la tabla periódica

UNIDAD No.
LOGROS:
 Comprender los criterios de ordenación de los elementos
químicos en la tabla periódica.
 Diferenciar e identificar las propiedades periódicas de
los elementos químicos.
 Determinar la posición de los elementos en la tabla
periódica a partir de su configuración electrónica.
 Reconocer la importancia de la configuración electrónica
de los átomos en sus características y comportamientos
químico.
 Determinar los números cuánticos para los átomos de
diversos elementos de la tabla periódica.
 Graficar diversos átomos de elementos con base en datos
aportados por sus configuraciones electrónicas.
EL SISTEMA PERIÓDICO DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS
(LA TABLA PERIÓDICA)
Es un instrumento o herramienta basica para la quimica. En
ella se clasifican los elementos quimicos de acuerdo con
propiedades semejantes dentro de una misma columna vertical o
grupo (familia) y según el orden creciente de sus números
atomicos.
Entre los años 1869 y 1871 Dimitri Ivanovich Mendeleiev en
Rusia y Julius Lothar Meyer en Alemania, presentaron
independientemente trabajos en los cuales demostraron como
los elementos podian clasificarse sistematicamente con base
en sus pesos y números atomicos. Hoy en día, se considera a
Mendeleiev y Meyer como los inventores de la tabla periodica.
La tabla periódica está dividida gráficamente en:
COLUMNAS:
Llamados grupos o familias, son en total 18
columna distribuidas en ocho grupos de serie A y ocho grupos
de serie B, es de anotar que el octavo grupo de esta serie
presenta
tres
columnas
(subgrupos).
Los
grupos
se
representan con números romanos y a su vez se subdividen en:
1.- Grupos representativos: Son los que pertenecen o estan
ubicados en los grupos A.
2.Grupos de transición:
Son los que pertenecen o estan
ubicados en los grupos B.
Algunos grupos o familias reciben nombre genéricos de acuerdo
a propiedades que los caracterizan, así:
El grupo IA, se les conoce con el nombre de alcalino (excepto el
hidrógeno)
El grupo IIA: Alcalinoterreos.
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1
El grupo VIA: Anfígenos.
El grupo VIIA: Halógenos.
El grupo VIIIA: Gases nobles.
HORIZONTALES: Son llamados periodos y están distribuidos en
7 filas horizontales, representados por los números arabigos
del 1 al 7.
Los
elementos
en
la
tabla
periodica
también
estan
clasificados de acuerdo a sus propiedades así:
1.- Metales: Se encuentran ubicados en la parte izquierda
de la tabla periodica, excepto el hidrógeno que es un no
metal. Los metales se caracterizan por ser sólidos (excepto
el mercurio que es líquido), poseer brillo, ser maleables,
buenos conductores de la electricidad y el calor entre otras
características.
2.No metales:
Se localizan en la parte derecha de la
tabla periodica.
Presentan propiedades contrarias a los
metales. A temperatura normal son gases o líquidos.
Pertenecen a los no metales los siguientes elementos:
Carbono (c), Nitrogeno (N), Fosforo (P), oxígeno (O), azúfre
(S), selenio (Se), fluor (F), cloro (Cl), bromo (Br), yodo
(I), helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón
(Xe), radón (Rn) y el hidrógeno (H).
3.Metaloides:
Estos elementos tienen propoiedades
intermedias entre las de los metales y las de los no metales.
Pertenecen a los metaloides los siguientes elementos:
Boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsénico (As),
antimonio (Sb), telurio (Te), polonio (Po) y astato (At)
(Dibujo de tabla periódica donde se clasifican los elementos como
metales, no metales y metaloides)
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2
(Dibujo de tabla periódica donde se clasifican los elementos por
grupos, periodos, series representativa y de transición)
LA DISTRIBUCIÓN O CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA
LOS NIVELES ENERGÉTICOS: Es energía restringida con valores
definidos que poseen los electrones dentro de los átomos.
Los
niveles
energéticos
son
7,
algunos
autores
los
representan con las letras K, L, M, N, O, P y Q, mientras que
otros los representan con los números arábigos del 1 al 7.
Según el nivel energético así mismo será la capacidad de
alojar o albergar electrones, así por ejemplo:
El nivel 1 o K máximo puede albergar 2 electrones.
El nivel 2 o L máximo aloja 8 electrones.
