domingo, 7 de abril de 2013

2.1 Características de la clasificación periódica moderna de los elementos


La primera clasificación sistemática de los elementos tuvo su origen en los estudios sobre electroquímica realizados por Berzeliuz, quien los dividió en metales y no metales.
En 1817, J.W. Dobereiner presento una clasificación basada en las propiedades químicas y físicas de los elementos. Encontró la existencia de triadas de elementos, al observar el comportamiento semejante entre tres elementos, y hallo que el elemento central posees un peso atómico muy aproximado al promedio de los pesos de los otros dos, por ejemplo la triada de cloro, bromo y yodo.
Imagen 83.
En 1862, el geologo frances Beguyer de Chancurtois hizo una distribución de los elementos ordenándolos, por sus pesos atómicos, en una línea enrollada helicoidalmente conocida como tornillo telúrico, los elementos que tienen propiedades semejantes quedan alineados horizontalmente. Imagen 84 y 85.

Imagen 86.- Terminación de la configuración electrónica de los elementos.

En 1864, el químico ingles J. Newlands observo que al agregar los elementos en orden creciente a sus masas atómicas , el octavo elemento tenia propiedades semejantes al primero.
Dicha ley se le conoce como ley de las octavas. Imagen 87.

La tabla que Mendeleiev publicaba en 1869 en su libro "Los principios de la Química" proponía una ordenación de similar aspecto a la que los químicos emplean en la actualidad. Clasificó los 60 elementos conocidos hasta entonces, predijo la existencia de otros 10 aún desconocidos, y llegó a pronosticar algunas características de los elementos aún pendientes de descubrir. Nadie prestó especial atención a su tabla hasta que empezaron a descubrirse elementos predichos por él. Con la aparición del espectroscopio se descubrieron el galio, por Lecoq De Boisbandren, el escandio, por Cleve, y el germanio, por Winkler.
Cuadro de texto: Imagen 88.-Tabla periódica de los elementos.

El trabajo de Moseley ofrecía un método para determinar exactamente cuántos puestos vacantes quedaban en la Tabla Periódica. Una vez descubierto, los químicos pasaron a usar el número atómico, en lugar del peso atómico, como principio básico de ordenación de la Tabla.
El cambio eliminó muchos de los problemas pendientes en la disposición de los elementos.
La tabla periódica representa una de las ideas más extraordinarias de la ciencia moderna, ya que dio un orden a la Química y durante casi 200 años de vida, ha sabido adaptarse y madurar sin apenas variaciones. Imagen 88.


YABLA PERIODICA
       La tabla periódica es una clasificación de los 109 elementos químicos, de los cuales los últimos cuatro aun no han sido caracterizados completamente, debido a que son obtenidos artificialmente y a que tienen un tiempo de vida media muy corto (menos de dos segundos).
CLASES DE ELEMENTOS
            Cuando los elementos se clasifican de acuerdo a sus características físicas y químicas, se forman dos grandes grupos: metales y no metales. Además, existe un tercer conjunto de elementos que se caracterizan por la indefinición de sus propiedades ubicadas entre los metales y no metales, llamados metaloides o semimetales.
Metales
            Los metales son reconocidos por sus propiedades físicas, como el brillo metálico, conductividad eléctrica y térmica, la dureza, la ductibilidad y la maleabilidad.
En los metales del mismo periodo es mas reactivo el que tiene un número menor de electrones en su capa externa. Comparando al sodio y al aluminio, que se encuentran en el periodo dos, el sodio es mas reactivo porque tiene un electrón de Valencia y el aluminio tiene tres, pues es más fácil ceder un electrón que dos o más.
                                                Na       1s2,2s2,2p6,3s1
---------------------->    Capa externa 1 electrón de Valencia
                                                Al       1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p1
---------------------->   Capa externa 3 electrones de Valencia
Como se observa en la tabla anterior, casi el 80% de los elementos se clasifican como metales. Imagen 90.




