TABLA PERIODICA

UNIDAD 2

QUMICALOS ELEMENTOS QUMICOS Y SU CLASIFICACIN

TABLA PERIODICATabla Peridica:

Representa los esfuerzos realizados por los qumicos para organizar los elementos de manera lgica de acuerdo a sus propiedades (Dimitri Mendeleev es el precursor de la tabla peridica moderna).La tabla peridica se clasifica en:

1.- Perodos

2.-Clases de Elementos

3.-Grupos de Familias

4.-Bloques1.- Perodos

Es cada fila de la tabla peridica, el nmero de cada periodo corresponde al nivel energtico ms externo

Por lo tanto elementos del primer perodo solo tienen electrones en el nivel energtico 1, los del perodo 2 tienen electrones en los niveles 1 y 2

2.-Clases de Elementos:

Se distinguen 3 clases en la tabla peridica:a) ELEMENTOS REPRESENTATIVOS: formado por elementos de los grupos A (orbitales s y p).

b) ELEMENTOS DE TRANSICIN: Formado por elementos de los grupos B (orbitales d), excepto lantnidos y actnidos.

c) ELEMENTOS DE TRANSICIN INTERNA: Lantnidos y actnidos (orbtales f).

3.-Grupos de Familias

Los elementos que se comportan de forman similar forman columnas en la tabla peridica y son conocidos como grupos de familias.GRUPOFAMILIA

I AMetales alcalinos

II AMetales alcalinotrreos

III AFamilia del boro

IV AFamilia del carbono

V AFamilia del nitrgeno

VI AFamilia del Oxigeno

VII AHalgenos

VIII AGases nobles

4.-Bloques

Es un arreglo de los elementos de acuerdo con el ltimo subnivel que se forma.

Bloque s Grupos IA Y IIA

Bloque p Grupos IIIA al VIIIA

Bloque d Elementos de transicin

Bloque f Elementos de transicin Interna Cmo se relaciona la estructura de la tabla peridica con la estructura atmica de los elementos?Los periodos se asocian con el nivel energtico de los electrones ms externos de tomos correspondientes al periodo.

La configuracin electrnica de valencia de los elementos de cada columna es la misma

El comportamiento qumico y las propiedades de una familia de elementos deben por tanto asociarse con su configuracin electrnica

Cuestiones sobre la configuracin electrnica?

.Sera lgico pensar que el tercer nivel de energa se llenara con electrones 3d antes de que los electrones ocupen el orbital 4s, pero no es as.

.El comportamiento de los elementos que siguen potasio (19) y calcio (20) son muy similares a los del grupo IA y IIA lo cual indica que hay electrones de valencia en los orbtales s.

.Los elementos del 21 al 30 pertenecen a los de transicin todos ocupan orbtales d, una vez llenos estos, los electrones comienzan a ocupar orbtales 4p para completar el cuarto perodo.

Para aclarar lo anterior veamos a continuacin los bloques de orbtales:

En los elementos de transicin se llenan los orbtales d, los orbtales son 1 nivel menor a los de los s y p (representativos)

En la columna inferior de la figura es ocupada por los elementos de transicin interna los electrones de estos entran en orbtales f, que siempre es 2 unidades menor que los orbtales s y p (representativos).+..Debido a que los electrones de los orbtales d y f, siempre estn un nivel energtico mas bajo que el nivel mas alto, por ello no se les considera electrones externos.CONCEPTOS TRACENDENTES

Compuesto: es una sustancia que contiene dos o ms elementos combinados qumicamente en proporciones de masa definida, a diferencia de los elementos, los compuestos pueden descomponerse por medios qumicos en sustancias ms simples.

Molcula: es la unidad individual ms pequea sin carga de un compuesto, formada por la unin de dos o ms tomos; ejemplo: la molcula del agua.

Un Ion: es un tomo o grupo de tomos con carga positiva negativa, in compuestos inico se mantiene unido por las cargad positivas y negativas.

