UNIDAD III "ELEMENTOS"

  TABLA PERIODICA 

    

Historia 

• La mayoría de elementos se descubrieron entre 1800-1900 
• Dmitri Mendeléyev publicó en 1869 la primera versión de tabla periódica que fue ampliamente reconocida, la desarrolló para ilustrar tendencias periódicas en las propiedades de los elementos entonces conocidos, al ordenar los elementos basándose en sus propiedades químicas.
• Julius Lothar Meyer, trabajando por separado, llevó a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades físicas de los átomos.
• Mendeléyev también pronosticó algunas propiedades de elementos entonces desconocidos que anticipó que ocuparían los lugares vacíos en su tabla. 
• Moseley ordeno segun numero atómico 

Sabes que es la tabla periódica 

Es un esquema que muestra la estructura y disposición de los elementos químicos segun la ley de periodicidad la cual habla acerca de "las propiedades de los elementos son una funcion periódica de sus números atómicos" 

Información de la tabla periódica:

• Numero atómico: numero de protones que hay en el núcleo del átomo de un elemento (z)
• Símbolo: abreviatura del nombre del elemento químico 
• Configuración electrónica: indica la manera que los electrones se estructuran en un átomo de acuerdo a las capas electrónicas.

Clasificación de los elementos 

Se dividen en los siguientes tres:

• Metales: buen conductor de electricidad y calor (Litio "Li", Sodio "Na) Tienden a perder todos los electrones del conjunto exterior de orbitales.
• No metales: mal conductor de electricidad y calor (Helio "He" Neón "Ne") Ganan electrones para completar su conjunto exterior de orbitales.
• Metaloide: contiene propiedades intermedias entre metales y no metales (Boro "B" Telurio "Te)

Observa la siguiente imagen 

División de la tabla periódica 

• Grupos: columnas verticales (18 grupos)
• Periodos: Fila horizontales   (7 periodos)

GRUPOS 

Se encuentran  los elementos que tienen configuración electrónica externa similar (electrones de capa de valencia) 

• GRUPOS I -  VIIIA: H, Be, B, C, N, O, F, He
• GRUPOS I - VIII B: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe - co - Ni , Cu, Zn

Debes saber lo siguiente:

• Los elementos que encabezan cada grupo son elementos representativos de cada grupo, representan mejor las propiedades químicas
• Los elementos del grupo B se llaman de transición ya que en sus nubes electrónicas ocurren transiciones de electrones de subniveles. 
• Elementos de transición interna: en sus niveles internos ocurren transiciones de electrones: Lactánicos - Lantanoides, Actínidos - Actínicos 

GRUPO IA

(METALES ALCALINOS)

Características:

• Al reaccionar con agua producen XOH, menos el hidrogeno
• Forman iones con carga 1+ y tener configuración de gas noble 
• Tienen configuración electrónica nS(1)
• nS(1),> 2
• Elementos: Li, Na, K, Rb, Cs 

GRUPO IIA

(METALES ALCALINOTERREOS)

Características:

• Configuración electrónica nS(2)
• Al reaccionar con H2O forma X (OH)2
• Forman iones 2+ con configuración de gas noble 
• nS(2),n>2

GRUPO IIIA

(GRUPO DEL BORO)

Características:

• El boro es un metaloide ( mas parecido aun no metal)
• El boro no forma iones, los otros si: Al 3+, Ga3+,In3+,TI3+,Ga+,In+,TI+
• Configuración electrónica externa ns(2)np(1)
• ns(2)np(1),n>2

GRUPO IVA

(CARBONO)

Características:

• No forman iones de C ni el Si, se combina en forma covalente (comparte electrones)
• Forman iones> Ge(2+)Sn(2+) y pb(2+)
• Configuración electrónica externa: ns(2)np(2)
• ns(2)np(2),n>2

GRUPO VA

Características:

• El nitrogeno y el fosforo no metales, arsénico y antimonio son metaloides y bismuto es metal. Esperar mayor variación en propiedades dentro del grupo.
• Configuración electrónica externa ns(2)np(3)
• El N,P,As forman iones 3- con configuración de gas noble 
• El As, Sb y Bi pueden formar iones 3+, son configuración de gas noble 
• El As actúa así por no ser metaloide 
• ns(2)np(3), n>2

GRUPO VIA

(OXIGENO O GRUPO DE LOS CALCOGENOS)

Características:

• Los tres primeros elementos (O,S,Se) son no metales y los dos ultimo (Te y Po) son metaloides.
• El O, S, Se, forman iones 2-
• Tienen una configuración electrónica externa n(2)Sp(4)
• Ns(2)np(4),n>2

