27/04/2011

Tabla Periódica

Tabla Periódica

Propiedades Periódicas
Radio atómico
Potencial de ionización
Electroafinidad Electronegatividad

Radio atómico (r): es la distancia desde el núcleo al último electrón del átomo Sabemos que r ∝ n Al aumentar el valor de n el último electrón estará más alejado del núcleo. En un grupo

n aumenta hacia abajo

n es constante Aumenta Z En un período Aumenta el N° de electrones en la misma capa Mayor fuerza de atracción

Tabla Periódica

r aumenta de arriba hacia abajo

r disminuye de izquierda a derecha

Tabla Periódica

Radio atómico en la Tabla Periódica +

-

-

+

Tabla Periódica Otros tipos de radios Radio covalente: es la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos unidos por un enlace simple

Tabla Periódica Radio iónico: es la porción que le corresponde al ion de la distancia entre los núcleos de iones vecinos en un sólido iónico

Radio metálico: es la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos vecinos en un sólido metálico

Todos los radios varían en la Tabla Periódica de la misma forma que lo hace el radio atómico.

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Tabla Periódica

Tabla Periódica

Radios atómicos y radios iónicos Para un átomo neutro A N°de protones en el núcleo (Z) = N°de electrones Para un ión: N°de electrones ≠ Z A mayor N°de electrones para un determinado Z
Menos fuertemente atraído estará el último electrón
Se encontrará más alejado del núcleo Siempre se verifica que r(A+) < r(A) < r(A-) Además, … < r(A3+) < r(A2+) < r(A+) y r(A3-) > r(A2-) > r(A-) > …

Tabla Periódica

Tabla Periódica

Radios atómicos e iónicos en una serie isoelectrónica

Ejercicio 1. ¿Por qué el ion Tl+, un potente tóxico neurológico, puede reemplazar al ion K+ en el cuerpo humano y sustituirlo en sistemas biológicos?

¿Cómo variará el radio (atómico o iónico) en la serie N3-, O2-, F-, Ne, Na+, Mg2+, Al3+?

Iones con carga y radio similares pueden tomar parte en los mismos sistemas, compitiendo por los sitios activos

Todas las especies tiene el mismo número de electrones. A mayor Z, mayor número de protones en el núcleo. Mayor atracción y menor radio.

r(K+) = 165 pm r(Tl+) = 173 pm

Sólo 5% de diferencia

Otros ejemplos: el Ca2+, presente en los huesos, puede ser reemplazado por Cd2+ y Hg2+

r(N3-) > r(O2-) > r(F-) > r(Ne) > r(Na+) > r(Mg2+) > r(Al3+)

r(Ca2+) = 114 pm r(Cd2+) = 109 pm r(Hg2+) = 116 pm

Tabla Periódica

Tabla Periódica

Potencial de ionización

Potencial de ionización en la Tabla Periódica

El potencial o energía de ionización, PI, es la energía necesaria para remover un mol de electrones de un mol de átomos en fase gaseosa

-

+

+

A(g) → A+(g) + eCuanto más atraído está el electrón al núcleo más energía será necesaria para removerlo PI ∝ Fatracción PI ∝ 1/ radio -

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Tabla Periódica

Tabla Periódica

Puede definirse más de un potencial de ionización para cada átomo.

El potencial de ionización permite entender por qué los átomos buscan adoptar la configuración electrónica del gas noble más cercano

A(g) → A+(g) + e-

1er. PI (PI1)

A+(g) → A2+(g) + e-

2do. PI (PI2)

A2+(g) → A3+(g) + e-

3er. PI (PI3)

[Na]: [Ne] 3s1 PI1: 496 kJ/mol

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000

PI2: 4560 kJ/mol Siempre se verifica

1500 1000 500 0

PI1 < PI2 < PI3 < …

PI1

Tabla Periódica

PI2

Tabla Periódica

9000

[Mg]: [Ne] 3s2

[Al]: [Ne] 3s2 3p1

8000 7000

12000

6000

PI1: 738 kJ/mol

PI1: 578 kJ/mol

5000

PI2: 1820 kJ/mol

3000 2000

PI3: 2750 kJ/mol

1000

PI3: 7730 kJ/mol

10000 8000

4000

PI2: 1450 kJ/mol

14000

6000 4000 2000

0 PI1

PI2

PI4: 11600 kJ/mol

PI3

0 PI1

Tabla Periódica

PI2

PI3

PI4

Tabla Periódica Ejercicio 2. ¿Por qué los elementos del grupo 1 son más reactivos que los elementos del grupo 2?