No metales.
Los no metales son elementos que tienden a ganar electrones para completar su capa externa (capa de Valencia) con ocho y, así, lograr una configuración estable de gas noble. Son mas reactivos los de menor número atómico, porque en este caso la distancia entre el núcleo y los electrones de su ultima orbita es menor y, por lo tanto, la fuerza de atracción del núcleo hacia los electrones de otros elementos es mayor. Así, en el grupo de los halógenos el mas reactivo es el flúor, con numero atómico 9, y el menos reactivo es el yodo, con numero atómico 53; ya que aunque los dos tienen siete electro-nes en su capa de Valencia (ns2, np5), los del fluor son atraídos con mayor fuerza, por estar más cerca del núcleo (nivel 2), que los del yodo, que está en el nivel 5.
Imagen 91.

Metaloides
Los elementos boro (B), silicio (Si), germanio (Ge), arsénico (As), antimonio (Sb), telurio (Te) y polonio (Po), que se encuentran abajo y arriba de la Iínea en escalera que divide a los metales de los no metales, se denominan metaloides porque sus propiedades son intermedias entre los metales y los no metales; por ejemplo, conducen la corriente eléctrica, pero no al grado de los metales.  Imagen 90.


PERIODO
En la tabla periodica, los elementos se encuentran ordenados en lineas horizontales . Son siete en total y hay cortos y largos.  Cada periodo comienza con un metal activo y termina con un gas noble, haciendo el recorrido de izquierda a derecha. Cabe señalar que en un periodo el numero atomico aumenta en sentido del recorrido. Imagen 92.


SIMBOLO DE LOS ELEMENTOS
Se llama elemento a la sustancia que no puede descomponer en otra mas sencilla por métodos químicos. Cada elemento esta representado en la tabla periódica mediante un símbolo.


Berzelius fue el primero en utilizar la simbología moderna, propuso que a todos los elementos se les diera un símbolo tomando la primera letra de su nombre. Cuando había dos o mas elementos cuyo nombre comenzaba  la misma letra , se añadía una segunda letra del nombre , en otros casos se utilizaba la raíz latina del elemento. En la escritura de los símbolos la primera letra siempre es mayúscula y la segunda es minúscula. Imagen 93.

CONSTRUCCION DE TABLA PERIODICA CON BASE EN LA CONFIGURACION ELECTRONICA.

Los elementos están ordenados en la tabla periódica conforme su número atómico y el tipo de subnivel en el que se encuentra colocado su ultimo electrón (electrón diferencial).
Los números atómicos de los elementos conocidos hasta ahora solo permiten ocupar orbítales de los subniveles s, p, d, y f., debido a esto, la tabla periódica de los elementos se divide en cuatro bloques: bloque s, bloques p, bloques d y bloques f.
Los elementos que forman los bloques s y p se llaman representativos, y conforme las familias de los subgrupos A. Los elementos de la familia IA y IIA tienen su electrón diferencial en el orbital de un subnivel s y de la familia IIIA , hasta VIIIA , en el subnivel p.
 El conjunto de los elementos con electrón diferencial situado en el subnivel d, forma los grupos o familias B y se denomina de transición.
Los elementos del bloque f que forman la serie del actinio y lantano tienen sus electrón diferencial colocado en un orbital de subnivel f y reciben el nombre de tierras raras o de transicion interna.


GRUPOS O FAMILIAS
Son conjuntos de elementos que tienen propiedades químicas muy similares. Están colocados en 18 columnas verticales y se identifican con números romanos del I al VIII. Se encuentran divididos en grupos A y B. A los elementos de los grupos A, del IA al VIIA, se les llama elementos representativos, y a los de los grupos B, elementos de transición. Imagen 94.

