Unidad No 4 quimica inorganica I (1).pdf

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Propiedadesperiódicas delos elementos UNIDA No 4

4.1 Desarrollo de la tabla periódica

4.2 Clasificación periódica de los elementos

4.3 Variaciones periódicas de las propiedades

físicas

4.4 Energía de ionización

4.5 Afinidad electrónica

4.6 Variaciones de las propiedades químicasde los elementos representativos


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Propiedadesperiódicas delos elementos

La tabla periódica de los elementos

Gases nobles


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Tabla periódica

• Es un catálogosistemático delos elementos.

• Los elementos

estánarreglados enorden del

númeroatómico.

Proporciona gran cantidad de informacion acerca de los elementos, cadauno de los cuales se clasifica como metal, no metal o metaloide.


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Periodicidad (dado por las

filas)

Cuando observamos las propiedades de los

elementos, notamos un patrón repetitivo(periodicidad) de las reactividades.


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Tabla periódica

• La filas en la tabla

periódica son losperiodos.

• Las columnas son

los grupos.

• Los elementos en el

mismo grupo tienen

propiedadesquímicas similares.


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Grupos

Estos cinco grupos se conocen por sus

nombres, hay que memorizarlos.


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Tabla periódica

Los no metalesestán en el ladoderecho de la

tabla periódica(con excepcióndel H).


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Tabla periódica

Los metaloidesbordean lalíneaescalonada

(con excepcióndel Al, Po,y At).


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Tabla periódica

Los metalesestán en ellado izquierdode la tabla.


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Propiedadesperiódicas delos elementos Desarrollo de la tabla periódica

• Los elementos en el

mismo grupo por logeneral tienen

propiedades

químicas similares.• Sin embargo, las

propiedades físicas

no sonnecesariamente

similares.


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Dmitri Mendeleev y

Lothar Meyerllegaron a la mismaconclusión demanera

independienteacerca de cómodeberían

agruparse loselementos.


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Por ejemplo, Mendeleev predijo el descubrimientodel germanio (el cual llamo eka-silicio) como unelemento con un peso atómico entre el del zinc yel del arsénico, pero con propiedades químicassimilares a las del silicio.


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Propiedadesperiódicas delos elementos Tendencias periódicas

• En este capítulo racionalizaremos las

tendencias observadas en: – Tamaños de átomos y iones.

– Energía de ionización.

– Afinidad electrónica.


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Propiedadesperiódicas delos elementos Carga nuclear efectiva

• En un átomopolielectrónico, los

electrones son atraídos

al núcleo y repelidospor otros electrones.

• La carga nuclear que

experimenta unelectrón depende de

ambos factores.


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La carga nuclear efectiva,

Z ef, se encuentra de esta

forma:

Z ef = Z − S

donde Z es el númeroatómico y S es unaconstante de pantalla, porlo general cercana al

número de electronesinternos (pero menor queZ).


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¿Cuál es el tamaño de un átomo?

El radio atómico de

enlace se definecomo la mitad de la

distancia entre los

núcleos enlazadoscovalentemente.


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Propiedadesperiódicas delos elementos Tamaño de los átomos


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Propiedadesperiódicas delos elementos Tamaño de los átomos

El radio atómico deenlace tiende a…

…disminuir de izquierda aderecha a través de un

periodo

(debido al incremento de Z ef).…aumentar de la parte

superior a la inferior deun grupo

(debido al incremento del

valor de n ).


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Propiedadesperiódicas delos elementos Tamaño de los iones

• El tamaño iónico

depende de: – La carga nuclear.

– El número de

electrones. – Los orbitales en

que residen los

electrones.


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• Los cationes son

más pequeños quelos átomos de losque se originan.

– Se elimina elelectrón másexterior y sereduce la

repulsión entre loselectrones.


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• Los aniones son

más grandes quelos átomos de losque se originan.

– Se adicionanelectrones y seincrementa larepulsión entre los

electrones.


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• Los iones aumentan

de tamaño a medidaque se desciende enun grupo.

– Esto se debe alaumento del valor

de n .


