ÍNDICE Páginas Introducción....................................................................... 6 Capítulo 1 LAS PRIMERAS CLASIFICACIONES DE LA TABLA PERIÓDICA............. 8 Capítulo 2 PRIMERAS IDEAS DE LA TABLA PERIÓDICA.................................... 11 Capítulo 3 TABLA PERIÓDICA MODERNA...................................................... 21 GRUPOS................................................................................... 22 OTRAS DIVISIONES DE LA TABLA PERIÓDICA................................. 25 ELEMENTOS REPRESENTATIVOS O NORMALES................................26 ESTADO FÍSICO DE LOS ELEMENTOS........................................... 34 PROPIEDADES PERIÓDICAS....................................................... 35 ELEMENTOS IMPORTANTES Y SUS USOS...................................... 37 Anexos .............................................................................. 40 Opinión personal................................................................. 53 Definiciones........................................................................ 54 La Tabla Periódica INTRODUCCIÓN La Tabla Periódica, el instrumento donde están organizados en hileras y columnas los diferentes elementos químicos conocidos, reflejo de la Ley Periódica, le ha permitido a la humanidad conocer la intimidad de la materia y disfrutar de las maravillosas aplicaciones de la química, con las cuales tratamos en cada instante de nuestras vidas. En eso radica la belleza y utilidad del aporte de Mendeleyev. El Sistema periódico o Tabla periódica es el esquema de todos los elementos químicos dispuestos por orden de número atómico creciente y en una forma que refleja la estructura de los elementos. La tabla periódica es la forma que tienen los científicos de almacenar la información relacionada con los elementos para una fácil consulta de la misma. Es como una enciclopedia de los elementos que existen en nuestro planeta, sólo que la información está resumida en números y, según nuestro conocimiento, de estos números podemos inferir las propiedades de cada elemento. La forma en que está organizada la tabla periódica se basa en el número atómico del elemento. Los elementos están ordenados en siete hileras horizontales, llamadas periodos, y en 18 columnas verticales, llamadas grupos. El primer periodo, que contiene dos elementos, el hidrógeno y el helio, y los dos periodos siguientes, cada uno con ocho elementos, se llaman periodos cortos. Los periodos restantes, llamados periodos largos, contienen 18 elementos en el caso de los periodos 4 y 5, o 32 elementos en el del periodo 6. El periodo largo 7 incluye el grupo de los actínidos, que ha sido completado sintetizando núcleos radiactivos más allá del elemento 92, el uranio. Los grupos o columnas verticales de la tabla periódica fueron clasificados tradicionalmente de izquierda a derecha utilizando números romanos seguidos de las letras “A” o “B”, en donde la “B” se refiere a los elementos de transición. En la actualidad ha ganado popularidad otro sistema de clasificación, que ha sido adoptado por la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC, siglas en inglés). Este nuevo sistema enumera los grupos consecutivamente del 1 al 18 a través de la tabla periódica. La clasificación periódica de los elementos que actualmente se conoce, se desarrolló como consecuencia de tres ideas básicas de la química del siglo XIX, las cuales fueron: 1. El intento de llegar a una clasificación natural y ordenada de los elementos conocidos. 2. La aceptación de que hay una relación estrecha entre una cantidad fundamental y característica de cada elemento (masa atómica) y ciertas propiedades del mismo 3. El reconocimiento de que la periodicidad de las propiedades del comportamiento químico de los elementos son dependientes de esa cantidad fundamental y característica de cada elemento. En el año de 1828, se conocían cincuenta y cinco elementos químicos diferentes. Era una cifra muy elevada para esta época y lo cual empezaba ha inquietar a los químicos. Los elementos varían extensamente en sus propiedades, y al parecer no se evidenciaban relaciones entre ellos. Se planteaban interrogantes en el sentido de ¿por qué existían tantos?, ¿Cuántos más quedan por descubrir?, ¿Cómo se podrán diferenciar uno de otro?. Conforme se iban descubriendo nuevos elementos, surgió la necesidad dar respuesta a la tercera pregunta, la de clasificarlos. La clasificación de los elementos químicos se ha desarrollado a través de la historia por diferentes investigadores los cuales expusieron su teoría acerca de cómo agrupar los elementos químicos. Además de lo anterior la gran importancia de toda la información y literatura que nos expresa la tabla periódica en la actualidad se convierte en la herramienta básica e importante para una gran numero de profesores, investigadores, estudiantes de todos los niveles educativos. Ver cuadro 1-a CAPITULO 1 LAS PRIMERAS CLASIFICACIONES DE LA TABLA PERIÓDICA. Los antiguos filósofos griegos e indios concibieron la materia como constituida por un limitado numero de componentes. La concepción griega del mundo, al que se le consideraba como una combinación de los cuatro elementos fundamentales, el agua, el fuego, el aire y la tierra, nunca se vio confirmada por una comprobación experimental. A esos cuatro elementos, llamados aristotélicos, opusieron los alquimistas medievales los tres principios que conformaban la materia: el mercurio, que representaba el carácter metálico y la volatilidad; el azufre, el símbolo de la combustibilidad; y la sal, prototipo de la solidez y la solubilidad. El británico Robert Boyle fue el primer científico que cuestionó abiertamente la tradición alquimista. Rechazó la clasificación griega, por no ser capaz de explicar las combinaciones químicas, y defendió que el número de elementos, aunque limitado, tendría que ser muy superior a tres. Definió a los elementos como cuerpos primitivos y simples no formados por otros cuerpos y que componen a los otros cuerpos, los compuestos. En el siglo XVIII, Antoine-Laurent Lavoisier obtuvo pruebas experimentales que justificaron la adopción del concepto del elemento de Boyle. El químico francés publicó la que puede considerarse primera enumeración de sustancias elementales basadas en esta definición y que, aunque incluía sustancias como la cal, la alúmina y la sílice, compuestos estables que la técnica química de la época era incapaz de descomponer, constituyó un importante punto de partida para posteriores clasificaciones. La evolución de la tabla periódica, desde la primera ordenación de los elementos, ha tenido lugar a lo largo de más de un siglo de historia y ha ido pareja al desarrollo de la ciencia. Aunque los primeros elementos conocidos, como el oro, el hierro se conocían desde antes de Cristo (recuérdese que el hierro, por su importancia en la evolución de la humanidad ha dado nombre a una época), todavía hoy se investiga la posible existencia de elementos nuevos para añadir a la tabla periódica. Como resultado de descubrimientos que firmemente establecieron la teoría atómica de la materia en el primer cuarto del siglo XIX, los científicos podían determinar los pesos relativos de los átomos de los elementos entonces conocidos. El desarrollo de la electroquímica durante este período por los químicos ingleses Humphry Davy y Miguel Faraday condujeron al descubrimiento de muchos elementos adicionales. Como en la naturaleza la mayoría de los elementos se encuentran combinados formando compuestos, hasta que no fue posible romper estos compuestos y aislar sus elementos constituyentes, su conocimiento estuvo muy restringido. Fue en el año 1800 cuando se descubrió el fenómeno de la electrólisis (ruptura de un compuesto mediante el uso de energía eléctrica ). Este descubrimiento impulsó un salto hacia delante en el descubrimiento de nuevos elementos. Así, de poco más de diez que se conocían hasta el Siglo XVIII, en el que se habían descubierto los elementos gaseosos (hidrógeno, oxígeno, nitrógeno y cloro) y algunos metales (platino, níquel, manganeso, wolframio, titanio vanadio y plomo), en las primeras décadas del siglo XIX se descubrieron más de 14 elementos, y posteriormente, a ritmo algo más lento se siguieron descubriendo otros nuevos Como resultado de descubrimientos que firmemente establecieron la teoría atómica de la materia en el primer cuarto del siglo XIX, los científicos podían determinar los pesos relativos de los átomos de los elementos entonces conocidos. Fue en 1829 cuando el químico alemán Döbereiner realizo el primer intento de establecer una ordenación