LA TABLA PERIÓDICA DE ELEMENTOS QUÍMICOS

 LA TABLA PERIÓDICA DE ELEMENTOS QUÍMICOS

ACTIVIDAD DE SABER PREVIO

1.     Copia el nombre de 10 elementos químicos que recuerdes, luego escriba su símbolo.

2.     Escribe el número atómico de estos 10 elementos, sino lo recuerdas puedes asignarles el número que quieras.

3.     Ordénalos como mejor te parezca de menor a mayor o viceversa.

4.     Ubica   estos elementos en el siguiente cuadro.

5.     Qué característica o comportamiento observas al ubicar estos elementos en el cuadro.

6.     ¿Por qué cree usted que los elementos químicos en la tabla periódica están ubicados por grupos y periodos?

FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA:  TABLA PERIÓDICA 

HISTORIA

A lo largo del siglo XIX aumentó espectacularmente el número de los elementos químicos conocidos. Se comprobó, además, que entre algunos elementos existían notables semejanzas en sus propiedades químicas y físicas. Ante este hecho, y con objeto de presentar de modo racional los conocimientos de la Química, se creyó que podría ser muy útil ordenar los elementos de algún modo que reflejase las relaciones existentes entre ellos.

Tras varios intentos, en 1869 el químico ruso D. Mendeleiev presentó una tabla en la que aparecían los elementos distribuidos en filas y columnas, agrupados ordenadamente en diversas familias, siguiendo un orden creciente de masas atómicas.

En la actualidad esta tabla aparece bastante modificada, ya que se ordenan los elementos por orden creciente de número atómico. Dicha tabla, a la que llamamos Tabla Periódica o Sistema Periódico, es una expresión de las relaciones que existen entre los elementos químicos. Por eso, favorece su estudio y nos permite deducir muchas de sus propiedades con sólo saber su situación en ella.
Las 7 filas horizontales reciben el nombre de períodos y las 18 filas verticales o columnas se llaman grupos y se identifican con números romanos y diferenciados como grupo A y B. los elementos del grupo A se conocen como elementos Representativos y los del grupo B como elementos de Transición.  Algunos de estos grupos tienen nombres especiales; así ocurre con el 16, los calcógenos (O, S, Se, Te); el 17, los halógenos (F, Cl, Br, I), o el 18, los gases nobles (He,Ne, Ar,...).

Debajo del cuerpo principal de la tabla se presentan 2 filas de 14 elementos, cada una, que, en realidad, hacen parte de los períodos 6 y 7. Estos dos conjuntos de elementos se conocen como Lantánidos y Actínidos, que en conjunto reciben el nombre de Tierras Raras (se localizan fuera de la tabla periódica por razones de espacio).

HISTORIA DE LA TABLA PERIODICA

ACTIVIDAD

Consultar que otros científicos realizaron aportes en la construcción de la tabla periódica, hacer una breve reseña histórica, señalando dichos aportes o postulados.

CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

En la corteza atómica se encuentran los electrones moviéndose alrededor del núcleo atómico. Aunque los conocimientos actuales sobre la estructura electrónica de los átomos son bastante complejos, las ideas básicas son las siguientes:

1. Existen 7 niveles de energía o capas donde pueden situarse los electrones, numerados del 1, el más interno, al 7, el más externo. Con la siguiente fórmula se puede hallar el número de electrones por nivel 2(n)², en donde n representa el nivel de energía.

2. A su vez, cada nivel tiene sus electrones repartidos en distintos subniveles, que pueden ser de cuatro tipos: s, p, d, f. y en cada uno de ellos se localizan como máximo 2, 6, 10 y 14 electrones respectivamente.

3. En cada subnivel hay un número determinado de orbitales que pueden contener, como máximo, 2 electrones cada uno. Así, hay 1 orbital tipo s, 3 orbitales p, 5 orbitales d y 7 del tipo f. De esta forma el número máximo de electrones que admite cada subnivel es: 2 en el s; 6 en el p (2 electrones x 3 orbitales); 10 en el d (2 x 5); 14 en el f (2 x 7). En cada capa o nivel se puede situar un número máximo de electrones que viene dado por la expresión:   nº electrones = 2(n)², donde n es el número de orden de la capa o nivel.

