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UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 1 7-2.- Propiedades periódicas de los elementos.

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1 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) Propiedades periódicas de los elementos.

2 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) Propiedades periódicas de los elementos Todo comportamiento físico y químico de los elementos se basa fundamentalmente en las configuraciones electrónicas de sus átomos

3 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 3 Tendencias en algunas propiedades periódicas atómicas clave de los elementos. 1) Tamaño atómico 2) Energía de Ionización 3) Afinidad electrónica

4 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 4 1) Tamaño atómico. El tamaño de los átomos se representa a través de una magnitud que se define como radio atómico. a) Para los átomos que están unidos entre sí formando una red tridimensional (metales) elradio atómico se define como la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos adyacentes. 2 r

5 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 5 Ejemplo: Radio atómico de Al = 143 pm

6 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 6 b) Para elementos que existen como moléculas diatómicas sencillas, el radio atómico se define como la mitad de la distancia entre los dos núcleos de los dos átomos de una molécula específica. 2 r

7 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 7 Ejemplo: Radio atómico de Cl = 100 pm

8 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 8 En moléculas diatómicas de átomos diferentes:

9 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 9 Los radios atómicos de los elementos se han de- terminado utilizando varias técnicas experi- mentales. Los radios atómicos varían en la tabla periódica siguiendo las tendencias que se indican: aumenta decrece Radio atómico

10 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 10 Estas tendencias se deben a dos efectos opuestos: 1.Cuando el número cuántico n aumenta, los electrones externos están más alejados del núcleo. 2.Cuando el número atómico Z aumenta, la carga nuclear que sienten los electrones internos es mayor.

11 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 11 Problema 13. Use sólo la tabla periódica para escribir en orden creciente de sus radios atómicos las siguientes especies: a) Ca, Mg, Sr b) K, Ga, Ca c) Br, Rb, Kr d) Sr, Ca, Rb

12 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 12 Por pérdida o ganancia de electrones, los átomos de los elementos pueden generar iones. Iones de carga positiva => cationes Iones de carga negativa => aniones. El tamaño de los iones se determina por la magnitud que se define como radio iónico. El radio iónico se determina por difracción de rayos X.

13 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 13 La tendencia de variación de los radios iónicos en la tabla periódica es: aumenta decrece Radio iónico

14 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 14 Ejemplos de radios iónicos, valores en pm. Li + Be 2+ N 3- O 2- F Na + Mg 2+ S 2- Cl K + Ca 2+ Sc 3+ Ti 4+ V

15 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 15 Problema 14. Use sólo la tabla periódica para indicar cuál de los siguientes iones tiene el mayor tamaño: a) N 3- ó F - b) Mg 2+ ó Ca 2+ c) Fe 2+ ó Fe 3+ d) K + ó Li + e) Au + ó Au 3+ f) P 3- ó N 3-

16 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 16 2) Energías de ionización. La energía de ionización es aquella requerida para remover (quitar) completamente un electrón de un átomo (o de un ion) estando éste en su estado fundamental y en estado gaseoso. Un elemento puede tener tantas energías de ionización como sea el número de electrones que se le puedan quitar. Los electrones van saliendo de uno en uno y los cambios de estado, para un elemento cualquiera representado por el símbolo X, son:

17 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 17 X(g) = X + (g) + e - I 1 = … X + (g) = X 2+ (g) + e - I 2 = … X 2+ (g) = X 3+ (g) + e - I 3 = … donde las energías de ionización son I 1, I 2, I 3, etc. y se nombran, primera, segunda, tercera, etc., energías de ionización. (Algunas veces la energía de ionización se nombra potencial de ionización).

18 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 18 Las tendencias de variación de las energías de ionización en la tabla periódica son: disminuye aumenta Primera energía de ionización disminuye aumenta Segunda energía de ionización

19 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 19 Algunas energías de ionización en kJ/mol (Tabla 8.3 Ch, 6a Ed.) ZElemI1I1 I2I2 I3I3 I4I4 I5I5 I6I H He Li Be B C N O F Ne

20 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 20 ENERGÍADEIONIZACIÓN

21 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 21 3) Electroafinidad. Es la energía involucrada en el proceso de adición de un electrón a un átomo (o a un ion) gaseoso estando éste en su estado fundamental. A un elemento se pueden asociar tantas electroafinidades como electrones sea capaz de aceptar.