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• En una serie isoelectrónica los iones tienen el

mismo número de electrones.

• El tamaño iónico disminuye con unincremento en la carga nuclear.

E í d i i ió


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Propiedadesperiódicas delos elementos Energía de ionización

E í d i i ió


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• La energía de ionización es la cantidad

de energía requerida para eliminar unelectrón del estado basal de un átomo oión gaseoso.

– La primera energía de ionización es laenergía requerida para eliminar el primerelectrón.

– La segunda energía de ionización es laenergía requerida para eliminar el segundoelectrón, etc.

E í d i i ió


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• Se requiere más energía para eliminar cadaelectrón sucesivo.

• Cuando se han eliminado todos los electronesde valencia, la energía de ionización realiza unsalto cuántico.

Tendencias en las primeras


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energías de ionización• A medida que se

desciende en un grupo,se requiere menosenergía para eliminar elprimer electrón.

– Para átomos en elmismo grupo, Z ef esesencialmente la misma,pero los electrones de

valencia están másalejados del núcleo.



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energías de ionización• Por lo general, a

medida que seatraviesa un

periodo, se vuelve

más difícil eliminarun electrón.

– A medida que va deizquierda a derecha,

aumenta Z ef.



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energías de ionizaciónSin embargo,

existen dosdiscontinuidades

aparentes en esta

tendencia.



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energías de ionización• La primera tiene lugar

entre los Grupos IIA yIIIA.

• En este caso se eliminael electrón de un orbital p

en vez de un orbital s . – El electrón eliminado es

el más alejado delnúcleo.

– También existe unapequeña cantidad derepulsión por loselectrones s .

P i d d Tendencias en las primeras


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energías de ionización

• La segunda tiene lugarentre los Grupos VA yVIA.

– El electrón eliminado

proviene del orbitaldoblemente ocupado.

– La repulsión del otro

electrón en el orbitalayuda en sueliminación.

Propiedades Afinidad electrónica


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Propiedadesperiódicas delos elementos Afinidad electrónica

La afinidad electrónica es el cambio de

energía que acompaña la adición de unelectrón a un átomo gaseoso:

Cl + e− → Cl−

Propiedades Tendencias en la afinidad


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Tendencias en la afinidad

electrónica

En general, laafinidad electrónica

se vuelve más

exotérmica amedida que se va

de izquierda a

derecha a través de

un periodo.



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Tendencias en la afinidad

electrónica

Sin embargo,existen de

nueva cuenta

dosdiscontinuidades

en esta

tendencia.



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pperiódicas delos elementos

e de c as e a a dad

electrónica• La primera tiene

lugar entre losGrupos IA y IIA.

– El electrón adicionado

debe ir en un orbital p ,no en un orbital s .

– El electrón está máslejano al núcleo y

siente repulsión delos electrones s .



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periódicas delos elementos

electrónica

• La segunda tiene

lugar entre los

Grupos IVA y VA.

– El grupo VA no tiene

orbitales vacíos.

– El electrón extra debeir en un orbital ya

ocupado, lo que crearepulsión.

Propiedades de metales,


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p ,

no metales y metaloides

Propiedadesiódi d

Propiedades de metales,


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p ,

no metales y metaloides

Propiedadesperiódicas de


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Propiedadesperiódicas de


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Propiedadesperiódicas de Metales frente a no metales


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pe ód cas delos elementos Metales frente a no metales

Las diferencias entre los metales y los

no metales tienden a girar alrededor de

estas propiedades.

Propiedadesperiódicas de Metales frente a no metales


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plos elementos Metales frente a no metales

• Los metales tienden a formar cationes.

• Los no metales tienden a formar aniones.

Propiedadesperiódicas de Metales


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los elementos Metales

Tienden a ser

brillantes,maleables, dúctiles

y buenos

conductores delcalor y la

electricidad.

Propiedadesperiódicas del l t Metales


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los elementos Metales

• Los compuestos

formados entremetales y no

metales tienden a

ser iónicos.

• Los óxidos

metálicos tienden a

ser básicos.

