TABLA PERIÓDICA Su construcción desde la Distribución Electrónica Autor: IQ Luís Fernando Montoya Valencia. luismontoy@une.net.co Profesor titular Centro de Ciencia Básica Escuela de ingenierías

Varios ejemplos orientados desde el algoritmo El objetivo de este trabajo es presentar Una fundamentación teórica, relacionada desde lo cotidiano, resumida en un algoritmo Varios ejemplos orientados desde el algoritmo El reto es “IMAGINAR” (respaldado en el algoritmo), que va a aparecer con el siguiente “clic”, si estamos de acuerdo continuar, y si no regresar para al final poder afirmar -!lo hicimos¡- Para desarrollar competencias que permitan: Construir la tabla periódica Analizar propiedades periódicas Dominar los no metales

hierro (Fe), [ferrum]. cobre (Cu), [cuprum]. En 1800 sólo se conocían 31 elementos y hacia 1865 se tenían identificados 63 hierro (Fe), [ferrum]. cobre (Cu), [cuprum]. plata (Ag), [argentum]. oro (Au), [aurum]. Carbono (C), estaño (Sn), [stanum]. plomo (Pb), [plumbum]. y azufre (S),[sulfur]. Los elementos conocidos en los tiempos antiguos son: Hacia (1700) se tenían evidenciados: Platino (Pt), cinc (Zn), fósforo (P), arsénico (As), antimonio (Sb), bismuto (Bi) Litio (Li), sodio (Na), [nalium]. Potasio (K), [Kalium]. Berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba), boro (B), aluminio (Aℓ), silicio (Si), nitrógeno (N), yodo (I) oxígeno (O), selenio (Se), telurio (Te), flúor (F), cloro (Cℓ), bromo (Br),) Además, en 1843 ya se conocían, entre otros: Los nombres de los elementos químicos se abrevian por medio de los símbolos propuestos por Jacobs y Berzelius Neoclásicos Geográficos Honoríficos tomados de raíces griegas y latinas que revelan alguna propiedad Los nombres se agrupan en tres tipos:

En 1869 Lothar Meyer publicó un esquema de clasificación basado en orden creciente de peso atómico En marzo de 1869 Dimitri Mendeléiev entregaba a los químicos rusos y alemanes su primera tabla periódica, basado también, en orden creciente de peso atómico En ésta, los elementos con propiedades semejantes se distribuían en líneas horizontales. Los espacios vacíos habrían de ser, algunos años mas tarde, rellenados por elementos cuyas propiedades Mendeléiev ya había previsto con gran precisión. Con la introducción del concepto del número atómico (Z) formulado por el químico inglés Moseley, en 1913, se comprobó que las propiedades químicas de los elementos son una función periódica de ese número atómico y no de la masa atómica. Este nuevo concepto no invalidó la tabla ordenada por Mendeléiev, sino que por el contrario aclaró algunas discrepancias que aún quedaban en ella.

PRESENTACIÓN: La tabla periódica (TP) es una cuadrícula en la cual se ubican los diferentes elementos según su DISTRIBUCIÓN ELECTRÓNICA (DE) En muchos textos nos dicen que es según su número atómico (Z), esta afirmación puede inducir que la ubicación de los elementos en la tabla periódica no depende de la distribución electrónica Para determinar la celda de cada elemento, en la cual se asigna su símbolo, hay que definir la columna (vertical) y la fila (horizontal), conocida como período, basados en su distribución electrónica (DE) abreviada Celda La columna está dada por la “terminación” de la DE La fila (período),está dada por el máximo coeficiente del subnivel s (coincide con el retén) En algunos textos, la fila la particularizan según la terminación de la DE, así: Si termina en el subnivel s su coeficiente es el período Si termina en el subnivel p su coeficiente es el período Si termina en el subnivel d su coeficiente mas uno es el período Si termina en el subnivel f su coeficiente mas dos es el período ¿Que ocurrirá cuando termine en g?

