TABLA PERIDICA Y PROPIEDADES PERIDICAS
TABLA PERIDICA Y PROPIEDADES PERIDICAS
Objetivos
El objetivo fundamental de la presente prctica de laboratorio es
el de realizar un estudio experimental de la Ley Peridica de los
Elementos. Esto lo realizaremos mediante diversas pruebas qumicas y
fsicas que pongan de manifiesto las relaciones de grupo y las
diferencias graduales, de las propiedades fsicas y qumicas de las
distintas series de elementos de la tabla peridica.
La importancia de esta prctica es evidente ya que en base a la
clasificacin peridica vamos a estudiar posteriormente los diversos
elementos qumicos y sus compuestos.
Fundamento terico
La tabla Peridica
Hacia la mitad del siglo XIX los qumicos haban descubierto un
gran nmero de elementos y haban determinado sus masas atmicas y
muchas de sus propiedades. Los qumicos haban reunido lo que podra
equipararse con las pginas blancas de una gua telefnica, pero
necesitaban el equivalente a las pginas amarillas de la gua, una
clasificacin que agrupase juntos los elementos similares. Esta
tabulacin ayudara a los qumicos a concentrarse en las similitudes y
diferencias existentes entre los elementos conocidos y a predecir
las propiedades de los elementos todava por descubrir. Los qumicos
valoran la tabla peridica como un medio para organizar su
disciplina y continuaran usndola incluso si nunca se hubiesen dado
cuenta de su fundamento. La explicacin de los principios en los que
est basada la tabla peridica no se encontr hasta aproximadamente
cincuenta aos despus de haberse propuesto la tabla.
La tabla peridica se basa en las configuraciones electrnicas de
los elementos y se usa para explicar algunas propiedades de los
elementos como son: los radios atmicos, energa de ionizacin,
afinidad electrnica. Estas propiedades sern usadas luego para la
explicacin del enlace atmico e intermolecular. Clasificacin de los
elementos. La ley peridica y la tabla peridicaEn 1869 Dimitri
Mendeleev y Lothar Meyer propusieron independientemente la ley
peridica:
Cuando los elementos se organizan en orden creciente de sus
masas atmicas, algunos conjuntos de propiedades se repiten
peridicamente
Meyer bas su ley peridica en la propiedad denominada volumen
atmico, la masa atmica de un elemento divida por la densidad de su
forma slida. Ahora esta propiedad se llama volumen molar.
Volumen atmico (molar) (cm3/mol) = masa molar (g/mol) x 1/d
(cm3/g)
Meyer present sus resultados como representacin del volumen
atmico frente a la masa atmica. Ahora se suelen representar estos
resultados como puede verse en la siguiente figura:
Se observa como los valores grandes de los volmenes atmicos se
repiten peridicamente para los metales alcalinos Li, Na, K, Rb y
Cs. Meyer examin otras propiedades fsicas de los elementos y sus
compuestos tales como la dureza, compresibilidad y punto de fusin y
encontr que muchas de ellas tambin adoptan valores que se repiten
peridicamente.
Hemos examinado el trabajo de Meyer, pero ahora veremos el de
Mendeleev. El trabajo de Mendeleev atrajo ms atencin que el de
Meyer por dos motivos: Mendeleev dej espacios en blanco para
elementos todava por descubrir y corrigi los valores de algunas
masas atmicas. Los espacios que dej en blanco correspondan a las
masas atmicas 44, 68, 72 y 100, masas de los elementos que ahora
conocemos como escandio, galio, germanio y tecnecio. Dos de los
valores de masa atmica que corrigi fueron los del indio y el
uranio.
En la tabla de Mendeleev, los elementos similares estn en grupos
verticales y sus propiedades cambian gradualmente de arriba abajo
en el grupo. Por ejemplo, hemos visto que los metales alcalinos
(Grupo I de Mendeleev) tienen todos volmenes molares grandes.
Tambin tienen puntos de fusin bajos, que decrecen en el orden.
Mendeleev tuvo que colocar algunos elementos rompiendo el orden
de masas atmicas crecientes para poder situarlos en los grupos
adecuados de su tabla peridica. Mendeleev supuso que esto se deba a
errores en las masas atmicas. Cuando mejoraron los mtodos de
determinacin de masas atmicas y se descubri el argn que fue situado
delante del potasio, se hizo evidente que unos pocos elementos
permaneceran siempre descolocados. En esta poca, las colocaciones
desordenadas estaban justificadas por la evidencia qumica. Los
elementos se colocaban en los grupos que su comportamiento qumico
indicaba. No haba explicacin terica para este reordenamiento. Las
cosas cambiaron en 1913 gracias a la investigacin sobre los
espectros de rayos X de los elementos realizada por H. G. J.
