Propiedades periódicas de los elementos Décimo segunda sesión Propiedades periódicas de los elementos

¿Qué átomos neutros se están indicando con las siguientes configuraciones electrónicas (no necesariamente del estado basal)?: [Ar]4s23d1 [Kr]4d45s2 [Kr]5s25p1 1s22s23s1 Presente las razones de su respuesta.

Propiedades Periódicas de los Elementos 3

“La Tabla Periódica (los elementos y la estructura atómica)” Librito: http://cea.quimicae.unam.mx/~Estru/ “La Tabla Periódica (los elementos y la estructura atómica)” 4

Ley Periódica Dimitri Ivánovich Mendeleiev (1834-1907) 5

Ley Periódica (2) “Las propiedades de los elementos químicos dependen periódicamente de sus números atómicos” (pesos atómicos, según la definición original de Mendeleiev) 6

Tabla Periódica Larga 7

Tabla Periódica Larga (2) 8

Alrededor de 30 propiedades de los elementos muestran periodicidad 9

Propiedades Periódicas 1 Radio atómico Radio iónico Volumen atómico Energía de ionización Afinidad electrónica Electronegatividad 10

Propiedades Periódicas 2 Valencia y número de oxidación Potencial estándar de óxido-reducción Densidad Puntos de ebullición y fusión Calores de evaporización, sublimación y solvatación 11

Propiedades Periódicas 3 Dureza Maleabilidad Comportamiento magnético Energía de enlace Coeficiente de expansión térmica Índice de refracción 12

Propiedades Periódicas 4 Espectro óptico (Visible, UV y RX) Conductividad térmica y eléctrica Etc. 13

Carga Nuclear Efectiva 14

Carga Nuclear Efectiva John C. Slater (1900-1976). En 1930, propuso una serie de reglas para calcular S. 15

Reglas de Slater Se escribe la configuración electrónica del elemento en cuestión en orden creciente de n y de l para la misma n: 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p, etc. 16

(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) Reglas de Slater (2) Se agrupan los orbitales de la siguiente forma: (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) (5s 5p), etc. 17

Reglas de Slater (3) Si el electrón considerado está en un grupo (ns np): Los electrones a la derecha del grupos (ns np) considerado no contribuyen a la pantalla. 18

Reglas de Slater (4) Los electrones en el mismo grupo (ns np) que el considerado contribuyen a la pantalla con 0.35 de la carga del e-. Los electrones en n-1 contribuyen con 0.85 de la carga del e-. Los electrones en n-2 o menor contribuyen con 1 (pantalla completa). 19

Reglas de Slater (5) Si el electrón considerado está en un grupo (nd) o (nf). Los electrones a la derecha del grupos (nd) o (nf) considerado no contribuyen a la pantalla. 20

Reglas de Slater (6) Los electrones en el mismo grupo (nd) o (nf) que el considerado contribuyen a la pantalla con 0.35. Todos los electrones que se encuentran a la izquierda del grupo (nd) o (nf) considerado contribuyen a la pantalla con 1. 21

Ejemplo 1 ¿Cuál es la carga nuclear efectiva sobre el electrón de valencia del átomo del 7N?: 1s2 2s2 2p3 (1s)2 (2s2p)5 (1s)2 (2s2p)4  S = (40.35) + (20.85) = 3.10 Z* = 7 – 3.1 = 3.9 22

Ejemplo 2 Considérese el electrón de valencia del átomo de 30Zn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)10 (4s4p)2 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)10 (4s4p)1  S = (10.35) + (180.85) + (101) = 25.65 Z* = 30 - 25.65 = 4.35 23

Ejemplo 3 Considérese un electrón 3d del átomo de 30Zn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)10 (4s4p)2 (1s)2 (2s2p)8 (3s3p)8 (3d)9  S = (90.35) + (181) = 21.15 Z* = 30 - 21.15 = 8.85 24

Porcentaje de la Carga Nuclear Electrón de valencia del átomo de 30Zn: 14.5 % Electrón 3d del átomo de 30Zn 29.5 %

El electrón de valencia del Calcio. El electrón de valencia en el Mn. Utilizando las reglas de Slater, calcule la carga nuclear efectiva para los siguientes electrones: El electrón de valencia del Calcio. El electrón de valencia en el Mn. Un electrón 3d del Mn. El electrón de valencia del Br. 26

Carga Nuclear Efectiva Enrico Clementi (1931-) (en la foto) y D.L. Raimondi. Mejores cálculos para Z*. 27