Un in con carga positiva; recibe el nombre de catin

Un in con carga negativa; recibe el nombre de anin

La Electricidad es un fenmeno fsico originado por cargas elctricas estticas o en movimiento y por su interaccin. Hay dos tipos de cargas elctricas, llamadas positivas y negativas. La partcula fundamental ms ligera que lleva carga elctrica es el electrn ( e- ), que transporta una unidad de carga. De esta manera un cuerpo queda cargado elctricamente gracias a la reordenacin de los e-s. Un tomo normal tiene cantidades iguales de carga elctrica positiva y negativa, por lo tanto es elctricamente neutro. La cantidad de carga elctrica transportada por todos los e-s del tomo, que por convencin son negativas, esta equilibrada por la carga positiva localizada en el ncleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedar cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones un cuerpo queda en mv. cargado positivamente, debido a que hay mas cargas elctricas positivas en el ncleo.

Nota: En algunos materiales Principalmente los metales, proliferan los e-s libres, los cuales pueden moverse por el material, estos tienen la capacidad de transferir e-s de un objeto a otro y se llaman conductores.

Conductor; material por el cual se puede transferir carga fcilmente. Aislante; material que se resiste al flujo de carga (ejem; hielo seco, base de vidrio, etc). Semiconductor; material intermedio para transferir carga (ejem; silicio, Arsenio, etc).

Metales, No metales y MetaloidesLos elementos se clasifican en metales, no metales y metaloides, los primeros los conocemos por su amplio uso como materia prima para herramientas, los segundos tambin tiene un gran uso en nuestra vida cotidiana para distintas labores (cloro, Oxigeno, Fluor entre otros.) y los ltimos se usan con frecuencia en la industria electrnica (Boro, arsnico, entre otros).

Los metales

* Son slidos a temperatura ambiente (el Hg es la excepcin)

* Tienen lustre

* Son buenos conductores de calor y electricidad* Son maleables (se pueden laminar martillar para formar laminas)

* Son dctiles (se pueden estirar para formar alambres)

* La mayora tienen punto de fusin elevado y alta densidad

* Algunos de los mas conocidos son Al, Cr, Au, Fe, Pb, Mg, Hg.* Menos conocidos pero tambin importantes Calcio, K, Na y U.

* Tienen poca tendencia a combinarse entre si para formar compuestos

* Muchos metales se combinan con no metales; como Cl, Na, O, S, para formar compuestos inicos como Cloruros, xidos y Sulfuros Metlicos

* Suelen mezclarse entre si para formar mezclas homogneas slidas (llamadas aleaciones)

No metales

* No son lustrosos * Sus puntos de fusin y densidad son relativamente bajos

* Malos conductores de calor y electricidad

* Ejemplos, C, P, S, O, N, H

* C, P, S, Se, y I, son slidos, B es liquido y los dems son gases.* Se combinan entre si para formar compuestos moleculares como CO2 (Dixido de carbono), CH4 (Metano), C4H10 (Butano)y SO2 (Dixido de azufre), El F es el mas reactivo y se combina con mucha facilidad.

Metaloides* Tienen propiedades entre metal y no metal

* Varios de ellos como (boro, Silicio, y germanio) son materias primas de dispositivos semiconductores en la industria electrnica.

PROPIEDADES ATOMICAS Y SU VARIACIN PERIODICA

Las distintas propiedades atmicas varan de una forma peridica alo largo de la tabla, en base a estas propiedades se puede conocer distintos aspectos y deducir tipos de enlace y la naturaleza de los compuesto formado por estos, entre ellas estn La carga nuclear efectiva, Radio atmico, Energa de ionizacin, Afinidad electrnica, Numero de oxidacin, Electronegatividad.

Carga nuclear efectiva (Zef)Es la carga real que mantiene unido a un e al ncleo. Depende de dos factores contrapuestos:

1) Carga nuclear (Z). A mayorZ mayorZef, pues habr mayor atraccin por parte del ncleo al haber ms protones.

2) Apantallamiento o efecto pantalla () de e interiores o repulsin electrnica. A mayor apantallamiento menorZef.

As consideraremos que: Zef = Z - Variacin de Zef en la tabla.

