1

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 240

Capacidad de combinación• Para los elementos representativos, se define que

el número de electrones de valencia de unelemento es igual al de la familia a la quepertenece

• Y está relacionado a la manera en que se combinacon otros elementos

• La energía de cada capa dependerá del periodo enque se encuentre el elemento

• La forma de la tabla periódica nos dice entoncescomo se acomodan los electrones

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 241

Capacidad de combinación• La última capa de electrones de un átomo, se le

conoce como capa de electrones de valencia

VIIAVIAVAIVAIIIAIIAIA

Familia

7 e-

6 e-

5 e-

4 e-

3 e-

2 e-

1 e-

Nº de electrones

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 242

Tendencias periódicas• Ciertas propiedades de los elementos, exhiben

un cambio gradual conforme nos movemos a lolargo de un periodo o una familia

• El conocer estas tendencias, nos ayudará acomprender las propiedades químicas de loselementos

• Estas son:– Tamaño atómico– Potencial de ionización– Afinidad electrónica– Electronegatividad– Polarizabilidad

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 243

Tamaño Atómico• Del modelo cuántico del átomo podemos

concluir que un átomo no tiene una fronteradefinida, ello nos conduce a un problemaconceptual que puede definirse con la siguientepregunta– ¿cuál es exactamente el tamaño de un átomo?

• Sin embargo, a pesar de la falta de un radiopreciso o exacto, se espera que los átomos conun gran número de electrones sean más grandesque los átomos que poseen menos electrones.

• Estas reflexiones han llevado a los químicos aproponer varias definiciones del radio atómicobasadas en consideraciones empíricas.

2

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 244

Tamaño Atómico• Se define el radio metálico de un elemento a la

mitad de la distancia, determinadaexperimentalmente, entre los núcleos de átomosvecinos del sólido.

• El radio covalente de un elemento se define, deforma similar, esto es, la mitad de la distanciainternuclear entre átomos vecinos del mismoelemento en la molécula.

• En adelante la referencia a radios metálicos ocovalentes será sinónima de radios atómicos.

Radio metálico Radio covalente Radio iónico1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 245

Tamaño Atómico• El radio iónico de un elemento está relacionado

con la distancia entre los núcleos de los cationes yaniones vecinos.

• Para repartir esta distancia hay que usar un valorde referencia, que es el radio iónico del óxido, O2-,con 1.40 Å.

• A partir de este dato se pueden construir tablascon los radios iónicos de todos los cationes yaniones.

• Así: el radio atómico se puede estimar suponiendoque los átomos son objetosesféricos que se tocan unosa otros al estar unidos enuna molécula

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 246

Tamaño Atómico• La distancia del enlace Br-Br en el Br2 es de 2.28

Å, entonces el radio del átomo de Br es de 1.14 Å• La distancia del enlace C-C es de 1.54 Å, entonces

el radio de un átomo de Carbono es de 0.77 Å• ¿Y la distancia del enlace en C-Br?• Para tener capacidad de predicción, es necesario

que los radios atómicos determinados (por mediode alguna técnica) permanezcan iguales, alconsiderar otros compuestos (es decir que seanaditivos)

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 247

Tamaño Atómico• Con los datos anteriores y pensando que los

valores obtenidos son aditivos, podemospredecir que la distancia de enlace C-Br esigual a 1.14 + 0.77 = 1.91 Å

• En muchos de los compuestos que tienenenlaces C-Br, la distancia observada tieneaproximadamente este valor.

• Con las consideraciones anteriores, podemospresentar las características generales de lasdistancias de enlace obtenidas por medio delas técnicas como cristalografía de moléculaspequeñas, RMN y otras

3

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 248

Tamaño Atómico• Tamaño atómico

y periodicidad, delos elementosrepresentativos

• Al bajar en unafamilia los radiosaumentan

• Al avanzar a lolargo de unperiodo, los radiosdisminuyen

El radio at ómico crece

El radio atómico decrece1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 249

Tamaño Atómico• Tamaño atómico y periodicidad, de los elementos

representativos

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 250

Tamaño Atómico• Gráfica del radio atómico vs número atómico

Radi

o at

ómic

o (p

m)

Número atómico

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 251

Tamaño Atómico• Gráfica del radio atómico vs número atómico

Radi

o co

vale

nte

(pm

)

Número atómico

4

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 252

Tamaño Atómico• ¿Qué observamos al examinar a los elementos?