Moseley.Moseley conoca el modelo atmico de Bohr que explicaba la
emisin de rayos X como consecuencia de transiciones en las que los
electrones caen a rbitas ms prximas al ncleo atmico. Moseley razono
que como las energas de las orbitas electrnicas dependen de la
carga del ncleo, las frecuencias de los rayos X emitidos deberan
depender de las cargas de los ncleos en los tomos del blanco.
Utilizando las tcnicas que acaba de desarrollar un grupo formado
por padre e hijo, W. Henry Braga y W. Lawrence Bragg y W. Lawrence
Bragg, Moseley obtuvo fotografas de los espectros de rayos X y
asign frecuencias a las lneas espectrales.
Moseley fue capaz de establecer una correlacin entre las
frecuencias de los rayos X y los nmeros equivalentes a las cargas
de los ncleos que correspondan a las posiciones de los elementos en
la tabla peridica de Mendeleev. Por ejemplo, al aluminio, elemento
dcimo tercero de la tabla le asign el nmero atmico 13. La ecuacin
de Moseley es = A(Z-b)2Donde es la frecuencia de los rayos X, Z es
el nmero atmico y A y b son constantes. Moseley utiliz esta relacin
para predecir tres nuevos elementos (Z= 43, 61 y 75), que fueron
descubiertos en 1937, 1945 y 1925, respectivamente. Tambin demostr
que no podan aparecer nuevos elementos en la zona de la tabla
peridica que l estudiaba (desde Z=13 hasta Z=79). Todos los nmeros
atmicos disponibles haban sido asignados. Por tanto, deberamos
reformular la ley peridica desde el punto de vista del trabajo de
Moseley.Las propiedades semejantes se repiten peridicamente cuando
los elementos se organizan en orden creciente de sus nmeros
atmicos.
Descripcin de una tabla peridica moderna. Tabla peridica
larga
La tabla peridica de Mendeleev estaba formada por ocho grupos.
La mayora de las tablas peridicas modernas organizan los elementos
en 18 grupos.
Los grupos verticales renen a los elementos que tienen
propiedades semejantes. Los perodos horizontales de la tabla estn
dispuestos en orden creciente de nmero atmico de izquierda a
derecha. En la tabla peridica de la contracubierta delantera los
grupos se numeran en la parte superior y los perodos en el extremo
de la izquierda. Los primeros dos grupos, el bloque s, y los ltimos
seis grupos, el bloque p, constituyen los elementos de los grupos
principales. Por su situacin intermedia entre el bloque s y el
bloque p, los elementos del bloque d se llaman elementos de
transicin. Si los elementos del bloque f, denominados a veces
elementos de transicin interna, se incorporasen en el cuerpo
principal de la tabla, esta debera aumentar su anchura hasta
incluir 32 elementos. La tabla sera generalmente demasiado ancha
para caber en una pgina impresa y por ello los elementos del bloque
f se sacan de la tabla y se colocan en la parte inferior. Los 14
elementos que van a continuacin del lantano (Z=57) se llaman
lantnidos y los 14 que siguen al actinio (Z=89) se llaman actnidos.
Radio atmico
Desgraciadamente, es difcil definir el radio atmico. La
probabilidad de encontrar un electrn disminuye al aumentar la
distancia al ncleo, pero no llega nunca a hacerse cero. No hay unos
lmites precisos para el tomo. Se podra definir un radio atmico
efectivo, como, por ejemplo, la distancia al ncleo que comprende el
90 por ciento de la densidad de la carga electrnica. Pero, de
hecho, lo nico que se puede medir es la distancia entre los ncleos
de tomos adyacentes.Con esta caracterstica de los elementos se
pueden explicar diferentes propiedades fsicas como la densidad, el
punto de fusin, punto de ebullicin.
Se caracteriza en gran medida por la fuerte atraccin entre el
ncleo sobre los electrones, cuanta mayor carga nuclear efectiva,
los electrones estarn ms fuertemente enlazados al ncleo y menor ser
el radio atmico.
Dentro del periodo, el radio atmico disminuye constantemente
debido a que aumenta la carga nuclear efectiva. Pero a medida que
se desciende en un grupo el radio aumenta segn el nmero atmico.
Energa de ionizacin
Es la cantidad de energa que debe absorber un tomo en estado
gaseoso para poder arrancarle un electrn. El electrn que se pierde
es el que est unido ms dbilmente al ncleo.
Las energas de ionizacin se miden por medio de experimentos en
los que se bombardean los tomos de un gas a baja presin con haces
de electrones (rayos catdicos).Hay que denotar que al extraer un
electrn la cantidad de energa necesaria para extraer otro aumenta,
esto se debe en consecuencia directa a la ley de Coulomb, que
establece que las fuerzas atractivas entre partculas con cargas
opuestas son directamente proporcionales a las magnitudes de las
cargas. Generalmente la energa de ionizacin disminuye cuando los
tomos se encuentran ms alejados del ncleo.Las energas de ionizacin
disminuyen al aumentar los radios atmicos.
