química introductoria-1ª edición Canadiense

una de las razones por las que la Tabla periódica es tan útil es porque su estructura nos permite determinar cualitativamente cómo varían algunas propiedades de los elementos frente a su posición en la Tabla periódica. La variación de propiedades versus posición en la Tabla periódica se llama tendencias periódicas., No hay otra herramienta en la ciencia que nos permita juzgar las propiedades relativas de una clase de objetos como esta, lo que hace de la Tabla periódica una herramienta muy útil. Muchas tendencias periódicas son generales. Puede haber algunos puntos en los que se observa una tendencia opuesta, pero hay una tendencia general cuando se considera a través de una fila entera o abajo de una columna entera de la Tabla periódica.

carga nuclear efectiva

muchas de las propiedades periódicas de los átomos dependen de la configuración electrónica; en particular, los electrones de Valencia y su nivel de atracción hacia el núcleo.,

Los electrones de Valencia son simultáneamente atraídos por la carga positiva del núcleo y repelidos por las cargas negativas de otros electrones. Esta carga nuclear neta sentida por los electrones de Valencia se conoce como su carga Nuclear efectiva, Zeff (pronunciado «Zed-efectivo»)., La carga nuclear efectiva es siempre menor que la carga nuclear real, y se puede estimar aproximadamente usando la siguiente ecuación:

Zeff = Z – S

donde Z es la carga nuclear (igual al número de protones), y S es la constante de detección que se puede aproximar al número de electrones «núcleo» no-Valencia.

ejemplo:

aproximar la carga nuclear efectiva de magnesio.

solución:

primero debemos determinar la configuración electrónica del magnesio para determinar el número de electrones del núcleo.,

Mg =1s2 2s2 2p6 3s2 = 3s2, por lo tanto el magnesio tiene 10 electrones del núcleo de sus orbitales 1s2, 2s2, 2p6.

El magnesio es el elemento 12, por lo que tiene 12 protones y una carga nuclear de 12.

Zeff = 12-10

Zeff = 2+

moviéndose de izquierda a derecha a través de un período en la Tabla periódica, cada elemento posterior tiene un protón adicional y un electrón de Valencia, pero los electrones centrales que son responsables de la mayoría de la detección siguen siendo los mismos. Esto resulta en una tendencia que en general la carga nuclear efectiva aumenta de izquierda a derecha en cualquier período de la Tabla periódica.,

moviéndose de arriba a abajo por una columna de la Tabla periódica, podríamos esperar que los elementos tengan una carga nuclear efectiva similar, ya que todos tienen el mismo número de electrones de Valencia. Sin embargo, en realidad vemos un ligero aumento en Zeff moviéndose hacia abajo en una columna de la Tabla periódica. A medida que el número cuántico principal (n) aumenta, el tamaño orbital aumenta haciendo que las nubes de electrones centrales se extiendan más. Estas nubes de electrones centrales que son más difusas no se filtran tan bien, dando un ligero aumento a Zeff (Figura 8.,22)

la Figura 8.22. The periodic trend for effective nuclear charge (en inglés).

Radios Atómicos

El radio atómico es una indicación del tamaño de un átomo. Aunque el concepto de un radio definido de un átomo es un poco borroso, los átomos se comportan como si tuvieran un radio determinado. Dichos radios se pueden estimar a partir de varias técnicas experimentales, como la cristalografía de rayos x de cristales.

al bajar una columna de la Tabla periódica, los radios atómicos aumentan., Esto se debe a que la capa de electrones de Valencia se está haciendo más grande y hay un número cuántico principal más grande, por lo que la capa de Valencia se encuentra físicamente más lejos del núcleo. Esta tendencia se puede resumir de la siguiente manera:

como ↓PT, Radio atómico

donde PT significa Tabla periódica. Al cruzar una fila en la Tabla periódica, de izquierda a derecha, la tendencia es diferente. Esto se debe a que aunque la cáscara de Valencia mantiene el mismo número cuántico principal, el número de protones—y por lo tanto la carga nuclear—está aumentando a medida que se cruza la fila., El aumento de la carga positiva conduce a una mayor carga nuclear efectiva que arroja un agarre más estricto sobre los electrones de Valencia, por lo que al cruzar la Tabla periódica, los radios atómicos disminuyen. Una vez más, podemos resumir esta tendencia de la siguiente manera:

as →PT, Radio atómico↓

La Figura 8.23 «tendencias de radios atómicos en la Tabla periódica» muestra esferas que representan los átomos de los bloques s y p de la Tabla periódica a escala, mostrando las dos tendencias para el radio atómico.

