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Tabla Periódica
La tabla periódica constituye una de las herramientas fundamentales para establecer las relaciones existentes entre las propiedades de los elementos químicos. Su sistema claro y sencillo resulta eficaz para organizar la vasta y compleja información química.
La tabla periódica tiene un sólido fundamento científico que es la Ley Periódica, la cual en su enunciado actual establece que "las propiedades de los elementos químicos son una función periódica de su número atómico", lo que significa que cuando se ordenan los elementos por sus números atómicos en forma ascendente, aparecen grupos de ellos con propiedades químicas similares y propiedades físicas que varían periódicamente.
La periodicidad se manifiesta por la aparición de propiedades similares que se repiten en determinados grupos de elementos.
La tabla periódica se obtiene cuando los elementos se ordenan de menor a mayor número atómico haciendo filas horizontales, de modo que todos los elementos con características químicas semejantes o sea pertenecientes a una misma familia quedan colocados en una misma columna con sentido vertical.
Los elementos están distribuidos en filas (horizontales) denominadas períodos y se enumeran del 1 al 7 con números arábigos.
El primer período tiene sólo dos elementos: H y He; el segundo y tercer períodos contienen 8 elementos. Se observa además que un conjunto de elementos, la serie de los lantánidos del sexto período, y la serie de los actínidos del séptimo período, se han anexado debajo de la tabla por conveniencia en su representación.
Tabla Periódica interactiva:
La tabla períodica está relacionada directamente con la estructura electrónica de los elementos. El primer período representa la ocupación del subnivel 1s; en el segundo período se llenan los subniveles 2s y 2p; en el tercer período, el 3s y 3p. E cuarto período es más complejo. La ocupación se efectúa de acuerdo con los estados energéticos de los subniveles electrónicos. Estos se llenan en el orden 4s, 3d, 4p. Los elementos con subniveles incompletos 3d, 4d, 5d, muestran propiedades similares debido a que sus estructuras electrónicas son semejantes. Estos comprenden los elementos situados en la parte central de la tabla y se conocen con el nombre de Metales de Transición.
Períodos y grupos.
Los elementos de propiedades similares están reunidos en columnas (verticales), que se denominan grupos o familias; los cuales están identificados con números romanos y distinguidos como grupos A y grupos B. Para evitar confusión, actualmente también se clasifican los elementos en grupos del 1 al 18. Los elementos de los grupos A se conocen como elementos representativos y los de los grupos B como elementos de transición. Los elementos de transición interna o tierras raras se colocan aparte en la tabla periódica en dos grupos de 14 elementos, llamadas series lantánida y actínida.
Tabla Periódica interactiva:
La tabla periódica permite clasificar a los elementos en metales, no metales y gases nobles. Una línea diagonal quebrada ubica al lado izquierdo a los metales y al lado derecho a los no metales. Aquellos elementos que se encuentran cerca de la diagonal presentan propiedades de metales y no metales; reciben el nombre de metaloides.
Metales: Son buenos conductores del calor y la electricidad, son maleables y dúctiles, tienen brillo característico.
No Metales: Pobres conductores del calor y la electricidad, no poseen brillo, no son maleables ni dúctiles y son frágiles en estado sólido.
Metaloides: poseen propiedades intermedias entre Metales y No Metales.
Los elementos se clasifican como metales, metaloides y no metales, como se muestra en esta tabla periódica.
Grupo 1
Los metales alcalinos son aquellos que están situados en el grupo 1 de la tabla periódica (excepto el Hidrógeno que es un gas). Todos tienen un solo electrón en su nivel energético más externo, con tendencia a perderlo (esto es debido a que tienen poca afinidad electrónica, y baja energía de ionización), con lo que forman un ion monopositivo, M+. Los alcalinos son los del grupo 1 y la configuración electrónica del grupo es ns¹. Por ello se dice que se encuentran en la zona "s" de la tabla.
Grupo 2
Los metales alcalinotérreos son un grupo de elementos que se encuentran situados en el grupo 2 de la tabla periódica y son los siguientes: , , , , y radio(Ra). Este último no siempre se considera, pues tiene un tiempo de vida media corto.
El nombre de alcalinotérreos proviene del nombre que recibían sus óxidos, tierras, que tienen propiedades básicas (alcalinas). Poseen una electronegatividad ≤ 1,3 según la escala de Pauling.
Elementos de transición
Los metales de transición o elementos de transición son aquellos elementos químicos que están situados en la parte central del sistema periódico, en el bloque d, cuya principal característica es la inclusión en su configuración electrónica del orbital d, parcialmente lleno de electrones. En general, el nivel de energía más externo tendrá una configuración ns2 exceptuando los grupos VIB (grupo 6) y IB (grupo 11). En el caso del cromo en lugar de tener 4s23d4 se presenta 4s13d5. Se agrega más estabilidad en el conjunto de dos orbitales cuando están a medio llenar (recuerde la regla de Hund en la cual este conjunto a medio llenar de los orbitales d tendrá un electrón en cada orbital, y por tanto tiene una distribución simétrica alrededor del núcleo). Con el cobre, en lugar de tener la configuración 4s23d9 tiene 4s13d10. En este cas se agrega mayor estabilidad al tener el conjunto de orbitales s a medio llenar y el conjunto de los orbitales d completamente llenos.
