UNIDAD DIDÁCTICA 3 SISTEMA PERIÓDICO

U.D. 3 - EL SISTEMA PERIÓDICO UD 3 -

FISICA Y QUÍMICA. 1º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA

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FÍSICA Y QUÍMICA. 1º DE BACHILLERATO

PROFESOR: CARLOS MARTÍN ARTEAGA

UNIDAD DIDÁCTICA 3

SISTEMA PERIÓDICO

PRESENTACIÓN DE LA UNIDAD DIDÁCTICA

Desde que se confirmó la existencia de los elementos químicos fueron muchos los científicos que intentaron

agruparlos de forma ordenada para poder estudiarlos con mayor facilidad. Surgió así la Tabla Periódica.

Verás que en la Tabla Periódica los elementos no ocupan una posición caprichosa, sino que obedece a unas

reglas estrictas. Cuando se establecieron los lugares que debían ocupar cada uno de ellos no se conocía aún

la estructura de los átomos ni, por tanto, su configuración electrónica. Esta distribución obedecía a la gran

similitud en las propiedades químicas entre algunos elementos y a la enorme diferencia en las mismas entre

otros. Curiosamente, mucho después, se descubrió que la posición de los elementos químicos en la Tabla

Periódica está estrechamente relacionada con la configuración electrónica de sus átomos.

El estudio de la Tabla Periódica te ayudará a deducir las propiedades generales de cada elemento químico

así cómo cuáles son semejantes entre ellos y cuáles difieren en mayor o menor grado.

El conocimiento de las llamadas propiedades periódicas (propiedades de los elementos químicas que están

relacionadas con la posición que ocupan éstos en la T. P.) te permitirá dar un paso más en la comprensión

de las reglas de la química.

APARTADOS DE LA UNIDAD DIDÁCTICA:

1.- CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

2.- PROPIEDADES PERIÓDICAS

3.- CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

4.- ELECTRONEGATIVIDAD

5.- CARÁCTER METÁLICO Y NO METÁLICO

6.- ELECTROVALENCIA O VALENCIA IÓNICA

7.- COVALENCIA O VALENCIA COVALENTE

8 - RADIO ATÓMICO



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1.- CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

¿QUÉ TENEMOS QUE APRENDER?

A qué llamamos Elemento Químico

Qué es el Sistema Periódico y porqué se clasificaron de esta manera los elementos químicos.

A qué llamamos Grupos o Familias y a qué llamamos Periodos.

Dónde se encuentran los Metales, los No Metales, los Gases Nobles y las Tierras Raras.

La descripción del S.P. y la estructura exacta de la tabla.

Los nombres, símbolos y posición exacta en la tabla de los alcalinos, alcalino-térreos, boroideos,

carbonoideos, nitrogenoideos, anfígenos, halógenos y gases nobles.

Los nombres y símbolos de los elementos más importantes de los metales de transición.

Las cuatro grandes zonas en qué se divide la Tabla Periódica atendiendo a la terminación de la

configuración electrónica.

ELEMENTO QUÍMICO: el elemento químico es una sustancia formada por átomos con el mismo número atómico. Por tanto un elemento químico no podemos descomponerlo en otras sustancias.

Una vez que se descubrieron todos los elementos químicos se decidió ordenarlos en una tabla teniendo en cuenta que se encontraron elementos químicos con propiedades químicas semejantes. Por ello se agruparon los elementos químicos según fueran estas propiedades químicas. Surge así el sistema periódico.

SISTEMA PERIÓDICO: el sistema periódico es una tabla en la que se encuentran representados y ordenados todos los elementos químicos que existen. Estos elementos están ordenados según su número atómico creciente, es decir, empieza con el elemento cuyo número atómico es 1, sigue con el 2, el 3… y situando en las mismas columnas verticales los elementos químicos con propiedades químicas parecidas.

Los elementos en el sistema periódico están distribuidos en PERIODOS que son 7 líneas horizontales y en GRUPOS o FAMILIAS que son las 18 columnas verticales.

Los elementos que pertenecen a las mismas familias tienen propiedades químicas semejantes.

