QI.temax1xIntroduccion

Tema 1 Introduccin a la Qumica Inorgnica

Indice

1. Qu es la Qumica Inorgnica ? 2. Qumica Inorgnica vs. Qumica Orgnica 3. Historia de la Qumica Inorgnica 4. Origen de los elementos qumicos 5. Estabilidad de los elementos qumicos 6. Abundancia de los elementos qumicos 7. Clasificacin de los elementos qumicos 8. La tabla peridica de los elementos 9. Propiedades peridicas

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica 2

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Qu es la Qumica Inorgnica ? (1)

T. Moeller define la Qumica Inorgnica (QI) como la disciplina que aborda la investigacin experimental y la interpretacin terica de las propiedades y reacciones de todos los elementos y de todos sus compuestos exceptuando los hidrocarburos y la mayora de sus derivados

J. E. Huheey define la QI como Cualquier rea de la Qumica de inters para el Qumico Inorgnico

Aunque esta definicin aparentemente aporta poco a la comprensin del contenido de esta disciplina, resulta muy interesante pues resalta los rasgos ms caractersticos de la Qumica Inorgnica en la actualidad:

Su gran diversidad y extensin Su carcter interdisciplinario Su rpida evolucin temporal

T. Moeller (1913-1997)

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Qu es la Qumica Inorgnica ? (2)

Otras definiciones son: La Qumica de todos los elementos del Sistema Peridico y sus

compuestos, salvo casi todos los compuestos del C

La ciencia que estudia las propiedades y reacciones de todos los elementos y de sus compuestos, a excepcin de los hidrocarburos y sus derivados

Hoy en da la QI abarca un gran nmero de disciplinas diferentes Diversa, fascinante y atractiva No tiene lmites definidos Solapa en muchos aspectos con otras disciplinas (tanto qumicas

como Fsicas, Biolgicas, Ciencia de Materiales,)

La qumica organometlica (dentro de la QI) hace de frontera entre ambas qumicas: Enlace metal-C (de varios tipos)


Existen enlaces simples, dobles y triples en ambas Qumicas Slo en la QI existen enlaces cudruples () y hasta quntuple

(tericamente se ha predicho hasta sxtuple)

En QO el H est unido a 1 slo tomo y en QI puede hacer de puente entre 2 tomos

En QO el ndice de coordinacin (i.c.) del C es igual o inferior a 4 y las geometras son tetradricas (Td), trigonal plana (D3h) y lineal (Dh o Cv)

En QI los ndices de coordinacin de los compuestos puede variar entre 2 y 12 y las geometras son muy variadas. La ms abundante es la octadrica

En QO son muy comunes los anillos aromticos que pueden unirse a metales por medio de las nubes p o de enlaces s

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Qumica Inorgnica vs. Qumica Orgnica (1)


Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Qumica Inorgnica vs. Qumica Orgnica (2)

Qumica Orgnica Qumica Inorgnica Comprende 1 elemento (C) y sus derivados

Comprende ms de 110 elementos y sus derivados

Enlaces de orden 1, 2 y 3 Enlaces de orden hasta 5 (tericamente hasta 6)

El H slo se une a 1 tomo El H puede hacer de puente entre 2 ms tomos

Los i.c. son 4 Los i.c. son 12 Las geometras son lineal, trigonal y tetradrica

Las geometras son muy variadas (Oh, Td, D4h,)

Los anillos aromticos son muy abundantes

Los anillos aromticos son raros


Prehistoria: Se conocen algunos elementos y metales: Au, Cu, C, S 3000 a.C.: Se conocen nuevos metales y elementos: Ag, Sb, Sn y Pb 1500 a.C.: Aparecen nuevos metales y compuestos inorgnicos clave

en el desarrollo de los pueblos:

Fe en el mediterrneo Vidrios coloreados y cermicas

a partir de SiO2

Edad media: Los alquimistas intentan transformar cualquier metal en Au y desarrollan algunas operaciones bsicas en QI experimental: Destilacin, sublimacin, recristalizacin,...