Nombres de las Familias o Grupos Representativos
Grupo I                Metales Alcalinos
Grupo II                Metales Alcalinotérreos
Grupo III               Familia del boro
Grupo IV              Familia del carbono
Grupo V               Familia del nitrógeno
Grupo VI              Familia del oxígeno o calcógenos
Grupo VII             Familia de los halógenos
GrupoVIII             Gases nobles o inertes


Grupo IA
Los elementos que pertenecen a este grupo son conocidos como metales alcalinos. Todos son suaves y brillantes (exceptuando al hidrogeno, que es un no metal muy reactivos con el aire y el agua; por ello, no se encuentran libres en la naturaleza y cuando se logran aislar, para evitar que reaccionen, se deben conservar sumergidos en ciertos líquidos, como por ejemplo aceites o éter de petróleo. Reaccionan con los elementos del grupo VIIA, formando compuestos iónicos.
Su configuración electrónica exterior es (ns1); tienden a perder este electrón y a quedar con numero de oxidación de +1. Estos metales son los más electropositivos. El francio, que es el último elemento de este grupo, es radiactivo.
En la tabla periódica se coloca al hidrogeno en este grupo debido al único electrón que posee; es un elemento gaseoso y sus propiedades no son las mismas que las del resto de los metales alcalinos. Imagen 95.


Grupo IIA
Estos elementos presentan ciertas propiedades similares a los metales alcalinos, pero son un poco menos reactivos y se les conoce como metales alcalinotérreos. Con el oxigeno del aire forman óxidos, y reaccionan con los elementos del grupo VIIA (halógenos) formando sales.
 Tienen completo su orbital s en su capa externa (ns2) y tienden a perder estos electrones tomando la configuración del gas noble que les antecede; por ello, su número de oxidación es de +2.
 La reactividad de estos metales aumenta al desplazarse de arriba hacia abajo en el grupo; por ejemplo, el berilio y el magnesio reaccionan con el oxigeno formando óxidos solo a temperaturas elevadas, mientras que el calcio, el estroncio y el bario lo hacen a temperatura ambiente. El radio, al igual que el francio, del grupo anterior, es un elemento radiactivo.


Grupo IIIA
Este grupo está formado por el boro, el aluminio, el galio, el indio y el talio. El boro es un metaloide, y de los cuatro elementos metálicos restantes, tal vez el más importante por sus propiedades y abundancia es el aluminio, el cual, al combinarse con el oxigeno, forma una cubierta que impide cualquier reacción posterior; por ello, este metal es empleado en la elaboración de artículos y materiales estructurales.  Imagen 96.
 La configuración electrónica externa que presentan es (ns2np1). Estos elementos forman también compuestos moleculares, que son característicos de los no metales; esto se explica por la configuración electrónica que presentan y por su ubicación en la tabla, ya que al desplazarse de izquierda a derecha en la tabla periódica, el carácter metálico de los elementos representativos empieza a perderse gradualmente.      
Grupo IVA
El carbono es un no metal y es el elemento que encabeza este grupo, al que también se le conoce como la familia del carbono; los dos elementos siguientes, el silicio y el germanio, son metaloides; estos tres primeros elementos forman compuestos de carácter covalente. El estaño y el plomo, elementos que finalizan este grupo, son metales.


                La configuración electrónica externa de los elementos de este grupo es (ns2np2). La tendencia que presentan en la disminución de sus puntos de fusión y ebullición, del silicio hasta el plomo, indica que el carácter metálico de los elementos de este grupo va en aumento.

                Sin duda, el mas importante de este grupo es el carbono, que da origen a todos los compuestos orgánicos; es decir, la química de la vida. El silicio es un elemento muy abundante en la corteza terrestre y es utilizado con frecuencia en la fabricación de "chips" de microcomputadoras. El germanio, por ser un semiconductor de la corriente eléctrica, es empleado en la manufactura de transistores; y los dos últimos, el plomo y el estaño, tienen usos típicos de los metales.

Grupo VA
Este grupo se conoce como familia del nitrógeno. Está compuesto por el nitrógeno y el fósforo, que son no metales; el arsénico y el antimonio, que son metaloides; y por el bismuto, que es un metal. Por lo mismo, este grupo presenta una variación muy notoria en las propiedades físicas y químicas de sus elementos.
                La configuración electrónica externa que presentan es (ns2np3). 

El nitrógeno, que existe en forma de gas diatónica, es un no metal, importante como compuesto principal de la atmósfera terrestre (alrededor del 78%), y es vital para las plantas y los animales. El fósforo es un no metal sólido de importancia biológica que al reaccionar con el oxigeno del aire arde violentamente con desprendimiento de grandes cantidades de calor. Imagen 97.