Propiedadesperiódicas delos elementos No metales


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los elementos o eta es

• Tienden a ser sustanciassin brillo y frágiles, y sonmalos conductores decalor y electricidad.

• Tienden a ganar

electrones en lasreacciones con metalespara adquirir una

configuración de gasnoble.

Propiedadesperiódicas delos elementos No metales


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los elementos

• Las sustancias que

únicamentecontienen no

metales son

compuestosmoleculares.

• La mayoría de los

óxidos no metálicosson ácidos.

Propiedadesperiódicas delos elementos Metaloides


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los elementos

• Tienen algunas

características delos metales y

algunas de los no

metales.

• Por ejemplo, el

silicio luce brillante,

pero es frágil ybastante mal

conductor.


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Tendencias de

grupo

Tendencias de

grupo

Propiedadesperiódicas delos elementos Metales alcalinos


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• Los metales

alcalinos son sólidosmetálicos blandos.

• El nombre proviene

de la palabra árabepara cenizas .



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• Se encuentran únicamente en compuestos en lanaturaleza, no en sus formas elementales.

• Tienen densidades y puntos de fusión bajos.

• También tienen energías de ionización bajas.



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Sus reacciones con agua son famosamenteexotérmicas.



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• Los metales alcalinos (excepto el Li) reaccionancon oxígeno para formar peróxidos.

• K, Rb, y Cs también forman superóxidos:K + O2 → KO2

• Producen colores brillantes cuando se colocan

en una flama.

Propiedadesperiódicas delos elementos Metales alcalinotérreos


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• Los metales alcalinotérreos tienendensidades y puntos de fusión más altos que

los metales alcalinos.

• Sus energías de ionización son bajas, perono tan bajas como las de los metales

alcalinos.

Propiedadesperiódicas delos elementos Metales alcalinotérreos


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• El berilio no reaccionacon agua, y el

magnesio únicamentereacciona con vapor,pero los otros

reaccionan fácilmentecon agua.

• La reactividad tiende

a aumentar a medidaque desciende elgrupo.

Propiedadesperiódicas delos elementos Grupo 6A


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• El oxígeno, el azufre y el selenio son no metales.

• El telurio es un metaloide.• El polonio radiactivo es un metal.

Propiedadesperiódicas delos elementos Oxígeno


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• Existen dos alótropos deloxígeno:

– O2 – O3, ozono

• Pueden haber tres aniones:

– O2−, óxido

– O22−, peróxido

– O21−, superóxido

• Tiende a tomar electrones

de otros elementos(oxidación).

Propiedadesperiódicas delos elementos Azufre


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• El azufre es unoxidante más débilque el oxígeno.

• El alótropo másestable es el S8; unamolécula anillada.

Propiedadesperiódicas delos elementos Grupo VIIA: halógenos


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• Los halógenos son no metales prototípicos.

• El nombre proviene del griego halos y

gennao : “formadores de sales”.

Propiedadesperiódicas delos elementos Grupo VIIA: halógenos


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• Tienen afinidades electrónicasnegativas grandes.

– Por lo tanto, tienden a oxidarfácilmente otros elementos.

• Reaccionan directamente conmetales para formarhalogenuros metálicos.

• Se adiciona cloro al suministro

de agua para que funcionecomo desinfectante.

Propiedadesperiódicas delos elementos Grupo VIIIA: gases nobles


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• Los gases nobles tienen energías de ionizaciónastronómicas.

• Sus afinidades electrónicas son positivas. – Por lo tanto, son relativamente no reactivos.

• Se encuentran como gases monoatómicos.

Propiedadesperiódicas delos elementos Grupo VIIIA: gases nobles


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• El Xe forma tres

compuestos:

– XeF2 – XeF4 (a la derecha)

– XeF6

• El Kr únicamente formaun compuesto estable:

– KrF2• El inestable HArF se

sintetizó en el año 2000.

Propiedadesperiódicas delos elementos RESUMEN METALES


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• Metales

Adquieren un lustre metalico cuando se pulen.

Los metales no tienden a combinarse quimicamente unos con

otros, pero si reaccionan con los no metales para formar muchos ymuy variados compuestos.