El orden de dichas zonas (por DE) es s, f, d, p 6s 4f 5d 6p Como las columnas están dadas por la terminación de la DE, en la tabla periódica actual existen 4 zonas: Zona s con dos columnas: s1 y s2 Zona p con seis columnas: desde p1 hasta p6 Zona d con diez columnas: desde d1 hasta d10 Zona f con catorce columnas: desde f 1 hasta f 14 El orden de dichas zonas (por DE) es s, f, d, p 6s 4f 5d 6p n 1 2 3 4 5 6 7 retenes DE para Herramienta Primero ubicamos los retenes, ya que son los números atómicos conocidos por todos 1s 2 2s 2p Z DE abreviada columna fila 4 3s 3p 3d 2 1s2 s2 1 12 La ubicación de los retenes es tan elemental Como “copiar pegar” o “Ctrlc Ctrlv” 4 1s…2s2 s2 2 4s 4p 4d 4f 20 12 1s…3s2 s2 3 5s 5p 5d 5f 38 20 1s…4s2 s2 4 6s 6p 6d 6f 56 38 1s…5s2 s2 5 7s 7p 7d 7f 88 56 1s…6s2 s2 6 ℓ  1 2 3 88 1s…7s2 s2 7

Por DE podemos completar con “el que sigue”, (norma de Aufbau) Zona f Zona d Zona p f 1 f 3 f 5 f 6 f 8 f 10 f 12 f14 d1 d3 d5 d7 d9 p1 p2 p3 p4 p5 p6 1 2 3 4 5 6 7 Zona s S1 S2 1 3 11 19 37 55 87 2 4 12 20 38 56 88 de 14x7 = 98 celdas sólo se ocupan 14x2 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 Períodos o filas 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 retenes Anti retenes P o s t r e t e n e s Por lógica, a la izquierda de cada retén ubicamos el anterior de cada retén,(anti - retén) Por DE, a la derecha de cada retén ubicamos el posterior de cada retén,(post - retén) Z DE abreviada columna fila Por DE podemos completar con “el que sigue”, (norma de Aufbau) 5 1s…2s2 2p1 p1 2 13 1s…3s2 3p1 p1 3 Vemos que en la zona f hay un gran desperdicio de papel, para imprimir “ecológicamente” los tipógrafos recortan las dos filas (tierras raras) y queda una tabla de 18 columnas, conocida como la tabla capicúa en la cual están los elementos capitales (importantes) 21 1s…4s2 3d1 d1 4 39 1s…5s2 4d1 d1 5 57 1s…6s2 4f 1 f 1 6 89 1s…7s2 5f 1 f 1 7

algunos cortan del 58 al 71 y del 90 al 103, Períodos o filas 2 4 12 20 38 56 88 1 3 11 19 37 55 87 5 6 7 8 9 10 13 14 15 16 17 18 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 Zona s p1 p2 p3 p4 p5 p6 s1 s2 Zona d Zona p 1 2 3 4 5 6 7 Uno de los pocos textos que tiene bien el corte de la zona f es el la American Chemical Society: “Química un Proyecto de la ACS”. Editorial REVERTÉ. España 2005  Tabla capicúa Z o n a f  6 7 f 1 f 2 f 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 f 11 f 12 f 13 f 14 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 Lantánidos el elemento Z = 57 es el lantano (La) Tierras raras fila 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 Actínidos el elemento Z = 89 es el actinio (Ac) Los tipógrafos no saben química o no saben contar, al recortar la Zona f: algunos cortan del 58 al 71 y del 90 al 103, otros cortan del 57 al 71 y del 89 al 103 Observe que tipo de error posee su tabla periódica