en los elementos químicos, haciendo notar en sus trabajos las similitudes entre los elementos cloro, bromo y iodo por un lado y la variación regular de sus propiedades por otro. Una de las propiedades que parecía variar regularmente entre estos era el peso atómico. Pronto estas similitudes fueron también observadas en otros casos, como entre el calcio, estroncio y bario. Una de las propiedades que variaba con regularidad era de nuevo el peso atómico. Ahora bien, como el concepto de peso atómico aún no tenía un significado preciso y Döbereiner no había conseguido tampoco aclararlo y como la había un gran número de elementos por descubrir, que impedían establecer nuevas conexiones, sus trabajos fueron desestimados. Así, en 1830 se conocían ya 55 elementos diferentes, cuyas propiedades físicas y químicas variaban extensamente. Fue entonces cuando los químicos empezaron a interesarse realmente por el número de elementos existentes. Preocupaba saber cuántos elementos diferentes existían y a qué se debía la variación en sus propiedades. CAPÍTULO 2 PRIMERAS IDEAS DE LA TABLA PERIÓDICA Sería Berzelius quien llevase a cabo la primera agrupación de los elementos, ordenándolo alfabéticamente e incluyendo el dato de su peso atómico. Sin embargo, esta agrupación no atrajo el interés de los científicos de la época. Hasta ese momento, nadie parecía haber advertido la posible periodicidad en las propiedades de los elementos químicos, entre otras razones, porque el número de elementos que quedaban por descubrir dejaba demasiados huecos como para poder atisbar orden alguno en las propiedades de los mismos. Además, todavía no existía un criterio claro para poder ordenar sus propiedades, ya que el peso atómico de un elemento, que fue el primer criterio de ordenación de los elementos, no se distinguía con claridad del peso molecular o del peso equivalente. Ante la dificultad que la falta de definición del concepto de los pesos de las especies suponía, y el creciente interés que el descubrimiento de los elementos y de otros avances científicos suscitaba, otro ilustre químico, Kekulé, tomo una histórica iniciativa, que consistió en convocar a los químicos más importantes de toda Europa para llegar a un acuerdo acerca de los criterios a establecer para diferenciar entre los pesos atómico, molecular y equivalente. Esta convocatoria dio lugar a la primera reunión internacional de científicos de la historia y tuvo consecuencias muy importantes, sobre todo gracias a los trabajos del italiano Avogadro, que brillantemente expuestos en la reunión por su compatriota Cannizzaro, llevaron a la consecución del esperado acuerdo que permitiría distinguir al fin los pesos atómico, molecular y equivalente. Así, algunos químicos empezaron a realizar intentos de ordenar los elementos de la tabla por su peso atómico. El desarrollo del espectroscopio en 1859 por los físicos alemanes Robert Wilhelm Bunsen y Gustav Robert Kirchhoff hizo posible el descubrimiento de otros muchos elementos. En 1860, en el primer congreso químico internacional que hubo, el químico italiano Stanislao Cannizzaro aclaró el hecho de que algunos de los elementos - por ejemplo, el oxígeno - tiene moléculas que contienen dos átomos. Esta realización le permitió a los químicos finalmente lograr un listado consistente y propio de los elementos. Estos desarrollos dieron ímpetu nuevo al intento de dar a conocer interrelaciones entre las propiedades de los elementos. En 1864 el químico Británico John A. R. Newlands enumeró los elementos en orden de acuerdo a los pesos atómicos crecientes y anotó que un conjunto determinado de propiedades ocurre en cada octavo lugar. Él nombró a esta repetición periódica la ley de octavas, por la analogía con las escalas musicales. El descubrimiento de Newlands fracasó en el intento de impresionar sus contemporáneos, probablemente porque la periodicidad observada se limitó a solo a un número pequeño de los elementos conocidos. Habiendo ordenado los elementos conocidos por su peso atómico y después de disponerlos en columnas verticales de siete elementos cada una, observó que en muchos casos coincidían en las filas horizontales elementos con propiedades similares y que presentaban una variación regular. Esta ordenación en columnas de siete da su nombre a la ley de las octavas, ya que el octavo elemento da comienzo a una nueva columna. En algunas de las filas horizontales coincidían los elementos cuyas similitudes ya había señalado Döbereiner. El fallo principal que tuvo Newlands fue el considerar que sus columnas verticales (que serían equivalentes a períodos en la tabla actual) debían tener siempre la misma longitud. Esto provocaba la coincidencia en algunas filas horizontales de elementos totalmente dispares y tuvo como consecuencia el que sus trabajos fueran desestimados. Más acertado estuvo otro químico, Meyer, cuando al estudiar los volúmenes atómicos de los elementos y representarlos frente al peso atómico observo la aparición en el gráfico de una serie de ondas. Cada bajada desde un máximo (que se correspondía con un metal alcalino) y subido hasta el siguiente, representaba para Meyer un periodo. En los primeros periodos, se cumplía la ley de las octavas, pero después se encontraban periodos mucho más largos. Aunque el trabajo de Meyer era notablemente meritorio, su publicación no llego a tener nunca el reconocimiento que se merecía, debido a la publicación un año antes de otra ordenación de los elementos que tuvo una importancia definitiva. Utilizando como criterio la valencia de los distintos elementos, además de su peso atómico, Mendeliev presentó su trabajo en forma de tabla en la que los periodos se rellenaban de acuerdo con las valencias (que aumentaban o disminuían de forma armónica dentro de los distintos periodos) de los elementos. Esta ordenación daba de nuevo lugar a otros grupos de elementos en los que coincidían elementos de propiedades químicas similares y con una variación regular en sus propiedades físicas. La tabla explicaba las observaciones de Döbereiner, cumplía la ley de las octavas en sus primeros periodos y coincidía con lo predicho en el gráfico de Meyer. Además, observando la existencia de huecos en su tabla, Mendeliev dedujo que debían existir elementos que aun no se habían descubierto y además adelanto las propiedades que debían tener estos elementos de acuerdo con la posición que debían ocupar en la tabla. Años más tarde, con el descubrimiento del espectrógrafo, el descubrimiento de nuevos elementos se aceleró y aparecieron los que había predicho Mendeliev. Los sucesivos elementos encajaban en esta tabla. Incluso la aparición de los gases nobles encontró un sitio en esta nueva ordenación. La tabla de Mendeliev fue aceptada universalmente y hoy, excepto por los nuevos descubrimientos relativos a las propiedades nucleares y cuánticas, se usa una tabla muy similar a la que él elaboró más de un siglo atrás. En la historia de la tabla periódica se hicieron durante el siglo XIX y el siglo XX, varias aportaciones para clasificar y ordenar a los elementos químicos y no fue hasta que en el año de 1869 donde se propuso lo que se conoce como la “tabla periódica de los elementos”. Expuesta por Lothar Meyer y Dimitri Mendeliev. Los primeros intentos de clasificar los elementos químicos y las más representativas se realizaron por: o La primera organización de los elementos conocidos fue realizada por J. Dalton, quien publica: …Una lista de los pesos atómicos (1830) de cincuenta y cinco elementos, tomando como base el peso atómico del Hidrógeno igual 1.0000. siendo el peso atómico, una propiedad especifica en todos los átomos estableciendo un intento de relacionar el peso atómico con el comportamiento químico del elemento... Los pesos atómicos, que Dalton había aprendido a medir al, parecían ser una propiedad de importancia fundamental, puesto que cada elemento tenía un peso preciso y unos elementos se diferenciaban de otros por su peso atómico. Por eso tenía sentido mirar las demás propiedades en función de ellos. o La segunda clasificación se refiere a la clasificación de las triadas de Johann W. Döbereiner, en 1829, donde: …Intentó establecer la correlación entre peso atómico y propiedades, descubrió que el bromo tenía propiedades intermedias entre las del cloro y las del yodo. La serie de tres elementos mostraba un carácter degradatorio en las propiedades, y el peso atómico del bromo estaba justo intermedio entre peso atómico el cloro y el yodo. Fue en 1829 cuando el químico alemán Döbereiner realizo el primer intento de establecer una ordenación en los elementos químicos, haciendo notar