Elementos de transición interna
Los elementos del bloque f (por tener sus electrones de valencia en el orbital f) son dos series, una comenzando a partir del elemento lantano y la otra a partir del actinio, y por eso a los elementos de estas series se les llama lantánidos y actínidos. Aunque en la tabla periódica de los elementos tendrían que estar después de esos dos elementos, se suelen representar separados del resto. También se conocen los Lantánidos como tierras raras. Tienen dos electrones s en su niveles energéticos más externos (n) y electrones f en niveles más interiores (n-2). Algunos también tienen electrones d en niveles intermedios (n-1).
Elementos de transición interna.
Elementos anfígenos
El grupo de los anfígenos o calcógenos es el grupo conocido antiguamente como VIA, y actualmente grupo 16 (según la IUPAC) en la tabla periódica de los elementos, formado por los siguientes elementos: oxígeno (O), , , ,
Halógenos
Los halógenos (del griego, formador de sales) son los elementos que forman el grupo 17 (anteriormente grupo VII A) de la tabla periódica: flúor, cloro, bromo, yodo y astato.
En estado natural se encuentran como moléculas diatómicas químicamente activas [X2]. Para llenar por completo su último nivel energético (s2p5) necesitan un electrón más, por lo que tienen tendencia a formar un ion mononegativo, X-. Este anión se denomina haluro; las sales que lo contienen se conocen como haluros.
Gases nobles
Los gases nobles son un grupo de elementos químicos con propiedades muy similares: bajo condiciones normales, son gases monoatómicos inodoros, incoloros y presentan una reactividad química muy baja. Se sitúan en el grupo 18 (8A) de la tabla periódica (anteriormente llamado grupo 0). Los seis gases nobles que se encuentran en la naturaleza son helio (He), neón (Ne), argón (Ar), kriptón (Kr), xenón (Xe) y el radioactivo radón (Rn).
Las propiedades de los gases nobles pueden ser explicadas por las teorías modernas de la estructura atómica: a su capa electrónica de electrones valentes se la considera completa, dándoles poca tendencia a participar en reacciones químicas, por lo que sólo unos pocos compuestos de gases nobles han sido preparados hasta 2008. El xenón reacciona de manera espontánea con el flúor (debido a la alta electronegatividad de éste), y a partir de los compuestos resultantes se han alcanzado otros. También se han aislado algunos compuestos con kriptón. Los puntos de fusión y de ebullición de cada gas noble están muy próximos, difiriendo en menos de 10 °C; consecuentemente, sólo son líquidos en un rango muy pequeño de temperaturas.
Guía de Estudio
Introducción a la Tabla Periódica
Cuestionario (Respuestas Cortas)
- Según el texto, ¿cuál es la base científica de la tabla periódica moderna y qué establece?
- Describe cómo se organizan los elementos en la tabla periódica en términos de filas y columnas, y qué representan estas agrupaciones.
- ¿Cuántos períodos hay en la tabla periódica y qué caracteriza al primer período en comparación con el segundo y el tercero?
- Explica la relación entre la tabla periódica y la estructura electrónica de los elementos, mencionando un ejemplo de un período específico.
- ¿Cómo se identifican los grupos o familias en la tabla periódica y cuáles son las dos formas principales de numeración?
- Describe brevemente las tres categorías principales en las que se clasifican los elementos según sus propiedades en la tabla periódica.
- ¿Qué característica electrónica común comparten los metales alcalinos del grupo 1 y qué tipo de ion tienden a formar?
- ¿Qué diferencia principal en su configuración electrónica presentan los metales de transición en comparación con los elementos representativos?
- ¿Cómo se distinguen los lantánidos y actínidos dentro de la tabla periódica y en qué bloque se clasifican?
- Menciona dos propiedades generales que distinguen a los gases nobles de otros elementos y explica brevemente la razón de su baja reactividad.
Clave de Respuestas
- La base científica de la tabla periódica moderna es la Ley Periódica, la cual establece que las propiedades de los elementos químicos son una función periódica de su número atómico. Esto significa que al ordenar los elementos por número atómico ascendente, se observan repeticiones periódicas de sus propiedades.
- Los elementos se organizan en filas horizontales llamadas períodos, ordenados por número atómico creciente. Las columnas verticales se denominan grupos o familias y agrupan elementos con características químicas similares.
- Hay 7 períodos en la tabla periódica. El primer período solo contiene dos elementos (hidrógeno y helio), mientras que el segundo y tercer períodos contienen 8 elementos cada uno.
- La tabla periódica está directamente relacionada con la estructura electrónica de los elementos. Por ejemplo, el segundo período representa el llenado de los subniveles 2s y 2p con electrones.