– Al bajar en una familia (columna) de la tablaperiódica, el radio atómico crece

– Al avanzar hacia la derecha en un periodo(renglón) de la tabla periódica, el radio atómicodecrece

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 253

Tamaño Atómico• Al bajar por una familia, los átomos crecen.• ¿La razón?

– Al cambiar de periodo añadimos otra capa.• A lo largo de un periodo los átomos disminuyen

de tamaño.• ¿La razón?

– Al haber más protones la carga positiva esmayor, eso atrae más a los electrones.

– Como no hemos cambiado de nivel, loselectrones están más atraídos por el núcleo.

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 254

Tamaño Atómico• ¿Cuáles son las bases de estas observaciones?• Hay dos factores que afectan a los orbitales y por tanto a

los electrones de un átomo:– El número cuántico principal (la energía de los

electrones en el átomo)– La carga nuclear efectiva (cuantos y como están los

electrones de ese átomo)• A lo largo de un periodo (no cambia el número cuántico

principal) observamos:– El número de electrones de core (electrones que

apantallan) permanece constante y únicamente varíael número de electrones de valencia

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 255

Tamaño Atómico• Entonces el tamaño aumenta porque:

– Si el número de electrones crece, pero elnúmero de electrones que apantallan lacarga del núcleo permanece constante,

– La carga nuclear efectiva (Zeff) sobre loselectrones de valencia crece y serán másatraídos hacia el núcleo conformeavanzamos en el periodo, de manera queel radio disminuirá

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1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 256

Tamaño Atómico• Así para los elementos en que estamos llenando

la subcapa 3p, tenemos:• En cada caso hay 12 electrones que apantallan

(1s22s22p63s2), de manera que al aumentar elnúmero de electrones de valencia:

6+5+4+3+2+1+Zeff

181716151413Número atómico

ArClSPSiAlElemento

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 257

Tamaño Atómico• Ahora bien al bajar en una familia

– El número de electrones de valenciapermanece constante

– El número cuántico principal aumenta– El número de electrones que apantallan crece,– pero también crece la carga nuclear– y el resultado final es que esencialmente la

carga nuclear efectiva sobre los electrones devalencia permanece constante

• Puesto que al aumentar el número cuánticoprincipal los electrones que caben en el átomoson más, al bajar en una familia, el radioatómico crece.

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 258

Tamaño Atómico• Por ejemplo en la familia 1 o 1A (ponemos a

los electrones de valencia en rojo y a los decore, es decir los que apantallan, en azul)

51+1s22s22p63s23p64s23d104p65s1Rb37

41+1s22s22p63s23p64s1K19

31+1s22s22p63s1Na1121+1s22s1Li3

nZeffConfiguración electrónicaElementoNo

atómico

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 259

Tamaño de los ionesTamaño de los iones• Tamaño de los Iones

y periodicidad,de los elementosrepresentativos

• Ojo: para especiesisoelectrónicas– Al aumentar la carga

positiva el radiodisminuye

– Al aumentar lacarga negativaocurre lo opuesto

El radio i ónico crece

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1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 260

Tamaño de los ionesTamaño de los iones• Tamaño de los Iones y periodicidad, de los

elementos en pm (valencia)

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 261

Tamaño de los ionesTamaño de los iones• Gráfica del radio iónico (pm), de los elementos.

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 262

Potencial de ionización• Se define como la energía que se requiere para

sacar al electrón más externo de un átomoneutro

• La energía de ionización de un átomo mide quetan fuerte este retiene a sus electrones

• La energía de ionización es la energía mínimarequerida para quitar un electrón de un átomoaislado gaseoso en su estado basal

• Ojo esto no se refiere a la energía requerida paraquitar un electrón de las capas internas,

• Acuérdate que esos están mas agarrados alátomo, porque están más cerca y porque les tocamás carga del núcleo

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 263

Potencial de ionización

• Aquí nos referimos al estado basal del átomocompleto, entonces el electrón que saldráserá el que tiene menos energía es decir elmás lejano al núcleo.

