Elementos Químicos Características de la clasificación periódica moderna de los elementos., Summaries of Chemistry

Download Elementos Químicos Características de la clasificación periódica moderna de los elementos. and more Summaries Chemistry in PDF only on Docsity! INDICE Introduccién Desarrollo de los temas 2.1 Caracteristicas de la clasificacién periddica moderna de los elementos. 2.1.1 Tabla periddica larga y Tabla cuantica. 2.2 Propiedades atémicas y su variacién periddica. 2.2.1 Carga nuclear efectiva. 2.2.2 Radio atémico, radio covalente, radio idnico. 2.2.3 Energia de ionizacion. 2.2.4 Afinidad electronica. 2.2.5 Numero de oxidacién. 2.2.6 Electronegatividad. 2.3 Aplicacion: Impacto econdmico o ambiental de algunos elementos. 2.3.1 Abundancia de los elementos en la naturaleza. 2.3.2 Elementos de importancia econdmica. 2.3.3 Elementos contaminantes Conclusién Fuentes bibliograficas. Grupos “A” Estan formados por los elementos representativos donde los electrones externos 0 electrones de valencia estan en orbitales “s dependen de estos orbitales. ylo “p”; por lo tanto, sus propiedades Las propiedades de los elementos representativos dentro del grupo o familia varian de manera muy regular, a ello se debe el nombre de elemento representativo. Grupos “B” Estan formados por elementos de transicién, en cuyos atomos el electrén de mayor energia relativa estan en orbitales “d” o “f"; y sus electrones de valencia se encuentran en orbitales “s” (del ultimo nivel) y/o orbitales “d” o “f’; por lo tanto, sus propiedades quimicas dependen de estos orbitales. Se denominan elementos de transicién, porque se consideran como transito entre elementos metalicos de alta reactividad que forman generalmente bases fuertes (IA y IIA) y los elementos de menor caracter metalico que poseen mas acentuado su tendencia a formar acidos (IIIA, IVA, ... VIIA). El grupo VIIIB abarca tres columnas (familia del Fe, Co y Ni). Los elementos del grupo IB (Cu, Ag, Au), asi como también los elementos del grupo VIB (Cr y Mo) no cumplen la distribucion electronica, como ya se analizara oportunamente. Los elementos del mismo grupo generalmente difieren en sus propiedades. Los elementos de transicion interna (tierras raras), poseen electrones de mayor energia relativa en orbitales “f" y pertenecen al grupo IIIB; a estos se les denomina lantanidos y actinidos, cuya abundancia en la naturaleza es muy escasa y muchas veces solo se encuentran en forma de trazas combinados con otros elementos, razon por lo cual se llama “tierras raras”. e Lantanidos (lantanoides): comienza con lantano (Z=57) y termina en lutecio (Z=71), poseen propiedades semejantes al lantano. e Actinidos (actinoides): comienza con el actinio (Z=87) y termina con lawrencio (Z=103), poseen propiedades semejantes al actinio DESCRIPCION —— PERIODOS —. <— sodnyo La tabla periddica de los elementos ampliada fue sugerida por primera vez por Glenn Theodore Seaborg en 1969. Se considera una extension ldgica de los principios que hicieron posible la tabla periddica, de tal forma que sea posible incluir facilmente los elementos quimicos no descubiertos atin. Todos los elementos se denominan segun los postulados de la Union Internacional de Quimica Pura y Aplicada (la IUPAC, siglas de su nombre en inglés: International Union of Pure and Applied Chemistry), que proporciona una denominacion sistematica de elementos estandar mientras no se confirme un nombre oficial. La historia de la tabla periédica esta intimamente relacionada con varios aspectos del desarrollo de la quimica y la fisica: = El descubrimiento de los elementos de la tabla periddica. = Elestudio de las propiedades comunes y la clasificacién de los elementos. = La noci6n de masa atémica (inicialmente denominada "peso atémico") y, posteriormente, ya en el siglo XX, de numero atémico. « Las relaciones entre la masa atomica (y, mas adelante, el numero atémico) y las propiedades periddicas de los