La distribución de orbitales y número de electrones posibles en los 4 primeros niveles se resume en la siguiente tabla:

Niveles de energía	1	2	3	4
Subniveles	s	s- p	s- p- d	s- p- d- f
Número de orbitales por subnivel	1 s	1 en s      3 en p	1 en s 3 en p 5 en d	1 en s 3 en p 5 en d 7en f
Denominación de los orbitales	1s	2s   2 px,py,pz	3s   3 px,py,pz 3d(xy),d(xz), d(yz),d(x2-y2), d(z2)	4s   4 px,py,pz 4d(xy),d(xz), d(yz),d(x2-y2), d(z2) y los 7 orbitales de f
Número máximo de electrones en los subniveles	2	2 - 6	2 - 6 - 10	2- 6- 10- 14
Número máximo de electrones por nivel	2	8	18	32

Para tener una idea muy aproximada de la distribución de los electrones en los diferentes niveles y subniveles se utiliza el diagrama de Möller. Este diagrama indica el orden de llenado de los subniveles y niveles de energía de un átomo, de arriba hacia abajo, siguiendo el sentido de las flechas, hasta llegar al número de electrones que tiene dicho átomo.

Ejemplo.   Escribe la estructura electrónica (distribución de electrones en la corteza) del elemento Holmio. Ho (Z = 67).

El número de protones coincide con el número atómico, es decir tendrá 67 protones. En el átomo neutro habrá tantos protones como electrones: nº e- = 67.  Dibujando el diagrama de Möller, se van cubriendo los huecos hasta alcanzar el número de 67 electrones.

La configuración electrónica es:

   1 s²,  2 s²,2 p⁶,  3 s², 3 p⁶, 4 s², 3 d¹⁰ , 4 p⁶, 5 s²  ,4 d¹⁰ ,5 p⁶,  6 s²,  4 f¹¹

El subnivel que se está llenando se debe poner al final, en nuestro ejemplo 4 f¹¹.

En química resulta de importancia los electrones más lejanos al núcleo:

-          Electrones de los subniveles ‘s’ y / o ‘p’ del último subnivel.

-          Electrones de los subniveles  ‘d’ o ‘f’ que estén incompletos.

En el ejemplo los electrones que resultan de interés en química serían 6 s²  4 f¹¹ al ser lo que están más lejos del núcleo, resultando más fácil que intervengan en las reacciones químicas habituales.

El resto de los electrones se encuentran en niveles / subniveles más unidos al núcleo, resultando más difícil extraerlos / moverlos a otros nivel en las reacciones químicas habituales.

EJEMPLO

EJERCICIO:

Realizar la configuración electrónica para los átomos de Cu, Pt, Ti, Na, O, Cl, Ge, Al, I, P, S, Mg. Buscar sus respectivos números atómicos en la tabla periódica.

Elementos Representativos: Se ubican dentro de la tabla periódica, ocupando a la izquierda dos columnas y a la derecha un bloque de seis columnas. A estos grupos, pertenecen ocho familias (recuerde que las familias se representan con número romano y la letra A, así: IA, IIA, IIIA, IVA… VIIIA).El período lo determina, el último nivel de energía.

Ejemplo: escribe la configuración electrónica para el litio (Li) y  el nitrógeno (N) ¿Cuáles son las configuraciones electrónicas de sus últimos niveles de energía? Con base a lo anterior, ¿A cuáles grupos y a que períodos pertenecen?

Solución:

Li = Z = 3    1S², 2S¹

Configuración electrónica = 2S¹

Electrones de Valencia = 1

Por tanto pertenece a la familia IA, y como su último nivel de energía es 2, pertenece al Período 2.

N = Z = 7    1S², 2S^2, 2p³

Configuración electrónica = 2S^2, 2p³

Electrones de Valencia = 5

Por tanto pertenece a la familia VA, y como su último nivel de energía es 2, pertenece al Período 2.

EJERCICIO:

Sin hacer uso de la tabla periódica, resolver los siguientes ejercicios en el cuaderno.

Determinar la familia o grupo y el período a que pertenecen los siguientes elementos:

·         Hidrógeno H = Z= 1

·         Argón Ar     = Z = 18

·         Calcio Ca    = Z= 20

·         Estaño Sn   = Z = 50

·         Bromo Br    = Z = 35

·         Rubidio Rb  = Z = 37

·         Germanio Ge = Z = 32

·         Oxígeno O = Z = 8

Elementos de Transición: Se ubican en el centro de la tabla periódica, formando un bloque de 10 columnas. (Recuerda que estas familias se designan con el número romano y la letra B así: IB, IIB, IIIB… VIIIB)

SUMA	FAMILIA
3	IIIB
4	IVB
5	VB
6	VIB
7	VIIB
8	VIIIB PRIMERA COLUMNA
9	VIIIB SEGUNDA COLUMNA
10	VIIIB TERCERA COLUMNA
11	IB
12	IIB

EJERCICIO:

Sin hacer uso de la tabla periódica, resolver los siguientes ejercicios en el cuaderno.