en sus trabajos las similitudes entre los elementos cloro, bromo y iodo por un lado y la variación regular de sus propiedades por otro. Una de las propiedades que parecía variar regularmente entre estos era el peso atómico. Pronto estas similitudes fueron también observadas en otros casos, como entre el calcio, estroncio y bario. Una de las propiedades que variaba con regularidad era de nuevo el peso atómico. Ahora bien, como el concepto de peso atómico aún no tenía un significado preciso y Döbereiner no había conseguido tampoco aclararlo y como la había un gran número de elementos por descubrir, que impedían establecer nuevas conexiones, sus trabajos fueron desestimados. Como se muestra a continuación: ELEMENTO MASA ATOMICA Cloro 35.5 Yodo 127 Bromo 79.9 MASA ATOMICA PROMEDIO Bromo = 127 + 35.5 = 162.5 = 81.2 2 2 En sus su trabajo Döbereiner encontró otros dos grupos de tres elementos tales como: Calcio – Estroncio – Bario Azufre – Selenio – Telurio. En estas dos nuevas series, el segundo elemento mostraba peso atómico y propiedades intermedias entre los elementos primero y último. Döbereiner llamó a estas series o grupos triadas o triadas de Döbereiner Jhon A. Reina Newlands. En 1864 el químico Británico Newlandas clasifico a los elementos: …De acuerdo a sus pesos atómicos crecientes, y observó que este ordenamiento también colocaba las propiedades de los elementos en un orden. Así, al disponer los elementos en columnas verticales de siete, los que eran semejantes tenían que quedar en la misma fila horizontal. Newlandas llamó a esta relación ley de las octavas debido a que en música, siete e notas forman una octava, siendo la octava nota casi un duplicado de la primera y principio de una nueva octava… Razón por lo se le conoce como ley de las octavas de Newlands. El descubrimiento de Newlands fracasó en el intento de impresionar sus contemporáneos, probablemente porque la periodicidad observada se limitó a solo a un número pequeño de los elementos conocidos. Habiendo ordenado los elementos conocidos por su peso atómico y después de disponerlos en columnas verticales de siete elementos cada una, observó que en muchos casos coincidían en las filas horizontales elementos con propiedades similares y que presentaban una variación regular. En algunas de las filas horizontales coincidían los elementos cuyas similitudes ya había señalado Döbereiner. El fallo principal que tuvo Newlands fue el considerar que sus columnas verticales (que serían equivalentes a períodos en la tabla actual) debían tener siempre la misma longitud. Esto provocaba la coincidencia en algunas filas horizontales de elementos totalmente dispares y tuvo como consecuencia el que sus trabajos fueran desestimados. Julius Lothar Meyer, químico Alemán, que consideró el volumen ocupado por determinados pesos atómicos fijos de determinados pesos fijos de diversos elementos. Al representar los volúmenes atómicos de los elementos en función de los pesos atómicos, se obtenían: …Una serie de ondas que alcanzaban valores máximos en los elementos alcalinos: sodio, potasio, rubidio y cesio. Cada descenso y ascenso correspondía a un periodo… Meyer público su trabajo un año después de que Mendeleiev había propuesto su clasificación de los elementos. Más acertado estuvo Meyer, cuando al estudiar los volúmenes atómicos de los elementos y representarlos frente al peso atómico observo la aparición en el gráfico de una serie de ondas. Cada bajada desde un máximo (que se correspondía con un metal alcalino) y subido hasta el siguiente, representaba para Meyer un periodo. En los primeros periodos, se cumplía la ley de las octavas, pero después se encontraban periodos mucho más largos. Aunque el trabajo de Meyer era notablemente meritorio, su publicación no llego a tener nunca el reconocimiento que se merecía, debido a la publicación un año antes de otra ordenación de los elementos que tuvo una importancia definitiva. Tabla periódica de Dimitri Mendeleiev En el año de 1869, considero un criterio relevante de ordenación la valencia de los elementos. Observó que los primeros elementos de la lista, de acuerdo con su peso atómico, mostraban un cambio progresivo en sus valencias Esta ordenación daba de nuevo lugar a otros grupos de elementos en los que coincidían elementos de propiedades químicas similares y con una variación regular en sus propiedades físicas. Mendeleiev observó que las propiedades y la valencia de los elementos dependen fundamentalmente de la masa atómica. Y la valencia aumentaba y disminuía, estableciendo periodos. En primer término el Hidrógeno solo; después dos periodos que contenían siete elementos cada uno; y luego periodos que contenían más de siete elementos. (ver imagen 2-A) La tabla explicaba las observaciones de Döbereiner, cumplía la ley de las octavas en sus primeros periodos y coincidía con lo predicho en el gráfico de Meyer. Además, observando la existencia de huecos en su tabla, Mendeliev dedujo que debían existir elementos que aun no se habían descubierto y además adelanto las propiedades que debían tener estos elementos de acuerdo con la posición que debían ocupar en la tabla. Años más tarde, con el descubrimiento del espectrógrafo, el descubrimiento de nuevos elementos se aceleró y aparecieron los que había predicho Mendeliev. Los sucesivos elementos encajaban en esta tabla. Incluso la aparición de los gases nobles encontró un sitio en esta nueva ordenación. Mendeleliev se percato de la necesidad de dejar espacios vacíos (huecos) en la tabla. Estos espacios, no los consideró imperfecciones de la estructura, o imprecisiones técnicas sino que arriesgó la hipótesis de ser espacios reservados para los elementos aún no descubiertos, y predijo las propiedades de los elementos que ocupan los espacios vacíos. Uno de los aciertos más grandes de Mendeleiev consistió en que ordenados los elementos como él los dispuso para que sus propiedades, analogías y diferencias fueran apreciables, quedaran tres lugares vacíos; Pues bien, Mendeleiev predijo que estos huecos se llenarían con el descubrimiento de tres elementos (que llamó eka-boro, eka-aluminio y eka-silicio), cuyas propiedades físicas y químicas corresponderían a las que él formuló de acuerdo con la posición de esos elementos pronosticados. Sus predicciones se cumplieron cuando 15 años más tarde Boisbaudran, Nilson y Winkler, descubrieron respectivamente el galio (Ga), el escandio (Sc) y el Germanio (Ge), que tenían las propiedades previstas por el sabio ruso. (ver figura 3-A, tabla periódica de Mendeleiev). La tabla de Mendeliev fue aceptada universalmente y hoy, excepto por los nuevos descubrimientos relativos a las propiedades nucleares y cuánticas, se usa una tabla muy similar a la que él elaboró más de un siglo atrás. Tabla de Meyer – Mendeleiev La tarea concreta realizada por Mendeleyev hacia 1860 consistió en organizar todos los 63 elementos con mucho cuidado, anotando todas sus propiedades y viendo cómo variaban entre ellas. La tarea intelectual consistió en darse cuenta de que eso reflejaba una armonía profunda en el interior del átomo. Antes de Mendeleyev se habían hecho algunos ensayos que habían aportado algunas luces, pero la principal limitación radicaba en que no se conocían con certeza los valores del peso atómico para muchos elementos, pues había distintos métodos y teorías que conducían a valores diferentes. De hecho, la confusión era tan grande que los mejores químicos decidieron que era importante reunirse todos para discutir a fondo y llegar a un acuerdo. Así, se reunieron en 1860 en Karlsruhe, Alemania, y esta reunión es de gran importancia, porque fue el primer Congreso Internacional de Ciencia que se realizó en el mundo. Esa práctica, tan extendida hoy, de realizar congresos científicos nació motivada por la necesidad de ponerse de acuerdo sobre la manera de determinar los pesos de los átomos. La reunión fue un fracaso en el sentido de que no logró su cometido y los asistentes partieron a sus casas con las mismas posiciones divergentes que habían traído, pero por otro lado fue un éxito porque en ella un profesor de química de la Universidad de Génova, Stanislao Cannizzaro, distribuyó copias del librito de texto que usaba para dar sus clases de teoría atómica –"Sunto di un curso de philosophia chimica" (Resumen de un Curso de Filosofía Química)– y varios de ellos al volver a casa lo leyeron, encontrando que ahí estaba la solución del problema. Después de Karlsruhe y del librito de Cannizzaro, pronto empezó a haber tablas unificadas de pesos atómicos, que son esencialmente las mismas que utilizamos hoy, y Mendeleyev pudo comenzar