiedad
Masa Atómica
72
72.59
3
Densidad (g/cm )
5.5
5.35
Punto de Fusión
Alto
947°C
Color
gris
gris
Tipo de óxido
refractario refractario
Densidad del óxido (g/cm3)
4.7
4.7
Actividad del óxido
Poco ácido Poco ácido
Punto de ebullición del Cloruro
< 100°C
86°C
3
Densidad del Cloruro (XCl4) (g/cm )
1.9
1.9
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
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Desarrollo de la tabla periódica
LA TABLA PERIÓDICA
Eka-aluminio
Propiedad
Masa atómica
68
3
Densidad (g/cm )
5.9
Punto de fusión
Bajo
Fórmula del óxido
Ea2O3
Fórmula del cloruro
Ea2Cl6
1/10/08
Galio
69.3
5.93
30.15 °C
Ga2O3
Ga2Cl6
LA TABLA PERIÓDICA
189
Desarrollo de la tabla periódica
• En 1871 predice la existencia de un elemento que
no será aislado sino hasta 1937 por Emilio
Segré de muestras de Mo bombardeado con
deuterio en un ciclotrón a este elemento se le
llamó tecnecio. Mendeleiev había predicho una
masa de 100 para el eka-manganeso y el isótopo
más estable es el 98Tc, cuya masa es de
97.907214
• También en 1871 predice la existencia de un
elemento entre el Th y el U.
• En 1900 William Crook aisla un material
radiactivo del U sin poder identificarlo.
• Será hasta 1949 que se reconoce que este
elemento era el Protoactinio.
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• En 1871 predice la existencia de otro elemento al
que llamó eka-aluminio, la tabla muestra las
características propuestas por Mendeleiev
comparadas alas propiedades observadas para el
Ga, descubierto en 1875.
190
•La exactitud de las predicciones de Mendeliev para
los elementos desconocidos basadas en la tabla
periódica, convencieron sin lugar a dudas de su
validez a los científicos de la época.
•Sin embargo, todavía se necesitaba una importante
modificación
•Dado que Mendeleiev había ordenado a los
elementos en términos de su masa relativa, esto le
generó algunos problemas, por ejemplo el I tiene
una masa relativa menor a la del Te, por tanto debía
estar antes, pero para poner al I con el Cl y el Br,
tuvo que ponerlo después.
•Será en 1913 que Moseley resuelve el problema al
organizar los elementos en términos de su número
atómico.
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
191
8
La ley y la tabla periódicas
La tabla periódica moderna
• La ley periódica se basa en el arreglo de los
elementos llamado (Tabla periódica).
• En la cual, cada elemento pertenece a un
agrupamiento vertical llamado familia y a un
agrupamiento horizontal llamado periodo.
• Los elementos de una familia tienden a
presentar propiedades químicas similares.
• Presentaremos muchas tablas periódicas,
pero todas están basadas en la de Mendeleiev.
• Aunque en algunos casos no lo parezcan.
• Empezaremos por las más conocidas.
• La tabla periódica corta (IUPAC)
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
Antes de 1800
1800-1849
1850-1899
1900-1949
1950-1999
192
La tabla periódica moderna
LA TABLA PERIÓDICA
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
193
La tabla periódica moderna
• La tabla periódica larga (tres versiones)
• La tabla periódica corta (en colores)
1/10/08
Descubrimiento
194
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
195
9
La tabla periódica moderna
La tabla periódica moderna
• La tabla periódica de Adomah(Perfecta)
• La tabla periódica de Tarantola
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
196
La tabla periódica moderna
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
197
La tabla periódica moderna
• La tabla periódica de Hull
• La tabla periódica de Bohr-Bayley
Conexiones principales
Conexiones secundarias
Represetativos
Transición
Transición interna
Metaloides
No metales
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LA TABLA PERIÓDICA
198
1/10/08
LA TABLA PERIÓDICA
199
10