Las menas comunes de metales como el hierro y el aluminiocontienen el metal combinado con oxigeno.

Los metales del grupo IA de la tabla periodica son los masreactivos, por lo que en la naturaleza normalmente se encuentrancombinados.

Los metales menos reactivos, como el cobre, la plata y el oro,

situados cerca del centro de la tabla periodica, presentan masprobabilidades de hallarse en la naturaleza como elementos“libres”.


METALES


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METALES

Elementos químicosque son

Buenos conductores delcalor y la electricidad

Sólidos a temperaturaambiente excepto el

mercurio


HIERRO


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HIERRO

En estado puro es blando, maleable, dúctil

Punto de fusión a 1535°C y densidad de 7,86kg/dm3

Se encuentra en la corteza terrestre Puro: Muy poco (un solo lugar en el mundo) o

en meteoritos Compuesto: en todo el mundo. Ocupa el

cuarto lugar en abundancia


HIERRO


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HIERRO

• OXIDACIÓN: Reacción química en la que el hierro se

combina con el oxígeno y agua formando óxido dehierro

• ÓXIDO: se va descascarando el mismo material enforma porosa, débil y quebradizo generandosegregación (y aumento de volumen)


Protección de los metales


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Protección de los metales

• Aleaciones

• De hierro con cromo y/o níquel ( aceroinoxidable)

• Impregnación de otros materiales

• Hierro galvanizado (hierro cubierto de zinc)

• Capa impermeable (pintura u otro tratamiento)


COBRE


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• Primeras herramientas y enseres en civilizaciones

antiguas: Egipto, Asia Menor, China y América del

Sur

• En América su principal fuente es Chile

Propiedades

• De uso variado por su apariencia y condición• Punto de fusión: 1083°C• Densidad: 8,9 kg/dm3


Principales características


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p

• Conductividad del calor

• Conductividad de la electricidad• Resistencia a la corrosión, maleabilidad y ductilidadsólo superada por la plata y el oro

• Su uso más habitual es en la industria eléctrica

Cables Chapas


ZINC


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Se lo conoce a partir de 1746 donde se lo aísla enestado puro

• Propiedades• Cristalino de color blanco grisáceo

• Frágil y maleable a pocos grados (120° /180°)• Se lamina fácilmente


Aplicaciones


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• Se usa como capa protectora para el hierro o acero

(galvanizados)

• Óxido de zinc blanco como pigmento de pinturas

Propiedadesperiódicas delos elementos Resumen de no metales


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• No-metales Entre los no metales se encuentran dos gases muy conocidos el

nitrogeno y el oxigeno presentes en la atmosfera.

El carbono presente en forma de diamante, grafito y carbon vegetal,

encontrado en la naturaleza como solido en forma elemental nocombinado.

En los minerales los metales estan combinados quimicamente conlos no metales como oxigeno, nitrogeno y fosforo.

Los no metales tambien se combinan unos con otros para formarcompuestos como dioxido de carbono CO2, monoxido de carbonoCO, dioxido de azufre SO2, metano CH4 y amoniaco NH3, etc.

El fluor es el no metal mas reactivo.



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. NO METALES



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Situación de no metales

en tabla periódica

Los no metales son más electronegativos que losmetales.

La electronegatividad de los elementos aumenta de

izquierda a derecha a lo largo de cualquier periodo y deabajo hacia arriba en cualquier grupo de la tabla periódica.

Con excepción del hidrógeno, los no metales seconcentran en la parte superior derecha de la citada tabla.


.2 Propiedades generales


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Propiedades físicas

• Suelen tener poco peso espec!ico, enrelación con el que poseen los metales." #o son d$ctiles ni maleables." Carecen de brillo metálico, excepto algunos

%p.e.& ars'nico(." Son malos conductores del calor y de laelectricidad." )oseen bajo punto de !usión.

" * temperatura ambiente, pueden sersólidos, lquidos ó gases.


