Guía Tabla Periódica
Alquimistas, fósforo, hidrógeno, nitrógeno, cloro, oxígeno, Dalton, John Jacob, Johann Döbereiner, Meyer y Mendeleiev, números cuánticos, configuración electrónica de un átomo, afinidad electrónica…
1. ¿Quiénes eran los alquimistas?
En la Edad Media, los alquimistas, los antecesores de los químicos, tenían como meta fundamental modificar su ser interior para alcanzar un estado espiritual más elevado y pensaban que con la transmutación de los metales en oro podían lograrlo. Esa transmutación, conocida como la gran obra, debía realizarse en presencia de la piedra filosofal, cuya preparación fue la tarea que se impusieron los alquimistas. En el siglo XIII, el objetivo de la alquimia incorporo la búsqueda del elixir de la larga vida, infusión de la piedra filosofal, que debía eliminar la enfermedad y prolongar la vida.
2. ¿Quién y cómo descubrió el fósforo?
Durante el siglo XVII, a un alquimista alemán Henning Brand (1692), se le ocurrió la idea de que para encontrar la piedra filosofal debía fabricar oro a partir de la orina humana. Junto 5 litros de orina y la calentó hasta la ebullición, luego de dejarla reposar durante dos semanas. Al final, después de eliminar toda el agua, le quedó un residuo sólido. Brand mezcló este residuo con arena, lo calentó fuertemente y recogió los vapores que salían en un recipiente vació. Al enfriarse el vapor, sobre las paredes del recipiente se formo un sólido blanco: aquella sustancia brillaba en la oscuridad.
Brand había aislado el fósforo (del griego, » portador de luz»).
3. ¿Quiénes descubrieron el hidrógeno, el nitrógeno y el cloro?
Entre 1766 y 1774, Henry Cavendish (1731-1810) identificó el hidrógeno, Daniel Rutherford (1749-1819), el nitrógeno y Carl Scheele (1742-1786), el cloro.
4. ¿Cómo se descubrió el oxígeno?
Joseph Priestley (1733-1804), al calentar monóxido de mercurio, obtuvo dos vapores: uno se condensó en gotitas, el mercurio, pero el otro, ¿qué era?
Priestley juntó ese gas en un recipiente e hizo algunos ensayos:
Si introducía una astilla de madera, ardía; si acercaba ratones Vivos, éstos se volvían muy activos. En vista de lo cual, Priestley Inhaló un poco de ese gas y notó que se sentía muy «ligero y Cómodo». A este gas lo llamo aire desflogistizado; hoy sabemos Que era oxígeno. Sin saberlo, Priestley fue la primera persona Que uso la mascarilla de oxígeno.
5. ¿Qué hizo Dalton?
A principios del siglo XIX, John Dalton ideó una serie de símbolos circulares para representar los átomos de los elementos conocidos o supuestos de su época; mediante la
Combinación de estos símbolos podían representarse compuestos.
6. ¿Qué método propuso John Jacob?
En 1830, el químico sueco John Jacob Berzelius propuso un método para representar los elementos: utilizar la inicial del nombre en latín o, en todo caso, la inicial seguida de otra letra presente en el nombre latino, si dos o mas elementos tenían la misma inicial, por ejemplo: N para el nitrógeno, Na para el sodio Ni para el Níquel. Actualmente se sigue empleando esta simbología.
7. ¿Qué son las familias y qué propiedades se descubrieron?
A principios del siglo XIX se conocían cerca de cuarenta elementos.
Los numerosos estudios realizados a principios de ese siglo establecieron que los elementos podían agruparse en familias, con Propiedades químicas similares como las del Sodio-Potasio, las Del Cloro-Bromo-Yodo, las del Calcio-Bario-Estroncio. Las dos Propiedades más investigadas para caracterizar un nuevo elemento eran: el peso atómico y la valencia.
8. ¿Qué observó Johann Döbereiner?
En 1817, Johann Döbereiner observó que los elementos por ser químicamente análogos estaban agrupados en una misma familia, a los que llamó tríadas, donde el peso atómico del elemento central de la tríada era casi igual de los otros dos. Ej.:
9. ¿Qué hizo John Z. Newlands?
En 1864, John R. Newlands ordenó los elementos conocidos en orden creciente según los pesos atómicos y observó que las propiedades de los elementos se repetían en períodos de siete, las propiedades del octavo elemento en una serie eran análogas a las del primero, estos períodos de siete elementos recibieron el nombre de octavas de Newlands.
El sistema de octavas de Newlands era de aplicación limitada no admitía todos los elementos conocidos, constituye uno de los primeros antecedentes de los sistemas de clasificación por períodos y grupos.