elementos. RIRIEIMINISI Ile La tabla cuantica, es una clasificacion de los elementos basada en la periodicidad de sus propiedades quimicas, como consecuencia y funcién de la distribucién electronica obtenida de los valores de los numeros cuanticos. Al igual que en la tabla periddica, en la cuantica los elementos estan agrupados en periodos y familias. La tabla cuantica tiene ocho periodos ubicados horizontalmente y sefialados en la parte izquierda. Estos son el resultado de la suma de los valores de n + | que presentan los elementos. Por ejemplo, el galio esta ubicado en el periodo 5, mostrado a la izquierda del elemento en Linea recta horizontal, y corresponde a la suma de los valores de n + | que tiene el galio; el valor dé para el galio se obtiene subiendo en diagonal hacia la derecha y es 4, y el valor de t se ubica en la parte superior de la tabla y es 1, por lo que 4 + 1=5, que corresponde al numero de periodo en el que esta ubicado el elemento. Existen 32 familias en la tabla cuantica y estan ubicadas en columnas verticales. ilos elementos que pertenecen ala misma familia presentan, para su electr6n diferencial, valores iguales en los numeros cuanticos n, t y s (localizados en la parte superior), siendo solo el valor de n el que varia de un elemento a otro. Gracias a la tabla cuantica podemos saber como se configura cuanticamente un elemento. Por ejemplo: Al=1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Para poder ayudarnos de la tabla cuantica primero tenemos que conocerla y saber como usarla. 1s 2 numero de electrones subnivel. =i Ae2 aos Afinidad electronica es el cambio de energia cuando un atomo acepta un electrén en el estado gaseoso. Esta es una energia que se libera y tendra un valor negativo. Mientras mas negativa sea la afinidad electrénica mayor sera la tendencia del atomo a aceptar un electron. al aumentar el numero atomico los valores se hacen mas negativos, es decir es mayor la afinidad electronica Al descender en un grupo, aun cuando a partir del Segundo periodo hay una estabilizacién de la carga nuclear efectiva. 7 Five be t jen Electronegatividad Tendencia general de un atomo para tener electrones hacia si mismo en un compuesto. Esta es determina a partir de la electroafinidad y de la energia de ionizacion. la mas comtn de las escalas es la que realiz6 Linus Pauling. Este concepto es muy util para predecir el tipo de enlace, para la escritura de nombres y formulas de compuestos y para la polaridad de enlaces y moléculas. La electronegatividad de un atomo determinado esta afectada fundamentalmente por dos magnitudes, su masa atdémica y la distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al nucleo atémico. Electronegatividad de los 4tomos i: segtin Pauling La carga nuclear efectiva es la carga positiva neta experimentada por un electron en un atomo poli electrénico. El término "efectiva" se usa porque el efecto pantalla de los electrones mas cercanos al nucleo evita que los electrones en orbitales superiores experimenten la carga nuclear completa. Es posible determinar la fuerza de la carga nuclear observando el numero de oxidacién del atomo. En un atomo con un electron, el electrén experimenta toda la carga del nucleo positivo. En este caso, la carga nuclear efectiva puede ser calculada usando la ley de Coulomb. Sin embargo, en un atomo con muchos electrones, los electrones externos son, simultaneamente, atraidos al nucleo debido a su carga positiva, y repelidos por los electrones cargados negativamente. La carga nuclear efectiva en un electrén de este tipo de atomo esta dada por la siguiente ecuacién Zep = 2-8 Donde Z es el numero atémico, y define tanto el numero de protones en el nucleo como el total de electrones de un atomo. S es la constante de pantalla, depende del numero de electrones entre el nucleo y el electron considerado, y también en qué tipo de orbital se encuentran los electrones que restan carga nuclear. No contribuyen los