Propiedades generales


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Propiedades químicas

" )ueden tener n$meros de oxidación tanto positivos como

negativos." Los compuestos que se !orman por la combinación entremetales y no metales tienden a ser iónicos, !ormando un catiónmetálico y un anión no metálico." +ienen la tendencia a adquirir electrones y presentar una

electroa!inidad notablemente elevada." Sus óxidos tienen caractersticas ácidas." orman !ácilmente compuestos con el hidrógeno&

-alógenos& , Cl, r, /.

*n!genos&0, S.#itrogenoideos , ), *s.Carbonoideos& C, Si.

" orman aniones en solución acuosa.


Resumen ASES NO!LES

) d d


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1n

2.3 )ropiedades.2.2 4sos.2.5 Compuestos.


Propiedades


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" Capa cerrada" 6uy poco reactivos

" *tracciones entre átomos d'biles" 6onoatómicos" /ncoloros, inodoros e inspidos" )untos de !usión y ebullición

muy bajos

" 7xistencia& atmós!eraestrellas, materiales radiactivos,!uentes de gas natural


"sos


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" 6antener ambientesseguros y constantes


He Ne Ar Kr Xe Rn


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He Ne Ar Kr Xe Rn

Usos Llenado deglobos deobservación yotros

6ezclas-e802 pararespirar agran

pro!undidad6antenertemperaturasmuy bajas en/nvestigación

%criogenia(

1ótulos deneón

Llenado delámparasdeincandescencia

*tmós!erainertepara

soldadura,análisisqumicoinstrumental %)lasma/C)(

Luces depista y deaproximación en

aeropuertos

6ezcla de9e y :ren tubos de!lash

!otográ!ico

1adioterapia de tejidoscancerosos


Los #alógenos


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3.1 Elementos que pertenecen a este grupo.

3.2 Propiedades.

3.3 Obtención y aplicaciones de loshalógenos.

3.4 Reactividad.


Elementos $ue


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pertenecen a este grupo

" -alógenos& en griego, ;!ormadores de sales


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" 7xisten como mol'culas diatómicas que contienen enlaces covalentessencillos& 92 %9 > smbolo gen'rico de un halógeno(.

" Son mol'culas diatómicas no polares por lo que presentan puntos de

!usión y ebullición relativamente bajos. 7stos aumentan desde el !l$orhasta el yodo, /.

" La reactividad qumica aumenta en sentido opuesto, siendo el másreactivo el !l$or y el menos reactivo el yodo, / .

" La electronegatividad es alta en todos ellos y aumenta desde el yodo al!l$or, / .

" +odos tienen = electrones en su capa más externa %= electrones devalencia(.

" 7l estado de oxidación que muestran en la mayora de sus compuestos es

?3 y, excepto para el !l$or, tambi'n suelen presentar @3, @5, @A y @=.


Propiedades


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Obtención & aplicaciones


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" l!or "#. 7xiste en grandes cantidades en el mineral!luoroespato o !luorita, Ca2 y es de este mineral de donde seobtiene principalmente.

" Se usa como agente !luorante, en re!rigerantes, insecticidas,lubricantes, en plásticos %como el te!lón(.

" )resenta el siguiente aspecto&

gas amarillo pálido




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" $loro "$l#. 7xiste en abundancia en #aCl, :Cl, 6gCl2 y CaCl2 en elagua salada y en lechos salinos.

" Se prepara comercialmente por electrolisis de #aCl, presente en el

agua del mar." )resenta el siguiente aspecto&

gas amarillo verdoso




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" %romo "%r#. 7xiste principalmente como #ar, :r, 6gr2 y Car2 enel agua del mar, salmueras subterráneas y lechos salinos.

" Se usa en la producción de bromuro de plata, *gr, para lentessensibles a la luz y pelculas !otográ!icas.


líquido rojo oscuro




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" &odo "'#. )uede obtenerse de algas o mariscos desecados o de lasimpurezas de #a/05 %Salitre(.

" 7stá contenido en la hormona reguladora del crecimiento tiroxina y lasal de mesa ;yodurada< contiene un B,B2 de :/.

" +ambi'n se usa como antis'ptico y germicida en !orma de tintura de yodo, una disolución en alcohol.


sólido cristalino negro-violeta




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" (stato "(t#. 7s el halógeno más pesado. 7s unelemento producido arti!icialmente del que sólo seconocen isótopos radiactivos de vida corta.