10. ¿Cuáles fueron los trabajos de Meyer y Mendeleiev?
Entre 1868 y 1870, los trabajos de Meyer y de Mendeleiev condujeron al descubrimiento de la ley de periocidad de los elementos químicos o ley periódica.
Meyer ordenó los elementos por orden creciente de los pesos atómicos y los relacionó con el volumen atómico en función de los pesos atómicos, en el gráfico se formaban una serie de picos máximos, que correspondían a aquellos grupos con propiedades similares, cada pico constituía un período de la tabla de elementos.
11. ¿Cómo era la primera tabla periódica publicada por Mendeleiev?
Mendeleiev publicó sus resultados en 1870, un año antes, Mendeleiev había publicado la primera edición de la tabla periódica, que ordenaba los sesenta y tres elementos.
Una vez ordenados los elementos por peso atómico, estudió sus propiedades químicas, en especial en cuanto a sus valencias. Observó que los primeros elementos de la lista mostraban un cambio progresivo en sus valencias, con valores crecientes y decrecientes. Estableció así períodos.
Para que coincidieran las propiedades, Mendeleiev no dudó en cambiar de lugar algunos elementos.
Dejó espacios vacíos para formar grupos de elementos con las mismas propiedades y predijo, las propiedades de los elementos que ocuparían esos lugares vacantes una vez descubiertos. Les dio un nombre provisorio, compuesto por el nombre del elemento inmediato superior en la tabla y un prefijo que indicaba el número de espacios hacia debajo de donde se encontraba ese elemento: eka para un espacio y dwi para dos. A partir de los trabajos de Mendeleiev, se pudo establecer la ley periódica de los elementos.
12. ¿Qué es el grupo cero, las tierras raras y el número atómico?
En 1894, con el descubrimiento del argón, el primer reto a la tabla periódica, no se conocía ningún otro elemento inerte, es decir, no reactivo.
No había lugar donde colocarlo en la tabla; entonces, Mendeleiev propuso la creación de un nuevo grupo, el grupo cero, y sugirió así la existencia de una nueva familia de elementos con valencia cero. La familia de los gases inertes fueron encontrados entre 1895 y 1899.
A principios del siglo XIX, fue preciso ubicar otros catorce elementos: las tierras raras, llamadas así porque no era frecuente aislarlas de los minerales. Tenían pesos atómicos próximos y valencia igual a tres. Se dispuso colocarlas separadas del cuerpo principal de la tabla.
13. ¿Qué es la configuración electrónica?
Como ya sabemos el número atómico Z corresponde al número de protones que hay en el núcleo de los átomos de un elemento y que, cuando el átomo es neutro, corresponde al número de electrones presentes en dicho átomo.
Las propiedades químicas del elemento se deben al número y al ordenamiento de los electrones en sus átomos; este ordenamiento recibe el nombre de configuración electrónica (CE).
14. ¿Cuáles son los números cuánticos?
Para poder establecer la configuración electrónica de un átomo, es preciso conocer sus números cuánticos y determinar, a través de estos, la distribución y el spin (o sentido de giro) de cada electrón.
Los números cuánticos son cuatro:
Ø Número cuántico principal, n: Se relaciona con la distancia promedio que va del electrón al núcleo de un orbital en particular. Toma valores de los números enteros positivos y representa los niveles de energía de loa electrones de un átomo.
Ø Número cuántico secundario, azimutal o de momento regular, 1: Esta relacionado con la forma del orbital y depende del valor del número cuántico principal.
Los subniveles se designan con letras.
Ø Número cuántico magnético, m: Esta relacionado con la orientación espacial del orbital y depende del número cuántico de momento angular.
Un orbital puede albergar como máximo dos electrones.
Ø Número cuántico de spin electrónico, s: Determínale spin del electrón, es decir, el sentido en que gira el electrón sobre su propio eje.
El principio de exclusión de Pauli indica que en un mismo átomo no pueden existir dos electrones que tengan los cuatro números cuánticos iguales, es decir que al menos un número cuántico debe ser distinto.
15. ¿Cómo puede representarse la configuración electrónica de un átomo?
La configuración electrónica de un átomo puede representarse agregando los electrones disponibles a los niveles de energía permitidos.
Como primera medida, se considera qué cantidad de electrones puede albergar cada nivel energético.
A continuación, se representa el orbital como un rectángulo y los electrones, como flechas que indican el spin. Los electrones se añaden al átomo, uno a uno, de manera que ocupan los orbitales disponibles en orden creciente de energía.