Grupo VIA
Forma la familia del oxigeno y está constituido por oxigeno, azufre y selenio, que son no metales; así como telurio y polonio, que son metaloides.

La configuración electrónica externa que presentan es (ns2np4). Tienen la tendencia a aceptar dos electrones para completar su última capa y formar compuestos iónicos con muchos metales.
                Los elementos de este grupo reaccionan con los no metales de otros grupos, formando compuestos moleculares, especialmente el oxigeno, que se encuentra en el aire en forma de molécula diatónica (O2) y de ozono (O3). Además, es muy reactivo, ya que forma compuestos con casi todos los elementos. Es necesario para la combustión y esencial para la vida.
Grupo VIIA
Así como los metales alcalinos, los elementos del grupo VIIA o halógenos muestran gran similitud química entre ellos. Los elementos de este grupo son no metales y existen como moléculas diatónicas en su estado elemental. Los halógenos son elementos muy reactivos a temperatura ambiente; el bromo es líquido y el yodo sólido. Sin embargo, el astatine es un elemento radiactivo y se conoce poco acerca de sus propiedades.
 La configuración electrónica externa que presentan es (ns2np5) y tienden a ganar un electrón para completar su ultima capa. Por su alta reactividad no se encuentran en estado puro en la naturaleza; a los aniones que forman al ganar un electrón se les conoce como halogenuros o haluros. Forman compuestos iónicos con los metales alcalinos o alcalinotérreos, y compuestos moleculares entre ellos o con los otros no metales. Imagen 98.


 Grupo VIIIA o grupo cero
En este grupo se encuentran los gases nobles: helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón. Tienen su ultima capa electo6nica completa (ns2np6), excepto el helio, cuya única capa es (1s2), que también está completa; por ello, su tendencia a combinarse entre ellos o con otros elementos es poca o casi nula. Las energías de ionización de estos elementos están entre las más altas y no presentan tendencia a ganar electrones; debido a esto, durante muchos años se les llamo gases inertes, pues se pensaba que no reaccionaban. En la actualidad, se han logrado sintetizar algunos compuestos, pero comúnmente se emplean como gases puros.
                El helio es el más ligero. Comparado con el aire, tiene la séptima parte de su peso; por lo tanto, tiene un poder de elevación considerable. Otro gas de este grupo, el argón, es un excelente conductor del calor, y se utiliza en bulbos de luz y soldadura de magnesio para evitar la oxidación.


Grupos B
 A los elementos que pertenecen a los grupos B en la tabla periódica, se les conoce como elementos de transición; un elemento de transición es aquel que tiene parcial-mente ocupado su orbital d o f. Se encuentran ubicados en los periodos 4, 5, 6 y 7; los ubicados en el periodo 6 comprenden a la serie de los lantánidos, y los del periodo 7, a la de los actínidos; a estas dos series se les conoce como metales de transición interna. 

METALES DE TRANSICION

Los metales de transición se localizan en la parte central de la tabla periódica y se les identifica con facilidad mediante un número romano seguido de la letra "b" en muchas tablas. No hay que olvidar, sin embargo, que ciertas tablas periódicas emplean un sistema distinto de rótulos, en el que los primeros grupos de metales de transición están marcados como grupos "a" y los dos últimos grupos de metales de transición se identifican como grupos "b". Otras tablas no emplean la designación de "a" o "b" .os metales de transición se localizan en la parte central de la tabla periódica y se les identifica con facilidad mediante un número romano seguido de la letra "b" en muchas tablas. No hay que olvidar, sin embargo, que ciertas tablas periódicas emplean un sistema distinto de rótulos, en el que los primeros grupos de metales de transición están marcados como grupos "a" y los dos últimos grupos de metales de transición se identifican como grupos "b". Otras tablas no emplean la designación de "a" o "b" .




Fuente: http://www.gayatlacomulco.com/tutorials/quimica/t31.htm

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