Observamos que los elementos están divididos en dos grandes grupos separados por una línea en escalera. Los elementos que se encuentran a la izquierda de esta línea son los METALES, los que se encuentran a la derecha son los NO METALES; la última columna a la derecha no son metales ni no metales y reciben el nombre de GASES NOBLES.

Los 7 periodos del sistema periódico no son todos iguales; el primero es muy corto, tiene solo 2 elementos. El segundo y el tercero son cortos, tienen 8 elementos cada uno. El cuarto y el quinto son largos, con 18 elementos cada uno. El sexto y el séptimo son muy largos, tienen 32 elementos cada uno, aunque el séptimo está incompleto. Estos dos últimos periodos están divididos en la tabla quedando 14 elementos de cada periodo en un apartado distinto, son las llamadas TIERRAS RARAS que comprende a los lantánidos y a los actínidos.

Al escribir la configuración electrónica de los elementos que pertenecen al mismo grupo o familia observamos que los últimos electrones que entran en cada átomo en dicha configuración están situados en el mismo tipo de orbital aunque en niveles diferentes, habiendo además el mismo número de electrones en ese tipo de orbital. Así, por ejemplo, en los alcalinos el último electrón ocupa la posición s1, en los alcalino-terreos la posición s2 o en los halógenos la posición p5.

Además comprobamos que en los elementos que se encuentran situados en el mismo periodo el nivel más alto donde hay electrones coincide con el número del periodo en que se encuentran; así, por ejemplo todos los elementos que se encuentran en el cuarto periodo el nivel más alto donde hay electrones es el cuarto nivel.

Según lo anterior es lógico pensar que existe una relación directa entre las propiedades químicas de un elemento y el número de electrones más externo de configuración electrónica ya que este número es idéntico y es la característica común en todos los elementos pertenecientes al mismo grupo y por tanto con



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propiedades químicas similares. Por otra parte, podemos dividir la Tabla Periódica en cuatro grandes zonas dependiendo del tipo de orbital en el que entren los últimos electrones:

Zona "s": las dos primeras columnas; Zona "d": las diez siguientes; Zona "p": las seis de la derecha;

Zona "f": las tierras raras.

ZONA “s” ZONA “p”

1

He

1s2

2

3 Z O ZONA “d”

4

5 s1 s2 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6

6

7

ZONA “f”

* f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14

*

*

FAMILIAS:

ALCALINOS: IA (EXCEPTO HIDRÓGENO) ; ALCALINO-TÉRREOS: IIA

METALES DE TRANSICIÓN: DESDE IIIB HASTA IIB BOROIDEOS O TÉRREOS: IIIA ;

CARBONOIDEOS: IVA NITROGENOIDEOS: VA ;

ANFÍGENOS: VIA HALÓGENOS: VIIA

GASES NOBLES: 0 TIERRAS RARAS: ZONA F

¡MUY IMPORTANTE!: EL HIDRÓGENO.

En muchas tablas periódicas el hidrógeno se encuentra situado en la primera columna, pues su configuración electrónica es 1s1. Sin embargo, la realidad es que el hidrógeno es un elemento único que no pertenece a ninguna familia, pues no posee propiedades semejantes con ningún otro elemento. Además hay que tener en cuenta que el HIDRÓGENO es un NO METAL.