Vara poco al aumentar Z en los e de valencia de un mismo grupo, pues aunque hay una mayor carga nuclear tambin hay un mayor apantallamiento. Consideraremos que en la prctica cada e de capa interior es capaz de contrarrestar el efecto de un protn.

Crece hacia la derecha en los elementos de un mismo periodo, debido al menor apantallamiento de los e de la ltima capa y al mayor Z, de manera que segn se avanza en un periodo hacia la derecha crece ms Z que a, pues el apantallamiento de los e de ultima capa es inferior a 1.Z ef sobre el e exterior del Li sera: 3 2 = 1, mientras que en el caso del Na sera: 11 10 = 1, es decir apenas vara.

Radio AtmicoSe define como: la mitad de la distancia de dos tomos iguales que estn enlazados entre s.Otra definicin ms concreta: El radio atmico es la distancia media entre los electrones externos y el ncleo.

Fig. a) El radio atmico se define como la mitad de la distancia entre los centro de dos tomos adyacentes, b) Para elementos tales como el cloro que existen como molculas diatmicas, el radio del tomo se define como la mitad de la distancia entre los centros de dos tomos en la molcula.

Hay que tener en cuenta un aspecto muy importante: A mayor carga nuclear efectiva, los electrones estarn mas fuertes enlazados al ncleo y menor ser el radio atmico.

El radio atmico desminuye a lo largo de un periodo y aumenta al descender por un grupo de la tabla peridica. (aumenta hacia la izquierda en los periodos, y hacia abajo en los grupos.)

Radio InicoEl radio Inico es el radio de un anin un catin (Es el radio que tiene un tomo cuando ha perdido o ganado electrones).El radio inico afecta las propiedades fsicas y qumicas de un compuesto inico y depende del tamao relativo de sus aniones y cationes.

Cuando un tomo neutro se convierte en un in, se espera, se espera un cambio en el tamao; si el tomo se convierte en un anin (su tamao aumenta), dado que la carga nuclear permanece constante pero la repulsin resultante de la adicin del electrn(es) extiende la nube electrnica; un catin es mas pequeo que un tomo neutro, dado que al quitar uno o mas electrones se contrae la nube electrnica.

Como varia en la tabla peridica?Dentro de un grupo, los radios inicos aumentan al aumentar el nmero atmico, dentro de un periodo, el radio inico disminuye al aumentar el nmero atmico.

Ejercicio: Acomodar los siguientes elementos de acuerdo a su radio Inico en orden descendente:

Berilio, Litio y FluorEnerga de IonizacinTambin llamado potencial de ionizacin. Es la energa necesaria para extraer el electrn ms dbilmente ligado al tomo para formar un catin.

Como varia en la tabla peridica?La energa de ionizacin en los periodos aumenta hacia la derecha y en los grupos, aumenta hacia arriba.

Afinidad Electrnica

Es la cantidad de energa desprendida cuando un tomo gana un electrn adicional en estado gaseoso. Es la tendencia de los tomos a ganar electrones.Como varia en la tabla peridica?La Afinidad Electrnica, en los periodos aumenta hacia la derecha y en los grupos, aumenta hacia arriba.

Aumento de la Afinidad electrnicaCarcter Metlico

La divisin entre metales y no metales es clara en la tabla. El carcter metlico se refiere a que tan marcadas son las propiedades metlicos o no metlicos con respecto a otros elementos.Como varia en la tabla peridica?El carcter metlico aumenta en los periodos hacia la izquierda y en los grupos hacia abajo.

Aumento de Carcter Metlico

Electronegatividad

Es una medida de la atraccin que ejerce un tomo de una molcula sobre los electrones del enlace. La electronegatividad mide la tendencia de un tomo a atraer los e de otros tomos a los que est enlazado.

Como varia en la tabla peridica?En la tabla peridica la electronegatividad en los periodos aumenta hacia la derecha y en los grupos aumenta hacia arriba. Aumento de la electronegatividad

Nota: Electronegatividad y Carcter metlico son conceptos opuestos (a mayor electronegatividad menor carcter metlico y viceversa).

El nmero de oxidacin* Es la carga elctrica formal que se asigna a un tomo en un compuesto.