1150 d.C.: China conoce la plvora S. XIII: Roger Bacon (UK) es uno de los

primeros qumicos experimentales R. Bacon (UK) (1214-1294)

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Historia de la Qumica Inorgnica (1)


Hacia 1600: Desaparece la alquimia En el s. XVII se conocen cidos como

el H2SO4 (aceite de vitriolo) HNO3 (cido de salitre) y HCl (cido muritico)

s.XVIII: Antoine Lavoisier es considerado el primer qumico moderno:

A. Lavoisier (1743-1794)


Se pasa de 13 a 28 elementos conocidos

Usa balanzas exactas y precisas

Leyes de conservacin de la materia

Leyes de las proporciones definidas

A. Lavoisier (1743-1794)


J. Dalton (1766-1844)

S. Cannizzaro (1826-1910)


Esto supone el inicio de la QUIMICA INORGANICA. Antecedentes: Ya se conocen casi 60 elementos La electricidad ha permitido descubrir 6 elementos El anlisis preciso ha permito descubrir 11 elementos Los reductores (K, C) han permitido descubrir 11 elementos nuevos John Dalton establece a principios del siglo XIX la 1 teora atmica Amadeo Avogadro estableci la existencia de gases diatmicos Surge la controversia Dalton-Avogadro (1811-1860) Jns Jakob Berzelius introduce los smbolos qumicos para los

elementos: Alfabeto qumico

Stanislao Cannizzaro establece las primeras tablas de pesos atmicos precisos

A. Avogadro (1776-1856)

J. J. Berzelius (1779-1848)

Entre el 3 y 6 de Septiembre de 1860 se celebra el primer congreso internacional de Qumica con 140 qumicos en Karlsruhe:


Florecimiento de la industria qumica: Cemento Portland en 1824 Proceso de contacto para fabricar H2SO4 en 1831 Fertilizantes de fosfatos en 1843 en U.K. Desarrollo de la clula de diafragma para generacin

electroltica de cloro en 1851 Robert Bunsen y Gustav Kirchhoff desarrollan la

espectroscopa en 1859 y se descubren 6 elementos Johan Dbereiner haba intentado ordenar los elementos

conocidos a principios del s. XIX con sus triadas John Newlands enuncia la ley de las octavas en 1866

J. Dbereiner (1780-1849)


Kirchhoff y Bunsen

R. Bunsen (1811-1899)

J. Newlands (1838-1898)

G. Kirchhoff (1824-1887)

Espectroscopio de Bunsen-Kirchhoff con el mechero Bunsen (D), de Annalen

der Physik (1860) Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica 9

Dimitri Mendeleiev publica su primera tabla peridica en 1869 (MAYOR PRINCIPIO ORGANIZATIVO DE LA QUIMICA INORGANICA) y predice las propiedades de varios elementos an desconocidos. Lothar Meyer hace lo mismo pero despus:

Galio (Paul Lecoq de Boisbaudran) Escandio (Lars Nilson) Germanio (Clemens Winkler)

La tabla de Mendeleiev tiene algunos problemas: Los elementos no se pueden ordenar por peso atmico como

l supuso (Co/Ni, Te/I)

En algunos grupos (como en el grupo I) los elementos eran muy distintos (alcalinos Cu, Ag, Au)

Haba elementos que no caban en su tabla: Ho, Sm, No predeca la existencia de los gases nobles


L. Meyer (1830-1895)

J. Dbereiner (1780-1849)

J. Newlands (1838-1898)

D. Mendeleiev (1834-1907)


Florecimiento de la Industria Qumica: Proceso Solvay (Na2CO3) Mejoras en los procesos:

Produccin de acero (procesos Bessemer y corazn abierto) Produccin de aluminio (proceso Hall-Hrault) Recuperacin de S (para sntesis de H2SO4) (proceso Frasch) Produccin de HNO3 a partir de NH3 (proceso Ostwald)


W. Ostwald (1853-1932)

NQ-1909

H. Moissan (1852-1907)

NQ-1906

El anlisis de minerales permite descubrir 8 lantanoides entre

1879 y 1886

El flor es aislado en 1886 por Henry Moissan (NQ 1906)

Frasch (1851-1914)

Julia B. Hall Charles Hall (1863-1914)

Paul Hrault (1863-1914)

E. Solvay (1838-1922)


Sir William Ramsay (NQ1904) aisla la mayora de los gases inertes (1890-1899)

En 1900 se conocan 83 elementos

En 1900 Max Plank (NF1918) enuncia la teora cuntica: (E = h)

Einstein (NF1921), Thomson (NF1906), Rutherford (NQ1908), de Broglie, (NF1929) Pauli (NF1945) y Schrdinger (NF1933)

desarrollan la teora cuntica


W. Ramsay (1852-1916)

Max Plank (1858-1947)

Schrdinger (1887-1961)

J. J. Thomson (1856-1940)

Rutherford (1871-1937)

A. Einstein (1879-1955)

L. De Broglie (1892-1987)

W. E. Pauli (1900-1958)



Henry Becquerel (NF1903) descubre la radiactividad en 1896

A principios del s. XX Pierre Curie (NF1903) y Marie Curie (NF1903 y NQ 1911) aslan el Radio y el Polonio