22 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 22 Los procesos de afinidad electrónica de un átomo Y cualquiera son: Y(g) + e - = Y - (g)A 1 Y - (g) + e - = Y 2- (g)A 2 Y 2- (g) + e - = Y 3- (g)A 3 …. donde A 1, A 2, A 3 … son las primera, segunda, tercera, … afinidad electrónica del elemento Y. Para un elemento se cumple que: A 1 < A 2 < A 3 …

23 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 23 Ejemplos: F(g) + e - = F - (g)A 1 = -328 kJ F - (g) + e - = F 2- (g)A 2 = 328 kJ O(g) + e - = O - (g)A 1 = -141 kJ O - (g) + e - = O 2- (g)A 2 = 780 kJ Interpretar valores desde el punto de vista de las confuguraciones electrónicas de las especies: F, F -, F 2-, O, O - y O 2-. Explicar por qué el O 2- se forma a pesar del valor de A 2. (O 2- existe combinado con otros elementos)

24 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 24 H -72,8 Li -59,6 Na -52,9 K -48,4 Rb -46,9 Cs -45,5 1 A (1) Be (+241) Mg (+230) Ca (+156) Sr (+167) Ba (+52) 2 A (2) B -26,7 Al -42,5 Ga -28,9 In -28,9 Tl -19,3 3 A (13) C -122 Si -134 Ge -119 Sn -107 Pb -35,1 4A (14) N 0 P -72,0 As -78,0 Sb -103 Bi -91,3 5A (15) O -141 S -200 Se -195 Te -190 Po A (16) F -328 Cl -349 Br -325 I -295 At A (17) He (+21) Ne (+29) Ar (+34) Kr (+39) Xe (+40) Rn (+41) 8 A (18) Electroafinidades, A 1 kJ/mol

25 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 25 A. Radio atómico C. Electroafinidad B. Energía de ionización Resumen tendencias propiedades periódicas

26 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 26 H He LiBCNe NaSiAr KGeAsKr RbSbTeXe CsPbPoAtRn Fr No metalesmetalesmetaloides C: No metal, óxidos gaseosos solubles, inerte a ácidos Pb: Metal, óxidos sólidos insolubles, reacciona con ácido (nítrico) RA = 77pm RA = 146 pm

27 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 27 Las propiedades químicas resultan de una combinación de las características recién destacadas: radios atómicos y radios iónicos, energías de ionización, electroafinidades. Estudiar propiedades químicas y físicas generales de las familias de elementos representativos. (Sección 8.6 Chang, 6a Ed.)

28 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 28 Propiedades magnéticas de iones de metales de transición. En contraste con los iones de elementos representativos, los iones de metales de transición raramente alcanzan configuración de gas noble porque para eso tendrían que perder o ganar muchos electrones. (Los valores de I y de A son una clara indicación de aquello). En el cuarto período hace excepción el Sc 3+ y, posiblemente, el Ti 4+ en algunos compuestos.

29 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 29 El típico comportamiento de un elemento transición es formar uno o más cationes perdiendo todos sus electrones ns y algunos de sus electrones (n-1)d. Considérense los elementos K, Ca, Sc y Tidel 4° período. Sus configuraciones electrónicas son K = [Ar] 4s 1 3d 0 Ca = [Ar] 4s 2 3d 0 Sc = [Ar] 4s 2 3d 1 Ti = [Ar] 4s 2 3d 2

30 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 30 Los orbitales 4s son de menor energía que los 3d pero a medida que aumenta Z en el período y el número de e - se incrementa éstos van siendo atraídos fuertemente por el núcleo y el resultado es que los e - 3d van constituyendo orbitales de menor energía que el 4s. Esta es la razón de por qué, en los elementos de transición, con Z = 21, 22, 23… y más, los e - 4s se pierden primero que los 3d cuando el elemento forma cationes.

31 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 31 ¿Cómo se sabe cuál es la configuración correcta para el ion? La respuesta se obtiene del análisis de los espectros atómicos de emisión o de absorción, pero además de estos espectros las propiedades magnéticas de los elementos de transición permiten confirmar o rechazar configuraciones electrónicas probables. Las propiedades magnéticas se manifiestan en presencia de un campo magnético que interfiere con el spin de los electrones.

32 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 32 Una muestra de la especie (átomos, moléculas o iones ) se expone a un campo magnético externo y se miden los efectos. Sólo las especies con uno o más electrones desapareados son afectadas por campos magnéticos externos. Ejemplo: Ag (Z = 47) = [Kr]5s 2 4d 2 d 2 d 2 d 2 d 1 = [Kr]5s 1 4d 10 más estable e - desapareado (celibatario), por lo tanto Ag es afectado por campo magnético externo

33 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 33 Se denomina paramagnetismo la tendencia de una especie con e - impares a ser atraida por un campo magnético externo. Una especie con todos sus electrones apareados no es afectada por campos magnéticos y se dice que ella es diamagnética.

34 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 34 Muchos metales de transición y sus compues- tos son paramagnéticos debido a e - celibata- rios. Los experimentos muestran que el ion Ti 2+ es paramagnético. ¿Por qué? Ti (Z=22) => Ti = [Ar] 4s 2 3d 2 Ti 2+ = [Ar] 3d 2 = [Ar] 3d 1 d 1 Es la única configuración que justifica el paramagnetismo del Ti 2+.

35 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 35 Problema 15. Una de las especies Ag ó Ag + es paramagné- tica, ¿cuál y por qué? (Resuelto en clase)

36 UdeC/FCQ/P.Reyes Unidad 7 (7-2) 36 Recordando que, la Unidad 7 comprende el estudio de la estructura electrónica de los átomos enfocándalo en tres aspectos: Modelo atómico Tabla de propiedades periódicas Modelos de Enlace químico, nos resta tratar a continuación lo relacio- nado con enlace químico.


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