su enorme labor de estudiar la influencia del peso atómico en todas las propiedades de los elementos. En 1868, durante el proceso de edición del manual de química que había escrito, Julius Lothar Meyer, de la Universidad de Breslau, ideó una tabla periódica que resultó ser extraordinariamente parecida a la famosa versión de Mendeleiev de 1869, aunque Meyer no llegó a clasificar todos los elementos correctamente. Sin embargo, por culpa del editor, la tabla no apareció impresa hasta 1870, lo que vino a complicar la reñida disputa de prioridad que sostuvieron Meyer y Mendeleiev. La ley química que afirma que las propiedades de todos los elementos son funciones periódicas de sus masas atómicas fue desarrollada independientemente por dos químicos: en 1869 por el ruso Dmitri I. Mendeléiev y en 1870 por el alemán Julius Lothar Meyer. La clave del éxito de sus esfuerzos fue comprender que los intentos anteriores habían fallado porque todavía quedaba un cierto número de elementos por descubrir, y había que dejar los huecos para esos elementos en la tabla. Por ejemplo, aunque no existía ningún elemento conocido hasta entonces con una masa atómica entre la del calcio y la del titanio, Mendeléiev le dejó un sitio vacante en su sistema periódico. Este lugar fue asignado más tarde al elemento escandio, descubierto en 1879, que tiene unas propiedades que justifican su posición en esa secuencia. El descubrimiento del escandio sólo fue parte de una serie de verificaciones de las predicciones basadas en la ley periódica, y la validación del sistema periódico aceleró el desarrollo de la química inorgánica. Mendeleiev se hallaba también escribiendo un libro de texto de química cuando, casi al mismo tiempo que Meyer, dio forma a su propia tabla periódica. A diferencia de sus predecesores, el ruso confiaba lo bastante en su tabla como para predecir la existencia de nuevos elementos y las propiedades de sus compuestos, así como para corregir el valor del peso atómico de alguno de los elementos conocidos. Mendeleiev admitió haber visto algunas de las tablas anteriores, como la de Newlands, pero negó conocer el trabajo de Meyer al preparar su tabla. En 1871, Meyer y Mendeleiev, habían trabajado por separado, revisando sus trabajos en forma conjunta y propusieron un nuevo sistema de clasificación que consideraba: a) Un primer periodo muy corto, de un solo elemento, el Hidrógeno. b) Dos periodos, el segundo y el tercero de siete elementos cada uno. c) Cuatro periodos muy largos. Hubo la necesidad de agregar un grupo VIII – B, que agrupa tres columnas. Este sistema fue muy conocido y popular el cual duro por muchos años, después del descubrimiento de los gases inertes por Lord Raleigh y sir William Ramsey ( He, Ar, Kr, Xe, Rn), se agregó un grupo cero a la tabla periódica. (ver figura 3-A) Henry Moseley: En 1913 – 1914 analizó propiedades entre lo fundamental del número atómico. Moseley midió la propiedades de onda de las líneas del espectro de rayos X de propiedades entre 40 elementos y estableció una clara relación entre la frecuencia de las líneas del correspondiente espectro y el número atómico. Así, conforme aumentaba el número atómico, la propiedades de onda de rayos X disminuía, lográndose conocer el orden de un elemento respecto a otro. Y señaló: … En el átomo existe una cantidad fundamental, Z, que aumenta propiedades cuando se pasa de un elemento al siguiente; propiedades descubrió, que Z es igual al número del lugar que ocupa un elemento en la tabla de la clasificación de los elementos. A esta cantidad fundamental, Z, le llamó numero atómico, Moseley considero que este valor o número atómico, en otras palabras; Moseley señalo que este valor, Z o número atómico, debería de ser el criterio de propiedades de los elementos de la tabla, dado a que representa además, el valor de la carga del núcleo, y por lo tanto, el número total de protones de un átomo… Debido al trabajo de Moseley se revisó la ley periódica. Ahora ésta se basa en los números atómicos de los elementos en lugar de hacerlo en la masa y pesos atómicos. Cuando los elementos están acomodados en orden de sus números atómicos crecientes, los que tienen propiedades químicas similares se encuentran en intervalos periódicos definidos. Esta relación se conoce como la ley periódica. Así podemos decir que las propiedades de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos. CAPÍTULO 3 TABLA PERIÓDICA MODERNA. La tabla periódica moderna deriva de los varios trabajos de personajes que en la historia realizaron clasificaciones de los elementos químicos, pero la base principal esta en Meyer – Mendeliev, Werner y Moseley. Adopta como criterio de ordenación el número creciente de los elementos y se rige por la ley periódica de Moseley. En 1895, Werner modificó la forma del sistema periódico de Mendeleiev utilizado hasta entonces, introduciendo la forma conocida como tabla periódica larga de Werner, en la que se ha llegado a un ordenamiento exacto y preciso de los elementos conocidos hasta nuestros días ya que el fundamento de su clasificación es el número atómico. Todas las propiedades y el comportamiento químico de los elementos dependen de su número atómico, en forma más directa y precisa que de su peso atómico, como se había pensado originalmente. (ver figura 6-A) La tabla periódica de los elementos los clasifica primeramente en orden de acuerdo con sus números atómicos formando siete líneas horizontales llamadas periodos. Los periodos indican el número de niveles energéticos que tiene un átomo. Debido a la existencia de los periodos que contienen más de ocho elementos, la tabla periódica actual suele denominarse también, como tabla de periodos largos. Los periodos están ordenados de la forma como lo muestra la siguiente tabla, contemplando la estructura electrónica de la distribución de los electrones según sea el periodo, así como el nombre del periodo y el número de elementos que contiene: periodo, nombre del periodo, número de elemento, estructura electrónica, observaciones al periodo. (ver figura 7-A) Los elementos correspondientes a la serie de Lantánidos y de serie de los Actínidos reciben el nombre de elementos de transición interna o tierras raras. (ver figura 8-A) Grupos. Los grupos de la tabla periódica (antes llamados familias) o columnas de la tabla periódica, son escritos con números romanos del I al VIII, están subdivididos en grupos A y grupos B, se agrupan y se leen en línea vertical. La tabla periódica agrupa a los elementos químicos en los grupos respectivos por su semejanza a las propiedades físicas y químicas de los elementos que forman un grupo. Ya que las designaciones de los grupos como se vio anteriormente no son aceptadas en todos los países, la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC por sus siglas en inglés) ha recomendado designar a los grupos con números del 1 al 18. …Los grupos indican el número electrones de valencia de un átomo, es decir, los del último nivel de energía… De acuerdo con lo anterior los grupos en relación con sus electrones de valencia se describen en la siguiente tabla: Grupo IA Grupo IIA tiene un (1) electrón. tiene dos electrones. Grupo IIIA tiene tres electrones. Grupo IVA tiene cuatro electrones. Etcétera Los elementos correspondientes a la familia o grupo B se intercalan en la parte central de la tabla periódica, exactamente entre los grupos IIA y el Grupo IVA, a partir del cuarto periodo. Los grupos B, representados en 10 columnas y que expresan los símbolos de los elementos metálicos pesados llamados elementos de transición, están formados por las columnas verticales del grupo IVB hasta el grupo VIIIB, donde este grupo VIII comprende tres columnas, las cuales integran este grupo. Las estructuras electrónicas de los elementos de los grupos B, se caracterizan por ser muy especiales, ya que, además de que un nivel de energía forma parte de los electrones de valencia, el subnivel de energía anterior también forma parte de los electrones que intervienen en los procesos químicos diversos, ya sea enlaces químicos, configuraciones electrónicas, redes cristalinas, entre otras. No es el caso de los grupos A, que solo intervienen los electrones del último nivel de energía. Algunos de los datos que nos indica, el número de grupo son los siguientes: a) El número de electrones de valencia. b) El carácter químico del elemento. c) Las valencias de los elementos. d) El carácter metálico o bien no metálico del elemento químico. Las columnas verticales IIIB hasta VIIIB están del lado izquierdo. La columna VIIIB abarca tres familias. Los grupos IB y IIB están colocados a la derecha