Teoría Atómica

Preuniversitario Belén UC Macul
Área: Química
Contenido: Teoría Atómica
Pastoral UC
SISTEMA PERIÓDICO DE LOS ELEMENTOS
A principios del siglo XIX se comenzó a
buscar la forma de ordenar y clasificar los
elementos químicos existentes hasta ese
momento. En 1817 Johann Dobereiner,
químico alemán, intentó agrupar los elementos
químicos en tríadas, que consistía en ordenar
los elementos en grupos de tres, con
propiedades similares.
En 1863 un químico inglés, John
Newlands ordenó los elementos de acuerdo a
sus masas atómicas crecientes y observó que
algunas propiedades eran similares cada ocho
elementos, por lo tanto los ordenó de acuerdo q
a lo que denominó Ley de las Octavas.
En 1869, Dimitri Mendeleiev, químico
ruso, propone que las propiedades químicas
varían en forma periódica, en función de sus
masas atómicas. Esta propiedad se denomina
ley periódica.
H. G. Moseley en 1913, demostró que las
propiedades de los elementos son funciones
periódicas de sus números atómicos y no de sus
masas atómicas, como los estimaba Mendeleiev.
El actual ordenamiento de los elementos
químicos se define en relación a que las
propiedades físicas y químicas de los átomos
son funciones periódicas de sus números
atómicos.
En el sistema periódico que se utiliza en
el presente se ordenan los elementos en orden
ascendente de los números atómicos y se
clasifican de acuerdo a la configuración
electrónica de los
fundamental o basal.
átomos
en
su
estado
DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA PERIÓDICO
La tabla periódica moderna se compone
de:
Períodos: corresponden a las secuencias
horizontales designadas con los valores enteros
positivos 1, 2, 3… hasta el 7 y cuyos elementos
están agrupados según su nivel de energía. Así
los elementos del primer periodo ubican sus
electrones mas externos en el primer nivel de
energía, y los del segundo período los ubicará
en el segundo nivel, y así sucesivamente.
Grupos: son secuencias verticales que
agrupan a los elementos que poseen el mismo
número de electrones de valencia ubicados en el
mismo tipo de orbitales. Y por lo tanto poseen
algunas propiedades semejantes. Los grupos se
nombran utilizando números romanos de
acuerdo a los electrones de valencia que posea,
seguido de la letra A ó B dependiendo de la
ubicación de estos. La letra A identifica a los
elementos que tienen sus electrones de valencia
en los orbitales “s” ó “p”. Al conjunto de estos
elementos se les denomina representativos. La
letra B identifica al grupo de elementos que
tienen los electrones de valencia en los orbitales
de tipo “d” y “f”. Son llamados también
elementos de transición.
Figura 1: Esquema que presenta la ubicación de los electrones de valencia respecto al tipo de orbital.
1
Figura 2: Secuenciación de los elementos de acuerdo a su configuración electrónica
2
GRUPOS ESPECIALES DE LA TABLA PERIÓDICA
Grupo I A: Metales alcalinos
- Formado por: litio, sodio, potasio, rubidio,
cesio y francio. Aunque el francio suele
excluirse por ser radiactivo, inestable y
escaso.
- Los metales alcalinos son blandos,
brillantes y de bajo punto de fusión.
- Debido a su gran reactividad, no se
encuentran libres en la naturaleza; sino
que se hayan combinados formando
compuestos iónicos. Los encontramos
formando parte de las rocas salinas o
disueltos en el agua de mar.
blindajes de protección contra
radiación. Ambos son metales.
la
Grupo VII A: Halógenos
- Formado por: flúor, cloro, bromo, yodo y
astato.
- Los halógenos son muy reactivos por lo
que no se encuentran libres en la
naturaleza, sino unidos a metales
alcalinos o alcalinotérreos.
Grupo VIII A: Gases nobles
- Formado por: helio, neón, argón, criptón,
xenón y radón.
- Son los únicos elementos cuyos átomos
se encuentran en la naturaleza de manera
aislada, son muy poco reactivos, debido a
su configuración electrónica: todos
presentan completo el último nivel de
energía
Grupo II A: Metales alcalinotérreos
- Formado por: berilio, magnesio, calcio,
estroncio, bario y radio. Estos metales
presentan puntos de fusión más elevados
que los alcalinos y son menos reactivos.
- El calcio es el más abundante en la
naturaleza; está presente en la greda,
piedra caliza y cal, y también en los
huesos y depósitos de conchas marinas.
Grupo VIII B
- Está compuesto por tres columnas de
elementos, ya que tienen propiedades
físicas y químicas muy semejantes.
- Un conjunto de elementos forma la familia
del hierro (hierro, cobalto, níquel) son
metales moderadamente activos; el otro
forma parte de la familia del platino
(rutenio, rodio, paladio, osmio, iridio y
platino), son muy estables frente al
ataque químico.
Grupo IV A: Familia del carbono
- Formado por: carbono, silicio, germanio,
estaño y plomo.
- El carbono tiene una alta capacidad de
combinación, siendo parte de millones de
moléculas diferentes. Está presente en
todos los seres vivos.