    Según el texto: Química un Proyecto de la ACS 1 2 3 4 5 6 7 Zona s Según el texto: Química un Proyecto de la ACS Zona p notas grupos I II III IV V VI VII VII El helio (He), Z = 2, exige estar a la derecha del período 1    1 2 3 4 5 6 7 Z o n a f  1 2 1 1 2 H He H H He 3 11 19 37 55 87 4 12 20 38 56 88 Tabla capicúa 5 13 31 49 81 6 14 32 50 82 7 15 33 51 83 8 16 34 52 84 9 17 35 53 85 10 18 36 54 86 El hidrógeno (H), Z = 1 puede estar Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra B Aℓ Ga In Tℓ C Si Ge Sn Pb N P As Sb Bi O S Se Te Po F Cℓ Br I At Ne Ar Kr Xe Rn a la izquierda del helio o Períodos o filas 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 a la izquierda del período 1 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80  (como volando) 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 Alcalinos Alcalino térreos halógenos Gases nobles forman los grupos de la tabla periódica y son ocho, se conocen como elementos representativos, las zonas s y p el número del grupo coincide con el número de electrones de valencia Algunos tienen nombre propio, como

Nota: en 1966 Georgii Flerov y otros científicos prepararon el elemento 104 y lo llamaron Kurchatovio, (en honor a un físico nuclear ruso), pero Ghiorso lo había identificado como Rutherforio. Una disputa similar ocurrió entre 1967 y 1970 con el elemento 105 denominado Nielsborio por los soviéticos y Hahnio por los estadounidenses. Para evitar disputas políticas y nacionalistas la IUPAC (Unión Internacional de Química Pura y Aplicada) decidió que los elementos posteriores al 103 no podrían llevar nombres relacionados con personas (honoríficos), lugares o cuerpos celestes (geográficos) La IUPAC estableció un código numérico para identificarlos (nil=0, un=1, bi=2, etc.) y la adición del sufijo “ium”. Obedeciendo la IUPAC: El 104 se llama: un-nil-quart-ium ( unilquartium), y su símbolo en Unq El 105 es: un-nil-pent-ium (unilpentium), y su símbolo en Unp El nombre del elemento 111, usando el código numérico sería: un-un-un-ium (unununium), y su símbolo en Uuu

Estos son los elementos que presentan modificación De la DE 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 Los elementos de la zona d se llaman “elementos de transición” y forman los subgrupos 4 6 5 7 Fila o período Se llaman de transición porque algunos de ellos auto modifican su DE haciendo una transición de uno o dos electrones desde el último subnivel s hasta el último subnivel d, generando una DE “excitada”. Z D.E. normal D.E. excitada Fila # de e- transferidos. 24 Cr 1s . . .4s2 / 3d4 1s . . .4s1 / 3d5 4 1 29 Cu 1s . . .4s2 / 3d9 1s . . .4s1 / 3d10 41 Nb 1s . . .5s2 / 4d3 1s . . .5s1 / 4d4 5 42 Mo 1s . . .5s2 / 4d4 1s . . .5s1 / 4d5 43 Tc 1s . . .5s2 / 4d5 1s . . .5s1 / 4d6 44 Ru 1s . . .5s2 / 4d6 1s . . .5s1 / 4d7 45 Rh 1s . . .5s2 / 4d7 1s . . .5s1 / 4d8 46 Pd 1s . . .5s2 / 4d8 1s . . .5s0 / 4d10 2 47 Ag 1s . . .5s2 / 4d9 1s . . .5s1 / 4d10 77 Ir 1s . . .6s2 / 4f145d7 1s . . .6s0 / 4f145d9 6 78 Pt 1s . . .6s2 / 4f145d8 1s . . .6s1 / 4f145d9 79 Au 1s . . .6s2 / 4f145d9 1s . . .6s1 / 4f145d10 Estos son los elementos que presentan modificación De la DE