Maria Sklodowska (1867-1934)

Pierre Curie (1859-1906)

H. Becquerel (1852-1908)


Max von Laue (NF1914) descubre la difraccin de rayos X William Henry Bragg (NF1915) y William Lawrence Bragg

(NF1915) resuelven la estructura cristalina del NaCl usando la difraccin de rayos X: Se descubre una de las mayores herramientas de la QI hoy en da


Henry Moseley descubre la relacin entre los rayos X y el nmero atmico: la tabla peridica se hace algo inamovible. Muere en la primera guerra mundial y nunca recibi el Nbel

G. N. Lewis (1875-1946)

A. Werner (1866-1919)

Max von Laue (1879-1960)

W. H. Bragg (1862-1942)

W. L. Bragg (1890-1971)

H. Mosseley (1887-1915)

Formulacin de las estructuras de Lewis (1923)

Teora de enlace de Valencia (1931) Teora de orbitales moleculares (1931-33) Teora del campo cristalino (1933) Alfred Werner (NQ1913) enuncia su

teora de la coordinacin en 1903



Max Born (NF1954) calcula la energa reticular de un cristal (1915)

Frederick Soddy (NQ1921) formula la idea de los istopos en 1913

Francis Aston (NQ1922) clasifica y estudia los istopos con los espectrgrafos en 1920

James Chadwick (NF1935) descubre el neutrn en 1932

Harold Urey (NQ1934) descubre los istopos del H Durante la II guerra mundial se descubre la fisin

nuclear

Se sintetizan radioistopos para medicina e industria Nuevos materiales resistentes al calor y corrosin

Max Born (1882-1970)

F. Soddy (1877-1956)

F. Aston (1877-1945)

J. Chadwick (1891-1974)

H. Urey (1893-1981)


Willard Libby (NQ1960) perfecciona el mtodo de datacin por el C-14 en 1940

Despus de 1950 se potencian descubrimientos anteriores que pasaron inadvertidos:

Efecto invernadero en 1908 (Arrhenius, NQ1903) Sntesis de NH3 en 1910 (proceso Haber-Bosch)

(NQ1918 y NQ1931)

Hidruros de Silicio y Boro en 1912 (Alfred Stock) Descubrimiento de la capa de O3 en 1913 (C. Fabry) Uso del Et4Pb como aditivo en 1921 (T. Midgley Jr.) Sntesis de los CFC en 1928 (T. Midgley Jr.) Fluoracin del agua (H. T. Dean, aos 30) Proceso Xerox (C. F. Carlson, 1934) Transistor de germanio (Lab. Bell, 1947)


W. Libby (1908-1980)

S. Arrhenius (1859-1927)

A. Stock (1876-1947)

C. Fabry (1867-1945)

F. Haber (1868-1934)

C. Bosch (1874-1940) T. Midgley

(1889-1944) Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica 16

A partir de 1950 se produce un Renacimiento de la QI: Sntesis del ferroceno en 1951 Desarrollo de la Qumica Organometlica

Ziegler y Natta (NQ1963) descubren el 1er catalizador organometlico para la polimerizacin de etileno

Estructura de la Hemoglobina en 1960 (Max Perutz, NQ1962)

Desarrollo de la Qumica Bioinorgnica Sntesis de los primeros compuestos de gases nobles

(Neil Bartlett, 1962) Desarrollo del enlace multicntrico en los hidruros de

boro en los aos 60s (William Lipscomb, NQ1976) Descubrimiento de la actividad antitumoral de los cis-

diaminodicloroplatino(II) (Barnett Rosenberg)


Giulio Natta (1903-1979)

Karl Ziegler (1898-1973)

Max Perutz (1914-2002)

Neil Bartlett (1932-2008)

W. Lipscomb (1919-2011)

B. Rosenberg (1926-)


En los aos 60 y 70 surge el desarrollo de la Qumica Medioambiental:

Explicacin del smog fotoqumico Descubrimiento de la eutrificacin por fosfatos y nitratos Estudios de contaminacin por metales pesados (Hg, Pb, Cd,

) y compuestos organoclorados (PCB, DDT,)

Descubrimiento de la accin de los CFC sobre la capa de ozono en 1974 por Rowland, Molina y Crutzen (NQ1995)

Origen de la lluvia cida Descubrimiento del agujero de ozono en la Antrtida por el

equipo de Joe C. Farman en la BAS (1985)


Mario Molina (1943-)

S. Rowland (1927-)

Paul Crutzen (1933-)

PCBs

DDT

Joe C. Farman (1930-2013)


Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Origen de los elementos qumicos (1)

ZA E

Partcula Smbolo Masa (uma) A Q (e-) Electrn e- 5.486.10-4 0 -1 Protn p 1.0073 1 +1

Neutrn n 1.0087 1 0 Fotn

0 0 0

Neutrino

casi 0 0 0 Positrn e+ 5.486.10-4 0 +1 Part.