El nivel 3 o M máximo puede albergar 18 electrones, y así
respectivamente hasta el nivel Q o 7.
LOS SUBNIVELES ENERGÉTICOS: No todos los electrones de un
átomo que están en un mismo nivel tienen la misma energía, a
estos se les llamó subniveles.
Los subniveles energéticos son 4 representados por las letras
s, p, d y f. Según el subnivel así mismo será su capacidad
de albergar electrones, por ejemplo:
El subnivel s máximo puede albergar 2 electrones.
El subnivel p máximo aloja 6 electrones.
El subnivel d máximo alberga 10 electrones.
El subnivel f máximo alberga 14 electrones.
s2
p6
d10
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f14
3
(Gráfico para determinar la distribución electrónica de los
átomos de los elementos químicos)
LA DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA DE LOS ÁTOMOS:
Es la manera o
forma como los electrones de un determinado átomo están
distribuidos alrededor del núcleo de éste.
La estructura de la tabla periódica y las similaridades entre
los elementos de un mismo grupo pueden ser explicadas por la
configuraciones electrónicas.
Recordemos que la tabla está
construida de tal manera que los elementos de propiedades
semejantes están dispuestos en una misma columna vertical o
grupo, razón por la cual a los grupos también se les dice
familias.
Determinación del periodo donde se encuentra un elemento:
Para determinar el periodo en el cual se localiza u
determinado elemento, se tiene en cuenta el número de niveles
o circunferencia que tenga el átomo al graficarlo, es decir,
si se dibujan dos niveles de energía o circunferencias,
quiere decir que el elemento lo encontraremos en el periodo
dos (2) de la tabla periódica; si dibujamos cinco (5) niveles
de energía el elemento se localiza en el periodo 5 de la
tabla periódica, y así respectivamente.
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4
Determinación de bloques y grupos donde se encuentra un
elemento: Para esto se deben tener en cuenta varios aspectos
o recomendaciones, así:
1.- Para determinar el bloque en donde se encuentra o halla
un elemento se debe tener en cuenta lo siguiente:
a.- Si la distribución electrónica termina en el subnivel s
o en el subnivel p el elemento lo encontramos o estará en los
bloque A (elementos representativos).
b.- Si la distribución electrónica termina en el subnivel d
el elemento lo encontramos en los bloques B (elementos de
transición).
c.- Si la distribución electrónica termina en el subnivel f
el elemento lo encontramos en los elementos de las series
lantánidos y actínidos.
2.- El grupo exacto en la tabla periódica lo determinamos;
teniendo en cuenta las siguientes recomendaciones:
a.- Si la distribución electrónica termina en s o p el grupo
lo determina el número de electrones que le dibujemos o
realicemos al átomo en su última capa o último nivel de
energía, es decir, si le dibujamos 3 electrones (punticos),
quiere decir que el elemento se encuentra en el grupo III de
la tabla periódica, si le dibujamos 7 punticos estará en el
grupo VII, y así sucesivamente siempre y cuando la
distribución electrónica termine en s o p.
b.- Si la distribución electrónica termina en d, el grupo lo
determinamos de la siguiente forma:
Se suman los electrones que tengan el subnivel d y los
electrones que tenga el último nivel de energía de la
distribución electrónica realizada, así por ejemplo:
 Si la suma de los electrones da 3, el elemento se
encuentra en el grupo III de la tabla periódica.
 Si la suma de los electrones da 4, el elemento se
encuentra en el grupo IV de la tabla periódica.
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5
 Si la suma de los electrones da 5, el elemento se
encuentra en el grupo V de la tabla periódica.
 Si la suma de los electrones da 6, el elemento se
encuentra en el grupo VI de la tabla periódica.
 Si la suma de los electrones da 7, el elemento se
encuentra en el grupo VII de la tabla periódica.
 Si la suma de los electrones da 8, el elemento se
encuentra en el grupo VIII primera columna de la
tabla periódica.
 Si la suma de los electrones da 9, el elemento se
encuentra en el grupo VIII segunda columna de la
tabla periódica.
 Si la suma de los electrones da 10, el elemento se
encuentra en el grupo VIII tercera columna de la
tabla periódica.
 Si la suma de los electrones da 11, el elemento se
encuentra en el grupo I de la tabla periódica.