Propiedades periódicas algunos autores a los subgrupos los llaman grupos B, pero esta denominación además de no poseer lógica constructiva no aporta información inductiva deductiva que merezca aplausos La equivalencia entre las columnas de la zona d y los grupos B, se dan en la siguiente tabla d1 d3 d2 d4 d6 d5 d10 d9 d7 d8 Fin de la DE III IV V VI VII VIII VIII VIII I II Grupos B ilógico ilógico ilógico No es lógico iniciar con tres patinan De 8 no sigue 1 Justificación del porque la denominación de grupos B no posee una estructura lógica La comparación anterior es para interpretar las tablas periódicas tipográficas. Propiedades periódicas Existen unas propiedades de los elementos que varían al recorrer la tabla periódica horizontalmente (en los períodos) o verticalmente (en los grupos) La mas importante de estas propiedades es la electronegatividad (EN), ya que es la base para analizar las otras propiedades.

Electronegatividad (EN) Indica la fuerza con la cual el núcleo atrae los electrones de valencia, existen varias escalas de valores de EN arbitrariamente establecidas, la mas divulgada es la escala de Linus Pauling que posee para el flúor un valor máximo de 4.0 y para el Francio un valor mínimo de 0.7 Mayor EN F Periódicamente la EN aumenta del Fr al F En los períodos aumenta de izquierda a derecha Menor EN En los grupos aumenta de abajo a arriba Fr grupos 2 3 4 5 6 Los elementos de baja EN tienden a perder electrones y adquieren carga positiva y se clasifican como III IV V VI VII VII + metales M B C N O S Se Te F Cℓ Br I At Los elementos de alta EN tienden a ganar electrones y adquieren carga negativa y se clasifican como - Si P no metales nM Fila o período As Los no metales se encuentran en la parte superior derecha de la tabla, y son

Carácter metálico (CM) Es la tendencia que tiene un elemento para perder sus electrones de valencia, el francio posee alto carácter metálico por posee baja EN y el flúor posee bajo carácter metálico por poseer alta EN Menor CM F Periódicamente el CM aumenta del F al Fr En los grupos aumenta de arriba a abajo Mayor CM En los períodos aumenta de derecha a izquierda Fr Carácter no metálico (C nM) todo lo contrario a la propiedad anterior Tamaño atómico (TA) Es la medida del radio de la esfera que contiene la nube electrónica del elemento. El flúor por poseer alta EN atrae con mas fuerza los electrones de valencia y es mas “compacto”  posee menor tamaño atómico, el francio: lo contrario Periódicamente el TA aumenta del F al Fr Menor TA F En los grupos aumenta de arriba a abajo Mayor TA En los períodos aumenta de derecha a izquierda Fr

Potencial de ionización (PI) Es la energía requerida para quitarle un electrón a un átomo. El flúor por poseer alta EN atrae con más fuerza los electrones de valencia , se requiere más energía para quitarle un electrón. Posee mayor potencial de ionización, el francio: lo contrario Mayor PI F Periódicamente el PI aumenta del Fr al F En los períodos aumenta de izquierda a derecha Menor PI En los grupos aumenta de abajo a arriba Fr Observe que para poder predecir como varía Una propiedad periódica entre dos elementos Ellos deben estar ubicados en una diagonal principal, porque la propiedad aumenta y aumenta o disminuye y disminuye B Diagonal principal A Si están en una diagonal secundaria, la propiedad disminuye y aumenta o aumenta y disminuye lo que no permite predecir la variación de la propiedad periódica Los elementos del grupo VIII no se tienen en cuenta para análisis de propiedades periódicas, son “inertes”, (están fuera de concurso)