42He2+ 4 +2 Part.

e- expuls 0 -1 Fotn

Rad. electromg 0 0

Nombre, smbolo, masa y carga de las principales partculas subatmicas:



ZA E

Definimos elemento qumico (E) como una sustancia pura formada por tomos que tienen el mismo nmero atmico

El nmero atmico (Z) de un elemento corresponde con el nmero de protones de su ncleo (y con el de electrones en estado neutro)

Definimos istopo (= mismo lugar) como cada uno de los ncleos que posee un elemento. Los istopos poseen el mismo nmero de protones (nmero atmico) y se distinguen nicamente en el nmero de neutrones

El Peso atmico (A) de un elemento se define como la media ponderada de los pesos de los istopos de dicho elemento. Este peso slo incluye el peso de los nucleones (n y p). El hecho de que muchos elementos tengan diferentes istopos con diferentes abundancias es lo que hace que los pesos atmicos no sean nmeros enteros


La teora del Big-Bang que se basa en un principio donde toda la materia del universo estaba contenida en un ncleo primitivo con una densidad de 1096 g/cm3 y una temperatura aproximada a 1032 K

Se supone que este ncleo explosion y distribuy materia y radiacin uniformemente a travs del espacio

Se produjo as el principio de expansin del universo que al ir expandiendo se enfri, lo que permiti la formacin de las primeras partculas llamadas quarks, y se generaron las cuatro fuerzas principales: gravitacional, electromagntica, nuclear fuerte y dbil

Aproximadamente 6x10-6 s desde el Big-Bang la temperatura era de 1.4x1012 K, los quarks en estas condiciones interaccionan entre s y forman protones, neutrones y despus los electrones


ZA E


Tras 1 s, T = 1010 K y ya existan protones (p) y neutrones (n) Durante 3 minutos se formaron 1H, 2H, 3He, 4He, 7Be y 7Li Los tomos se agruparon por efectos gravitatorios para formar

estrellas donde los tomos de H se fusionaban para dar 4He

Al envejecer las estrellas grandes se produce un colapso gravitatorio y los ncleos de 4He se fusionan para dar 8Be, 12C y 16O

En las estrellas ms grandes este colapso lleva a T = 109 K y densidades de 106 g/cm3, lo que permite fusiones posteriores para dar todos los tomos ligeros hasta el 56Fe

Los ncleos ms pesados que el Fe (26 p) no se pueden formar por reacciones exotrmicas sino endotrmicas


ZA E


Las reacciones de fusin nuclear desprenden una gran cantidad de energa debida a la prdida de masa de los nucleones: E = m*c

126C + 42 168O + Esta reaccin libera 7.2 MeV (1 eV = 1.602.10-19 J) por cada tomo, es

decir, 7.625.107 kJ/mol (casi un milln de veces ms que la combustin de C para dar CO2 + H2O)

Es importante ver que tanto el nmero atmico (Z) como la masa atmica (A) se conservan en las reacciones nucleares (12 + 4 = 16 y 6 + 2 = 8)

ZA E

Al acumularse los elementos de mayor masa se produce un colapso catastrfico que dura unos segundos: Supernova, donde la elevada energa permite que se formen elementos ms pesados por reacciones endotrmicas



Las reacciones de fusin nuclear ms importantes son: Captura de protn por el 12C: 126C + 11p 137N + Desintegracin de positrn y emisin de

neutrino: 137N 136C + 1e+ + Captura de protn por el 13C: 136C + 11p 147N + Captura de protn por el 14N: 147N + 11p 158O + Desintegracin de positrn y emisin de

neutrino: 158O 157N + 1e+ + Captura de protn por el N-15: 157N + 11p 126C + 42

Resultado global: 4 11p 42 + 2 1e+ + 2 + 3


ZA E


Una reaccin que se produce actualmente por accin de los rayos csmicos es la captura de un neutrn por un tomo de N, lo que mantiene constante la concentracin de 14C: 147N + 10n 146C + 11p

Los tomos ligeros (Li, Be y B) son poco abundantes porque cuando se forman reaccionan con partculas para producir tomos ms pesados: 84Be + 42 126C +

Se cree que estos elementos provienen de la fragmentacin de tomos ms pesados por colisiones (astillado o espalacin)


ZA E


Los elementos pesados se forman en procesos que consumen energa como:

La captura de partculas en las supernovas:

2310Ne + 42 2612Mg + 10n


ZA E

La captura de neutrones. Prosigue hasta que se produce una emisin de una partcula (e-) formndose un nuevo elemento con un nmero atmico superior:

Captura de neutrn: 9842Mo + 10n 9942Mo + Desintegracin y emisin de neutrino: 9942Mo 9943Tc + e- +

El nclido hijo (9943Tc) puede absorber otro neutrn y proseguir la reaccin dando elementos ms pesados


Existen 81 elementos estables (hasta el Bi (83), salvo Tc y Pm) El 209Bi no es totalmente estable pues se desintegra emitiendo

partculas alfa con una vida media de 19x1018 aos (109 veces la edad del universo)

La relacin n/p aumenta al aumentar el peso atmico, debido al aumento de la repulsin entre p

Elemento p n n/p H 1 0 0 He 2 2 1 C 6 6 1 Fe 26 30 1.2 I 53 74 1.4 Pb 82 126 1.5 Bi 83 126 1.5 U 92 146 1.6

Los nucleones (n y p) poseen una estructura cuantizada similar a la de los electrones (e-) (M. G. Mayer, NF1963)

El orden de llenado de los niveles cunticos es ligeramente distinto al de los e-. Esto hace que las capas se llenen con: 2, 8, 20, 28, 50, 82 y 126 nucleones (vs. 2, 10, 18, 36, 54 y 86 en los e-)

La mayor estabilidad se consigue con la estructura de capa llena (nmeros mgicos)

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Estabilidad de los elementos qumicos (1)

M. G. Mayer (1906-1972)

NF-1963


Los elementos e istopos ms estables son aquellos en los que el nmero de n y/o de p tiene configuracin de capa llena:

He (2p,2n), O (8p,8n), Ca (20p,20n), Pb (82p,126n), El Sn (50p) es el elemento con mayor nmero de istopos estables

(10)

Hay 7 elementos con 82 n y 6 con 50 n Los ncleos con nmero par de p y/o n son ms estables:

La abundancia de los elementos con nmero par de p es mayor que la de sus vecinos con nmero impar

Slo 4 de los 273 ncleos estables tienen un nmero impar de n y p

El Tc y Pm tienen un nmero impar de p Los elementos con un nmero par de p tienen ms istopos

estables: Cs (55p) slo tiene 1 istopo estable y Ba (56p) tiene 7 istopos

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Estabilidad de los elementos qumicos (2)

He


Fe

Li, Be, B

H

C O

N

F

He

Be B

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Abundancia de los elementos qumicos

Log

abun

danc

ia (p

pmm

en

peso

)


Los elementos qumicos se pueden clasificar segn distintos criterios:

Podemos usar el estado fsico: a TPEA (25C y 100 kPa) hay 2 lquidos (Br y Hg), 11 gases (H, He, N, O, F, Ne, Cl, Ar, Kr Xe, Rn) y el resto son slidos (aunque p.fus.(Cs) = 29 C y p.fus.(Ga) = 30 C)

Una clasificacin corriente es en metales y no metales Definimos metal como aquella sustancia cuya resistividad elctrica

en las tres dimensiones disminuye al bajar la T (las dems definiciones, como el brillo, conductividad trmica o elctrica a TPEA, maleabilidad, ductilidad, densidad, aspecto, no son vlidas)

Con esta clasificacin, hay 18 no metales ( H ?, He, C, N, O, F, Ne, P, S, Cl, Ar, Se, Br, Kr, I, Xe, At y Rn), 5 semi-metales (B, Si, Ge, As y Te) y el resto son metales

Los lmites no estn bien definidos y hay metales dbiles (Be, Al, Ga, Zn, Sn, Pb Sb, Bi y Po) que tienen cierto carcter de semimetal

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Clasificacin de los elementos qumicos (1)


Goldscmidt clasific a los elementos en 4 grupos: Siderfilos: Elementos parecidos al Fe, con el que forman

aleaciones. Se encuentran en el ncleo metlico Litfilos: Elementos amantes de las rocas, forman parte de

ellas, estos se combinan fcilmente con el O2 y son los ms abundantes de la corteza terrestre

Calcfilos: Son aquellos que se combinan fcilmente con S, Se,... Atmfilos: Son aquellos elementos gaseosos que forman parte

de la atmsfera terrestre (N2, O2 y GN) V. Goldschmidt

(1888-1947)

ZA ETema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Clasificacin de los elementos qumicos (2)


Los primeros intentos los realiz Johann Dbereiner en 1817 quien observ que existan similitudes en las propiedades de los elementos en grupos de tres en tres: TRIADAS DE DBEREINER