 Si la suma de los electrones da 12, el elemento se
encuentra en el grupo II de la tabla periódica.
El nivel de valencia: Es el nivel más exterior o última
capa (circunferencia) de un átomo, aquel que tiene el
mayor valor de n.
Electrones de valencia:
Son los electrones que
pertenecen o se localizan en el nivel más exterior de un
átomo.
Teniendo en cuenta los conceptos de nivel y electrones
de
valencia,
se
puede
obtenerlas
siguientes
generalizaciones:
 Todos los elementos de un mismo grupo tienen igual
número de electrones de valencia.
 El número de electrones de valencia de los átomos
de los elementos representativos determina el grupo
a que pertenecen un elemento (esto es valido para
los elementos que su distribución electrónica
termina en S o P).
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6
 La configuración del nivel de valencia para los
elementos de un grupo es similar y obedece a las
siguientes expresiones generales.
GRUPO
IA
IIA
IIIA
IVA
VA
VIA
VIIA
VIIIA
n=
TOTAL DE ELECTRONES CONFIGURACIÓN
DE VALENCIA
GENERAL DEL NIVEL
DE VALENCIA
1
ns1
2
ns2
3
ns2 np1
4
ns2 np2
5
ns2 np3
6
ns2 np4
7
ns2 np5
2
6
8
ns np (excepto el
helio)
número del periodo (nivel)
Un estudio de las configuraciones electrónicas de los
elementos por periodos nos permite obtener las siguientes
conclusiones:
 Todos los elementos de un mismo periodo tienen el mismo
o igual numero de niveles energéticos.
 El periodo al que pertenece un elemento en la tabla
periódica
está
dado
por
el
número
de
niveles
energéticos que posean sus átomos.
SIMBOLOS ELECTRÓNICOS O SIMBOLOS DE LEWIS:
Con el fin de
destacar los electrones de valencia de un átomo, se
acostumbra a rodear el símbolo del elemento con puntos, el
signo mas (+), el signo por (x), asteriscos, etc,.
Esta
forma de representación se conoce con el nombre de símbolo
electrónico o símbolo de Lewis, en honor al químico americano
G. N. Lewis.
Ejercicios
Determinar los símbolos electrónicos o de Lewis para los
siguientes elementos: Magnesio (Z=12), Litio (Z=3) y Carbono
(Z=6).
Solución
Paso No. 1:
litio (Z=3).
Se realiza la distribución electrónica para el
1s2
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2s2
2p6
3s2
7
Paso No. 2:
Se determina los electrones de
mediante la graficación de un átomo de magnesio.
Paso No. 3:
valencia,
Se hace la representación del símbolo Lewis.
Mg
Ejercicios
1.- Para los elementos que tiene como: Z = 17, Z = 28
Z = 37 , realizarle y determinarle para cada uno de ellos:
a.b.c.d.e.f.g.h.i.-
y
La configuración electrónica.
Gráfica de un átomo de este elemento.
Bloque.
Serie.
Periodo.
Grupo.
Electrones de valencia.
Nombre del elemento.
El símbolo Lewis.
Solución
Para
a.c.d.e.f.g.h.i.-
el elemento de Z= 17
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
A.
Elementos representativos.
3.
VII
5 electrones de valencia.
El cloro.
b.-
Cl
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8
Para el elemento de Z= 28.
a.c.d.e.f.g.h.-
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8
B.
Elementos de transición.
4.
VIII
2 electrones de valencia.
El níquel.
i.-
b.-
Ni
Para el elemento de Z= 37.
a.c.d.e.f.g.h.i.-
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1
A.
Elementos representativo.
5.
I.
1 electrón de valencia.
El rubidio.
b.-
Rb
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9
Ejercicios propuestos:
2.Teniendo
en
cuenta
la
siguiente
distribución
electrónica:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d9 realizarle y
determinarle:
a.b.-
Gráfica de un átomo de este elemento.
Bloque: ________
c.-
Periodo: _______
d.-
Grupo: ______
e.-
Nombre del elemento: ___________________
i.-
Símbolo Lewis: ___________
3.- Para un elemento que su distribución electrónica termina
en 3s2 3p2 , completarle, realizarle y determinarle:
a.- Distribución electrónica: _____________________________
b.-
Gráfica de un átomo de este elemento.
c.-
Grupo y bloque: ____________
d.-
Periodo: _____________
e.-
Nombre del elemento:_________________
i.-
Símbolo Lewis: ___________
4.- Para los elementos que tiene como: Z = 8, Z = 32 y
= 54 , realizarle y determinarle para cada uno de ellos:
a.b.c.d.e.f.g.h.i.-
Z
La configuración electrónica.