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Na Mg Al Si P S Cl Ar Z 11 12 13 14 15 16 17 18 Z* (1s) 10.63 11.61 12.59 13.57 14.56 15.54 16.52 17.51 Z*(2s) 6.57 7.39 8.21 9.02 9.82 11.43 12.23 Z*(2p) 6.80 7.83 8.96 9.94 10.96 11.98 12.99 14.01 Z* (3s) 2.51 3.31 4.12 4.90 5.64 6.37 7.07 7.76 Z* (3p)   4.07 4.29 4.89 5.48 6.12 6.76

Tendencia de Z* sobre el electrón de valencia Aumenta 30

Radio Atómico No se pueden obtener radios de átomos aislados. Solo en agregados atómicos. No le puede asignar a un átomo un radio que le sea característico en todos los compuestos. 31

Radio Atómico (2) El procedimiento que se sigue consiste en medir el radio de un átomo en un gran número de compuestos (por medio de difracción de rayos X) y sacar un valor promedio cuando el átomo interviene en la formación de un cierto número y “tipo de enlace”. 32

Radio Atómico (3) Se considera que el radio del átomo es la mitad de la distancia internuclear, cuando ambos átomos enlazados son idénticos. 33

Radio Atómico (4) sencillos dobles triples covalentes van der Waals Radios covalentes van der Waals metálicos iónicos sencillos dobles triples 34

Radio Atómico Efectivo O simplemente Radio Atómico. Covalente de ligadura sencilla para la mayoría de los elementos. Radio de Van der Waals para los gases nobles. 35

Radios de Van der Waals Johannes Diderik van der Waals (1837-1923) 36

Radios de Van der Waals Cuando las distancias internucleares, entre átomos de elementos no metálicos, se miden por técnicas de difracción de rayos X, en sólidos se observan dos tipos de distancias. La más corta se relaciona con el enlace covalente y la más larga se conoce como la distancia de Van der Waals. 37

Radios de Van der Waals 2rcovalente 2rvdW  rvdW > rcov 38

Elemento Símbolo Efectivo (en Å) Waals (en Å) Radio Atómico Efectivo (en Å) Radio de Van der Waals (en Å) Hidrógeno H 0.32 1.20 Nitrógeno N 0.70 1.50 Oxígeno O 0.66 1.40 Cloro Cl 0.99 1.80 Azufre S 1.04 1.85 Arsénico AS 1.21 2.00 39

Radio Atómico Efectivo 40

Radio Atómico Efectivo Teórico (debido a Z*) 41

Radio Atómico Efectivo 42

Radio Atómico Efectivo 43

Tendencia Radio Atómico Disminuye en período. Aumenta en grupo (o familia). 44

Radio Covalente La mitad de la distancia internuclear en la molécula diatómica homonuclear. El enlace puede ser sencillo, doble o triple. renlace sencillo  renlace doble  renlace triple 45

Radio Covalente 46

Radio Covalente A U M E N T Disminuye 47

Radio Metálico Se pueden definir como la mitad de la distancia internuclear entre los átomos metálicos en una malla cristalina estrechamente empaquetada. 48

Radio Metálico (2) Covalente Metálico 49

Radio Metálico (3) Por lo tanto, los radios metálicos generalmente son mayores que los radios covalentes sencillos; aproximadamente, entre un 10% y un 15%, y son menores que los radios de van der Waals. 50

Radio Metálico (4) Elemento Símbolo Radio Covalente en (Å) Radio Metálico en (Å) Potasio K 2.03 2.35 Aluminio Al 1.18 1.43 Hierro Fe 1.17 1.26 Cobre Cu 1.28 Plata Ag 1.34 1.44 Platino Pt 1.30 1.39 51

Radio Metálico (4) A U M E N T Disminuye 52

Radio Iónico Los cationes son considerablemente más pequeños que los átomos neutros, en tanto que los aniones son más grandes. 53

Radio Iónico (2) - Cationes 54

Radio Iónico (3) - Aniones 55

Radio Iónico (4) 56

Radio Iónico (5) 57

Radio Iónico (6) 58

Radio Iónico en Å (carga del ión) Radio Covalente en Å Radio Iónico en Å (carga del ión) Sodio 1.54 0.95 (+1) Potasio 2.03 1.33 (+1) Rubidio 2.16 1.47 (+1) Flúor 0.64 1.36 (-1) Cloro 0.99 1.81 (-1) Bromo 1.14 1.96 (-1) 59

Series Isoelectrónicas Se puede notar el efecto del incremento de la carga nuclear efectiva. 60

El Volumen Atómico es una propiedad periódica 61