John Newlands observ que si se ordenan los elementos en orden creciene de peso atmico se obtiene una repeticin de propiedades cada octavo elemento: LEY DE LAS OCTAVAS (1864)

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica La Tabla Peridica (1)

Meyer (1830-1895)

D. I. Mendeleiev (1834-1907)

J. Newlands (1838-1898)



Dimitri Mendeleiev publica en 1869 su primera tabla peridica, tambin descubierta por Lothar Meyer pero con posterioridad

La propuesta de Mendeleiev tiene grandes ventajas:

Permite deducir la existencia de huecos donde debe haber elementos an no descubiertos

Permite organizar por primera vez los elementos y racionalizar sus propiedades en base a una serie de parmetros peridicos

D. I. Mendeleiev (1834-1907)


Los tres grandes problemas de la tabla de Mendeleiev son: Los elementos no se pueden ordenar por peso atmico como l

supuso: Co(58.93)/Ni(58.69), Te (127.60)/I(126.90)

En algunos grupos (como el I) los elementos eran muy distintos (alcalinos Cu, Ag, Au)

Haba elementos que no caban en su tabla: Ho, Sm,

Adems, posteriormente se vio que haba un problema adicional: No predeca la existencia de los gases nobles

La organizacin moderna de la tabla peridica qued establecida cuando Henry Moseley descubre el nmero atmico y se ordenan los elementos siguiendo este nmero atmico

En la actualidad hay cientos de tablas peridicas distintas. La ms usada data de los aos 1930s


H. Mosseley (1887-1915)


H

Alcalinos (bloque s)

Alcalinotrreos (bloque s)

Metales de

Transicin (bloque d)

Post-Trans.

Bloque p

Gases Nobles.

Lantanoides Actinoides

Ln Ac



Los elementos se ordenan por nmero atmico creciente La ubicacin del H sigue constituyendo un problema Los elementos se agrupan en columnas (grupos) y en filas (perodos) Hay 18 grupos numerados del 1 al 18. Dentro de los grupos se

presentan similitudes importantes en las propiedades, pero no son las nicas (efecto diagonal, carcter singular del primer elemento,)

Algunos grupos tienen nombres comunes (alcalinos (1), alcalinotrreos (2), gases nobles (18), halgenos (17), calcgenos (16), pnicgenos (15) y metales de acuar (11)

Los Lantanoides (Ln) y Actinoides (Ac) se sitan en una sola casilla y luego se desarrollan en la parte inferior, salvo en la versin extra larga de la tabla peridica. No llevan numeracin en sus grupos ya que el parecido en las propiedades no es vertical sino horizontal

Hay 7 perodos casi completos (hasta el 118) En la actualidad se conocen 117 elementos (hasta el 118 salvo el 117),

aunque este nmero aumenta o disminuye con el tiempo !




H

Alcalinos (bloque s)

Alcalinotrreos (bloque s)

Metales de

Transicin (bloque d)

Post-Trans.

Bloque p

Gases Nobles.

Lantanoides (bloque f) Actinoides (bloque f)

Ln Ac

Hay 4 grandes bloques: s, p, d y f Los bloques s y p forman los llamados elementos representativos El bloque d forma los llamados elementos de transicin El bloque f son las llamadas tierras raras 1 2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17 18


Esta propiedad indica la carga nuclear real que experimentan los electrones de la capa de valencia

Permite explicar la variacin del resto de las propiedades peridicas fcilmente y por ello es la propiedad peridica ms importante

Debido a que los electrones internos apantallan la carga del ncleo, los electrones exteriores no experimentan la carga total de los protones sino: Z* = Z - , donde es una constante de apantallamiento que puede calcularse con las Reglas que Slater enunci en 1930: Situar los electrones en grupos segn el orden: (1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)(5d)(5f)(6s,6p)

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Propiedades peridicas (1). Carga nuclear efectiva (Z*)

J. S. Slater (1900-1976)

Grupo e- en grupos superiores

e- del mismo grupo

e- del nivel cuntico n-1

e- del nivel cuntico < n-1

[1s] 0 0.3 - - [ns,np] 0 0.35 0.85 1 [nd] o [nf] 0 0.35 1 (grupo n-1) 1



Ejemplo: Calcular Z* para un electrn 4s del Zn (Z = 30) (1s)2(2s, 2p)8(3s, 3p)8(3d)10(4s)2