- Los grupos o familias se identifican como columnas verticales de elementos con propiedades similares. Tradicionalmente se numeran con números romanos (IA a VIIIA y IB a VIIIB), pero actualmente también se utiliza una numeración del 1 al 18.
- Los elementos se clasifican principalmente como metales (buenos conductores, maleables, dúctiles, con brillo), no metales (malos conductores, sin brillo, frágiles) y metaloides (con propiedades intermedias).
- Los metales alcalinos (grupo 1) tienen un solo electrón en su nivel energético más externo (configuración ns¹) y tienden a perder este electrón para formar un ion monopositivo (M+).
- Los metales de transición se caracterizan por tener el orbital d parcialmente lleno de electrones en su configuración electrónica, a diferencia de los elementos representativos que llenan orbitales s y p.
- Los lantánidos y actínidos son dos series de 14 elementos que se colocan separadamente debajo del cuerpo principal de la tabla periódica. Se clasifican dentro del bloque f debido a que sus electrones de valencia se encuentran en orbitales f.
- Los gases nobles son gases monoatómicos inodoros e incoloros y presentan una reactividad química muy baja. Su baja reactividad se debe a que su capa electrónica de valencia se considera completa, lo que les da poca tendencia a formar enlaces químicos.
Preguntas de Ensayo
- Discute la importancia de la Ley Periódica en el desarrollo y la comprensión de la tabla periódica moderna. ¿Cómo ha evolucionado el enunciado de esta ley a lo largo del tiempo y cómo se manifiesta la periodicidad en las propiedades de los elementos?
- Explica detalladamente cómo la configuración electrónica de los elementos se relaciona con su posición en la tabla periódica (período y grupo/familia). Utiliza ejemplos específicos para ilustrar cómo la estructura electrónica determina las propiedades químicas de los elementos.
- Compara y contrasta las propiedades generales de los metales, no metales y metaloides. ¿Qué factores a nivel atómico y electrónico son responsables de estas diferencias en sus propiedades físicas y químicas?
- Describe las características distintivas de los principales grupos o familias de la tabla periódica (por ejemplo, metales alcalinos, halógenos, gases nobles). ¿Qué similitudes y tendencias se observan dentro de cada grupo en términos de sus propiedades y reactividad química?
- Analiza la organización de los elementos de transición y los elementos de transición interna (lantánidos y actínidos) dentro de la tabla periódica. ¿Qué características electrónicas particulares comparten estos grupos y cómo influyen estas características en sus propiedades químicas y su ubicación en la tabla?
Glosario de Términos Clave
- Número Atómico:
- El número de protones que se encuentran en el núcleo de un átomo de un elemento. Es lo que distingue a un elemento de otro y determina su posición en la tabla periódica.
- Ley Periódica:
- El principio fundamental que establece que las propiedades de los elementos químicos son una función periódica de su número atómico.
- Período:
- Una fila horizontal en la tabla periódica. Los elementos dentro de un mismo período tienen el mismo número de capas electrónicas ocupadas.
- Grupo o Familia:
- Una columna vertical en la tabla periódica. Los elementos dentro del mismo grupo tienden a tener propiedades químicas similares debido a que poseen la misma cantidad de electrones de valencia.
- Electrones de Valencia:
- Los electrones que se encuentran en la capa electrónica más externa de un átomo y que son los principales responsables del comportamiento químico del elemento.
- Metal:
- Un elemento que generalmente es brillante, buen conductor del calor y la electricidad, maleable y dúctil. Tienden a perder electrones para formar iones positivos (cationes).
- No Metal:
- Un elemento que generalmente es opaco, mal conductor del calor y la electricidad, y frágil en estado sólido. Tienden a ganar electrones para formar iones negativos (aniones).
- Metaloide:
- Un elemento que posee propiedades intermedias entre los metales y los no metales. Algunos son semiconductores de electricidad.
- Metales Alcalinos:
- Los elementos del grupo 1 de la tabla periódica (excepto el hidrógeno). Son metales muy reactivos que tienden a perder un electrón.
- Metales Alcalinotérreos:
- Los elementos del grupo 2 de la tabla periódica. Son metales reactivos que tienden a perder dos electrones.
- Metales de Transición:
- Los elementos ubicados en la parte central de la tabla periódica (bloque d). Se caracterizan por tener electrones en el orbital d.
- Elementos de Transición Interna (Tierras Raras):
- Los lantánidos y actínidos, ubicados separadamente en la parte inferior de la tabla periódica (bloque f). Se caracterizan por tener electrones en el orbital f.
- Halógenos:
- Los elementos del grupo 17 de la tabla periódica. Son no metales muy reactivos que tienden a ganar un electrón.
- Gases Nobles:
- Los elementos del grupo 18 de la tabla periódica. Son gases monoatómicos muy poco reactivos debido a su capa de valencia completa.
- Configuración Electrónica:
- La distribución de los electrones de un átomo en sus diferentes niveles y subniveles de energía.