En estado libre, son diatómicos (X2): O, N, H y los halógenos Los elementos del grupo VIII cumplen la norma del octeto y poseen distribución electrónica estable, no tienden a ganar ni a perder electrones, por esto se conocen como elementos inertes o nobles Los elementos representativos tratan de ganar o perder electrones para adquirir la configuración electrónica del gas noble mas próximo a ellos formando iones isoelectrónicos (igual número de electrones) con dicho gas noble Estos iones poseen una carga característica (típica), dependiendo del grupo al cual pertenece el elemento, así: Los metales alcalinos tienden a perder un electrón originando iones de carga +1 Los metales alcalino térreos tienden a perder dos electrones originando iones de carga +2 Los halógenos tienden a ganar un electrón originando iones de carga - 1 Los anfígenos (grupo VI) térreos tienden a ganar dos electrones originando iones de carga - 2 En estado libre, son diatómicos (X2): O, N, H y los halógenos El enlace formado entre no metales se conoce como enlace covalente y las cargas son aparentes, los electrones se comparten El enlace formado entre no metal y metal se conoce como enlace iónico y las cargas son reales, los electrones se transfieren

Ilustraciones: Para los siguientes elementos hipotéticos, determinar su número atómico si de ellos conocemos: A está en el período 4, columna d7. o sus coordenadas son (d7, 4) Procedimiento: como pertenece al período 4, (el período está dado por el máximo coeficiente del subnivel s),su DE va desde 1s hasta el retén 4s van 20e- y continuamos la DE hasta el siguiente d7, ( la terminación de la DE nos confirma la columna), así: 1s … 4s /3d7 Van 20e- R/ el número atómico de A es 20 + 7 = 27 Este ejercicio puede llevar a equivocaciones a quienes crean que la DE va desde: 1s … hasta 4d7 1s … 5s/ 4d7 van 38e- Quien cometa este error está cambiando la definición de período. el número atómico sería 45, pero este elemento está en el período 5

B está en el período 6, columna f10. sus coordenadas son (f10, 6) Procedimiento: como pertenece al período 6, (el período está dado por el máximo coeficiente del subnivel s),su DE va desde 1s hasta el retén 6s van 56e- y continuamos la DE hasta el siguiente f10, ( la terminación de la DE nos confirma la columna), así: 1s … 6s /4f10 Van 56e- R/ el número atómico de B es 56 + 10 = 66 Si cambia la definición de período, cree que la DE termina en 6f10

El número atómico del gas noble es: 38 + 10 + 6 = 54 C si gana tres electrones queda “isoelectrónico” con el gas noble del período 5 Procedimiento: isoelectrónico significa: - iso (igual), electrónico (electrones) - que cuando el elemento gana tres electrones queda con el mismo número de electrones del gas noble del período 5 Vamos a determinar cuántos electrones tiene el gas noble del período 5. Su DE va desde 1s hasta el retén 5s van 38 e- y continuamos la DE hasta el siguiente p6, (los gases nobles son los del grupo VIII, columna p6) 1s … 5s /4d10 5p6 van 38e- El número atómico del gas noble es: 38 + 10 + 6 = 54 C después de ganar 3e- queda con 54e-, (isoelectrónicos) por lo tanto él tenía 51e- R/ el número atómico de C es 51 Su DE es: 1s … 5s /4d10 5p3  (p3,5) van 38e-

D está en el período 6, columna p4. sus coordenadas son (p4, 6) Procedimiento: como pertenece al período 6, (el período está dado por el máximo coeficiente del subnivel s),su DE va desde 1s hasta el retén 6s van 56e- y continuamos la DE hasta el siguiente p4, ( la terminación de la DE nos confirma la columna), así: 1s … 6s /4f14 5d106p4 Van 56e- R/ el número atómico de D es 56 + 14 + 10 + 4 = 84 E es el halógeno del período 3 Vamos a determinar cuántos electrones tiene el halógeno del período 3. Su DE va desde 1s hasta el retén 3s van 12 e- y continuamos la DE hasta el siguiente p5, (los halógenos son los del grupo VII, columna p5) 1s … 3s /3p5 (p5,3)  van 12e- R/ El número atómico de E es: 12 + 5 = 17