GRUPO VIIA

(HALOGENOS)

Características: 

• Configuración electrónica externa: ns(2)np(5)
• Todos forman aniones con carga 1-
• Son elementos muy reactivos que forman moléculas muy estables 
• Existe forma diatómica: F(2),CI(2),Br(2),I(2)
• nS(2)np(5),n>2

GRUPO VIIIA

(GASES NOBLES)

Características: 

• Configuración electrónica: ns(2)np(6)
• Configuración electrónica  mas estable que se conoce con 8 electrones de valencia: octeto electrónico
• Se combinan halógenos pero en general no son reactivos 
• ns(2)np(6),n>2

RECUERDA!!!

• Los elementos de transición al reaccionar o formar iones pierden electrones formando cationes, ya que se debe a su naturaleza metálica y pierden sus electrones en s y d 
• Los metaloides que forman cationes pierden primero sus electrones en s y p 
• Los elemento que forman iones ganan o pierden un máximo de 3 electrones, los que lo hacen con 4 son inestables 

ELEMENTOS DE TRANSICION

• Forman dos o mas iones con diferente  carga 
• El plomo forma cationes con carga +2 o con carga +4 (menos perdida de electrones s y p)
• Observar que se pierde los electrones del numero cuántico principal mas alto
• En los cationes de los metales de transición los orbitales 3d siempre tienen menor energía que 4s, favorece la perdida de los electrones mas energéticos. 

PROPIEDADES PERIODICAS

Sabes que es la periodicidad?

Es la tendencia progresiva de ciertas características de elementos a variar segun avanza Z

RADIO ATOMICO 

Por medio del radio atómico se puede determinar el tamaño del átomo, el cual es la mitad de la distancia entre dos núcleos de dos atomos metálicos adyacentes. 

Características:

• Aumenta de izquierda a derecha 
• Disminuye de arriba para abajo 
• Creciente: mas pequeño -- mas grande
• Decreciente: mas grande -- mas pequeño 

Es hora de ejercitar !!

Organiza los siguientes atomos de forma creciente y decreciente 

CL, Ne,F,K

Creciente: Ne<F<CL<K

Decreciente: K>CL>F>Ne

Mg,Cs,Na

Creciente: Mg<Na<Cs

Decreciente: Cs>Na>Mg

RADIO IONICO 

            Es el radio encargado de catión y anión, es posible medirlo por difracción de rayos x

Características:

• Afecta las propiedades químicas y físicas de un compuesto iónico
• Cuando un átomo neutro se convierte en un ion, se espera un cambio de tamaño 
• Si el átomo forma un anión, su tamaño aumenta, debido a que la carga nuclear permanece constante pero la repulsión que resulta por la adición de un electrón en la nube electrónica. 
• Si se desprende uno o mas electrones de un átomo e reduce la repulsión de electrón - electrón pero la carga nuclear esta constante y la nube electrónica se contrae y el catión es mas pequeño que el átomo. 
• Aumenta de derecha a izquierda
• Aumenta de arriba para abajo 

Recuerda 

• Un anión es mas grande que atomos neutros 
• Un catión es mas pequeño que un átomo neutro 

Es hora de ejercitar!!

Indica cual de los dos especies es mayor:

Ca(2+) y Ca (+)

Mayor: Ca(+)

Li (-1) y K (-2)

Mayor: Li(-1)

Au(+) y Au(3)

Mayor: Au (+)

Observa el siguiente video acerca de radio atómico e iónico 

ENERGIA DE IONIZACION 

Es la energía utilizada para remover un electrón de la periferia de un átomo gaseoso para formar un anión 

X(g)+E.I.--> X+-(g)+1e-

Recuerda!!

• La energía de ionización tiene periodicidad
• Los metales forman de manera fácil cationes por lo que no necesitan mucha energía 
• Los no metales no forman cationes y necesitan mucha energía 
• En un grupo aumenta de abajo hacia arriba 

Ejercitemos !!

¿Cuál átomo debe tener una primera energía de ionización menor, el nitrogeno o fosforo?

R// Fosforo (p)

¿Cuál de los siguientes átomos tendrá una primera energía de ionización mayor, Boro o aluminio? 

R//Boro (B)

¿Cuál átomo debe tener una segunda energía de ionización mayor el litio o el berilio?

R//Litio (Li)

¿Cuál de los siguientes átomos tendrá una segunda energía de ionización menor, Na o Mg?