" 7s muy poco usado, aplicaciones no considerables.

" )osee apariencia metálica.


REA'T()(*A*


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" Los halógenos libres reaccionan con la mayora de metales y

no metales para !ormar muchos compuestos iónicos ycovalentes.D Ejemplo: +odos los metales del grupo /* reaccionan con todos los

halógenos para !ormar compuestos binarios iónicos simples.

" orman compuestos como haluros metálicos y no metálicos,óxidos y oxoácidos de halógenos.

Propiedadesperiódicas delos elementosMetaloides

Elementos que se encuentran en la region intermedia de la tabla periodica,l l l l


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entre los metales y los no metales.

Sus propiedades tienen un caracter intermedio, por ejemplo los metales sonbuenos conductores de la electricidad, los no metales son no conductores y losmetaloides son semiconductores de la electricidad. Debido a esta propiedad

especial, los metaloides como el silicio, el germanio, el arsenico y el boro sonparticularmente utiles en la industria electronica para la manufactura detransistores, chips de computadora y celdas solares electricas.

SILICIO:

El silicio es el metaloide mas abundante y el cuarto elemento mas abundante en

la tierra. Nunca se encuentra en la naturaleza en la forma elemental, pero los silicatos,

que son compuestos complejos de silicio, oxigeno y diversos metales, estanpresentes en los suelos, arcillas y arena. El cuarzo, la arena, el agata, laamastita y el pedernal contienen formas de dioxido de silicio (SiO2) impuro.

Los tabiques, el vidrio, el cemento y la ceramica tambien contienen compuestosde silicio.

Propiedadesperiódicas delos elementos Elementos diatomicos

En tanto que muchos elementos existen en la naturaleza como atomos individuales, sietede los elementos no metalicos hidrogeno, nitrogeno, oxigeno, fluor, cloro, bromo y yodo,


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g , g , g , , , y y ,existen como pares de atomos combinados quimicamente en forma de moleculasdiatomicas en las condiciones ambientales ordinarias :

El subindice 2 de sus formulas quimicas respectivas H2, N2, O2, F2, Cl2, Br2 e I2 indicaque cada molecula tiene dos atomos del mismo elemento.

Propiedadesperiódicas delos elementos Resumen de la clasificacion de los elementos

P i d fil h i t l d l t


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• Periodos – filas horizontales de elementos.

• Grupos – columnas verticales de elementos.

Los elementos en el mismo grupo tienen propiedades similares

– Grupo IA. Metales alcalinos tienen propiedades similares. – Grupo VIIA Halogenos diatomicos (2 atomos combinados por un

enalce quimico en un elemento)

– Hidrogeno, H2, oxigeno, O2, nitrogeno, N2 tambien forman

moleculas diatomicas.

Propiedadesperiódicas delos elementos Estado fisico a temperatura ambiente (20o C)

• Depende del punto de fusion y de ebullicion.


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p p y

• Gases

– Gases nobles: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

– Otros Gases: H2, N2, O2, F2, Cl2• Liquidos

– Br2, Hg

• Solidos- Todos los otros Elementos – Metales como: Na, Ag, Fe, Au, Pb, K, Ca, Cu, Li,

Sn, Cr

– No-metales como: B, C, P, S, I2,

– Metaloides como: Si, As, Sb, Te


Propiedades fisicas

• Conductividad


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– Facilidad de transmitir calor y electricidad

– Metales son buenos conductores (mejores conductores cobre, plata, oro yaluminio)

– No metales son pobres conductores – Metaloides son semiconductores, usados en circuitos electronicos.

• Lustre – capacidad reflejar la luz.

• Maleabilidad-se puede laminar o martillar para darle forma.

• Ductil es posible estirarlos para formar alambres.

• -Metales, presentan lustre, muchos son maleables y ductiles.

• No metales no son maleables ni ductiles.

• Las singulares propiedades fisicas de muchos elementos hacen posible una extensavariedad de usos importantes en productos industriales y de consumo.

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