electrones exteriores al nivel energético considerado, pero si el resto de los vecinos del mismo nivel. La idea de la carga nuclear efectiva es muy Util para entender cémo se modifican a lo largo de la T.P. los alcances de los orbitales atomicos, las variaciones de las energias de ionizacion, afinidades electronicas y la electronegatividad, en general, para entender las propiedades periddicas. Carga nuclear efectiva Repulsion \ SS ar Outer electrons Attraction —— , Nucleus a oe * Radio atomico El radio atémico esta definido como la mitad de la distancia entre dos nucleos de dos atomos adyacentes. Diferentes propiedades fisicas, densidad, punto de fusion, punto de ebullicién, estos estan relacionadas con el tamafo de los atomos. Identifica la distancia que existe entre el nucleo y el orbital mas externo de un atomo. 2288 Moms és = Enun grupo cualquiera, el radio atomico aumenta de arriba a abajo con la cantidad de niveles de energia. Al ser mayor el nivel de energia, el radio atomico es mayor. = En los periodos, el radio atémico disminuye al aumentar el numero atémico (Z), hacia la derecha, debido a la atraccién que ejerce el nucleo sobre los electrones de los orbitales mas externos, disminuyendo asi la distancia entre el nucleo y los electrones. = Elradio atémico puede ser covalente o metalico. La distancia entre nucleos de atomos "vecinos" en una molécula es la suma de sus radios covalentes, mientras que el radio metalico es la mitad de la distancia entre nucleos de atomos "vecinos" en cristales metalicos. Usualmente, por radio atémico se ha de entender radio covalente. Es inversamente proporcional con el atomo. La afinidad electrénica (Eea) o electroafinidad se define como la energia liberada cuando un atomo gaseoso neutro en su estado fundamental (en su menor nivel de energia) captura un electron y forma un ion mono negativo: X(g) +7 —+ X"(g) + Bea Dado que se trata de energia liberada, pues normalmente al insertar un electrén en un atomo predomina la fuerza atractiva del nucleo, tiene signo negativo. En los casos en los que la energia sea absorbida, cuando ganan las fuerzas de repulsi6n, tendran signo positivo; (Eea) se expresa comUnmente en el Sistema Internacional de Unidades, en kJ-mol-1. También podemos recurrir al proceso contrario para determinar la primera afinidad electronica, ya que seria la energia consumida en arrancar un electrén a la especie anidénica mono negativo en estado gaseoso de un determinado elemento; evidentemente la entalpia correspondiente (Eea) tiene signo negativo, salvo para los gases nobles y metales alcalinotérreos. Este proceso equivale al de la energia de ionizacion de un atomo, por lo que la (Eea) seria por este formalismo la energia de ionizacion de orden cero. Esta propiedad nos sirve para prever qué elementos generaran con facilidad especies anidnicas estables, aunque no hay que relegar otros factores: tipo de contraion, estado sdlido, ligando-disoluci6n, etc. La afinidad electrénica aumenta cuando el tamafio del atomo disminuye, el efecto pantalla no es potente o cuando crece el numero atémico. Visto de otra manera: la afinidad electrénica aumenta de izquierda a derecha, y de abajo hacia arriba, al igual que lo hace la electronegatividad. En la tabla periddica tradicional no es posible encontrar esta informacion. Afinidad electronica (AE) El numero de oxidacién es un numero entero que representa el numero de electrones que un atomo pone en juego cuando forma un compuesto determinado. El numero de oxidacién es positivo si el atomo pierde electrones, 0 los comparte con un atomo que tenga tendencia a captarlos. Y sera negativo cuando el atomo gane electrones, 0 los comparta con un atomo que tenga tendencia a cederlos. Algunos autores consideran también la existencia de estados de oxidacion fraccionarios. sin embargo, este concepto adolece de inconsistencias: si se le asigna un estado de oxidacién a un atomo de +1/2, gesta cediendo medio