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martes, 22 de mayo de 2012

Propiedades periodicas




Las propiedades periódicas son propiedades que presentan los elementos químicos y que se repiten secuencialmente en la tabla periódica. Por la colocación en la misma de un elemento, podemos deducir que valores presentan dichas propiedades así como su comportamiento químico.
Como se ha dicho, encontramos una periodicidad de esas propiedades en la tabla. Esto supone, por ejemplo, que la variación de una de ellas en los grupos va a responder a una regla general. Esto nos permite, al conocer estas reglas de variación, cual va a ser el comportamiento químico de un elemento, ya que dicho comportamiento, depende en gran manera, de sus propiedades periódicas.


Principales propiedades periódicas
- Potencial de ionización: energía necesaria para arrancarle un electrón.
- Electronegatividad: mide la tendencia para atraer electrones.
- Afinidad electrónica: energía liberada al captar un electrón.
- Carácter metálico: define su comportamiento metálico o no metálico.
Otras propiedades:
  - Volumen atómico         - Radio iónico                - Radio atómico
  - Densidad                        - Calor específico            - Calor de vaporización
  - Punto de ebullición        - Punto de fusión            - Valencia covalente
  - Carácter oxidante o reductor                                 -Radio de van der Waals
A continuación se detallaran algunas de estas propiedades periódicas:


Electronegatividad


 La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí electrones, cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos
Pauling la definió como la capacidad de un átomo en una molécula para atraer electrones hacia así. Sus valores, basados  en datos termoquímicos, han sido determinados en una escala arbitraria, denominada escala de Pauling, cuyo valor máximo es 4 que es el valor asignado al flúor, el elemento más electronegativo. El elemento menos  electronegativo, el cesio, tiene una electronegatividad de 0,7.


 La electronegatividad de un átomo en una molécula está relacionada con su potencial de ionización y su electroafinidad.
  Un átomo con una afinidad electrónica muy negativa y un potencial de ionización elevado, atraerá electrones de otros átomos y además se resistirá a dejar ir sus electrones ante atracciones externas; será muy electronegativo.
El método sugerido por el profesor R.S. Mulliken promedia los valores del potencial de ionización y afinidad electrónica de un elemento
                            XM = 0,0085 (P.I. + A.E.)

Variación periódica




Las electronegatividades de los elementos representativos aumentan de izquierda a derecha a lo largo de los periodos y de abajo a arriba dentro de cada grupo.
Las variaciones de electronegatividades de los elementos de transición no son tan regulares. En general, las energías de ionización y las electronegatividades son inferiores para los elementos de la zona inferior izquierda de la tabla periódica que para los de la zona superior derecha.
El concepto de la electronegatividad es muy útil para conocer el tipo de enlace que originarán dos átomos en su unión:
El enlace entre átomos de la misma clase y de la misma electronegatividad es apolar.
Cuanto mayores sean las diferencias de electronegatividad entre dos átomos tanto mayor será la densidad electrónica del orbital molecular en las proximidades del átomo más electronegativo. Se origina un enlace polar.
Cuando la diferencia de electronegatividades es suficientemente alta, se produce una transferencia completa de electrones, dando lugar a la formación de especies iónicas.



Potencial de Ionización
1er. Potencial de ionización: Energía necesaria para arrancar un e- de un átomo aislado en fase gaseosa en su estado fundamental y obtener un ion monopositivo gaseoso en su estado fundamental más un electrón sin energía cinética. Siempre se les asigna un valor positivo, por tratarse de una reacción endotérmica.


2do. Potencial de ionización: Energía necesaria para arrancar a un ion monopositivo gaseoso en estado fundamental y obtener un ion di positivo en las mismas condiciones más un electrón sin energía cinética.




Energía de ionización total para llegar a un ion determinado es la suma de los sucesivos potenciales de ionización
*    Las energías de ionización miden, por tanto, la fuerza con que el átomo retiene sus electrones. Energías pequeñas indican una fácil eliminación de electrones y por consiguiente una fácil formación de iones positivos.
*    Los potenciales de ionización sucesivos para un mismo elemento crecen muy deprisa, debido a la dificultad creciente para arrancar un electrón cuando existe una carga positiva que le atrae y menos cargas negativas que le repelan.
*    El conocimiento de los valores relativos de las energías de ionización sirve para predecir si un elemento tenderá a formar un compuesto iónico o covalente
Energía de ionización
Tendencia del elemento
Tipo de compuesto
Baja
Perder electrones y dar iones positivos
Iónicos
Elevada
Compartir electrones
Covalentes
Muy elevada
Ganar electrones y dar iones negativos
Iónicos