[V]: [Ar] 3d3 4s2

14000

El estado de oxidación de los metales alcalinos es +1 El estado de oxidación de los metales alcalino-térreos es +2

12000

PI1: 726 kJ/mol PI2: 1219 kJ/mol

10000 8000

Necesitamos mucha más energía para lograr el estado de oxidación +2 que para lograr el +1

6000

PI3: 2722 kJ/mol 4000

PI4: 4365 kJ/mol PI5: 6406 kJ/mol

2000 0 PI1

PI2

PI3

PI4

PI5

PI6

Cuánto más fácil se alcance un estado de oxidación (menos energía requerida), más reactivo será el elemento

PI6: 12542 kJ/mol

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Tabla Periódica

Tabla Periódica

Afinidad electrónica o electroafinidad La afinidad electrónica, AE, es la energía puesta en juego al agregar un mol de electrones a un mol de átomos en fase gaseosa

A(g) + e- → A-(g)

EA1

A-(g) + e- → A2-(g)

EA2

A2-(g)

EA3

+

e-

→

A3-(g)

A(g) + e- → A-(g)

EA1 es usualmente negativa, lo que indica que se libera energía cuando el mol de átomos acepta el mol de electrones

A diferencia del PI, la AE puede implicar un gasto o una liberación de energía

EA2, EA3,... son siempre positivas, se requiere suministrar energía para agregar los sucesivos electrones

Puede considerarse más de una afinidad electrónica para un elemento

(¡Cuidado, la convención puede ser distinta en algunos libros!)

Tabla Periódica

Tabla Periódica

La magnitud de EA1 será proporcional a la fuerza con que el electrón adicional es atraído por el núcleo -

+

+

Ejercicio 3. Solo una de las siguientes especies químicas es un agente oxidante: Na, F2, Ne. Oxidación: proceso por el cual una especie pierde uno o más electrones Reducción: proceso por el cual una especie gana uno o más electrones Agente oxidante: especie que oxida a otra, reduciéndose a sí misma (toma electrones de la especie a la que oxida) Agente reductor: especie que reduce a otra, oxidándose a sí misma (cede electrones a la especie que reduce)

-

Tabla Periódica Na + e- → Na-

No ocurre

F2 + 2 e- → 2F-

Ocurre

Ne + e- → Ne-

No ocurre

F2 es el único agente oxidante de la serie

El F tiene un valor muy negativo de AE. Al aceptar un electrón adquiere configuración de gas noble

Tabla Periódica

Electronegatividad La electronegatividad, EN, es la tendencia de un átomo a atraer hacia sí los electrones compartidos en un enlace A : B

χ(A) ≈ χ(B)

A:

B

χ(A) > χ(B)

A

:B

χ(A) < χ(B)

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Tabla Periódica

Tabla Periódica

¿Qué factores hacen que un átomo sea más o menos electronegativo?

Ejemplo: para el litio tenemos PI = 520 kJ/mol y EA = -60 kJ/mol y para el flúor, PI = 1681 kJ/mol y EA= -328 kJ/mol

A:

B

χ(A) > χ(B)

χ(Li) = (520 – (-60)) / 2

A debe tener un PI alto

χ(Li) = 290 kJ/mol

B debe tener un PI bajo A debe tener una EA alta (muy negativa)

χ(F) = (1681 – (-328)) / 2

B debe tener una EA baja (poco negativa o positiva)

χ(F) = 1005 kJ/mol

χ = (PI – EA) / 2

Definición de Mulliken

La definición de Mulliken NO es la que aparece en la Tabla Periódica, sino la escala de Pauling

Tabla Periódica

Tabla Periódica

Notar que la EN es proporcional al PI y a la EA

Metales, no metales y metaloides

EN ∝ PI y EA -

+

+

Metales

No metales

PI bajos EA positivas o poco negativas EN bajas

PI altos EA muy negativas EN altas

-

Tabla Periódica

Tabla Periódica Metales Aspecto brillante Maleables y dúctiles

No metales Sin brillo Duros y quebradizos

Buenos conductores del calor y electricidad

Malos conductores del calor y la electricidad

Forman óxidos iónicos y básicos

Forman óxidos covalentes y ácidos

Forman cationes en agua Forman oxoaniones en agua

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Tabla Periódica

Tabla Periódica

Variación de la acidez de óxidos

La acidez de un óxido también depende del estado de oxidación del metal o no metal

-

+

+

Cuanto mayor sea el estado de oxidación de M (metal o no metal), mayor es la covalencia del enlace M–O y más ácido resulta el óxido Así, SO3 > SO2 y CrO3 > Cr2O3 > CrO

-

Tabla Periódica

Tabla Periódica

Ejercicio 4. sólo uno de los elementos dados a continuación forma un óxido básico: Ca, S, P

Ejercicio 5. Ordene los siguientes óxidos de acuerdo a su carácter ácido creciente: P2O3, CO2, Na2O, NO2

Ca pertenece al grupo 2

Metal, forma óxido básico

S pertenece al grupo 16

No metal, forma óxido ácido

P pertenece al grupo 15

No metal, forma óxido ácido

Por su ubicación en la Tabla Periódica, podemos afirmar que el Na2O debe ser el menos ácido de todo Además, NO2 > CO2 y NO2 > P2O3 Pero no tenemos elementos como para decidir entre CO2 y P2O3 Entonces, NO2 > CO2 ≈ P2O3 > Na2O

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