Ia IIa IIIb IV

b

Vb VIb VIIb VIII VIII VIII Ib IIb IIIa IVa Va VIa VIIa 0

1 H

1

He

2

2 Li

3

Be

4

B

5

C

6

N

7

O

8

F

9

Ne

10

3 Na

11

Mg

12

Al

13

Si

14

P

15

S

16

Cl

17

Ar

18

4 K

19

Ca

20

Sc

21

Ti

22

V

23

Cr

24

Mn

25

Fe

26

Co

27

Ni

28

Cu

29

Zn

30

Ga

31

Ge

32

As

33

Se

34

Br

35

Kr

36

5 Rb

37

Sr

38

Y

39

Zr

40

Nb

41

Mo

42

Tc

43

Ru

44

Rh

45

Pd

46

Ag

47

Cd

48

In

49

Sn

50

Sb

51

Te

52

I

53

Xe

54

6 Cs

55

Ba

56

La*

57

Hf

72

Ta

73

W

74

Re

75

Os

76

Ir

77

Pt

78

Au

79

Hg

80

Tl

81

Pb

82

Bi

83

Po

84

At

85

Rn

86

7 Fr

87

Ra

88

Ac**

89

* Ce

58

Pr

59

Nd

60

Pm

61

Sm

62

Eu

63

Gd

64

Tb

65

Dy

66

Ho

67

Er

68

Tm

69

Yb

70

Lu

71

** Th

90

Pa

91

U

92

Np

93

Pu

94

Am

95

Cm

96

Bk

97

Cf

98

Es

99

Fm

100

Md

101

No

102

Lr

103

LOS NO METALES SE ENCUENTRAN DENTRO DE LOS TRAZOS GRUESOS.

¡IMPORTANTE!:

Elemento en ROJO: Aprende el NOMBRE, el SÍMBOLO, la FAMILIA a la que pertenece y la POSICIÓN EXACTA

que ocupan en la tabla.

Elementos en AZUL: Aprende el NOMBRE, el SÍMBOLO y la FAMILIA a la que pertenece.



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CONTESTA Y REPASA

3.1. Haz una descripción del S. P. indicando el número de columnas, de filas horizontales, expresando como son éstas...

3.2. Rellena la siguiente tabla:

ELEMENTO SÍMBOLO FAMILIA

COBRE

Pb

NÍQUEL

F

TELURO

Kr

CALCIO

Cr

3.3. ¿A qué llamamos GRUPO o FAMILIA en el S. P.? ¿En qué se parecen los elementos que pertenecen a la misma familia?

3.4. ¿A qué llamamos PERIODO en el S. P.?

2.- PROPIEDADES PERIÓDICAS.


A qué llamamos propiedad periódica de los elementos químicos.

Cuáles son las propiedades periódicas más importantes.

Llamamos PROPIEDAD PERIÓDICA a aquella propiedad química de los elementos que varía en un mismo periodo de forma continuada al aumentar el número atómico y toma valores semejantes en la misma familia o grupo (es decir, se repiten periódicamente). Las más importantes de estas propiedades periódicas



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son: la configuración electrónica, la energía de ionización, la afinidad electrónica, la electronegatividad, el carácter metálico, la valencia iónica, la valencia covalente y el volumen atómico.

CONTESTA Y REPASA

3.5. Define propiedad periódica.

3 - CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA


La relación que hay entre la terminación de la configuración electrónica de un elemento

químico y su posición en la Tabla Periódica

Como ya hemos estudiado, a medida que avanzamos dentro de un mismo periodo la configuración electrónica de los elementos va cambiando, de modo que hay un electrón más en su orbital energético más alto. Cuando empezamos un nuevo periodo la configuración electrónica del último orbital vuelve a ser la misma.

Observa bien las zonas s, p, d y f y fíjate como conociendo la posición de un elemento en la tabla periódica podemos conocer la forma en que termina su configuración electrónica (su electrón más energético): Número de la fila o periodo (nivel) más columna en la que se encuentre (s1, s2, d1, d2...)

CONTESTA Y REPASA

3.6. Dados los siguientes elementos químicos: Ca, Ar y Sb, haz su configuración electrónica y, teniendo en cuenta ésta, indica el lugar exacto de la Tabla Periódica donde se encuentra. (Mira cuáles son sus números atómicos en la Tabla)

4.- ELECTRONEGATIVIDAD.


Cuál es la tendencia de los elementos químicos a ganar o perder electrones.

Cuál es la configuración electrónica estable y porqué se ha llegado a esa conclusión.

Qué es la Electronegatividad.

Cómo varía la electronegatividad en un grupo o familia y en un periodo.

Dados dos elementos químicos saber cuál de ellos es más electronegativo y porqué.

Como hemos visto, los átomos no suelen encontrarse en estado neutro, es decir, con el mismo número de protones que de electrones, sino que tienen tendencia a ganar o a perder electrones según cuál sea su configuración electrónica.

Esta tendencia está directamente relacionada con el hecho demostrado de que la máxima estabilidad la consigue un átomo cuando la configuración electrónica del último nivel en el que existen electrones es s2p6.