= (1 x 0.35) + (18 x 0.85) + (10 x 1.00) = 25.65 Z*= Z - = 30 - 25.65 = 4.35 Para un electrn 3d tendremos: (1s)2(2s, 2p)8(3s, 3p)8(3d)10(4s)2 = (9 x 0.35) + (18 x 1.00) = 21.15 Z*= Z - = 30 - 21.15 = 8.85 Este ejemplo demuestra que los electrones 3d experimentan una

Z* muy superior y por ello se pierden antes los electrones 4s

J. S. Slater (1900-1976)

Grupo e- en grupos superiores

e- del mismo grupo

e- del nivel cuntico n-1

e- del nivel cuntico < n-1

[1s] 0 0.3 - - [ns,np] 0 0.35 0.85 1 [nd] o [nf] 0 0.35 1 (grupo n-1) 1


Estas reglas de Slater son poco precisas y tienen errores (asumen que los e- s y p del mismo n experimentan la misma Z*), pero permiten determinar de manera rpida la Z*

Clementi y Raimondi han obtenido valores de Z* basndose en clculos con funciones de onda. Estos valores son muy similares a los encontrados con las reglas de Slater (en rojo)

Elemento Li Be B C N O F Ne Z 3 4 5 6 7 8 9 10 1s 2.69

2.70 3.68 3.70

4.68 4.70

5.67 5.70

6.66 6.70

7.66 7.70

8.65 8.70

9.64 9.70

2s 1.28 1.30

1.91 1.95

2.58 2.60

3.22 3.25

3.85 3.90

4.49 4.55

5.13 5.20

5.76 5.85

2p 2.42 2.60

3.14 3.25

3.83 3.90

4.45 4.55

5.10 5.20

5.76 5.85



Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica

Propiedades peridicas (4). Carga nuclear efectiva (Z*)

Elem. C-R Slater Sc 4.632 Z* = 21 - [1(0.35) + 9(0.85) + 10(1.00)] = 3.00 Ti 4.817 Z* = 22 - [1(0.35) + 10(0.85) + 10(1.00)] = 3.15 V 4.981 Z* = 23 - [1(0.35) + 11(0.85) + 10(1.00)] = 3.30 Cr 5.133 Z* = 24 - [13(0.85) + 10(1.00)] = 2.95 Mn 5.283 Z* = 25 - [1(0.35) + 13(0.85) + 10(1.00)] = 3.60 Fe 5.434 Z* = 26 - [1(0.35) + 14(0.85) + 10(1.00)] = 3.75 Co 5.576 Z* = 27 - [1(0.35) + 15(0.85) + 10(1.00)] = 3.90 Ni 5.711 Z* = 28 - [1(0.35) + 16(0.85) + 10(1.00)] = 4.05 Cu 5.858 Z* = 29 - [18(0.85) + 10(1.00)] = 3.70 Zn 5.965 Z* = 30 - [1(0.35) + 18(0.85) + 10(1.00)] = 4.35 Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica 43

Hay distintos tipos de radios, segn cmo se definan: Radio Covalente: Corresponde a la distancia entre los

ncleos de dos tomos unidos por un enlace covalente

Radio de Van der Waals: Corresponde a la distancia entre los ncleos de dos tomos de molculas vecinas

Radio Inico: Corresponde a la distancia entre los ncleos de dos tomos unidos por un enlace inico. En este caso hay distintas posibles definiciones que dan un conjunto consistente de valores para todos los iones (Goldschmidt, Shannon-Prewitt, Pauling,)

Radio Metlico: Corresponde a la distancia entre los ncleos de dos tomos vecinos en el metal slido

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Propiedades peridicas (6). Radio atmico (r)

Van der Waals (1837-1923)

V. Goldschmidt (1888-1947) Linus Pauling

(1901-1994)

Los radios disminuyen hacia la derecha en un perodo por el aumento de Z*


Los radios cambian con el ndice de coordinacin Los radios aumentan al bajar en los grupos ya que aumenta el nmero

de niveles cunticos, n. El aumento ms importante se produce entre el 1er y el 2 elemento del grupo (segundo y tercer perodo) al no existir e- d entre ambos

A partir del 6 perodo tienen importancia los efectos relativistas:


El e- del orbital 1s del Hg viaja a la mitad de la velocidad de la luz

Su masa es un 20 % mayor de lo esperado y su energa es, por lo tanto, menor

El radio del orbital 1s es un 20 % menor de lo esperado Los e- s (y p) apantallan mejor a los e- d y f Los orbitales d y f aumentan de tamao y los s y p

disminuyen

El radio disminuye (est determinado por los e- s y p) Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica 46

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Propiedades peridicas (9). Radio covalente (rcov)


Se define como la energa necesaria para arrancar el e- del orbital ocupado ms externo

Si seguimos arrancando electrones podemos hablar de segunda, tercera, energas de ionizacin