R//Magnesio (Mg)

En el siguiente video puedes observar sobre energía de ionización

AFINIDAD ELECTRONICA 

Es la capacidad de aceptar uno o mas electrones, ya que es el valor negativo del cambio de energía  que se da cuando un átomo en estado gaseoso,  forma un anión. 

X(g)+1e---> X+-(g)+energía

Características:

• Los elementos que forman de manera fácil los aniones y libera mucha energía son los no metales 
• Los elementos que difícilmente forman aniones y libera menos energía son los metales 
• Aumenta de un periodo de izquierda a derecha 
• Aumenta en un grupo de abajo hacia arriba, a veces las variaciones no se aprecian 

ELECTRONEGATIVIDAD 

Indica la habilidad de un átomo para atraer y sostener un electrón de enlace, esta relacionado con la ionización y la afinidad electrónica ya que determina si ceden o ganan electrones.

Características:

• Los no metales son lo mas grandes debido a que atraen electrones
• En el grupo disminuye de arriba hacia abajo 
• En un periodo aumenta de izquierda a derecha
• Se utiliza la escala de Paulin (0,7 - 4)

CARACTER METALICO

• Si tiene carácter metal o no metal
• En un grupo aumenta de arriba hacia abajo
• En un periodo disminuye de izquierda a derecha

FUERZAS INTERMOLECULARES

*Fuerzas Intramoleculares: Es la fuerza utilizada entre atomos en una molécula lo cual se debe a un enlace químico covalente

*Fuerzas intermoleculares: Es la fuerza que une a las moléculas entre si,  su efecto se puede observar de manera macroscópica.

Recuerda....

Las fuerzas intermoleculares son mas débiles que las fuerzas intramoleculares basándose en dos principios importantes:

-Lo polar disuelve lo polar 

-Lo apolar disuelve lo apolar 

FUERZAS INTERMOLECULARES: consiste en una fuerza de atracción entre moléculas neutras que poseen únicamente enlaces covalentes. 

*Puentes de hidrogeno 

*Fuerzas de van der walls (Dipolo-Dipolo)

*Fuerza de dispersión o de London 

INTERACCION IÓN DIPOLO 

Existe una fuerza entre un compuesto iónico y un compuesto covalente con moléculas polares,  tambien se conoce como la interacción  entre compuestos iónicos y solventes polares, entre un ion positivo y polo negativo de una molécula polar y viceversa. 

Características:

- Las moléculas polares interactuan con otras moléculas polares ya que un dipolo permanente en cada una de ellas. 

-Es una atracción débil entre polo positivo de una molécula polar y el polo negativo de otra molécula polar, por medio de atracciones interminables.

-Las sustancias tienen altos calores de fusión y ebullición por el gasto de energía 

-Las sustancias apolares no tienen fuerzas debido que son mas volátiles 

FUERZAS DE DISPERSION O DE LONDON

Es una fuerza intermolecular que puede ocurrir en todas las moléculas y en las sustancias.

Características:

-Fuerzas mas débiles

-Se debe a rotaciones momentáneas entre las moléculas y regiones electrónicas se combinan momentáneamente formando dipolos.

-Millones de moléculas hay millones fuerzas de London que interactuan entre si 

Observa el siguiente video

PUENTES DE HIDROGENO 

Un enlace polar puede experimentar una fuerza de atracción con una molécula tenga una gran cantidad de electronegatividad con pares de electrones compartidos

Características:

-F,O,N son los mas electronegativos 

-H-F,H-O,H-N

-Enlace de la siguiente forma: A-H--B (Donde A y B son atomos N,O,F son los mas electronegativos)

-Elementos menos electronegativos S y Cl (No son muy comunes)

-Enlace entre un hidrogeno y un átomo muy electronegativo muy polar: enlace de de hidrogeno se considera enlace dipolo-dipolo. 

*Los puentes de hidrogeno son los responsables de un gran numero de propiedades físicas o anomalías de algunas sustancias (H2O)

*Aumentan la viscosidad

*Aumentan la ebullición

*Reducen la presión de vapor 

*Aumentan la organizacion conformacional, moléculas de interés biológico 

Observa el siguiente video 

Observa el video que resume todo lo visto anteriormente 

TIPOS DE ENLACE QUIMICO 

ELECTRONES DE VALENCIA 

Los electrones de valencia son los electrones del ultimo orbital en un átomo, los cuales causan enlaces químicos. 