* El nmero de oxidacin supone que hay enlaces inicos entre tomos unidos por enlace covalente.

* Su variacin en una reaccin qumica indica la existencia de un proceso de oxidacin-reduccin.

El nmero de oxidacin se puede definir como el nmero de cargas que habra que asignar a cada uno de los tomos de los distintos elementos que forman un compuesto, si todos ellos pasaran al estado de iones. La suma de los nmeros de oxidacin de todos los tomos que forman un compuesto es cero.EL IMPACTO ECONOMICO O AMBIENTAL DE ALGUNOS ELEMENTOS

El nmero de elementos que existen en la naturaleza es de 92 pero pueden aadirse algunos elementos obtenidos artificialmente.

Un elemento es una sustancia constituida por tomos con el mismo nmero atmico. Algunos elementos comunes son oxgeno, nitrgeno, hierro, cobre, oro, plata, hidrgeno, cloro y uranio.

Aproximadamente el 75% de los elementos son metales y los otros son no metales. La mayor parte de los elementos son slidos a temperatura ambiente, dos de ellos (mercurio y bromo) son lquidos y el resto son gases. Pocos elementos se encuentran en la naturaleza en estado libre (no combinados), entre ellos el oxgeno, nitrgeno; los gases nobles (helio, nen, argn, kriptn, xenn y radn); azufre, cobre plata y oro. Los ms de los elementos se encuentran en la naturaleza combinados con otros elementos formando compuestos

ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS EN LA NATURALEZA

La abundancia de los elementos; en las rocas de la Tierra, la Tierra en general, los meteoritos, el sistema solar, las galaxias o todo el universo, corresponde al promedio de las cantidades relativas de los elementos qumicos presentes o, en otras palabras, ala composicin qumica promedio. La abundancia de los elementos est dada por el nmero de tomos de un elemento de referencia. El silicio comnmente se toma como el elemento de referencia en el estudio de la composicin de la Tierra y los meteoritos, y los datos estn dados en tomos por 106 tomos de silicio. Los resultados de las determinaciones astronmicas de la composicin del Sol y las estrellas con frecuencia se expresan en tomos por 1010 tomos de hidrgeno. Los anlisis qumicos ordinarios, entre ellos las tcnicas avanzadas para estudios de trazas de elementos (tales como activacin neutrnica o dilucin isotpica), sirven para determinar la composicin de rocas y meteoritos. La composicin del Sol y las estrellas puede obtenerse de anlisis espectroscpicos cuantitativos. Los elementos ms abundantes en la superficie de la Tierra son oxgeno, silicio, aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio, magnesio, etc. En el universo, el hidrgeno y el helio constituyen ms del 95% de la materia total.

ABUNDANCIA DE LOS ELEMENTOS EN LA CORTEZA TERRESTRE

De todos los elementos que constituyen la Tierra, la humanidad slo tiene acceso directo, por lo pronto, a los de la corteza (Figura I.17). Acerca de algunos de estos elementos, de sus compuestos y reacciones tratar la segunda seccin de este libro.

Figura I.17. Abundancia de los elementos en la corteza terrestre

ELEMENTOS DE IMPORTANCIA ECONOMICA

Existen una gran cantidad de elementos de importancia econmica con una enorme diversidad de aplicaciones; a continuacin se presentan algunos de que revisten una importancia muy significativa.

Au (oro)

El oro tiene aplicaciones en odontologa y la mayor parte de su produccin se emplea en la acuacin de monedas y en joyera.

Ag (Plata)

El uso de la plata en joyera, servicios de mesa y acuacin de monedas. La plata se usa para recubrir las superficies de vidrio de los espejos, tambin se utiliza con frecuencia en los sistemas de circuitos elctricos y electrnicos.

Pb (Plomo)

El plomo se emplea en grandes cantidades en la fabricacin de bateras y en el revestimiento de cables elctricos. Tambin se utiliza industrialmente en las redes de tuberas, tanques y aparatos de rayos X. Entre las numerosas aleaciones de plomo se encuentran las soldaduras, el metal tipogrfico y diversos cojinetes metlicos. Una gran parte del plomo se emplea en forma de compuestos, sobre todo en pinturas y pigmentos.

