FISICO – QUÍMICA
PROPIEDADES PERIÓDICAS 3° año - Escuela N° 791
PROPIEDADES PERIÓDICAS La utilidad de la Tabla Periódica reside en que la ordenación de los elementos químicos permite poner de manifiesto muchas regularidades y semejanzas en sus propiedades y comportamientos. Por ejemplo, todos los elementos de un mismo grupo poseen un comportamiento químico similar, debido a que poseen el mismo número de electrones en su capa más externa (estos electrones son los que normalmente intervienen en las reacciones químicas). Existen, por tanto, muchas propiedades de los elementos que varían de forma gradual al movernos en un determinado sentido en la tabla periódica, como son: radio atómico, radio iónico, energía de ionización, electronegatividad, electroafinidad y carácter metálico. 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 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 (10-10 m), nanómetros (nm, 10 -9 m) ó picometros (pm, 10 -12 m). Variación periódica del Radio Atómica Bajando en cualquier grupo en la tabla periódica se observa un incremento más bien considerable en el tamaño atómico. En este caso al aumentar el número atómico, aumenta la cantidad de niveles de energía, por lo que el átomo aumenta su tamaño, encontrándose los electrones más alejados del núcleo, donde son atraídos con menor fuerza. A lo largo de un periodo hay un decrecimiento pequeño aunque generalizado en el tamaño del radio atómico. Esto se debe al hecho de que a medida que avanzamos en el periodo, los elementos están en el mismo nivel de energía o a igual distancia del núcleo, pero al mismo tiempo la carga nuclear va aumentando de 1 en 1 en cada elemento. A pesar de esto, hay también un incremento en el número de electrones, cada electrón es atraído hacia el núcleo, por tanto a mayor carga nuclear mayor atracción de los electrones hacia el núcleo.
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RADIO IÓNICO El radio iónico se define en relación a iones. Un ión es una especie química con carga, ya sea esta positiva o negativa, y se originan debido a que los elementos tratan de parecerse al gas noble más cercano (elementos del grupo 18), ya que estos tienen una estabilidad superior debido a que sus niveles energéticos se encuentran completos. El término ión significa “ir hacia” y hace referencia a un circuito eléctrico, es por eso que las sustancias cargadas positivamente se llaman CATIONES (van hacia el cátodo, polo negativo) y las sustancias cargadas negativamente se llaman ANIONES (van hacia el ánodo, polo positivo). Como un átomo es eléctricamente neutro, cuando, por ejemplo, gana un electrón de más, queda cargado con -1. Mientras que si pierde un electrón queda cargado con un +1. La capacidad de un átomo para ganar o perder electrones está dada por su electronegatividad, energía de ionización y electroafinidad (propiedades que se verán más abajo).
Comparaciones entre los radios iónicos (derecha) con respecto a sus radios atómicos originales, (izquierda) para una elemento cualquiera que gana un electrón y otro cualquiera que pierda uno. El tamaño de un ion depende de: Su carga nuclear. Número de electrones. Orbitales en los que residen los electrones de la capa exterior. Variación periódica del Radio Iónico 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. En un grupo, el radio iónico varía de igual forma que el radio atómico, es decir al descender en un grupo el radio iónico aumenta. A lo largo de un periodo, disminuye su tamaño. EN RESUMEN: Los radios iónicos, en general, aumentan al descender por un grupo y disminuyen a lo largo de un periodo. Los cationes son menores que los respectivos átomos neutros y los aniones son mayores.
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ENERGÍA DE IONIZACIÓN (EI) Es la energía necesaria para extraer un electrón de un átomo neutro en estado gaseoso y formar un catión.
Variación periódica de la Energía de Ionización Cada elemento polielectrónico tiene tanta energía de ionización como electrones tenga, siendo siempre el primer potencial el menor de todos y va aumentando a medida que se van quitando los electrones, es decir, se va haciendo cada vez más difícil extraer los electrones que están más cerca del núcleo que los que están más alejados de éste. Como un aumento de energía implica dificultad, los no-metales (ubicados al costado derecho de la tabla periódica) poseen las energías más altas, por lo cual la energía de ionización aumenta a medida que se avanza en un periodo; mientras que a medida que un átomo se hace más grande es más sencillo extraer su electrón más alejado, ya que este se siente menos atraído hacia el núcleo, por lo cual la energía de ionización disminuye a medida que se baja en un grupo. ELECTRONEGATIVIDAD Es una de las propiedades más importantes para la química, ya que es esta propiedad la que explica el tipo de enlace químico en un compuesto y las propiedades de reacción de éstos. La electronegatividad se puede definir como la capacidad que tiene un elemento para atraer electrones. 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 es el cesio, tiene una electronegatividad de 0,7.
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Variación periódica de la electronegatividad Un átomo con una afinidad electrónica muy negativa y una energía de ionización elevada, atraerá electrones de otros átomos y además se resistirá a dejar ir sus electrones ante atracciones externas; será muy electronegativo. 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. ELECTROAFINIDAD También llamada afinidad electrónica, corresponde a la energía que libera un elemento cuando capta un electrón desde el infinito. Esta definición hace referencia a la capacidad que tiene un elemento para poder captar electrones, por ende, los metales serán los que tengan una electro afinidad menor, los cuales se ubican a la izquierda de la tabla periódica, por lo tanto esta propiedad aumenta a medida que se avanza en el período y disminuye a medida que se baja en el grupo. Variación periódica de la electroafinidad La variación de afinidad electrónica dentro del sistema periódico es similar a la variación de la energía de ionización, aunque es mucho menos periódica. A partir de estas dos propiedades se puede analizar hasta qué 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. CARÁCTER METÁLICO Un elemento se considera METAL, desde un punto de vista electrónico, cuando cede fácilmente electrones y no tiene tendencia a ganarlos. El NO METAL tendrá tendencia a la captación de electrones. Variación periódica del Carácter Metálico En un grupo el carácter metálico aumenta al aumentar el número atómico, los electrones están más separados del núcleo por lo que son cedidos con mayor facilidad. En un período al disminuir el tamaño del átomo, el átomo se contrae, los electrones son atraídos con mayor fuerza y el carácter metálico disminuye. Por lo tanto, a medida que descendemos en un grupo los electrones están “más libres”, menos atrapados por el campo de atracción del núcleo y el carácter metálico aumentará. Al avanzar hacia la derecha en un periodo la afinidad electrónica al aumentar, hace que el átomo tenga tendencia a captar electrones (mayor electronegatividad), y por tanto el carácter metálico disminuirá. 4