Determinar la familia o grupo y el período a que pertenecen los siguientes elementos:

-       Titanio Ti = Z= 22

-       Cobre  Cu = Z = 29

-       Hierro Fe  = Z= 26

-       Tantalio Ta = Z = 73

-       Zirconio Zr  = Z = 40

-       Molibdeno Mo  = Z = 42

-       Mercurio Hg = Z = 80

-       Níquel Ni = Z = 28

PROPIEDADES PERIÓDICAS

Tamaño del átomo:  La medida del tamaño del átomo se lleva a cabo mediante la determinación de su radio.

En resumen, el radio atómico varía de la siguiente forma:

·         En un grupo el tamaño aumenta a medida que bajamos en el mismo (mayor número atómico). Cuanto más abajo más lejos se encontrarán los electrones, la última capa estará más lejos del núcleo. Mayor distancia entre cargas positivas y negativas significa menor fuerza de atracción y, por tanto, mayor tamaño.

·         En un período aumenta por lo general el tamaño a medida que avanzamos de derecha a izquierda. La fuerza de atracción entre el núcleo (mayor número de cargas positivas a medida que avanzamos en el período) y la capa de electrones aumenta dado que la distancia es la misma pero las cargas son mayores. Mayor fuerza de atracción implica menor tamaño, se acerca la capa de electrones al núcleo.

Electronegatividad: La electronegatividad mide la tendencia de un átomo para atraer la nube electrónica hacia sí durante el enlace con otro átomo. La escala de Pauling es un método ampliamente usado para ordenar los elementos químicos de acuerdo con su electronegatividad, desarrolló esta escala en 1932.
Los valores de electronegatividad no están calculados, ni basados en fórmulas matemáticas ni medidas. Pauling le dio un valor de 4,0 al elemento con la electronegatividad más alta posible, el flúor. Al francio, el elemento con la electronegatividad más baja posible, se le dio un valor de 0,7. A todos los elementos restantes se les dio un valor entre estos dos extremos.

·         En un grupo la tendencia a ganar electrones aumenta a medida que subimos en el grupo. Los electrones estarán más cerca del núcleo cuanto más arriba nos encontremos en el grupo, resultará más fácil que los gane y más difícil que los pierda. La electronegatividad aumenta al subir en el grupo.

·         En un período la tendencia a perder electrones disminuye a medida que avanzamos en el período, los electrones se encuentran más unidos al núcleo (ver lo que se explicaba para el tamaño). Por tanto, a medida que avanzamos aumentará la tendencia coger electrones más que a perderlos, aumentará la electronegatividad.

La energía de ionización, potencial de ionización: La energía de ionización o potencial de ionización es la energía necesaria para arrancar un electrón de un átomo en su estado fundamental y en fase gaseosa

APLICACIÓN 1

Resolver los siguientes ejercicios en el cuaderno:

1.     ¿Cuántos electrones poseen los átomos de argón (Ar), de número atómico 18, en su capa o nivel de energía más externo?

2.     ¿Qué tienen en común las configuraciones electrónicas de los átomos de Li, Na, K y Rb?

3.     ¿Qué tienen en común las configuraciones electrónicas de los átomos de Ca, Cr, Fe, Cu y Zn?

4.     Completar el texto siguiente:

En la Tabla Periódica actual, los elementos químicos conocidos aparecen colocados por orden creciente de su número __________ en 7 filas horizontales, llamadas _________  y 18 columnas, llamadas ____________, cuyos elementos tienen un comportamiento químico _____________.

5. Realizar la configuración electrónica de 10 elementos diferentes a los mencionados en la guía o en clase, y determina su grupo y período. Clasifique de acuerdo a su tamaño atómico y electronegatividad.

APLICACIÓN 2 (INVESTIGACION)

Reconocimiento de los elementos más comunes de manejo en el laboratorio, a partir de sus propiedades físicas, justificando su ubicación en  la tabla periódica.

Cobre, Hierro, Oxígeno, Azufre, Sodio, Calcio, Aluminio, Fosforo, Oro………………….

ELEMENTO	CARACTERÍSTICAS

Abundancia de los elementos:

Los elementos químicos se encuentran en la corteza terrestre en cantidades muy diferentes, algunos son muy abundantes y otros muy escasos.

ü  Consulta en la Web el porcentaje en que se presentan los 8 elementos más abundantes en la corteza terrestre, descríbelos y escribe su importancia en nuestra vida diaria.

BIBLIOGRAFÍA

·         http://platea.pntic.mec.es/pmarti1/educacion/3_eso_materiales/b_iii/conceptos/conceptos_bloque_3_4.htm

·         http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_de_ionizaci%C3%B3n

·         http://youtu.be/uxjhlPBj9dw

·         Santillana I