Existe un principio básico que debes tomar en cuenta:

*Los electrones de valencia interactuan para establecer atracción entre los atomos, donde existen dos tipos de interacciones: IONICO - COVALENTE

Para ello existen dos tipos de enlace donde se realizan interacciones donde los electrones se transfieren de un átomo a otro lo cual se conoce como ENLACE IONICO 

Todas aquellas interacciones en las que los electrones se comparten entre dos atomos de una manera mas o menos equitativa se conoce como ENLACE COVALENTE

Transferencia de atomos: la transferencia de electrones ayuda a la formación de iones y de distinta carga para formar un enlace iónico y electro Valente.  Al compartir electrones da origen al enlace covalente. 

ENLACE IONICO 

Es la fuerza de atracción electrostática que mantiene a los iones unidos por su diferente carga, los electrones de transfieren de la capa externa de un átomo a otro. El que pierde electrones queda positivo (catión) el que gana electrones queda negativo (anión)

REGLAS:

• Los metales forman cationes y pierden electrones 
• Los no metales forman aniones co configuración de gas noble y gana electrones
• Los metales de transición pierden primero electrones s y luego d 
•  En la formación de iones no pierden mas de 3 electrones salvo en excepciones. 

ESTRUCTURA DE LEWIS 

*Se representan los elementos con sus electrones de valencia 

*Los electrones de valencia tiene puntos o cruces

*El resto del átomo con el símbolo

Compuestos con enlace iónico:

*Los compuestos conducen la electricidad al estar fundidos o en solución acuosa

*Tienen puntos de fusión elevados

*La mayoría son solubles en agua

*Forman cristales definidos

*La diferencia de electronegatividad entre los atomos que lo forman es grande, igual a 1.7 o mas

*Se da de forma comun la transferencia de electrones de elementos metálicos de los grupos IA y IIA al O, halógenos y no metales.

*No forman verdaderas moléculas y forman redes cristalinas extendidas 

*La mayoría son solidos en los compuestos covalentes hay mas diversidad

Ejercicio 

Indique el ion monoatómico que pueden formar los siguientes elementos: 

Al = catión ---- metal +3 

Zn = catión --- metal +2

N =   anión ---  no metal -3 

Predecir la formula química de los siguientes pares de elementos:

F y Al ----- F(-)   Al (+3) ----- AlF (3)

ENLACE COVALENTE

Es una fuerza de atracción que se da entre 2 atomos debido que un par de electrones con spin opuesto es compartido por los 2 atomos que forman un enlace. Los electrones de capas externas son compartidos por los dos atomos enlazados, un enlace covalente ocurre cuando dos o mas átomo comparten uno o mas pares de electrones. 

Un dato importante que debes saber:

Br  O N Cl L F H = moléculas diatómicas 

Tipos de enlace covalente:

Enlace covalente simple: se comparte una sola pareja de electrones, como el hidrógeno.

Enlace covalente doble: se comparten dos pareces de electrones entre 2 átomos, como

es el caso del oxigeno que tiene pares de enlace y de no enlace.

Enlace covalente triple: dos átomos comparten 3 pares de electrones (máximo de pares que se pueden compartir) este es el cado del nitrógeno.

Propiedades de enlace covalente:

* Este tipo de enlace da origen a verdadera moléculas. 

* Son no ionizables y si lo hacen, lo hacen en bajo porcentaje (porcentaje de carácter iónico, no hay nada completamente covalente). 

* No conducen electricidad en ninguna fase. Hay una diferencia de electronegatividad pequeña entre los átomos que forman (menor a 1.7). 

* Se forman entre 2 no metales o entre un metaloide y un no metal, (hay algunas excepciones como el cloruro de bario). 

ENLACE METALICO

El primer metal de uso generalizado fue el bronce (aleación de cobre y estaño). Conforme se refinaron las técnicas de fundición se prefirió el hierro y actualmente los de uso más extendido son el hierro, el cobre, el aluminio y el zinc. 

Propiedades:

A excepción del mercurio, los metales puros son sólidos a temperatura ambiente. No obstante, sus puntos de fusión son muy variables, aunque generalmente son altos,

Son buenos conductores de la electricidad y de calor, debido al movimiento de los electrones se les llama conductores.

 Presentan brillo característico.

Se suelen disolver unos en otros formando disoluciones que reciben el nombre de aleaciones.

Con dúctiles y maleables, esto es debido a la no direccionalidad del enlace metálico y a que los «restos positivos» son todos similares, con lo que cualquier tracción no modifica la estructura de la red metálica, no apareciendo repulsiones internas.

