Propiedades periódicas

Fue apenas en el siglo XX que se descubrió que las propiedades de los elementos no son función periódica de las masas atómicas, sino que varían periódicamente con sus números atómicos.

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Propiedades periódicas

El sistema periódico actual es una forma de ordenar los elementos en grupos y en períodos, de manera que en los grupos se colocan los elementos de propiedades análogas, mientras que en los períodos se colocan los elementos que aumentan en una unidad el número atómico del elemento precedente. Fue apenas en el siglo XX que se descubrió que las propiedades de los elementos no son función periódica de las masas atómicas, sino que varían periódicamente con sus números atómicos.

La tabla periódica se organiza en siete filas horizontales, que se llaman periodos, y 18 columnas verticales, que reciben el nombre de grupos. Además, por facilidad de representación, aparecen dos filas horizontales fuera de la tabla que corresponden a elementos que deberían ir en los periodos sexto y séptimo, después del tercer elemento del periodo.

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Los grupos con mayor número de elementos son: 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18. Se conocen como grupos principales. Los grupos del 3 al 12 están formados por los llamados elementos de transición, y los elementos que aparecen aparte se conocen como elementos de transición interna. Los elementos de la primera fila de elementos de transición interna se denominan lantánidos, ya que continúan a partir del elemento lantánido con número atómico 57. Los de la segunda fila son actínidos y continúan después del elemento actinio, con número atómico 89.

Observa la siguiente estructura en la imagen:

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El número del grupo al que pertenece un elemento coincide con sus electrones de valencia (de dos dígitos, corresponde al segundo dígito).

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Una de las ventajas de la tabla periódica es que permite predecir las propiedades de los elementos con sólo ver su posición dentro de ella. Además permite realizar comparaciones entre diferentes propiedades de los elementos, a las cuales se les conoce como propiedades periódicas.

Antes de explicar las propiedades periódicas, necesitas conocer el concepto de ion. Ya sabes que el átomo es eléctricamente neutro porque tiene el mismo número de protones y de electrones. Si un átomo gana uno o más electrones, va a tener mayor número de electrones que de protones, o bien si un átomo cede uno o más electrones, el número de protones va a ser mayor. En los dos casos, el átomo ya no es neutro, ya que tiene mayor carga negativa o mayor carga positiva. Se forma un ion negativo (anión) o un ion positivo (catión), respectivamente. Para que lo comprendas mejor, vamos a ejemplificarlo con el sodio y el cloro.

El sodio tiene como número atómico 11, es decir, tiene 11 protones y 11 electrones:

Como podrás observar, la carga positiva es mayor que la negativa en uno, lo que se expresa como: Na+1 (catión).

El cloro tiene como número atómico 17, es decir, tiene 17 protones y 17 electrones:

Como puedes observar, la carga negativa es mayor que la positiva en uno, lo que se expresa como Cl-1 (anión).

La Tabla Periódica permite predecir las propiedades de los elementos con sólo ver su posición dentro de ella y realizar comparaciones entre las diferentes propiedades de los elementos.  Todos los elementos de un mismo grupo poseen un comportamiento químico similar, debido a que poseen el mismo número de electrones en su nivel externo (electrones de valencia).

Las variaciones de las propiedades periódicas que se presentan entre los elementos de diferentes grupos dependen del acomodo de los electrones en el átomo (configuraciones electrónicas), en especial de la configuración del nivel más externo ocupado.

Radio atómico

El tamaño de un átomo no es invariable: depende del entorno inmediato en el que se encuentre, así como de su interacción con los átomos vecinos. El radio atómico de un elemento es la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos vecinos. Se miden en angstroms Å (1 Å = 1x10-10 m) o nanómetros nm (1 nm = 1 x 10 m). Los átomos de los distintos elementos varían mucho en tamaño. Por ejemplo, el radio del átomo del rubidio es de 2.50 Å. Casi 4 veces más grande que el del átomo de flúor (0.64 Å).

En términos generales, a lo largo de un grupo, el radio atómico aumenta de arriba hacia abajo debido a que el número de electrones que se debe acomodar es mayor y recuerda que hay un número máximo de electrones para cada nivel de energía. Por ello, se requiere un mayor número de niveles, lo que provoca que los últimos electrones que se acomodan estén más alejados del núcleo. A diferencia de los grupos, al avanzar en un periodo, disminuye el valor de los radios atómicos de izquierda a derecha. La explicación es la siguiente: el nivel en el que se van acomodando los electrones es el mismo, pero la carga positiva del núcleo aumenta, lo que hace que los electrones se acerquen más al núcleo, y disminuyendo así el radio.