electron, particulas no susceptibles de dividirse. -3-2-10 414243 + Oxidacion menta el numero de oxi (perdida de electronas) Reduccion e el numero d Los compuestos quimicos son eléctricamente neutros, excepto los iones cuando los consideramos separadamente. Es decir, la carga que aporten todos los atomos de un compuesto tiene que ser globalmente nula, debemos tener en un compuesto tantas cargas positivas como negativas. Respecto a los iones, se dice que quedan con carga residual. La electronegatividad es la capacidad, el poder de un atomo en una molécula para atraer a los electrones hacia si.1 También debemos considerar la distribucién de densidad electronica alrededor de un atomo determinado frente a otros distintos, tanto en una especie molecular como en sistemas 0 especies no moleculares. La electronegatividad de un atomo determinado esta afectada fundamentalmente por dos magnitudes: su masa atémica y la distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al nucleo atomico. Esta propiedad se ha podido correlacionar con otras propiedades atémicas y moleculares. Fue Linus Pauling el investigador que propuso esta magnitud por primera vez en el afio 1932, como un desarrollo mas de su teoria del enlace de valencia.2 La electronegatividad no se puede medir experimentalmente de manera directa como, por ejemplo, la energia de ionizacion, pero se puede determinar de manera indirecta efectuando calculos a partir de otras propiedades atémicas o moleculares. Se han propuesto distintos métodos para su determinacion y aunque hay pequefias diferencias entre los resultados obtenidos todos los métodos muestran la misma tendencia periddica entre los elementos. El procedimiento de calculo mas comun es el inicialmente propuesto por Pauling. El resultado obtenido mediante este procedimiento es un numero adimensional que se incluye dentro de la escala de Pauling. Esta escala varia entre 0,65 para el elemento menos electronegativo (francio) y 4,0 para el mayor (fluor). Los diferentes valores de electronegatividad se clasifican segtin diferentes escalas, entre ellas la escala de Pauling anteriormente aludida y la escala de Mulliquen. En general, los diferentes valores de electronegatividad de los atomos determinan el tipo de enlace que se formara en la molécula que los combina. Asi, segtin la diferencia entre las electronegatividades “x de estos se puede determinar (convencionalmente) si el enlace sera, segtin la escala de Linus Pauling: = Covalente apolar; 9 = Ax = 0.4 * Covalente polar: 9-5 = Ax < 1.6 = lénico: 1-7 < Ax < 12.0 En la actualidad, se conocen hasta 118 elementos quimicos, aunque no todos ellos abundan de igual manera en la naturaleza. El elemento con mayor presencia en el Universo es el hidrégeno, que es el combustible de las estrellas, y , en segundo lugar, se encuentra el helio. En cuanto a la corteza y atmosfera terrestres, donde se concentra la vida en nuestro planeta, el mas abundante es el oxigeno que se encuentra preferentemente en forma de agua y el siguiente es el silicio que aparece sobre todo en forma de rocas y arena. Otros elementos abundantes en la corteza terrestre son: aluminio, hierro, calcio, sodio, potasio, magnesio e hidrégeno. En la materia viva (seres humanos y animales), después del oxigeno, el elemento mas abundante es el carbono (en el reino vegetal éste es el mas cuantioso). También estan presentes en los organismos vivos: hidrégeno, nitrogeno, calcio (en los huesos), fésforo (en los huesos, el ADN y ARN), hierro (en la hemoglobina), cloro, potasio, azufre, sodio, magnesio, yodo y zinc. Existen ademas otros elementos que se hallan en cantidades infimas llamados oligoelementos, que son indispensables para el correcto funcionamiento del organismo: cobre, cobalto, fluor, boro, manganeso y molibdeno. ADLNGANCIA de 1OS ElIEMENTOS QUIMICOS en la corteza terrestre {incluidos los oceanos y la atmdsfera) Hierro Calcio Aluminio 4 3.4% Oxigeno 75% gel — 