• La primera energía de ionización, I1, es laenergía necesaria para quitarle el primerelectrón del átomo:Na(g) sd Na+

(g) + 1e-

• La segunda energía de ionización, I2, es laenergía requerida para quitarle el siguienteelectrón (esto es el segundo) del átomoNa+

(g) sd Na2+(g) + 1e-

7

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 264

Potencial de ionización

• Entre mayor sea el valor del subíndice en Inmayor será la dificultad para quitar eseelectrón

• Conforme quitamos electrones, y dado quela carga positiva del núcleo no cambia, estoconduce a que haya mayor atracción sobrelos electrones que quedan

• La Zeff crece al quitar electrones• Para quitar los electrones restantes se

requiere cada vez más energía (es decir laenergía de ionización es mayor para cadaelectrón subsiguiente)

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 265

Potencial de ionización• Energías de ionización (kJ / mol)

• También hay un gran incremento en laenergía de ionización cuando se quitan loselectrones de las capas más internas n-1 (esdecir la que no son de valencia)

11,60027441816577Al

77301450738Mg

4560496NaI4I3I2I1Elemento

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 266

Potencial de ionización• Esto se debe al hecho de que al pasar a un orbital

con número cuántico principal menor, el electrónque se intenta quitar está mucho más cerca delnúcleo y por tanto está mucho más atraído

• Los electrones interiores están tan unidos alátomo que son muy difíciles de ionizar de talmanera que no participan en el enlace químico

• Primera energía de ionización en función delnúmero atómico– Al avanzar en un periodo, la energía de

ionización aumenta al incrementar el númeroatómico

– Al bajar en una familia, la energía de ionizacióndisminuye al incrementar el número atómico

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 267

Potencial de ionización• Gráfica de la primera energía de ionización

Pote

ncia

l de

ioni

zaci

ón (

eV)

Número atómico

8

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 268

Potencial de ionización• Gráfica de la segunda energía de ionización

Pote

ncia

l de

ioni

zaci

ón (

eV)

Número atómico1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 269

Potencial de ionización• Gráfica de la tercera energía de ionización

Pote

ncia

l de

ioni

zaci

ón (

eV)

Número atómico

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 270

Potencial de ionización• Gráfica de la cuarta energía de ionización

Pote

ncia

l de

ioni

zaci

ón (

eV)

Número atómico

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 271

Potencial de ionización• Gráfica comparativa de energía de ionización

Pote

ncia

l de

ioni

zaci

ón (

eV)

Número atómico

9

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 272

Potencial de ionización• Primera energía de ionización

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 273

Potencial de ionización• Primera energía de ionización

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 274

Potencial de ionización• Las bases físicas de estas observaciones son:

– Conforme crece la carga efectiva oconforme la distancia del electrón alnúcleo disminuye, habrá mayor atracciónentre el núcleo y el electrón

– La carga efectiva crece a lo largo de unperiodo y además el radio atómico tambiéndisminuye

– Al bajar en una familia, la distancia entre elnúcleo y el electrón aumenta y la atracciónentre el electrón y el núcleo disminuye

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 275

Afinidad electrónica• Se define como la energía que se obtiene cuando

un átomo gana un electrón– Los átomos pueden ganar electrones para

formar iones cargados negativamente (aniones)– La afinidad electrónica es el cambio energético

asociado al proceso en el que un átomo en suestado basal gana un electrón

• Para todos los átomos cargados positivamente ypara la mayoría de los átomos neutros, en esteproceso se libera energía cuando se añade unelectrónCl(g) + e- sd Cl-(g) ΔE = -328 kJ / mol– La reacción anterior indica que el cloro tiene una

afinidad electrónica de 328 kJ/mol

10

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 276

Afinidad electrónica• Entre mayor sea la atracción que tiene el átomo

por el electrón, más exotérmico será el proceso• Para los aniones y algunos átomos neutros, añadir

un electrón no es tan fácil dando como resultadoun proceso endotérmico

• Es decir se debe de hacer trabajo para forzar alelectrón dentro del átomo, produciendo un anióninestable

• Los halógenos, a los que únicamente les falta unelectrón para llenar la subcapa p, son los quetienen mayor atracción por un electrón

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 277

Afinidad electrónica• Es decir tienen las afinidades electrónicas con los

valores negativos más grandes• Al añadirles un electrón, obtienen la misma

configuración electrónica que la de los gases nobles• En cambio las familias 2A y 8A tienen subcapas

llenas (s, y p respectivamente)• Por lo tanto el electrón añadido debe colocarse en

un orbital de mayor energía• El añadir electrones a estos elementos es un

proceso endotérmico

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 278

Afinidad electrónica• Valores de las afinidades electrónicas en kJ/mol

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 279

Afinidad electrónica• Gráfica de la afinidad electrónica:

Afin

idad

ele

ctró

nica

(kJ

/mol

)

Número atómico

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