Si al ganar electrones el átomo se acerca a esa configuración, tendrá una cierta facilidad para ganarlos; al contrario, si es perdiendo electrones como se acerca más a esa configuración tendrá tendencia a perderlos y por tanto muy escasa facilidad para ganarlos.

Ahora bien, no todos los elementos químicos atraen o se desprenden de los electrones con la misma facilidad.



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Dentro del S. P. a medida que avanzamos en un mismo periodo de izquierda a derecha resulta cada vez más difícil arrancarle el electrón más externo, esto es debido a que a los elementos que se encuentran más a la izquierda se acercan, al arrancarle ese electrón, a la configuración electrónica estable (es fácil arrancarlo), mientras que los que se encuentran a la derecha se alejan cada vez más de esa estabilidad (es muy difícil arrancarlo).

Por otra parte, a medida que avanzamos dentro de un mismo periodo los elementos químicos tienen cada vez más tendencia a captar un electrón porque así se acercan más a la configuración s2p6 en su último nivel, y por tanto liberan más energía al captar dicho electrón; los átomos de la izquierda no tienen ninguna tendencia a ganar electrones mientras que los de la derecha sí la tienen.

Si nos situamos en una misma columna o familia nos encontramos que si cualquiera de los átomos de los elementos pertenecientes a la misma atrapa a un electrón exterior la configuración electrónica externa pasaría a ser la misma sea cual sea ese átomo; sin embargo el electrón exterior tendrá más tendencia a “caer” en el átomo que le “ofrezca” un nivel de energía más bajo; es decir, en el que se encuentra más arriba en dicha columna.

Para establecer las propiedades físicas y químicas de una sustancia es importantísimo conocer la mayor o menor facilidad para captar electrones que tienen los átomos que forman parte de la misma. Por ello se introduce el concepto de Electronegatividad.

La ELECTRONEGATIVIDAD es una propiedad periódica que la definimos como la facilidad que tienen los átomos de un elemento químico para atraer hacia sí los electrones cuando se combinan con átomos de otro elemento.

Por lo que hemos venido explicando en este punto la Electronegatividad aumenta en una misma columna de abajo a arriba y en un mismo periodo de izquierda a derecha.

Los valores de Electronegatividad de los elementos químicos que aparecen en la T. P. no indican una medida exacta (la electronegatividad no es una magnitud) sino que solamente sirven para comparar la electronegatividad entre dos elementos. Así, por ejemplo, el Nitrógeno tiene de electronegatividad 3,0 y el Calcio 1,0; esto no significa que el Nitrógeno tenga una electronegatividad tres veces mayor que el Calcio sino simplemente que el Nitrógeno es mocho más electronegativo que el Calcio.

El Flúor es el elemento químico más electronegativo seguido del oxígeno.

CONTESTA Y REPASA

3.7. Explica cuál de los elementos de cada una de las siguientes parejas es más electronegativo: Cloro–Yodo; Carbono-Oxígeno.

5.- CARÁCTER METÁLICO Y NO METÁLICO


A qué llamamos elemento metálico o metal y dónde están situados en la tabla periódica

A qué llamamos no metal y dónde están situados los no metales en la tabla periódica

A qué llamamos elemento semimetálicos o semimetales y dónde están situados en la tabla

periódica

A qué llamamos gases nobles y dónde están situados en la tabla periódica

Llamamos ELEMENTO METÁLICO o METAL a aquel elemento cuyos átomos tienen tendencia a perder electrones para así conseguir una configuración electrónica estable.

Llamamos NO METAL a aquel elemento que capta electrones con facilidad.

SEMIMETALES son aquellos elementos que en unas ocasiones se comportan como metales y en otras como no metales.



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Los GASES NOBLES no tienen comportamiento metálico ni no metálico ya que no tienen tendencia ni a ganar ni a perder electrones.

El carácter metálico o no metálico está íntimamente relacionado con la electronegatividad, de tal forma que los metales son poco electronegativos y los no metales son muy electronegativos.

El carácter metálico crece de derecha a izquierda en cada periodo y de arriba a abajo en cada columna. (Recuerda la descripción que hacíamos de la tabla periódica y el lugar donde se sitúan los metales y los no metales).