F es el metal alcalino del período 7 Vamos a determinar cuántos electrones tiene el metal alcalino térreo del período 7. Su DE va desde 1s hasta el retén 7s2 van 88 e- la DE termina en s1, (los alcalino son los del grupo I, columna s1) R/ el número atómico de F es 88 - 1 1s … 7s1  (s1,7) G está en el período 3, y posee cinco electrones de valencia Procedimiento: como pertenece al período 3, (el período está dado por el máximo coeficiente del subnivel s),su DE va desde 1s hasta el retén 3s van 12e- y continuamos la DE hasta el siguiente p3. Por poseer cinco electrones de valencia está en el grupo V, columna p3 (el número de electrones de valencia y el grupo coinciden), así: 1s … 3s /3p3  (p3,3) Van 12e- R/ el número atómico de G es 12 + 3 = 15

Para J ser ión de carga -1 gana un electrón  J1- posee 54 electrones Los iones H2-, I1+ son isoelectrónicos con J1- y el número atómico de J es 53 Iniciamos el análisis con el elemento J, ya que de él conocemos su número atómico J posee 53 electrones Su DE es: 1s … 5s /4d10 5p5  (p5,5) van 38e- Para J ser ión de carga -1 gana un electrón  J1- posee 54 electrones Los iones H2-, I1+ y J1- poseen 54 electrones por ser isoelectrónicos H gana dos electrones para ser el ión H2- y queda con 54 electrones H tenía 52 electrones  R/ el número atómico de H es 52 Su DE es: 1s … 5s /4d10 5p4  (p4,5) van 38e- I pierde un electrón para ser el ión I1+ y queda con 54 electrones I tenía 55 electrones  R/ el número atómico de I es 55 Su DE es: 1s … 5s /4d10 5p66s1  (s1,6) van 38e-

el número atómico de K es 18 Los números cuánticos del último electrón del elemento K son: 3,1,1.-½ n, ℓ,m. ms El último e- esta en 3p n = 3 y ℓ = 1 3p? y está en el orbital m = 1 Con ms = -½ Con la “radiografía” tenemos: m =-1 m =0 m =+1 1º 4º 2º 5º 3º 6º último  3p6 1s … 3s /3p6  (p6,3) van 12e- R/ el número atómico de K es 18 Ubicar los anteriores elementos hipotéticos en una tabla periódica A B C D E F G H I J K Z 27 66 54 84 17 87 15 52 55 53 18 1s 4s /3d7 (d7 , 4) Zona f Zona d 1 2 3 4 5 6 7 I II III IV V VI VII VIII 1s 6s /4f10 (f10, 6) s1 s2 f1o d7 p1 p2 p3 p4 p5 p6 1s 5s /4d10 5p3 (p3 ,5) 1s 6s /4f14 5d106p4 (p4 , 6) K 1s 3s /3p5 (p5 ,3) 1s 7s1 (s1 ,7) G E 1s 3s /4p3 (p3 ,3) A 1s 5s /4d10 5p4 (p4 ,5) C H J 1s 5s /4d10 5p66s1 (s1 ,6) I B D 1s 5s /4d10 5p5 (p5 ,5) 1s 3s /3p5 (p6 ,3) F

Tenemos: 3 4 5 6 7 s1 s2 p1 p2 p3 p4 p5 p6 G E K > EN, PI, CnM I II III IV V VI VII VIII s1 s2 p1 p2 p3 p4 p5 p6 G E K > EN, PI, CnM < TA, CM A K no participa de propiedades periódicas es un gas noble o inerte C H J I B D F Cual elemento posee mayor EN R/ E Cual elemento posee mayor PI R/ E Cual elemento posee mayor TA R/ F Cual elemento posee mayor CM R/ F Cual elemento posee mayor CnM R/ E Entre ellos cuales forman enlace covalente R/ Entre G,E,H,J Entre ellos cuales forman enlace iónico R/ I;F;B;A,C,D con G,E,H,J Entre C y D cual posee mayor EN R/ No se sabe, están en diagonal secundaria