Fe (hierro)

El xido de hierro.- Tambin se usa como abrasivo para pulir y como medio magnetizable de cintas y discos magnticos.

El cloruro de hierro.- se utiliza en medicina y como una disolucin alcohlica llamada tintura de hierro.

Al (aluminio)

Aluminio.- es muy til para construir aviones, vagones ferroviarios y automviles, y para otras aplicaciones en las que es importante la movilidad y la conservacin de energa.

ELEMENTOS CONTAMINANTESQue es la contaminacin?Es la introduccin de cualquier sustancia o forma de energa con potencial para provocar daos, irreversibles o no, en el medio inicial.

NOTA: En esta seccin tomaremos en cuenta que los elementos son parte de compuestos o sustancias que contaminan los grandes medios de la tierra como lo son el aire, suelo y agua, pero en este estudio nos enfocaremos de manera particular a los contaminantes del aire

Cules son los principales contaminantes del aire?

Monxido de Carbono (CO): Es un gas inodoro e incoloro. Cuando se lo inhala, sus molculas ingresan al torrente sanguneo, donde inhiben la distribucin del oxgeno. En bajas concentraciones produce mareos, jaqueca y fatiga, mientras que en concentraciones mayores puede ser fatal.

El monxido de carbono se produce como consecuencia de la combustin incompleta de combustibles a base de carbono, tales como la gasolina, el petrleo y la lea, y de la de productos naturales y sintticos, como por ejemplo el humo de cigarrillos. Se lo halla en altas concentraciones en lugares cerrados, como por ejemplo garajes y tneles con mal ventilados, e incluso en caminos de trnsito congestionado.

Dixido de Carbono (CO2): Es el principal gas causante del efecto invernadero. Se origina a partir de la combustin de carbn, petrleo y gas natural. En estado lquido o slido produce quemaduras, congelacin de tejidos y ceguera. La inhalacin es txica si se encuentra en altas concentraciones, pudiendo causar incremento del ritmo respiratorio, desvanecimiento e incluso la muerte.

Clorofluorcarbonos (CFC): Son substancias qumicas que se utilizan en gran cantidad en la industria, en sistemas de refrigeracin y aire acondicionado y en la elaboracin de bienes de consumo. Cuando son liberados a la atmsfera, ascienden hasta la estratosfera. Una vez all, los CFC producen reacciones qumicas que dan lugar a la reduccin de la capa de ozono que protege la superficie de la Tierra de los rayos solares. La reduccin de las emisiones de CFC y la suspensin de la produccin de productos qumicos que destruyen la capa de ozono constituyen pasos fundamentales para la preservacin de la estratosfera.

Contaminantes atmosfricos peligrosos (HAP): Son compuestos qumicos que afectan la salud y el medio ambiente. Las emanaciones masivas, pueden causar cncer, malformaciones congnitas, trastornos del sistema nervioso y hasta la muerte

Las emisiones de HAP provienen de fuentes tales como fbricas de productos qumicos, productos para limpieza en seco, imprentas y vehculos (automviles, camiones, autobuses y aviones).

Plomo: Es un metal de alta toxicidad que ocasiona una diversidad de trastornos, especialmente en nios pequeos. Puede afectar el sistema nervioso y causar problemas digestivos. Ciertos productos qumicos que contienen plomo son cancergenos. El plomo tambin ocasiona daos a la fauna y flora silvestres.

El contenido de plomo de la gasolina se ha ido eliminando gradualmente, lo que ha reducido considerablemente la contaminacin del aire. Sin embargo, la inhalacin e ingestin de plomo puede tener lugar a partir de otras fuentes, tales como la pintura para paredes y automviles, los procesos de fundicin, la fabricacin de bateras de plomo, los seuelos de pesca, ciertas partes de las balas, algunos artculos de cermica, las persianas venecianas, las caeras de agua y algunas tinturas para el cabello.