del grupo VIIIB. Los subgrupos B constituyen los elementos de transición que se caracterizan por una estructura electrónica especial. Dentro de estos subgrupos se consideran también los lantánidos y los actínidos, que se localizan en la parte inferior de la tabla periódica y que corresponderían al grupo IIIB. Estos últimos elementos se colocan fuera de la tabla, de manera que no tienen un lugar definido, ni por orden creciente de su número atómico, ni por el lugar que ocupan los electrones en los orbitales que les corresponden. Los grupos de la tabla periódica se describen de manera general en la siguiente tabla: Grupo Nombre Metales Alcalinos (formadores IA de bases o álcalis) IIA Metales Alcalinotérreos IIIA Familia del Boro IVA Familia del Carbono VA Familia del Nitrógeno VIA Familia del Oxígeno o Calcógenos (formadores de cenizas) VIIA Halógenos (formadores de sales) VIIIA Gases Nobles o Inertes De IB al VIIIB Metales de Transición En la siguiente tabla se describe la estructura general de periodos y grupos de la tabla periódica moderna o bien tabla de las 18 columnas: VIIIA IA 1 II A 1 IIIA IVA VA 2 3 COLUMNAS FORMAN AL GRUPO 3 4 11 12 IIIB IVB VB VIB VII B 19 20 21 22 23 24 25 26 27 37 38 39 40 41 42 43 44 55 56 57 72 73 74 75 76 87 88 89 104 105 106 107 108 109 VIA VIIA 2 5 6 7 8 9 10 3 VIII B IB IIB 13 14 15 16 17 18 28 29 30 31 32 33 34 35 36 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 4 5 6 7 Serie Lantánida Serie Actinída Grupo: 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 Periodo: Elementos representativos o normales Elementos de transición. Elementos de transición interna o tierras raras. OTRAS DIVISIONES DE LA TABLA PERIÓDICA De los 109 elementos químicos conocidos hasta hoy. 11 son gases en condiciones atmosféricas : He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, H, N, O, F Y Cl Solo dos elementos son líquidos en condiciones normales: Hg y Br. Pero se ha predicho que el Francio (Fr ) puede ser el tercer elemento líquido Como puedes advertir la tabla periódica es una herramienta útil en la predicción de propiedades de los elementos, en algunas tablas periódicas colocan al francio como elemento líquido. La tabla periódica puede ser utilizada para determinar los número de oxidación, para predecir la fórmula de un compuesto dado o bien su posible tipo de enlace químico Se conoce muy poco acerca de las propiedades físicas y químicas del Francio, debido a que no se ha aislado o preparado hasta el momento una cantidad pesable. Sin embargo se pueden usar las tendencias periódicas para predecir algunas de estas propiedades. Considerese el punto de fusión del francio, la gráfica muestra cómo varían los puntos de fusión de los metales alcalinos con el número atómico. Del litio al sodio, el punto de fusión cae 81.4 C, del sodio al potasio 34.6 C del potasio al rubidio 24 C, del rubidio al cesio 11C con base a esta tendencia se puede predecir que la caída del cesio al francio sería 23 C lo que le convertiría en un líquido en condiciones normales. Comúnmente se dice que el número de grupo nos indica el número máximo de oxidación serán pares y si el grupo es impar todos los números serán impares, aunque existen excepciones. Así , un elemento que pertenece al grupo VA (15) sus posibles números serán: + 5, + 3, + 1, y –3. Lo expresado anteriormente es válido para los elementos representativos pero no para los de transición. ELEMENTOS REPRESENTATIVOS O NORMALES. Los elementos de los grupos A, como anteriormente se señalo reciben el nombre de representativos o normales, para hacer una descripción de cada uno de los grupos de manera general, es necesario hacer referencia del elemento con inicia el grupo, y con elemento con que termina, realizando el señalamiento con una flecha, por ejemplo: Grupo IA H Grupo IIA Be Grupo IIIA B Fr Ra Tl. A los lados de los grupos o familias B, están los grupos IA y IIA del lado izquierdo y del lado derecho los grupos IIIA, IVA, VA, VIA. VIIA, y VIIIA (también llamado grupo cero). En todos los elementos de un grupo o familia siempre se encuentra la misma configuración electrónica diferenciándose sólo en el nivel energético al corresponden. Es conveniente mencionar que tener un nivel completo significa para un átomo que los electrones de ese nivel tengan la misma distribución electrónica que la de un gas noble próximo, ya sea hacia delante o hacia atrás en orden de los números atómicos . La principal característica o propiedad de los elementos representativos es la tendencia a adquirir, en los últimos subniveles de energía, la configuración s 2 p6, correspondiente al gas noble (regla del octeto), sea compartiendo, aceptando o cediendo electrones. Los elementos representativos o normales son 44 y como excepción se incluye entre ellos al Hidrógeno. Aunque sólo tenga un electrón. Grupo IA (1) A los elementos de este grupo con excepción del hidrógeno se le conoce como familia de los metales alcalinos. Las características más importantes de su química involucra la pérdida comparativamente fácil del único electrón externo formando iones positivos 1+ (Li, Na y K) Esto significa que dichos elementos son muy reactivos y por ello no existen libres en la naturaleza. Los metales puros son difíciles de manejar con cierta seguridad, ya que reaccionan rápidamente con el oxígeno del aire o con el agua (algunos de estos metales reaccionan en forma explosiva con el agua). Son metales blandos y lustrosos y deben almacenarse en petróleo o queroseno para prevenir su exposición al contacto con el aire o con el agua. Son los metales más ligeros (el Litio flota en aceite). Son sumamente maleables. Se les puede cortar con cuchillo. Sus sales son iónicas y muy solubles en agua. Se les obtiene industrialmente por electrolisis de sus sales fundidas. Uno de los compuestos más utilizados en la industria y en el hogar es el Hidróxido de sodio conocido comúnmente como sosa cáustica (NaOH). Grupo IIA (2) Los metales alcalino-térreos también son un poco uniformes en cuanto a propiedades ya que todos forman el ion 2+ (Mg2+, Ca2+, Sr2+) en los compuestos debido a la pérdida de los dos electrones externos. Sin embargo la pérdida de los electrones no es tan fácil, ya que no son tan reactivos químicamente. Reaccionan con el agua pero lo hacen con mucha lentitud. También reaccionan con el oxígeno del aire pero forman una capa de óxido que protege al metal de las reacciones adicionales. La química del berilio es un poco diferente del resto del grupo. El magnesio, cuando se mezcla con el aluminio, forma una aleación resistente y ligera (una mezcla homogénea de metales). También se usa en lámparas fotográficas debido a la brillantes de su luz que emite al incinerarse. Grupo IIIA (13) En la familia de los térreos existe una diferencia importante entre las propiedades químicas del no metal en la parte superior, el boro y las de los metales de la parte inferior. Así, el boro generalmente se indica por separado como un no metal típico. El aluminio y los otros metales pueden perder sus tres electrones externos para formar iones 3+. El aluminio es el metal más importante en este grupo porque, como metal, combina una baja densidad con una alta resistencia. Es un metal reactivo pero forma una capa de óxido cuando se expone al aire y que lo protege de reacciones posteriores. El aluminio es el metal más común en la corteza terrestre. Los compuestos del aluminio son componentes de la mayoría de las arcillas. Grupo IVA (14) Esta es la familia del carbono. Existe una amplia gama de propiedades dentro de este grupo, con dos no metales en la parte superior, el carbono y el silicio, y tres no metales en la parte inferior, el germanio, el estaño y el plomo. El carbono es el más asombroso de todos los elementos, ya que sus compuestos forman la base de la vida. La enorme cantidad de compuestos conocidos del carbono se estudian en una rama de la química llamada química orgánica y los complejos compuestos orgánicos involucrados en los procesos de la vida se estudian en otra rama de la química llamada bioquímica. El carbono puro se encuentra en la naturaleza en dos formas: el grafito y el diamante. Las formas diferentes de un elemento puro en el mismo estado físico se llaman alótropos. El silicio y el germanio están clasificados como metaloides pues tienen propiedades intermedias entre las de los metales y las de los no metales. Ambos conducen una cantidad limitada de electricidad, de modo que se conocen como semiconductores, muy utilizados en las computadoras. El silicio es el componente principal de la arena, y un elemento abundante en la corteza terrestre. Como el carácter