MODELO DE LA NUBE DE ELECTRONES O MAR DE ELECTRONES 

Los átomos metálicos ceden sus electrones de valencia a la «nube electrónica» que engloba a todos los átomos del metal.

El enlace metálico resulta de las atracciones electrostáticas entre los restos positivos y los electrones móviles que pertenecen en su conjunto a la red metálica.

En el enlace metálico, los electrones no pertenecen a ningún átomo determinado. Además, es un enlace no direccional, porque la nube electrónica es común a todos los restos

atómicos que forman una red. 

 Cuando han cedido los electrones a la nube común, no son realmente iones, ya que los electrones quedan dentro de la red, perteneciendo a todos los «restos positivos».

Este modelo es muy simple y sirve para interpretar muchas de las propiedades de los metales:

aunque tiene ciertas limitaciones, principalmente en la explicación de la diferente conductividad de algunos metales. 

Limitaciones del mar de electrones:

*Explica razonablemente bien el proceso de conducción de la corriente eléctrica.

*El movimiento de los electrones explica la transferencia de calor en el metal.

* No se puede usa para efectuar cálculos cuantitavos.

*No explica el brillo característico de los metales.

ENLACE DE RED 

En las sustancias reticulares todos los átomos están unidos por enlaces covalentes (o reticulares).

Diamante, fráfito y dióxido de silicio

Características:

*Energía de enlace del orden de cientos de KJ/mol. Se rompen a temperaturas de 40000C a 20000C.

*Red extremadamente dura

* Sustancias insolubles en todos los solventes

ALOTROPOS 

Son distintos ordenamientos en el espacio en el cual pueden existir los elementos. Muchos elementos tienen distinta forma de existir:

El oxígeno molecular (O2 ) y el ozono (O3 ) 

El carbono, como grafito o como diamante. 

CARBONO DIAMANTE

Es una red tridimensional Unida por enlaces covalentes Cada átomo de carbono tiene una hibridación sp3 Los enlaces covalentes fuertes contribuyen a: 

*Alta dureza particular del diamante (es el material más duro que se conoce). 

*Elevado punto de fusión 35500C

                                                                 CARBONO GRAFITO 

Átomos de carbono que se distribuyen en anillos de seis miembros. Dentro de las capas de enlaces covalentes, entre ellas hay fuerzas de dispersión.

El grafito es untuoso al tacto y esto lo hace útil como lubricante.

EL CUARZO SI02

La distribución de átomos es similar a la del carbono diamante. Entre cada par de átomos de silicio aparece uno de oxigeno. Tiene alta dureza y punto de fusión alto (16100C)

Referencias bibliograficas:

• Lcda.  Marroquín N. (2021) presentaciones de clase, propiedades periódicas

• Lcda. Marroquín N.(2021) presentaciones de clase, Fuerzas intermoleculares 

• Lcda. Marroquín N.(2021) presentación de clase, tipos de enlace químico 

• Amigos de la química (2017) radio atómico e iónico, recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=X47LBV4jJ8A

• Amigos de la química (2017) energía de ionización, recuperado de:https://www.youtube.com/watch?v=F1u-_vnGo8o 

• UNAM (2019) Propiedades periódicas, recuperado de: https://quimica.unam.mx/explican-la-ley-de-periodicidad-base-de-la-tabla-periodica/#:~:text=La%20Ley%20de%20Periodicidad%20o,Facultad%20de%20Qu%C3%ADmica%2C%20David%20D%C3%ADaz. 

• ABC Química (2021) propiedades periódicas, recuperado de: https://www.abc.com.py/edicion-impresa/suplementos/escolar/propiedades-periodicas-de-los-elementos-1227981.html 

• Universidad de Valencia (2016) tabla periódica y propiedades periódicas, recuperado de: https://www.uv.es/~borrasj/ingenieria_web/temas/tema_1/tema_1.pdf 

• Khan Academy (2020) tabla periódica, recuperado de: https://es.khanacademy.org/science/quimica-pe-pre-u/xa105e22a677145a0:estructura-atomica/xa105e22a677145a0:tabla-periodica/a/246-repaso-de-tabla-peridica

• Amigos de la química (2017) fuerzas intermoleculares, recuperado de: https://www.youtube.com/watch?v=DS0v0RWUwCI 

• Ehu Química (2020) fuerzas intermoleculares, recuperado de: http://www.ehu.eus/biomoleculas/moleculas/fuerzas.htm 

• Khan academy (2021) enlaces químicos, recuperado de: https://www.blogger.com/u/2/blog/page/edit/111178634553634064/4771620269254011254