Variación periódica:



*    Dentro de una familia, el aumento del número de electrones tiende a reducir el potencial de ionización debido a los efectos combinados del tamaño y de efecto pantalla. Al descender en un grupo, se obtienen átomos más voluminosos en los que los electrones están menos retenidos, por lo que el potencial de ionización decrecerá.
*    En un periodo tiende a aumentar al hacerlo el número atómico. En principio, la tendencia que cabria esperar es que al aumentar la carga nuclear efectiva y no aumentar apenas el radio atómico, la energía de ionización sea cada vez mayor.
*    En cada segmento periódico, los gases raros tienen las energías de ionización más elevadas. Estos gases son elementos muy estables y sólo los más pesados de ellos muestran alguna tendencia a unirse con elementos para dar compuestos.

Radio Iónico

La estructura y la estabilidad de los sólidos iónicos dependen de manera crucial del tamaño de los iones. Éste determina tanto la energía de red del sólido como la forma en que los iones se empacan en el sólido. Además el tamaño iónico influye en las propiedades de los iones en disolución.
El tamaño de un ion depende de:
o   Su carga nuclear.
o   Número de electrones.
o   Orbitales en los que residen los electrones de la capa exterior.
 Variación periódica
Los iones positivos sencillos son siempre más pequeños que los átomos de los que derivan y, al aumentar la carga positiva, su tamaño disminuye.
 Los iones sencillos cargados negativamente son siempre mayores que los átomos de los que derivan. El tamaño aumenta con la carga negativa.




Dentro de un grupo, las diferencias entre los radios atómicos e iónicos son muy parecidas.
Para iones con la misma carga, el tamaño aumenta conforme bajamos por un grupo de la tabla periódica. Un aumento en el número cuántico principal del orbital ocupado más externo de un ion, aumenta también el tamaño del ion así como el del átomo del que deriva.

Radio atómico

El tamaño de un átomo no es invariable sino que depende del entorno inmediato en el que se encuentre, de su interacción con los átomos vecinos.
Estimar el tamaño de los átomos es un poco complicado debido a la naturaleza difusa de la nube electrónica que rodea al núcleo y que varía según los factores ambientales. Se realizan las medidas sobre muestras de elementos puros no combinados químicamente y los datos así obtenidos son los tamaños relativos de los átomos.
El radio atómico identifica la distancia que existe entre el núcleo y el orbital más externo de un átomo. Por medio del radio atómico, es posible determinar el tamaño del átomo.
En un grupo cualquiera, el radio atómico aumenta de arriba abajo con la cantidad de niveles de energía. Al ser mayor el nivel de energía, el radio atómico es mayor.


En los períodos, el radio atómico disminuye al aumentar el número atómico (Z), hacia la derecha, debido a la atracción que ejerce el núcleo sobre los electrones de los orbitales más externos, disminuyendo así la distancia entre el núcleo y los electrones.
El radio atómico puede ser covalente o metálico. La distancia entre núcleos de átomos "vecinos" en unas moléculas es la suma de sus radios covalentes, mientras que el radio metálico es la mitad de la distancia entre núcleos de átomos "vecinos" en cristales metálicos. Usualmente, por radio atómico se ha de entender radio covalente.


Radio atómico de un elemento es la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos vecinos.


Los radios atómicos se indican a menudo en angstroms A 10-10m), nanómetros (nm, 10-9 m) picometro (pm, 10-12 m).


Variación periódica
o   Aumentan hacia abajo en un grupo (en cada nuevo periodo los electrones más externos ocupan niveles que están más alejados del núcleo, los orbitales de mayor energía son cada vez más grandes, y además, el efecto de apantallamiento hace que la carga efectiva aumente muy lentamente de un período a otro
o   Disminuyen a lo largo de un periodo (los nuevos electrones se encuentran en el mismo nivel del átomo, y tan cerca del núcleo como los demás del mismo nivel. El aumento de la carga del núcleo atrae con más fuerza los electrones y el átomo es más compacto).
o   En el caso de los elementos de transición, las variaciones no son tan obvias ya que los electrones se añaden a una capa interior, pero todos ellos tienen radios atómicos inferiores a los de los elementos de los grupos precedentes IA y IIA. Los volúmenes atómicos van disminuyendo hasta que llega un momento en el que hay tantos electrones en la nueva capa que los apantallamientos mutuos y las repulsiones se hacen importantes, observándose un crecimiento paulatino tras llegar a un mínimo.