Energía de ionización

Es la energía necesaria para separar el electrón externo de un átomo neutro en estado gaseoso. Depende de la distancia entre el electrón y el núcleo, es decir que entre más alejado esté el electrón del núcleo, menos atracción ejercerá este último sobre él y viceversa, entre más cerca esté el electrón del núcleo más energía requerirá para que se separe, ya que hay mayor atracción entre ellos. Como verás, esta propiedad está relacionada con el radio atómico.

Dentro de un mismo grupo, la energía de ionización disminuye de arriba hacia abajo y esto se debe a que conforme descendemos en la tabla periódica, los átomos tienen más electrones, lo que hace que disminuya la atracción del núcleo sobre el electrón más externo. En un mismo periodo la energía de ionización aumenta de izquierda a derecha, debido a que su radio atómico disminuye. El electrón externo del átomo está menos alejado del núcleo y por tanto la fuerza con la cual es atraído aumenta.

Afinidad electrónica

Se refiere a la energía desprendida en un proceso en el que un átomo neutro en estado gaseoso, acepta un electrón para formar un ion. Otra forma de definirla es como la cantidad de energía absorbida cuando se añade un electrón a un átomo aislado gaseoso para formar un anión. Las tendencias generales en la tabla periódica indican que, aumenta de izquierda a derecha en cada período y de abajo hacia arriba en los grupos. La variación de afinidad electrónica dentro del sistema periódico es similar a la variación de la energía de ionización, aunque es mucho menos periódica. Los elementos con las afinidades electrónicas más altas son los situados cerca del oxígeno, el flúor y el cloro. Convencionalmente se asigna un valor positivo a la energía absorbida y negativo a la energía liberada, por eso en el esquema que se te muestra indica más negativa ya que a mayor afinidad electrónica mayor energía liberada y el valor es más negativo. Los elementos que tienen mayor actividad química son los que tienen un potencial de ionización muy pequeño y una afinidad electrónica muy grande.

Electronegatividad

La electronegatividad de un elemento mide su tendencia a atraer hacia sí sus electrones y los electrones cercanos cuando está químicamente combinado con otro átomo. Cuanto mayor sea, mayor será su capacidad para atraerlos. Linus Pauling la definió como la capacidad de un átomo en una molécula para atraer electrones hacia sí. Sus valores fueron determinados por él en una escala arbitraria, denominada escala de Pauling, cuyo valor máximo es 4 para el flúor, el elemento más electronegativo. El elemento menos electronegativo es el cesio, con una electronegatividad de 0.7. Los elementos con altas electronegatividades (no metales) generalmente ganan electrones (forman aniones), mientras que los de bajas electronegatividades pierden electrones (forman cationes).

La electronegatividad de un átomo en una molécula está relacionada con su energía de ionización y su afinidad electrónica. Un átomo con una afinidad electrónica muy negativa y una energía de ionización elevada, atraerá electrones de otros átomos, y además se resistirá a liberar sus electrones ante atracciones externas. Será muy electronegativo.

La tendencia general en la tabla periódica indica que aumenta de izquierda a derecha en un período y de abajo hacia arriba en un grupo. Lo puedes observar en el esquema que se te muestra.

Autoevaluación

  1. Vamos a revisar que te han quedado claras las propiedades periódicas. Relaciona el concepto con su definición.
    Afinidad electrónicaEnergía de ionizaciónElectronegatividadRadio atómico
    DefiniciónConcepto
    Es la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos vecinos. Se miden en angstroms.
    Mide su tendencia a atraer hacia sí sus electrones y los electrones cercanos cuando está químicamente combinado con otro átomo.
    Energía desprendida en un proceso en el que un átomo neutro en estado gaseoso, acepta un electrón para formar un ion.
    Energía necesaria para separar el electrón externo de un átomo neutro en estado gaseoso.

  2. Arrastra el nombre que corresponda para organizar correctamente la tabla periódica: grupos o periodos.
    PeriodoGrupo
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