Afinidad electrnica
Es una medida de la variacin de la energa que tiene lugar cuando
un tomo en estado gaseoso adquiere un electrn, esta proceso puede
ser exotrmico (por ejemplo cuando el Flor gana un electrn) o
endotrmico (por ejemplo cuando un gas noble gana un electrn).La
afinidad electrnica aumenta cuando el tamao del tomo disminuye, el
efecto pantalla aumenta y cuando el nmero atmico disminuye. Visto
de otra manera: aumenta de izquierda a derecha, y de abajo hacia
arriba, al igual que lo hace la electronegatividad.
Experimentos Prueba C: Comparacin de velocidades de reaccin
Prueba D: Grupo VII (Halgenos)
Reacciones Prueba C Mg(S) + HCl-----> MgCl2 + H2(g) Ca(S) +
HCl-----> CaCl2
+ H2(g) Fe(S) + HCl-----> FeCl2
+ H2(g) Prueba DSon demasiadas .Observaciones Prueba CEl
magnesio fue el que reaccion ms rpido, formando una gran cantidad
de gas, que el calcio, que no se disolvi totalmente, y ste que el
hierro, que luego de un momento recin se evidenciaron muestras de
su reaccin al notarse burbujas alrededor del clavo. Todos ellos,
cabe aclarar, frente al HCl
En la reaccin del calcio se desprendi un olor muy fuerte.
Prueba DEn el cloro se observa una formacin rosada en el fondo,
encima de esta, se observa un lquido de color blanco.
En el bromo se observa un liquido de color meln en el fondo,
encima se observa un liquido turbio, y en las paredes como unas
gotas de color meln.
En el yodo se observa un lquido de color prpura en el fondo,
encima un lquido de color medio morado.En el caso del KI con el
agua de Bromo, el fondo se torna prpura, encima un lquido medio
dorado oscuro. Arriba se ve un color rojizo, en el menisco.
El NaCl con agua de Bromo forma en el fondo un color anaranjado
claro, lquido medio transparente con gotitas doradas. El menisco
anaranjado.
El KBr con el agua de yodo y las gotas del tetra cloruro de
carbono, el lquido que se forma abajo es de color rojo oscuro, al
medio, un color cobre. El menisco no es tan pronunciado.
El NaCl con el agua de yodo y las gotas del tetra cloruro de
carbono, el lquido que se forma abajo es de color igual al del KBr
(experimento anterior) pero el volumen es mayor y el menisco que se
forma en la parte superior es ms pronunciado.
Cuestionario
1. Qu observo en la reaccin del Calcio con el agua? Seale las
caractersticas que establecen diferencias con los elementos del
grupo I.
Se observo una reaccin mucho ms lenta que la de los alcalinos,
con respecto al agua. Esto nos hace pensar que los alcalinos trreos
son menos reactivos que los alcalinos.
2. Qu diferencias encuentra entre la reaccin del Magnesio con el
agua respecto a las reacciones anteriores?Que el Magnesio, a
diferencia de los dems elementos qumicos analizados, no reacciona
tan fcilmente, hay que proporcionarle cierta energa para poder
activarlo, lo que lleva a deducir que sus reacciones son
endotrmicas.
3. Indiquen como proceden las reacciones en su prueba (C).Se
colocan los elementos metlicos simultneamente y se obtiene: Para
Mg: Al echarlo se torna de un color blanco, sale un gas, reacciona
totalmente pero en menos tiempo que los dems.
Para Ca: Reacciona rpidamente, produce ms burbujas pero no se
disuelve totalmente, quedando un precipitado, despus de un rato
termina de reaccionar.
Para Fe: Reacciona lentamente, adems se forman burbujas
alrededor del elemento.
4. Describa la prueba (D) y resuma sus resultados en un cuadro,
en el que indicar todos los cambios de color observados.La prueba
consiste en la reaccin de un halgeno con otro halgeno, con el fin
de saber cmo vara la reactividad de los halgenos mediante los
desplazamientos que puedan se puedan realizar.
Agua de Cloro + CCl4Blanco / Fondo rosado
Agua de Bromo +CCl4Blanco medio turbio / Fondo meln
Agua de Yodo + CCl4Morado / Fondo prpura
KI+ Agua de Bromo + CCl4Menisco rojo/ Fondo prpura
NaCl + Agua de Bromo + CCl4Menisco anaranjado / Lquido
transparente / Fondo anaranjado
KBr + Agua de yodo + CCl4Color cobre / Fondo rojo oscuro
NaCl + Agua de yodo + CCl4Color cobre / Fondo rojo oscuro
Colocar 2 ml. de agua de cloro en un tubo de ensayo
2 tubos de ensayo con KBr y KI cada uno
Colocar 2 ml. de agua de bromo en un tubo de ensayo
Aadir 5 gotas de CCl4
Colocar 2 ml. de agua de yodo en un tubo de ensayo
Agitar y observar cambios.