Gráfica de un átomo de este elemento.
Bloque.
Serie.
Periodo.
Grupo.
Electrones de valencia.
Nombre del elemento.
Símbolo Lewis.
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10
FORMAS Y TAMAÑOS DE LOS ORBITALES
Un orbital es una región del espacio cercana al núcleo de un
átomo, en donde es más probable hallar un determinado
electrón de dicho átomo.
Clases de orbitales:
que son:
a.b.c.d.-
De
De
De
De
tipo
tipo
tipo
tipo
S:
p:
d:
f:
Este
Este
Este
Este
Existen cuatro (4) clase de orbitales
forma
forma
forma
forma
un (1) orbital.
tres (3) orbitales.
cinco (5) orbitales.
siete (7) orbitales.
Formas de los orbitales:
Los orbitales de tipo s tienen forma circular o esférica, por
ejemplo:
1s
2s
3s
(Entre más alto sea el nivel de energía la circunferencia
(orbitales) del subnivel s se hará más grande).
Los orbitales de tipo p tienen forma de ocho, los tres
orbitales p de un mismo subnivel tienen la misma forma, pero
difieren en la orientación en el espacio, distinguiéndose
como px,, py, pz, así por ejemplo:
px,
py
(Entre más alto sea el nivel de energía
(orbitales) del subnivel p se hará más grande).
pz
los
ochitos
La forma de los orbitales de tipo d es un poco más compleja y
lo es todavía más la forma de los orbitales de tipo f. Por
tal razón no haremos énfasis en ellas. Afortunadamente para
la mayoría de nuestros propósitos sólo trabajares con los
orbitales del tipo s y p.
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11
El tamaño de un orbital está determinado por el nivel, esto
quiere decir, que por ejemplo un orbital 2s es más grande que
un orbital 1s y un orbital 4s es mucho más grande que ambos.
El espin del electrón: El espín es una rotación que realiza
el electrón alrededor de sus propio eje. Esta rotación puede
ser en dos sentido, así: En dirección de las manecillas del
reloj o en sentido contrario.
Si dos electrones ocupan un
mismo orbital, es decir, están apareados deben representarse
gráficamente con los espines opuestos.
Generalmente, se
representan
con
flechas
que
apuntan
en
direcciones
2
contrarias, así por ejemplo: 1s
o también
De otro lado, cuando dos o más electrones ocupan distintos
orbitales, o sea que están desapareados, sus espines deben
estar en igual sentido, lo que se conoce como espines
paralelos, así, por ejemplo:
2p3
Y no
Distribución de los electrones en los orbitales:
para
distribuir los electrones de un átomo dado en los orbitales
disponibles, es necesario obtener en principio su respectiva
distribución electrónica que, recordemos, es la distribución
por subniveles. Luego basta repartir los electrones en cada
subnivel en los distintos orbitales que éste forma, teniendo
en cuenta la denominada regla de Hund o principio de máxima
multiplicidad.
Según esta regla los electrones de un mismo
subnivel se distribuyen en el número máximo de orbitales que
sea posible.
Por ejemplo:
Si queremos distribuir los
electrones de 3d5 según esta regla lo debemos hacer así:
Y no
Ejercicios
Representar teniendo en cuenta las formas y tamaños de los
orbitales, así como las diversas orientaciones en el espacio
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12
de sus espines, para los átomos de los elementos que tienen
como números atómicos los siguientes:
1.2.3.4.-
Z=
Z=
Z=
Z=
4
10
7
12
5.6.-
Z = 17
Z = 5
Solución
1.a.-
Su distribución electrónica es:
b.-
La distribución de sus electrones por orbitales es:
1s2
2s2
c.- La representación de acuerdo a la forma y tamaño de sus
orbitales es:
2.a.-
Su distribución electrónica es:
b.-
La distribución de sus electrones por orbitales es:
1s2
2s2 2p6
c.- La representación de acuerdo a la forma y tamaño de sus
orbitales es:
LOS NÚMEROS CUÁNTICOS:
Estos nos permiten realizar una
descripción completa de un electrón , indicándonos los
estados de energía posibles para los electrones de un átomo
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13
y con base en ellos se puede establecer la organización de
los electrones dentro de cualquier átomo o su configuración.