49.5% Otros 9.2% Silicia 25.7% Elemento de Importancia Econémica: Hidrogeno (H) Los principales usos del hidrogeno son: a) para la produccién de amoniaco (N3H) por el proceso (Haber). b) En la produccion del acido clorhidrico al combinarse con cloro, en la sintesis del alcohol metilito (CH3OH) al combinar con monoxido de carbono. c)Refinaci6n de petrdleo. d)Hidrogeno de aceite. Boro (B) Este no metal se utiliza como fertilizante foliar y edafico. Carbono (C) Este metal es importante ya que forma parte de numerosos compuestos y son importantes para la vida cotidiana del ser humano. También forma parte de las estructuras de las grasas 0 lipidos de la cual la parte estructural esta formada por el glicerol y glicerina el cual es un alcohol. El carbono también forma parte de las estructuras de acidos nucleicos, vitaminas. Nitrégeno (N) La mayor parte del nitrégeno se encuentra en el aire de la atmésfera y se usa para fabricar amoniaco al combinarse con el hidrogeno en su forma liquida, el nitrégeno se utiliza como congelante. Oxigeno (O) Este elemento también se encuentra en el aire de la atmésfera y es muy importante en la vida del ser humano ya que él depende de su respiraci6n. También se utiliza ampliamente en la industria y también se utiliza en la soldadura autégena 0 acetilénica. Fluor (F) Los usos de los fluoruros principalmente el fluoruro de sodio se utiliza en la fluoracién del agua potable y en las pastas dentales para prevenir las caries. Cloro (Cl) Se utiliza para la elaboracion de plastico disolvente, pesticidas, producto farmacéutico, refrigerante y colorante. También se utiliza en la desinfeccion y para blanquear textiles. Bromo (Br) Los compuestos organicos que contienen bromo se utilizan como intermediarios en las sintesis industriales de colorantes. Los bromuros inorganicos se utilizan como medicina en el blanqueo de tejidos y en fotografias bromuro de plata. &Cuales son los principales contaminantes? Los 10 principales contaminantes que podemos encontrar en nuestro planeta son: 1.- El mercurio, bajo la forma de metal mercurio, utilizado en mas de 80 clases de industrias de 3000 maneras diferentes, cuya proporcién aumenta peligrosamente en rios y mares. 2.- El Acido sulfdrico a temperatura ambiente es un liquido corrosivo, incoloro, inodoro de olor picante, muy corrosivo y de gran viscosidad, se utiliza mucho en la industria actualmente. 3.- El plastico, en cualquiera de sus formas tarda mas de 150 afos en ser desechado por la naturaleza. de manera natural 4.- El plomo, que se encuentra ampliamente diseminado en las tierras y bajo forma se sales en los mares, en concentraciones muy bajas (0,3 mg por millén). Al aumentar su uso como aditivo de los combustibles y ser eliminado como gas de desecho, su concentracién crece y se va depositando en los alrededores de las fabricas y a lo largo de las carreteras hasta una extensién de casi 300 metros en una franja, a cada lado de las mismas. 5.- El DDT, un pesticida que fue muy utilizado para controlar plagas agricolas y forestales casi desde su descubrimiento; su concentracion va aumentando con los afios, lo que hace muy peligroso para la tierra y los rios. 6.- Los elementos radiactivos, desechos de las centrales nucleares y la investigacion, son un problema muy serio para los paises industrializados que aun los utilizan. 7.- El petrdleo que tras ser derramado en mares y playas crea problemas medioambientales como los vividos en Galicia, Espafia y en Alaska, USA. 8.- El Smog, constituido a partir de sustancias que contiene nitro6geno y el humo de combustidn (coches), mezclados bajo los efectos de la radiacién solar produce ozono, y puede ser muy tdxico. 9.- Los Detergentes quimicos, que al mezclarse con las aguas crean un gran problema ya que muchas sustancias de su formulacién no pueden destruirse y contaminan las aguas de los rios. 10.- La ignorancia; si no nos preocupamos por nuestro planeta, nadie lo hara por nosotros.