metálico (o reductor) en una familia aumenta con el número atómico, el plomo como último elemento de la familia es el que tiene más características metálicas que el resto de los elementos. Grupo VA (15) Este grupo conocido como la familia del nitrógeno, presenta los cambios más impresionantes en cuanto a las propiedades, desde el no metal gaseoso de la parte superior, el nitrógeno, hasta el metal sólido de la parte inferior, el bismuto. Los dos elementos más comunes del grupo son el nitrógeno y el fósforo, dos no metales que forman parte de todos los seres vivos. El nitrógeno es el componente con mayor presencia en la atmósfera. El fósforo es un sólido que existe como moléculas de P 4 en un alótropo común llamado “fósforo blanco”; es muy reactivo con el aire, quemándose violentamente y desprendiendo grandes cantidades de calor, por tal razón tienen una gran aplicación bélica. Otras formas alotrópicas son el fósforo rojo y el fósforo negro. El arsénico y el antimonio son metaloides, pero el bismuto es un metal. El oxígeno es el elemento más abundante de la corteza terrestre. La misma atmósfera se constituye por más de un 19% de oxígeno elemental. Existe principalmente como O 2 en el aire, pero otro alótropo importante y vital del oxígeno, el ozono (O 3), está presente en la atmósfera superior (estratosfera), allí absorbe los poderosos rayos ultravioleta del sol que, de otra forma, penetrarían hasta la superficie y dañarían a los organismos vivos. En la atmósfera inferior, el ozono es un contaminante tóxico de olor picante. El oxígeno es un elemento muy reactivo y forma compuestos con cualquier otro elemento, excepto con los gases nobles helio, neón y argón. El azufre y el selenio también son no metales y forman muchos compuestos importantes. El telurio y el polonio son metaloides. El polonio es un elemento muy radiactivo que se degrada rápidamente en otros elementos. Grupo VIA (16) En este grupo conocido como familia del oxígeno o familia de los calcógenos, predomina un poco más el carácter no metálico, el cual decrece al aumentar el número atómico del elemento. El oxígeno es el elemento de menor número atómico de esta familia, es el más electronegativo de la familia, ya que los electrones de valencia están más fuertemente unidos por estar más cercanos al núcleo en comparación al elemento de mayor número atómico, que es el polonio, donde los electrones de encuentran tan alejados del núcleo que están muy débilmente unidos a él y se pueden perder fácilmente, teniendo este elemento mas bien un carácter metálico (reductor). Grupo VIIA (17) Nuevamente se presenta en la tabla periódica un grupo de elementos con propiedades mas o menos semejantes y que tienen un nombre de uso común, los halógenos. Se parecen al hidrógeno en que les falta un electrón para adquirir la configuración de gas noble, ganan generalmente un electrón al combinarse dando los aniones con carga negativa: fluoruro (F -), cloruro (Cl-) , bromuro (Br-) y yoduro (I-). Todos estos elementos existen como moléculas diatómicas en el estado elemental y todos son químicamente reactivos. El flúor es el elemento más electronegativo de todos ellos y por consiguiente el más reactivo, al igual que el oxígeno forma compuestos con cualquier otro elemento, excepto con el helio, neón y argón, es tan reactivo en su forma elemental que debe almacenarse en recipientes especiales debido a que reacciona con la mayor parte de los recipientes comunes. El astato es un metaloide que se ha estudiado mucho debido a su inestabilidad radiactiva. En este grupo se representan los tres estados físicos: el flúor y el cloro son gases, el bromo es un líquido y el yodo es un sólido a temperatura ambiente. Aunque el hidrógeno no es un halógeno, a veces se incluye en el grupo VIIA (17) porque precede a un gas noble, existe como molécula diatómica y forma un anión (H -), aunque el hidrógeno no es un elemento particularmente reactivo. Grupo VIII A (18) Los gases nobles o raros. Son extremadamente estables. Alguna vez se le conoció como gases inertes porque se creía que tales elementos no podían formar enlaces químicos y existían como átomos individuales, lo cual es cierto para el helio, neón y argón. Tales elementos encuentran su uso donde se requiera de gases que no sean combustibles. En 1962 se probó que el xenón forma compuestos con los dos elementos más reactivos, el oxígeno y el flúor. Después se descubrió que el radón (gas radiactivo) y el kriptón mostraban un comportamiento similar al formar enlaces con los dos elementos antes mencionados. No obstante, los gases nobles como grupo son considerados como los elementos menos reactivos. Elementos representativos o normales (ver figura 9-A ) Elementos de transición El término “transición” indica que estos elementos exhiben una transición entre las propiedades de los elementos del bloque s y los elementos del bloque p. Propiedades que a su vez muestran cambios menos pronunciados de un elemento a otro a diferencia de los elementos representativos: algunas de esas propiedades son energía de ionización, afinidad electrónica y electronegatividad. Los elementos de transición son de mayor tenacidad y dureza que los metales del bloque s; son dúctiles y maleables; y presentan puntos de fusión más altos debido a que tienen más electrones de valencia y por tanto los átomos están unidos más fuertemente que en aquéllos. Son elementos menos reactivos que los del bloque s en el mismo periodo, ya que muestran una mayor energía de ionización y son más difíciles de oxidar. Como consecuencia de esta propiedad, se corroen más lentamente por acción del aire. El agua oxida más lentamente estos metales y a menudo sólo cuando se ponen al rojo vivo. Mientras que los elementos del bloque s reaccionan intensamente, con ácidos diluidos, los elementos de transición lo hacen muy lentamente aún con ácidos concentrados. Otra peculiaridad de estos elementos es que cuando un electrón d cambia a otro nivel de energía, la transición es posible gracias a un fotón de longitud de onda tal que determina que la luz que es absorbida o reflejada por compuestos de estos elementos forma iones coloridos. La mayoría de los metales de transición tienen electrones desapareados por lo cual esos metales son paramagnéticos. El hierro, cobalto y níquel muestran ferromagnetismo. Platino, Níquel, Hierro y Paladio muestran propiedades catalíticas. (ver figura 1-B) Elementos de Transición Interna. La serie del lantano (lantánidos) y la serie del actinio (actínidos) están constituidas en su mayoría por elementos que presentan la irregularidad de su configuración en un subnivel f y reciben el nombre de elementos de transición interna. Los lantánidos o tierras raras (números atómicos 58-71) tienen el subnivel 4f incompleto y en los actínidos (números atómicos 90-103) el subnivel incompleto es el 5f. Entre los lantánidos y los actínidos existe muy poca similitud química, pero entre los lantánidos y entre los actínidos existe una fuerte semejanza. Elementos de transición interna o tierras raras Serie La* Ce Lantánida Serie Ac* Th Actinída Pr Nd Pm Sm Eu Pa U Np Pu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lw Estado físico de los elementos A temperatura ambiente (25ºC), existen varios elementos en los tres estados físicos de la materia. En la tabla periódica existe un cierto orden en la distribución de los elementos en los tres estados. Los once elementos gaseosos (gases nobles, nitrógeno, oxígeno, flúor, cloro e hidrógeno) se encuentran en el extremo superior derecho de la tabla periódica con excepción del hidrógeno que se encuentra en la parte superior del grupo IA. Hay dos líquidos, estos son el bromo (número atómico 35) y el mercurio (número atómico (80). Todos los demás son sólidos. La temperatura especificada es importante, pues un poco arriba de la temperatura ambiente (29ºC), dos sólidos, el galio y el cesio se funden para convertirse en líquidos. En la tabla periódica existe una división entre los elementos metálicos y no metálicos. Ambos se encuentran separados por una serie de elementos llamados metaloides, anfóteros o semimetales entre los que se encuentran el Boro, Silicio, Germanio, Arsénico, Antimonio, Telurio, Polonio y Astatino. Los metales se encuentran a la izquierda de los metaloides y los no metales a la derecha. Los metaloides son elementos que presentan características tanto de metales como de no metales. La gran mayoría de los elementos químicos son metales cuyo estado físico es sólido con excepción del Mercurio (Hg) y entre los no metales se encuentran un líquido que es el Bromo (Br), cinco sólidos que son el Carbono (C), Fósforo (P), Azufre (S), Selenio (Se), y Yodo (I), el resto son gases. (ver figura 2-B) Características y propiedades de los Metales y No metales: Metales. Son sólidos a temperatura ambiente, excepto el Mercurio (Hg) que es liquido. La mayor parte son más densos que el agua exceptuando el Litio (Li), el sodio (Na) y el potasio (K). Presentan brillo metálico. Son maleables, es decir, se les puede convertir en láminas, por ejemplo, el Oro (Au), es el más maleable. Son dúctiles, es decir, se pueden hacer con ellos hilos o conductores. Ejemplo: Cobre (Cu), y Aluminio (Al). Son buenos conductores del calor. Son buenos conductores de la electricidad la Plata (Ag), es el mejor conductor, también esta el Cobre (Cu). Su molécula es monoatómica Sus átomos tienen uno, dos o No Metales. Algunos son sólidos, otros son gaseosos y el único que es liquido es el Bromo (Br) a temperatura ambiente. En general son menos densos que el agua. No brillan. No son maleables, los que son sólidos se pulverizan al golpearlos. No son dúctiles. No son buenos conductores del calor. No son buenos conductores de la electricidad. Sus moléculas no son monoatómicas, es decir, en su mayoría son diatómicas, triatómicas o poliatómicas. Sus átomos tienen cinco, seis o siete tres electrones en el ultimo nivel energético. Sus átomos al combinarse pierden electrones convirtiéndose en iones positivos (Cationes). Se combinan con el Oxígeno para formar Óxidos Básicos como el Oxido de Fierro y otros. electrones en su último nivel energético. Sus átomos al combinarse ganan electrones convirtiéndose en iones negativos (Aniones). Se combinan con el Oxígeno para formar Óxidos Ácidos o Anhídridos como el Dióxido de Azufre y otros. PROPIEDADES PERIÓDICAS Las propiedades periódicas siguen una tendencia definida por la estructura de la tabla periódica de Mendeleiev, es decir, que varían más o menos continuamente a lo largo de un periodo y de un grupo. Además la formación del Enlace Químico esta en estrecha relación con las propiedades periódicas tales como; valencia principal, energía de ionización, afinidad electrónica, tamaño atómico y electronegatividad. Energía de Ionización.Una propiedad periódica muy importante para entender la química es la de la energía de ionización (I), que se define como: La energía necesaria para eliminar un electrón de un átomo en estado y formar un ion gaseoso. Como el electrón más externo es el que se encuentra más débilmente unido al átomo, es el primero en perderse y el resto del átomo es el que se le conoce comúnmente como catión; un ion con carga positiva, debido a que ahora el átomo tiene más protones que electrones. Átomo + energía de ionización catión + electrón La forma de expresar el ion es escribiendo el símbolo del elemento con un signo positivo + y un número que represente la cantidad de electrones perdidos por el átomo, por ejemplo: Na + 8.24 x 10-19 J Na+ + 1 electrón. La siguiente tabla muestra la energía de ionización en MJ / mol. En un periodo Símbolo I Li 0.520 Be 0.899 B 0.801 C 1.086 N 1.402 O 1.134 F 1.681 Ne 2.081 En una familia o grupo Símbolo I Li 0.520 Na 0.496 K 0.419 Rb 0.403 Cs 0.376 Los elementos de la misma familia (grupo) tienen una energía de ionización similar, aunque decrece ligeramente de arriba hacia abajo en la tabla periódica larga. En un periodo la energía de ionización tiende a crecer, de izquierda a derecha, lo que significa que aumenta la dificultad para eliminar un electrón. Al principio del periodo se encuentran los elementos fácilmente ionizables (los metales alcalinos) y a la derecha de la tabla periódica los más difíciles de ionizar (los no metales). Tal y como se muestra en el diagrama de la siguiente tabla periódica, para los elementos representativos o normales. (ver figura 3-B) Tamaño atómico. El tamaño de los átomos está determinado por la fuerza con la que el núcleo atómico es capaz de atraer hacia sí los electrones más externos. Generalmente aumenta con el número atómico en un grupo ya que al aumentar un nivel de energía, la distancia en el centro del núcleo y el nivel también aumenta. En un periodo el radio atómico disminuye de izquierda a derecha, debido a una contracción en la nube electrónica al ser atraída por el núcleo. El radio atómico se expresa generalmente en picómetros. (pm: 10-12). pero r Na+ = 116 pm r Na = 191 pm r r pero r F- = 119 pm r F = 71 pm r r En la siguiente tabla se muestra la variación del radio atómico. Y se observa un patrón inverso con respecto a la energía de ionización. Los átomos más grandes son los de abajo y los más pequeños son los de arriba a la derecha.(ver figura 4-B) ELEMENTOS IMPORTANTES Y SUS USOS SÍMBOLO NOMBRE CARACTERÍSTICAS Y USOS Metal ligero, resistente a la corrosión, se puede laminar e hilar por lo Al Aluminio que se emplea en construcción, en partes para vehículos, de aviones y utensilios domésticos. S Co Cu Fe F P Hg Ag Pb Au U No-metal sólido de color amarillo. Se emplea en la elaboración de Azufre fertilizantes, medicamentos, insecticidas, productos químicos y petroquímicos. Metal de color blanco que se emplea en la elaboración de acero, Cobalto especialmente debido a su alta resistencia al calor, corrosión y fricción. También se emplea como pigmento azul para el vidrio. Metal de color rojo que se emplea principalmente como conductor eléctrico, en la elaboración de monedas y aleaciones como el latón Cobre y el bronce. Metal dúctil, maleable de color gris negruzco que se oxida fácilmente al contacto con el aire húmedo. Se emplea principalmente como Hierro materia prima de la elaboración del acero. No-metal, que está contenido en la fluorita (CaF2) de donde se obtiene el ácido fluorhídrico el cuál se emplea para grabar vidrio y en Flúor la industria química. Se presenta en forma alotrópica como fósforo blanco, rojo y negro. Fósforo Este se emplea como fosfato en la elaboración de fertilizantes, detergentes, lacas, cerámicas etc. Metal líquido a temperatura ambiente, de color blanco brillante, Mercurio resistente a la corrosión y buen conductor eléctrico que se emplea en la fabricación de termómetros, amalgamas dentales, baterías. Metal de color blanco. Su uso principal, elaboración de monedas, vajillas y joyas. También se emplea en fotografía, aparatos Plata eléctricos, aleaciones, soldaduras etc. Metal blanco, resistente a la corrosión que se emplea en la Plomo fabricación de baterías, acumuladores, pinturas, soldaduras, tuberías etc. Metal de color amarillo, dúctil brillante y de gran valor. Se emplea en joyería, piezas dentales, aunque formando aleaciones con otros Oro elementos. Elemento raro en la naturaleza que no se presenta en estado libre, Uranio es radiactivo y forma isótopos que pueden producir energía nuclear por lo que se utiliza como combustible nuclear. ELEMENTOS TOXICOS SÍMBOLO Sb NOMBRE Antimonio CONSECUENCIAS El envenenamiento se produce por ingestión, inhalación vapores principalmente por un gas llamado estibina SbH3. de As Arsénico S Azufre Es uno de los elementos más venenosos, así como sus compuestos Sus compuestos como el SO2 y el SO3 contaminan el aire y el agua y producen la lluvia ácida. El gas H2S es sumamente tóxico. Br Bromo Sus vapores contaminan el aire, además sus compuestos derivados son lacrimógenos y venenosos. Cl Cloro Cr Cromo P Fósforo Pb Plomo Hg Mn Cd Los vapores de compuestos orgánicos clorados como insecticidas anestésicos, solventes, dañan el hígado y el cerebro. Algunos medicamentos que contienen cloro afectan el sistema nervioso. El cromo y sus compuestos son perjudiciales al organismo, pues destruyen todas las células. El fósforo blanco o amarillo es muy venenoso, el rojo no lo es pero se encuentra contaminado por el blanco. También son venenoso los vapores de gas PH3. Sus sales son muy venenosas para el organismo. Este elemento se inhala del aire o se ingiere con los alimentos y el agua. Elemento tóxico que contamina el agua, el aire y causa envenenamiento La inhalación de humos y polvos conteniendo manganeso causa Manganeso envenenamiento. También contamina el agua y atrofia el cerebro. Mercurio Cadmio Metal tóxico, contenido en algunos fertilizantes y contamina el suelo Cuadro 1-A CUADRO SINÓPTICO DE LA TABLA PERIÓDICA TABLA PERIÓDICA Errore s Información Símbolos. Numero Atómico (Z). Masa Atómica. (uma) Valencia. Distribución electrónica. Niveles de Energía. Subniveles de Energía Estados de Agregación. Electronegatividad (pauling). Punto de Fusión. Punto de Ebullición. Isótopos. Densidad (m/v). Radio Atómico. (A°) Volumen Atómico. Energía de Ionización. Afinidad Electrónica. Calor de vaporización. Conductividad Térmica. Conductividad