Los números cuánticos son los siguientes:
1.Número cuántico principal:
Se simboliza con la letra
(n) minúscula, este indica el nivel energético, por ejemplo,
si tenemos 2s2, el valor para n es 2, y si tenemos4p3 el valor
de n será 4 y así sucesivamente.
2.Número cuántico secundario o azimutal:
Se representa
con la letra (l) minúscula, este nos indica el subnivel
energético. Este toma los valores desde 0 hasta 3 así, por
ejemplo:
Si el subnivel es s
p
d
f
El valor para (l) es 0
1
2
3
3.- Número cuántico magnético: Se representa con la letra
(m), indica la orientación en el espacio de los distintos
orbitales de un subnivel.
Tiene valores
que van desde -1
hasta +1 pasando por cero. Por ejemplo, para el orbital s,
l=0 y el valor para m es también cero (si el orbital es s,
l=0 y m=0); para los tres orbitales del tipo p, l=1, los
correspondientes valores para m son -1, 0, +1. si el orbital
es d, l=2 y los correspondientes valores para m serán -2, -1,
0, +1, +2 y así sucesivamente.
4.- Número cuántico del espín: Se simboliza con la letra s.
Indica los diferentes sentidos de rotación
del electrón
sobre su eje, este número cuántico toma los valores de +1/2 o
de -1/2. Es +1/2 ( ) si es en sentido de las manecillas
del reloj y es -1/2 (
)si en sentido contrario
Ejercicios
1.- Determinar los números cuánticos para los electrones del
subnivel 3d5 del manganeso (Mn) que tiene como Z=25.
Solución
a.-
Se realiza la distribución electrónica del manganeso:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d5
b.- Se sacan el número total de orbitales para el subnivel
3d5 con sus respectivos espines:
c.- Se elabora una tabla de los números cuánticos, como la
que a continuación se indica:
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14
A
B
C
Números cuánticos
n (nivel)
l(subnivel)
m (orbital)
s (espin)
D
A
3
2
-2
+1/2
B
3
2
-1
+1/2
E
C
3
2
0
+1/2
D
3
2
+1
+1/2
E
3
2
+2
+1/2
2.- Determinar los números cuánticos para los electrones del
subnivel 2p4 del oxígeno (O) que tiene como Z=8.
Solución
a.-
Se realiza la distribución electrónica del flúor:
1s2 2s2 2p4
b.- Se sacan el número total de orbitales para el subnivel
2p4 con sus respectivos espines:
2px
2py
2pz
c.- Se elabora una tabla de los números cuánticos, como la
que a continuación se indica:
A
B
Números cuánticos
n (nivel)
l(subnivel)
m (orbital)
s (espin)
C
A
2
1
-1
+1/2
D
B
2
1
0
-1/2
C
2
1
+1
+1/2
D
2
1
-1
+1/2
3.Predecir el conjunto de números cuánticos para los 6
electrones del átomo de Carbono (C).
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15
Solución
a.El Carbono Tiene como Z = 6, entonces su distribución
electrónica es:
1s2 2s2 2p2
b.- Se sacan el número total de orbitales por cada subnivel
de energía y se hace la distribución con sus respectivos
espines:
1s2
2s2
2p1x
2p1y
2p0z
c.- Se elabora la tabla de los números cuánticos, siguiendo
las reglas ya vista para tal fin:
A
B
Números cuánticos
n (nivel)
l(subnivel)
m (orbital)
s (espin)
C D
A
1
0
0
+1/2
E
B
1
0
0
-1/2
C
2
0
0
+1/2
F
D
2
0
0
-1/2
E
2
1
-1
+1/2
F
2
1
0
+1/2
Ejercicios propuestos
a.- Determinar los números cuánticos para los electrones del
último nivel de energía del átomo de Aluminio (Al).
b.- Hallar los números cuánticos para cada de los átomos que
constituyen el elemento Sodio (Na).
c.- Determinar los números cuánticos para los electrones del
último nivel de energía del átomo de Nitrógeno (N).
d.¿Cuáles son los números cuánticos de los átomos del
elemento Litio (Li).
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