- El silicio y el germanio son metaloides de
gran aplicación en la electrónica.
- El estaño, por su bajo punto de fusión, es
utilizado en soldaduras y el plomo en
3
PROPIEDADES PERIÓDICAS DE TAMAÑO
Volumen atómico
El volumen atómico se define como la
cantidad de cm3 que corresponde a un átomo.
Los mayores volúmenes corresponden a
los metales alcalinos (grupo I A). Esto determina
sus bajos puntos de fusión, densidad y su
precaria dureza.
En la tabla periódica el volumen varía
disminuyendo en un período de izquierda a
derecha y aumentando de arriba hacia abajo en
un grupo o familia de acuerdo al incremento de
su número atómico.
Esto se puede explicar ya que en un
periodo, al aumentar el número de electrones,
también lo hace en la misma cantidad el número
de protones (Z), esto hace que aumente la
fuerza de atracción del núcleo sobre el último
electrón,
produciéndose
un
efecto
de
acercamiento de la nube electrónica sobre el
núcleo, disminuyendo por lo tanto el volumen del
átomo.
En un grupo o familia en cambio, aumenta
el periodo o nivel de energía, produciéndose un
aumento de la distancia entre el núcleo y el
último electrón. Es por esta razón que el
volumen del átomo aumenta desde arriba hacia
abajo en una familia.
Radio covalente
Es el radio de un átomo cuando se
encuentra combinado con dos núcleos distintos.
Las variaciones periódicas de los radios
dependen del valor de n y de la carga Z.
En los grupos, el radio covalente aumenta
al hacerlo Z.
En los periodos, para los elementos
representativos se cumple que el radio covalente
disminuye al aumentar Z. Pero para los
elementos de transición este comportamiento es
irregular, pues sus electrones entran en orbitales
internos d y f.
Radio iónico
Los radios iónicos son los radios de los
aniones y cationes en compuestos iónicos
cristalinos. En general, el radio iónico de iones
isoelectrónicos disminuye a lo largo de un
periodo, mientras que aumenta para iones de
igual carga a medida que se desciende en un
grupo. Los iones isoelectrónicos son diferentes
elementos que tienen la misma configuración
electrónica.
Radio atómico
Ya que el radio está relacionado
directamente con el volumen del átomo,
entonces su variación va a estar relacionada con
la forma en que varía el volumen del átomo,
analizados anteriormente.
4
PROPIEDADES PERIÓDICAS DE ENERGÍA
Potencial de ionización (P.I.)
Se define como la energía que se
requiere para separar al electrón mas
débilmente retenido a un átomo o ion de una
muestra gaseosa. Estas magnitudes se miden
generalmente en eV/mol o Kcal/mol.
Electronegatividad
Es la capacidad que tiene un átomo para
atraer hacia si los electrones compartidos en un
enlace químico. Mientras mayor sea la
electronegatividad más cerca del átomo estará la
nube electrónica que forma el enlace covalente.
Los
elementos
de
mayor
electronegatividad son los no metales, dentro de
los cuales se distingue al Flúor, se encuentran
en el grupo 17 (familia VIIA); en cambio, los
elementos ubicados en el grupo 1 y 2 poseen
menores valores de electronegatividad.
M (g) + Energía  M+ (g) + eEn los elementos se pueden extraer más
de un electrón. Por ejemplo, los tres P.I. del Litio
son:
P.I.
+
Li (g) 
Li (g) + e
124Kcal/mol
Li+ (g) 
Li+2(g) + e1.75Kcal/mol
+2
+3
Li (g) 
Li (g) + e
2.82Kcal/mol
Electropositividad
Se define como la capacidad que tiene un
átomo para ceder electrones. Mientras menor
sea su electronegatividad más fácilmente cederá
los
electrones.
Los
elementos
más
electropositivos son los metales y se ubican en
los grupos 1 y 2 del sistema periódico.
En estricto rigor, la definición de P.I.,
corresponde al primer potencial de ionización.
Los potenciales varían en forma indirecta
a los radios atómicos. Si es menor e radio
atómico mayor será la atracción existente entre
el núcleo y el electrón, por lo tanto mayor será la
energía que se deba aplicar para remover el
último electrón del átomo. Al contrario, si es
mayor la distancia existente entre el núcleo y el
electrón, menor será la fuerza con que se atraen
y por lo tanto menor será la energía necesaria
para extraer el electrón mas débilmente retenido.
Electroafinidad
Se define como la cantidad de energía
que se libera en una muestra gaseosa cuando
se añade un electrón a un átomo neutro
X (g) + + e-  X-(g) + Energía
La electroafinidad esta en directa relación
con la carga nuclear efectiva Zef, e inversamente
proporcional al tamaño del átomo del átomo.
Mientras más pequeño es el átomo mayor
energía liberará cuando este adquiere un
electrón.
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EJERCICIOS PSU
1. Los elementos están ordenados en
la tabla periódica de acuerdo:
a) al radio atómico.
b) al número másico.
c) al peso atómico.
d) a la configuración electrónica.
e) al volumen atómico.