Sus valores son siempre positivos, ya que es una energa que hay que suministrar (el proceso es siempre endotrmico)

Disminuye al bajar en un grupo (porque los e- estn cada vez ms alejados del ncleo)

Aumenta hacia la derecha en un perodo por el aumento de Zef, si bien, hay algunas excepciones debido a la energa de repulsin de dos e- en un mismo orbital (arrancar un e- de un orbital con 2 e- es ms fcil que cuando slo hay uno)

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Propiedades peridicas (10). Energa de ionizacin (I)


Al pasar de H a He el aumento es muy grande porque Zef en el He es mucho mayor que en el H (ambos son e- 1s pero Z es el doble)

Al pasar del He al Li hay una disminucin brusca porque es un e- 2s, que est apantallado de los dos e- 1s

En el B hay una pequea disminucin porque ahora es un e- 2p y est algo apantallado por los dos e- 2s (ya que los orbitales 2s son ms penetrantes que los 2p, aunque no para Slater)

En el O hay una pequea disminucin porque el e- que se arranca est en un orbital con 2 e- y sufre una repulsin por parte del otro



Las Energas de ionizacin sucesivas son siempre mayores que las anteriores ya que los sucesivos e- estarn menos apantallados y ms cerca del ncleo

En el caso del Li las tres energas de ionizacin muestran:

Un aumento enorme al pasar de la primera a la segunda porque el primer e- est en un orbital 2s pero el segundo e- est en un orbital 1s

El paso de la segunda I a la tercera es menor porque el segundo e- sufra la repulsin del tercero y adems le apantallaba ligeramente



Se define como la energa que se libera (salvo en los GN) al agregar un e- al orbital desocupado de ms baja energa de un tomo libre

Es una energa que se desprende siempre, por lo que lleva un signo negativo (salvo en los GN, donde son pequeas pero positivas)

En los metales alcalinos es ms favorable energticamente formar un anin (AE) que un catin (I) ! (aunque es difcil que alguien le ceda su electrn ya que la formacin de un anin de un no metal (AE) es mucho ms favorable que la de un metal alcalino)

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Propiedades peridicas (14). Afinidad electrnica (AE)


La AE dependen mucho del orbital donde entra el e-: Si el orbital est muy apantallado la AE ser baja (como en el B) Si el orbital ya esta semiocupado la repulsin har que no sea

muy favorable la incorporacin del e- (AE baja, como en el N) Si el e- completa una capa

llena o semillena la AE ser ms elevada porque se adquiere una configuracin ms estable (como en el C y F)

Cuando Zef es muy alta, la entrada del electrn se facilita y AE ser alta (como en el O y F)



La AE sucesivas son siempre mayores (y se hacen positivas) ya que el segundo e- que entra sufrir la repulsin del primero:

O(g) + e- O-(g) AE = -141 kJ/mol

O-(g) + e- O2-(g) AE = +744 kJ/mol

La formacin del anin xido (O2-) es energticamente desfavorable ! (pero la gran energa reticular de los xidos compensa ampliamente esta desventaja y por eso el anin O2- slo existe en redes cristalinas)



Se define como la capacidad de un tomo en una molcula de atraer los electrones de un enlace hacia l

Depende de muchos factores como los otros tomos de la molcula, el nmero de tomos unidos a l (i.c.) y el estado de oxidacin (EO) del tomo

Hay varias escalas autoconsistentes (no conviene mezclar valores de dos escalas diferentes): Pauling, Sanderson, Allred-Rochow, Mulliken-Jaffe, Allen, La ms utilizada es la de Pauling

Pauling se di cuenta de que la energa de enlace (B) en una molcula AB es siempre mayor que la media de las energa de enlace de las molculas AA y BB. Pens que en un enlace covalente perfecto estas energas deban ser iguales y que la cuanta extra era debido a atracciones electrostticas entre los tomos parcialmente cargados A y B en AB (contribucin inica extra)

Tema 1. Introduccin a la Qumica Inorgnica Propiedades peridicas (18). Electronegatividad (EN)

Linus Pauling (1901-1994)

R. S. Mulliken (1896-1986)


Ello le llev a la ecuacin: E(AB) = [E(AA).E(BB)]1/2 + 96.48(A -B)2 Donde E(AB) se expresa en kJ/mol y [A - B] es la

diferencia de EN entre los dos elementos

Pauling vi que la mayor diferencia se produca en el CsF y al F le asign el valor 4 (hoy se le asigna 3.98)

La escala de Pauling asigna a todos lo elementos valores positivos pero menores que 4

NQ (1954) y de la Paz (1963)





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