CONTESTA Y REPASA

3.8. ¿Cuál es la diferencia entre metales y no metales?

6.- ELECTROVALENCIA O VALENCIA IÓNICA.


Qué es la electrovalencia o valencia iónica.

Cuál es la diferencia entre la electrovalencia de los metales y la de los no metales.

Cómo se pueden deducir los valores de las electrovalencias conociendo la configuración

electrónica de los elementos químicos.

La tabla completa de las valencias iónicas

La ELECTROVALENCIA O VALENCIA IÓNICA indica la carga eléctrica que adquiere un átomo cuando gana o pierde electrones para así conseguir la configuración electrónica estable s2p6 en su última capa.

Como los metales tienen tendencia a perder electrones y adquirir así carga positiva, la valencia iónica de éstos es positiva.

Como los no metales tienen tendencia a ganar electrones la valencia iónica de éstos será siempre negativa

ELECTROVALENCIAS O VALENCIAS IÓNICAS MÁS IMPORTANTES

FAMILIA ELECTROVALENCIA O VALENCIA IÓNICA

ELEMENTOS

Alcalinos +1 Todos

Alcalino-térreos +2 Todos

Metales de Transición +1 Ag

+2 Zn, Cd

+1 y +2 Cu, Hg

+2 y +3 Cr, Mn, Fe, Co y Ni

Boroideos -3 B

+3 Al

Carbonoideos -4 C y Si

+2 y +4 Sn y Pb

Nitrogenoideos -3 N, P, As

Anfígenos -2 O, S, Se, Te

Halógenos -1 F, Cl, Br, I

Hidrógeno -1 H

CONTESTA Y REPASA

3.9. El Estroncio es el elemento de número atómico 38. Define electrovalencia y deduce la electrovalencia del estroncio. ¿Por qué decimos que el estroncio es un metal?

3.10. Deduce la electrovalencia del Cloro. ¿Por qué decimos que el cloro es un no metal?



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7.- COVALENCIA O VALENCIA COVALENTE.


A qué llamamos covalencia o valencia covalente en los no metales.

Cómo se pueden deducir los valores de la covalencia más sencilla conociendo la configuración

electrónica de los no metales.

La tabla completa de las covalencias.

La COVALENCIA O VALENCIA COVALENTE es el número de electrones desapareados que puede haber en un átomo. La valencia covalente la vamos a utilizar exclusivamente para no metales, ya que éstos son los que forman el enlace covalente.

Existen elementos no metálicos que tienen varios valores posibles de valencia covalente, esto es debido a que en los átomos de estos elementos cabe la posibilidad de que haya electrones desapareados en mayor o menor cantidad. Así, por ejemplo, el Cloro tiene como posibles valencias covalentes 1, 3, 5, 7 según tengan desapareados estos números de electrones.

VALENCIAS COVALENTES DE LOS NO METALES:

H 1

F 1

Cl, Br, I 1, 3, 5, 7

O 2

S, Se, Te 2, 4, 6

N 1, 2, 3, 4, 5

P, As 3, 5

C 2, 4

Si 4

B 3

CONTESTA Y REPASA

3. 11. Define covalencia o valencia covalente y explica por qué una de las covalencias del cloro es 1.

8 - RADIO ATÓMICO


La manera en que el tamaño de los átomos varía en una grupo o familia.

Los átomos de los distintos elementos tienen diferentes tamaños.

Si pudiéramos observar los átomos de los elementos alcalinos veríamos que a medida que descendemos en la columna de la tabla periódica el radio de los átomos va siendo cada vez mayor. Esto es debido a que en cada periodo que descendemos los elementos tienen ocupados con sus electrones un nivel energético más, es decir los orbitales de mayor energía tienen mayor tamaño.

Lo mismo ocurre, lógicamente, con el resto de familias.

El tamaño atómico aumenta al descender en una columna del Sistema Periódico.

La variación de tamaño de los átomos de los elementos en un mismo periodo es algo más compleja y será materia del próximo curso.

CONTESTA Y REPASA

3.12.- Dispón los siguientes átomos en orden creciente a su radio atómico: Sr, Mg, Ca, Be.

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