3. ¿En qué orbitales se ubican los
electrones más externos en los
elementos de transición?
a) s y p
b) s y d
c) p y d
d) d y f
e) s y f
2. En un periodo, ¿cuál de las
siguientes propiedades aumenta en
función de Z?
a) el radio atómico.
b) la conductividad eléctrica.
c) el radio covalente.
d) la reactividad frente a ácidos.
e) la electronegatividad.
4. Los valores de n, l, m y s para un
elemento desconocido son los
siguientes 3, 2, -2, -1/2. Con esta
información podemos decir que:
a) pertenece a la familia III A.
b) está ubicado en el cuarto
periodo.
c) pertenece al grupo de los
representativos.
d) tiene un electrón de valencia.
e) es un elemento no metálico.
Las preguntas 5 a la 14 se basan en el siguiente diagrama que representa una
parte del sistema periódico, correspondiente a los elementos representativos.
IA
II A
III A
L
M
G
IV A
VA
VI A
VII A
Z
O
R
X
J
Ñ
T
5. El elemento más metálico es:
a) M
b) G
c) X
d) Ñ
e) Z
6. El elemento de menor radio
atómico es:
a) Z
b) M
c) X
d) L
e) J
6
7. El elemento que posee mayor
electronegatividad es:
a) L
b) Ñ
c) Z
d) J
e) T
11. ¿Cuál de los siguientes
compuestos no es posible que
exista?
a) L2R
b) R2
c) J2
d) XJ3
e) L2
8. ¿Cuál de los elementos formará un
catión con dos cargas?
a) M
b) G
c) X
d) R
e) Z
12. ¿Cuál de los elemento tiene
menor potencial de ionización?
a) Z
b) X
c) M
d) Ñ
e) J
9. ¿Cuál de los elementos tiene un
mayor radio atómico?
a) M
b) Ñ
c) R
d) Z
e) T
13. ¿Cuál de las siguientes moléculas
presenta un enlace iónico?
a) J2
b) X2
c) F2
d) ÑZ
e) JZ
10. ¿Cuál de los siguientes
elementos tiene menor carácter
metálico?
a) M
b) G
c) Ñ
d) X
e) Z
14. ¿Cuál de los elementos
representa un gas noble?
a) M
b) G
c) R
d) O
e) T
15. A continuación se presentan los siguientes iones isoelectrónicos y el gas noble
correspondiente.
1)
12
g
2
2)
-
3)
-2
4)
11
a
5)
1
e
Considerando el tamaño ¿Cuál sería el orden creciente correcto?
a) 1, 2, 3, 4 y 5
b) 1, 4, 5, 2 y 3
c) 3, 2, 5, 1 y 4
d) 5, 4, 3, 1 y 2
e) 3, 2, 5, 4 y 1
7
16. ¿Cuál de los siguientes elementos tiene 4
1
neutrones más que el elemento
?
a)
b)
c)
d) 5
e) 6
12
21. La siguiente definición: “Energía necesaria
para extraer el electrón más débilmente retenido
de un átomo en una muestra gaseosa”. ¿A qué
concepto se refiere?
a) electronegatividad.
b) electropositividad.
c) electroafinidad.
d) efecto pantalla.
e) potencial de ionización.
14
7
12
d)
32
1
e)
24
12
g
17. Los elementos de un mismo periodo poseen:
a) igual cantidad de electrones de valencia.
b) la misma densidad.
c) el mismo nivel de energía.
d) igual radio covalente.
e) propiedades químicas similares.
22. Los elementos metálicos comparados con
los no metálicos poseen:
a) bajo punto de ebullición
b) elevado potencial de ionización.
c) baja electropositividad.
d) baja electronegatividad.
e) elevada electroafinidad.
18. Un elemento posee los siguientes números
cuánticos:
n
l
m
s
3
1
-1
+1/2
23. El radio iónico de un catión comparado con
el radio del mismo átomo en estado
fundamental:
a) es positivo.
b) es menor.
c) es igual.
d) es mayor.
e) no se pueden comparar.
Con esta información podemos asegurar que:
a) posee trece (13) neutrones.
b) pertenece el grupo de transición.
c) tiene tres (3) electrones de valencia.
d) está ubicado en el segundo nivel de
energía.
e) es un elemento no metálico.
24. Un elemento químico Z posee tres niveles de
energía y en su nivel más externo posee cuatro
electrones. Con dicha información podemos
determinar que:
a) posee cuatro electrones en el subnivel p.
b) pertenece al grupo 16 (VI A).
c) es un elemento de transición.
d) el valor de m para el ultimo electrón es 0.
e) el último electrón tiene un espín de -1/2.
19. El silicio (Si) posee un numero atómico 14. Si
pierde 4 electrones, comparado con que
elemento sería isoelectrónico?
n
a)
b)
2
e
c)
1
Ar
d)
3
r
e)
1
e
25. ¿De qué grupo se derivan los iones que son
halogenuros
a) 1 (I A)
b) 2 (II A)
c) 14 (IV A)
d) 15 (V A)
e) 17 (VII A)
20. Un átomo está constituido por 20 protones y
22 neutrones, tomando en cuenta estos datos ¿a
qué periodo pertenece?
a) 2
b) 3
c) 4
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