Esta distribución responde al principio de máxima multiplicidad de Hund:
Si se ocupan orbitales del mismo subnivel, el estado de mínima energía se alcanza cuando el número de electrones con el mismo spin es máximo.
De manera simplificada, y en especial para los átomos con más de dieciocho electrones, los subniveles se llenan de acuerdo con un esquema general conocido como regla de las diagonales. Según esta regle, primero se llena el orbital 1s, segundo, el 2s, tercero, el 2p y el 3s; cuarto, el 3d, 4p y 5s, y así sucesivamente.
La configuración electrónica de un elemento puede abreviarse escribiendo entre corchetes el símbolo del gas noble anterior y, a continuación, la configuración electrónica externa.
16. ¿Cómo se estructura la tabla periódica?
En la tabla periódica, los elementos se distribuyen en filas, o períodos, y en columnas, o grupos.
La estructura básica de la tabla periódica es el apoyo mas firme del modelo mecánico-cuántico, utilizado para predecir las configuraciones electrónicas.
Los átomos de los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma configuración electrónica externa (CEE).
Por el contrario, al analizar la configuración electrónica de los átomos de los elementos situados en el mismo período, se comprueba que tienen el mismo número de niveles de energía (n).
Según esta estructura en grupos y períodos, la tabla queda dividida en cuatro bloques fundamentales: s, p, d y f.
Los bloques s y p corresponden a los elementos representativos y comprenden a los metales y los no metales.
Los elementos del bloque d se denominan elementos de transición y son todos metálicos.
El bloque f está integrado por los elementos de transición interna, que son también metales, la mayoría obtenidos por síntesis artificial.
17. ¿Cuáles son los grupos mas destacados?
- Metales Alcalinos: Todos los miembros de este grupo se comportan como reductores fuertes (es decir que se oxidan o pierden electrones con facilidad para cederlos a otra especie química): Tienen una gran tendencia a desprenderse del último electrón para dar cationes monovalentes (iones con una carga positiva).
- Halógenos: Los halógenos forman compuestos iónicos como los aniones monovalentes y también compuestos de carácter covalente.
- Metales alcalinotérreos: Las energías de primera y segunda ionización (energías necesarias para que se forme el ión) son relativamente bajas, por lo que dan cationes divalentes con facilidad.
- Familia del Carbono: El carbono es un no metal, forma compuestos covalentes, y su posibilidad de combinación es tan alta, que el 94% de los casi 4 millones de compuestos conocidos contienen átomos de carbono en sus moléculas.
18. ¿Cuáles son las propiedades periódicas?
Así como la configuración electrónica puede deducirse de la posición que ocupa un elemento en la tabla periódica, existen otras propiedades que también varían de manera sistemática, denominadas propiedades periódicas. Entre ellas podemos mencionar:
- Carga nuclear efectiva: los electrones que se encuentran más cercanos al núcleo ejercen un efecto de apantallamiento de la carga positiva del núcleo; por esta causa, los electrones más externos son atraídos por el núcleo con una fuerza menor, la carga neta que afecta a un electrón se denomina carga nuclear efectiva o Z el.
- Radio atómico: si el átomo se considera una esfera, se puede determinar, en forma experimental, la distancia que separa al electrón más externo del núcleo. Dicha distancia se denomina un radio atómico o A.
- Radios iónicos: cuando los átomos neutros pierden o ganan electrones, se transforman en iones: son cationes si pierden electrones y quedan con carga neta positiva, o aniones, si ganan electrones y quedan con carga negativa.
En la tabla periódica, los radios iónicos aumentan de arriba hacia abajo en un grupo; la variación en un período es difícil de analizar, ya que depende de la cantidad de cargas de los iones. - Energía de ionización: la energía de ionización (EI) es la energía necesaria para «arrancar» un electrón de un átomo neutro, gaseoso y en su estado fundamental. El átomo se convierte en un ion monopositivo.
19. ¿Qué es la afinidad electrónica?
La afinidad electrónica o AE es la energía intercambiada cuando un átomo neutro, gaseoso, y en su estado fundamental, capta un electrón y se convierte en un ión mononegativo.
En general la AE, en valor absoluto, se incrementa de izquierda a derecha en un período.
20. ¿Qué es la electronegatividad?
La electronegatividad (EN) de un átomo de un elemento se define como la capacidad relativa de ese átomo de atraer hacia sí los electrones de un enlace químico con otro átomo.
En la tabla periódica, la electronegatividad aumenta de izquierda a derecha en un período y de abajo hacia en un grupo. Los elementos más electronegativos son el fluor y el oxígeno, mientras que el menos electronegativo es el cesio.