Eléctrica. Carácter Metálico. Elementos Sintéticos. Elementos Radiactivos. Etc. Tabla periódica moderna Descripción Dalton. Primeras Johann W. Clasificaciones Döbereiner. A.Reina Newlands. Juluis Lothar Meyer Dimitri Mendeleiev. Meyer – Mendeliev Alfred Werner. H. G. J. Moseley Grupos. Grupo o Familia “A” Grupo o Familia “B” Period Periodo 1 os Periodo 2 Periodo 3 Periodo 4 Periodo 5 Periodo 6 Periodo 7 Bloques. Bloque “s” Bloque “p” Bloque “d” Bloque “f” La parte separada Nombres y Simbología de los elementos Químicos Serie de los Lantanido s. Serie de los Actinidos Cuadro 2-A Elemento Peso atómico Valencia Hidrogeno 1.0007 1 Berilio 9.013 2 Boro 10.82 3 Carbono 12.011 4 Nitrógeno 14.008 5 Oxígeno 16.000 2 Flúor 19.000 1 Sodio 22.991 1 Magnesio 24.320 2 Aluminio 26.980 3 Figura 3-A TABLA PERIODICA DE MENDELEIEV TABLA PERIÓDICA DE MENDELEIEV DE 1872 Grup o 1 2 3 4 5 6 7 Grupo I ▬ R2O Grupo II Grupo III Grupo IV Grupo V ▬ ▬ RH3 RH3 RO R2O3 RO2 R2O5 Grupo VI RH2 RO3 Grupo VII RH R2O7 H=1 Li = 7 Na=23 K=39 (Cu=63) Rb=85 Be=9.4 Mg=24 Ca=40 Zn=65 Sr=87 (Ag=108) Cd=112 B=11 Al=27.8 ¿=44 ¿=68 ¿Y=88 In=113 C=12 Si=28 Tl=48 ¿=72 Zr=90 Sn=118 N=14 P=31 V=51 As=75 Nb=94 Sb=122 O=16 S=32 Cr=52 Se=78 Mo=96 Te=125 F=19 Cl=35.5 Mn=55 Br=80 =100 I=127 Grupo VIII ▬ RO 8 Cs = 133 Ba 137 (▬) 9 10 ▬ = ▬ = ¿Ce 140 ▬ ▬ ▬ ¿Er = ¿¿La 178 =180 (Au = Hg = Ti =204 Pb = 207 199) 200 ▬ ▬ 11 12 = ¿Di 138 ▬ ▬ ▬ ▬ ▬ ▬ ▬ Ta 0 W = 184 ▬ 182 BI = 208 ▬ ▬ ▬ ▬ Figura 4-A Tabla periódica Meyer - Mendeleiev periodos grupos I 1 2 3 II III IV V VI VII H Li Be B Na Mg Al A B A B A B C Si A B N O F P S Cl A B A B A B Fe K 4 VIII C a Co Ni R b 5 6 C s 7 Fr Figura 5-A Sr Ru Rh Pd Os Ir Pt Figura 6-A DESCRIPCIÓN DE LA TABLA PERIÓDICA PERIODO S METALES GRUPOS NO METALES METALOIDES Se representan con números romanos. Ocho del “A” Ocho del “B” Se representan con números arábigos. (del 1 al 7). Periodo 1: dos elementos. Periodo 2: ocho elementos. Periodo 3: ocho elementos. Periodo 4: agrupa 18 elementos. Periodo 5: tiene 18 elementos. Periodo 6 consta de 32 elementos Periodo 7 con 28 elementos. Metales Estado natural. Propiedades físicas. Propiedades químicas. Aleaciones. Procesos metalúrgicos. Beneficio. Refinado. Laminado. Usos metales NoEstado natural. Propiedades físicas. Propiedades químicas. Formas alotrópicas. Usos. Grupo o familia “A” llamados elementos representativ os o normales Grupos o Familia “B” Llamados elementos de transición Figura 7-A Periodo Nombre del periodo 1 Corto – Corto Dos (H, He) 1s 2 Corto Ocho elementos 2s y 2p Li, Be, B, C, N, O, F, Ne 3s, 3p Va desde el sodio (No. Atómico 11) hasta el Argón (No. Atómico 18) 3 4 5 Corto Largo Largo 6 Largo – Largo 7 Largo – Largo Numero de Estructur Elementos a electrónic a Ocho elementos. Observaciones al periodo. El helio está en el grupo. VIII A 18 elementos Va desde el potasio (No. Atómico 19) hasta el 4s, 4p y 3d Kriptón (No. Atómico 36) 18 elementos Va desde el rubidio (No. 5s, 5p y 4d Atómico 37) hasta el Xenón (No. Atómico 54). Va desde el cesio hasta 32 6s,5d, y 4f radón. Este periodo elementos contiene la serie de los lantánidos o tierras raras. Este periodo incluye la Hasta el 7s, 6d y 5f serie de los actínidos. Y momento contiene a los elementos contiene 29 recientes (sintetizados o elementos descubiertos). Ver figura 8-A Distribución general de la configuración electrónica en la tabla periódica. 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s Grupos ‘‘B” 3d 1 – 10 4d 1 – 10 5d 1 – 10 6d 1 – 10 4f 1 – 14 5f 1 – 14 1s 2p 1 – 6 3p 1 – 6 4p 1 – 6 5p 1 – 6 6p 1 – 6 7p 1 – 6 (figura 9-A) 1 IA H 2 IIA Li 13 14 15 IIIA IVA VA VIA VIIIA 16 He Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr In Sn Sb Te Cs Ba Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra I Xe 17 18 Figura 1-B Elementos de transición Sc V Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd * Ha Ta W Re Os * TI Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ir Pt Au Hg ET A LE S A L O ID S M E T A L E S A C T ÍN ID O S E M E T A L E S L A N T Á N ID O S (O T IE R R A S R A R A S ) M ET A LE S NOBLES M T M E T A L E S D E T R A N S IC IÓ N G A SES O E M E T A L E S A L C A L IN O -T E R R E O S N M M E T A L E S A L C A L IN O S Figura 2-B (ver figura 3-B) 1 IA 2 13 14 15 IIIA IVA VA VIA VIIIA IIA Incrementa disminución 16 17 18 Figura 4-B OPINIÓN PERSONAL. En cuanto a mi criterio, el conocer la historia de la Tabla Periódica es de gran beneficio, ya que conocemos el esfuerzo que han hecho grandes científicos por dar aportaciones en nuestro bien, ya que nos permiten conocer mas a profundidad nuestro entorno, de lo que estamos hechos y como saber tratar con la naturaleza cada una de las sustancias que la constituyen y así saber que tipo de reacciones esperamos de ella, pero ante todo y mas que nada la Majestuosidad de nuestro Dios, ya que al ver el tiempo que se tardaron en descubrir y acomodar elementos por su complejidad, su función, su rareza, su composición tan perfecta, nos podemos asomar aún mas y conocer El Poder de Dios en sus creaciones que una figura tan minúscula como nosotros no podemos comprender. Además que al ver el esfuerzo de cada uno de los individuos que participaron , son un verdadero ejemplo a seguir, ya que no quedaban satisfechos con lo que hacían si no que cada vez anhelaban algo mayor. En resumen, creo que este pequeño, práctico, y resumido ejemplar nos será de beneficio tanto para nuestro conocimiento secular como moral pues nos deja una gran lección. Definiciones absurdo , da. (Del lat. absurdus). adj. Contrario y opuesto a la razón; que no tiene sentido. U. t. c. s. || 2. Extravagante, irregular. || 3. Chocante, contradictorio. || 4. m. Dicho o hecho irracional, arbitrario o disparatado. condensar. (Del lat. condensāre). tr. Convertir un vapor en líquido o en sólido. U. t. c. prnl. || 2. Reducir algo a menor volumen, y darle más consistencia si es líquido. U. t. c. prnl. || 3. Espesar, unir o apretar unas cosas con otras haciéndolas más cerradas o tupidas. U. t. c. prnl. || 4. Concentrar lo disperso. U. t. c. prnl. || 5. Aumentar en intensidad o número. U. t. c. prnl. || 6. Aumentar la oscuridad de la sombra, de las tinieblas, etc. U. t. c. prnl. || 7. Sintetizar, resumir, compendiar. || 8. ant. condesar (ǁ reservar, poner en depósito). contraste. m. Acción y efecto de contrastar. || 2. Oposición, contraposición o diferencia notable que existe entre personas o cosas. || 3. Hombre que ejerce el oficio público de contrastar. || 4. Marca que se graba en objetos de metal noble como garantía de haber sido contrastado. || 5. Oficina donde se contrasta. || 6. Persona y oficina dedicada al examen de medidas. || 7. Peso público de la seda cruda. || 8. Relación entre el brillo de las diferentes partes de una imagen. || 9. Relación entre la iluminación máxima y mínima de un objeto. || 10. Sustancia que introducida en el organismo hace observables, por rayos X u otro medio exploratorio, órganos que sin ella no lo serían. || 11. En la imagen fotográfica o televisiva, inexistencia o escasez de tonos intermedios, de tal manera que resaltan mucho lo claro y lo oscuro. || 12. Contienda o combate entre personas o cosas. || 13. Mar. Cambio repentino de un viento en otro contrario. || ~ de Castilla. m. marcador mayor. sobrenatural. (Del lat. supernaturālis). adj. Que excede los términos de la naturaleza. intrincado , da. (Del part. de intrincar). adj. Enredado, complicado, confuso. isotopo o isótopo. (De iso- y el gr. τόπoς, lugar). m. Fís. yQuím. Cada uno de los elementos químicos que poseen el mismo número de protones y distinto número de neutrones. Todos los isotopos de un elemento ocupan el mismo lugar en la tabla periódica y poseen las mismas propiedades químicas. BIBLIOGRAFÍA. *yahoo.com.mx *dgep.uasnet.mx-quimica *La Tabla Periódica Hoy en Día, Autor: Marco Castillo. Publicado 14 de junio de 2000. *En bibliotecas: GARRITZ: Chamizo.Estructura de la materia: un enfoque químico Ed. Adisson-Wesley Lo puedes encontrar en la biblioteca de la Facultad de Química de la UNAM. Es una obra que contiene no sólo información de química sino de historia de esta ciencia, por lo cual recomendamos su lectura. En internet: La tabla periódica en la WWW. http://tqd.advanced.org/ Está es una de la mejores páginas acerca de la química en Internet, trata varios temas de esta ciencia y sobre todo los presenta de manera sencilla e interesante. Sección a cargo de Alma Sánchez, comentarios via e-mail. *malito:ciberquimia *redquimica.pquim.uman.mx *vne.sep.gob.mx *w3qf.unex.es *www.mcgraw-hill.es *relatividad.galeon.com GLOSARIO: ENCARTA 2003 RESERVADOS TODOS LOS DERECHOS