Ozono (O3): Este gas es una variedad de oxgeno, que, a diferencia de ste, contiene tres tomos de oxgeno en lugar de dos. El ozono de las capas superiores de la atmsfera, donde se forma de manera espontnea, constituye la llamada capa de ozono, la cual protege la tierra de la accin de los rayos ultravioletas. Sin embargo, a nivel del suelo, el ozono es un contaminante de alta toxicidad que afecta la salud, el medio ambiente, los cultivos y una amplia diversidad de materiales naturales y sintticos. El ozono produce irritacin del tracto respiratorio, dolor en el pecho, tos persistente, incapacidad de respirar profundamente y un aumento de la propensin a contraer infecciones pulmonares. A nivel de medio ambiente, es perjudicial para los rboles y reduce la visibilidad.

El ozono que se halla a nivel del suelo proviene de la descomposicin (oxidacin) de los compuestos orgnicos voltiles de los solventes, de las reacciones entre substancias qumicas resultantes de la combustin del carbn, gasolina y otros combustibles y de las substancias componentes de las pinturas y spray para el cabello. La oxidacin se produce rpidamente a alta temperatura ambiente. Los vehculos y la industria constituyen las principales fuentes del ozono a nivel del suelo.

Oxido de nitrgeno: Proviene de la combustin de la gasolina, el carbn y otros combustibles. Es uno de los principales causas del smog y la lluvia cida. El primero se produce por la reaccin de los xidos de nitrgeno con compuestos orgnicos voltiles. En altas concentraciones, el smog puede producir dificultades respiratorias en las personas asmticas, accesos de tos en los nios y trastornos en general del sistema respiratorio. La lluvia cida afecta la vegetacin y altera la composicin qumica del agua de los lagos y ros, hacindola potencialmente inhabitable para las bacterias, excepto para aquellas que tienen tolerancia a los cidos.

Dixido de azufre (SO2): Es un gas inodoro cuando se halla en bajas concentraciones, pero en alta concentracin despide un olor muy fuerte. Se produce por la combustin de carbn, especialmente en usinas trmicas. Tambin proviene de ciertos procesos industriales, tales como la fabricacin de papel y la fundicin de metales. Al igual que los xidos de nitrgeno, el dixido de azufre es uno de los principales causantes del smog y la lluvia cida. Est estrechamente relacionado con el cido sulfrico, que es un cido fuerte. Puede causar daos en la vegetacin y en los metales y ocasionar trastornos pulmonares permanentes y problemas respiratorios

Mercurio: Se encuentra nativo en la naturaleza en algunos casos, pero su mineral mas abundante es el cinabrio. Solo representa 0,5 ppm de la corteza terrestre.Es el nico metal que, a las temperaturas ordinarias, adopta el estado liquido.

No se oxida en el aire a temperaturas ordinarias, pero se combina lentamente con el oxigeno cuando se mantiene en la atmsfera cerca de su punto de ebullicin. Por su inactividad general y su reducida presin de vapor, se emplean bombas de vaco, y en el laboratorio, para confinar gases.

A elevadas temperaturas, el vapor de mercurio conduce la corriente elctrica.

El mercurio forma con muchos metales amalgamas, liquidas cuando la proporcin del otro metal es pequea, pero pastosas y hasta slidas al aumentar dicha proporcin. Las amalgamas de estao, plata y oro se usan en odontologa.

A pesar de sus beneficiosas aplicaciones mdicas, el mercurio provoca unas intoxicaciones (como la estomatitis mercurial y el hidragirismo) que afectan diversos rganos, especialmente el rin y los aparatos digestivo y nervioso.

Intoxicacin mercurial aguda:

Sntomas: Cuando el txico se ha ingerido en forma concentrada produce: dolor urente ene la boca, garganta y estmago, salivacin, dolores, clicos, vmitos graves, nuseas, diarrea, prdida copiosa de lquidos.

Intoxicacin mercurial crnica:

Este envenenamiento puede ser consecuencia de la inhalacin de vapores de mercurio o de polvo de sales mercuriales. El mercurio, puede absorberse a travs de la piel intacta.

Los compuestos alqulicos de mercurio pueden causar perturbaciones mentales; excitacin seguida de depresin, que puede ser grave y de larga duracin.