Electroafinidad

Energía desprendida en un proceso en el que un determinado átomo neutro gaseoso en estado fundamental, capta un electrón para dar un ion mononegativo gaseoso en estado fundamental.


Con muy pocas excepciones, este proceso de captación de electrones es favorable (la atracción nuclear compensa la repulsión electrónica).
Las segundas, terceras, ... afinidades electrónicas son siempre energéticamente desfavorables.


La energía total puesta en juego para pasar de un átomo neutro en estado fundamental y gaseoso a un ion negativo con n cargas es la suma de las afinidades electrónicas.


Variación periódica


*    La variación de afinidad electrónica dentro del sistema periódico es similar a la variación del potencial de ionización, aunque es mucho menos periódica. A partir de estas dos propiedades se puede analizar hasta que punto un átomo neutro está satisfecho con su número de electrones. A mayor potencial de ionización y electroafinidad, mayor es la apetencia electrónica (electronegatividad) de la especie.


*    Los elementos con las afinidades electrónicas más altas son los situados cerca del oxígeno, el flúor y el cloro.

Los elementos que tienen mayor actividad química son los que tienen un potencial de ionización muy pequeño y una afinidad electrónica muy grande.




Carácter metálico





En los grupos el carácter metálico aumenta de abajo hacia arriba y en los períodos disminuye de izquierda a derecha

El carácter metálico se puede considerar como la facilidad para que un átomo libere electrones. Luego entonces entre más alejados los tenga ejercerá una fuerza de atracción menor y los soltará fácilmente. De aquí se puede deducir que los átomos de los periodos mayores en un grupo, tendrán mayor carácter metálico que los de los primeros periodo


En cuanto a la comparación a lo largo de un periodo: un átomo va a atraer con mayor fuerza a los electrones que le permita alcanzar una configuración de gas noble, pasada esta configuración, ya no los atrae con tanta fuerza. De aquí se deduce que los elementos de la izquierda de la tabla periódica tendrán mayor carácter metálico que los cercanos a los gases nobles que se encuentran a la derecha de la tabla.


Los elementos químicos tienen mayor carácter metálico cuanto más abajo y a la izquierda de la tabla periódica se encuentren (Al igual que el radio atómico y el poder reductor). Es decir, el elemento con mayor carácter metálico será el Francio “Fr” (es el elemento que se encuentra más abajo y a la izquierda de
la tabla periódica) y el elemento con menor carácter metálico será el Flúor “F” (es el elemento que más arriba y a la derecha se encuentra de la tabla periódica sin tener en cuenta los gases nobles).


Carácter no metálico

Cuanto más electronegativo es un elemento, menor es su carácter metálico
Los sentidos de las flechas indican el crecimiento del carácter no metálico dentro de la tabla periódica
El carácter metálico y no metálico de los elementos está relacionado con la energía de ionización, la electroafinidad y la electronegatividad, puesto que los metales tienden a formar iones positivos, y por lo tanto a perder electrones, y los no metales tienden a ganar electrones y formar iones negativos.





Volumen atómico

El volumen atómico es el volumen que ocupa un mol de átomo del elemento considerado. Se obtiene según la siguiente ecuación:






Vol atom = masa atómica / densidad.

Se mide en unidades de volumen por mol, por ejemplo, cc/mol
Consideraciones al aplicar esta fórmula:
*    En elementos gaseosos, se toma la densidad del líquido en su punto de ebullición.
*    En sólidos con estructuras moleculares alotrópicas (como el azufre), se elige la más estable.
*    En sólidos con estructuras cristalinas alotrópicas, se toma la densidad del que tiene número de coordinación 6
El volumen atómico aumenta con el número atómico en elementos del mismo grupo (por ejemplo, el del potasio será mayor que el del sodio, etc.)
Los grupos con mayor volumen atómico son los metales del bloque s, después los no metales, y finalmente los metales de transición.




Para una explicacion sobre las propiedades periodicas de los elementos te sugerimos el siguiente video haz click en el enlace siguiente:


Explicacion de las propiedades periodicas












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