Figura 8.,23 tendencias de radios atómicos en la Tabla periódica

aunque hay algunas reversiones en la tendencia (por ejemplo, ver Po en la fila inferior), los átomos generalmente se hacen más pequeños a medida que avanzas por la Tabla periódica y más grandes a medida que bajas en cualquier columna. Los números son los radios en pm.

energía de ionización

la energía de ionización (IE) es la cantidad de energía requerida para eliminar un electrón de un átomo en la fase gaseosa:

A(G) → A+(g) + E− ΔH IE IE

IE se expresa generalmente en kJ / mol de átomos. Siempre es positivo porque la eliminación de un electrón siempre requiere que se ponga energía (es decir, es endotérmica). IE también muestra tendencias periódicas. A medida que avanzas por la Tabla periódica, se vuelve más fácil eliminar un electrón de un átomo (es decir, disminuye) porque el electrón de Valencia está más lejos del núcleo., Por lo tanto,

as ↓PT, IE↓

Sin embargo, a medida que se cruza la Tabla periódica y los electrones se acercan, se necesita más energía para eliminar un electrón; como resultado, IE aumenta:

as →PT, IE

figura 8.24 «energía de ionización en la Tabla periódica» muestra los valores de IE versus posición en la Tabla periódica. Una vez más, la tendencia no es absoluta, pero las tendencias generales que van a través y abajo de la Tabla periódica deben ser obvias.

la Figura 8.24 Energía de Ionización en la Tabla Periódica

los Valores están en kJ/mol.,

IE también muestra una tendencia interesante dentro de un átomo dado. Esto se debe a que más de un IE se puede definir eliminando electrones sucesivos (si el átomo los tiene para comenzar):

A (G) → A + (g)+e− IE1
A+(g) → A2 + (g)+e− IE2
A2+(g) → A3 + (g) + e− IE3

y así sucesivamente.

Cada IE sucesiva es mayor que la anterior porque un electrón está siendo eliminado de un átomo con una carga positiva progresivamente mayor. Sin embargo, IE da un gran salto cuando una ionización sucesiva cae en una nueva concha., Por ejemplo, los siguientes son los tres primeros IEs para Mg, cuya configuración electrónica es 1s22s22p63s2:

Mg(g) → Mg+(g) + e− IE1 = 738 kJ/mol
Mg+(g) → Mg2+(g) + e− IE2 = 1.450 kJ/mol
Mg2+(g) → Mg3+(g) + e− IE3 = 7.734 kJ/mol

el segundo IE es el doble del primero, lo que no es una sorpresa: el primer IE implica la eliminación de un electrón de un átomo neutro, mientras que el segundo implica la eliminación de un electrón de un ion positivo. El tercer IE, sin embargo, es más de cinco veces el anterior. ¿Por qué es mucho más grande?, Debido a que los dos primeros electrones se eliminan de la subcapa 3s, pero el tercer electrón tiene que ser eliminado de la capa n = 2 (específicamente, la subcapa 2p, que es más baja en energía que la capa n = 3). Por lo tanto, se necesita mucha más energía de la que solo la superación de una carga iónica más grande sugeriría. Son tendencias como esta las que demuestran que los electrones están organizados en átomos en grupos.

afinidad electrónica

lo contrario de IE se describe por afinidad electrónica (EA), que es el cambio de energía cuando un átomo en fase gaseosa acepta un electrón:

A(g) + E-→A−(g) ΔH EA EA

EA también se expresa generalmente en kJ / mol. EA también muestra algunas tendencias periódicas, aunque son menos obvias que las otras tendencias periódicas discutidas anteriormente., Generalmente, a medida que avanzas por la Tabla periódica, EA aumenta su magnitud:

as →PT, EA

no hay una tendencia definitiva a medida que bajas por la Tabla periódica; a veces EA aumenta, a veces disminuye. La figura 8.25 «afinidad electrónica en la Tabla periódica» muestra los valores de EA versus la posición en la Tabla periódica para los elementos de bloque s y p. La tendencia no es absoluta, especialmente teniendo en cuenta los grandes valores positivos de EA para la segunda columna. Sin embargo, la tendencia general que va a través de la Tabla periódica debe ser obvia.

Figura 8.,25 Afinidad Electrónica en la Tabla Periódica

los Valores están en kJ/mol.