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UN
POCO DE HISTORIA |
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En el tema anterior ya vimos que existen los átomos. Sabemos
como son, aunque no los veamos. Conocemos de que partículas están formados.
Pero pronto nos dimos cuenta que era necesario ordenarlos de alguna forma.
¿Cómo? Hay muchas formas posibles, tamaños, pesos, orden alfabético,
etc.
Desde un principio se intentó que esta ordenación tuviera
relación con las propiedades que se conocían en cada elemento. Cuando se
ordenaron según sus masas se observó que cada cierto número de elementos sus
propiedades eran semejantes, dando lugar a lo que se llamará la ley periódica.
Observa el siguiente vídeo:
La tabla de Dmitri Mendeleiev (1834-1907), que propuso en
1869, se basaba en dos criterios: en horizontal los elementos se ordenaban
según sus masas y en vertical según sus propiedades químicas semejantes. En algún caso
alteró el orden de los elementos, como el telurio y el yodo, para que
coincidieran debajo de los elementos semejantes. También dejó huecos cuando el
elemento siguiente no coincidía bien con las propiedades de los elementos de su
grupo. Predijo las propiedades que debían tener los elementos que ocuparan esos
huecos. Cuando fueron descubiertos estos elementos y se comprobó que tenían
las propiedades que había predicho para ellos, el reconocimiento de la tabla
de Mendeleiev fue generalizado. Este descubrimiento debiera ser compartido con
el alemán Julius Lothar Meyer (1830-1895) que propuso de forma independiente
una tabla similar.
La importancia de la Tabla Periódica de Mendeleiev es enorme,
tanto que la seguimos y seguiremos utilizando en el mundo de la ciencia. En ella
está condensada mucha más información que la que el mismo Mendeleiev se
podía imaginar. Pensemos que cuando propone su tabla ni siquiera se conocen las
partículas que forman los átomos: electrones, protones y neutrones, que
serían descubiertas posteriormente. Sin embargo seguimos descubriendo
utilidades de su tabla como veremos posteriormente, sin ella sería casi
imposible el trabajo de los químicos.
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LA
TABLA PERIÓDICA ACTUAL |
La tabla periódica actual presenta 7 filas
horizontales, que llamamos períodos, y 18 columnas verticales, que
llamamos grupos.
¿Cómo se llaman los distintos grupos de la Tabla Periódica y cuántos
electrones de valencia tienen?
Grupo 1: Metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) 1 e− de valencia.
Grupo 2: Metales alcalinotérreos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) 2 e− de
valencia.
Grupos 3 al 12: Metales de transición.
Grupo 13: Grupo del B (B, Al, Ga, In, Tl) 3 e− de valencia.
Grupo 14: Grupo del C (C, Si, Ge, Sn, Pb) 4 e− de valencia.
Grupo 15: Grupo del N (N, P, As, Sb, Bi) 5 e− de valencia.
Grupo 16: Calcógenos o anfígenos (O, S, Se, Te) 6 e− de
valencia.
Grupo 17: Halógenos (F, Cl, Br, I) 7 e− de valencia.
Grupo 18: Gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe) 8 e− de valencia.
La mayoría de los elementos de la Tabla Periódica son metales, los
elementos que están sobre la diagonal que va del B al At son semimetales, y los
elementos que están a su derecha son no metales.
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RELACIÓN
ENTRE LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y LA TABLA PERIÓDICA |
Si esta tabla nos sigue siendo tan útil es porque
tiene relación con la configuración electrónica de los diferentes
átomos. Los gases nobles, que están en el grupo 18, tienen las capas
electrónicas completas, eso quiere decir que el siguiente elemento
empieza una nueva capa, y en esta tendrá un único electrón, es lo que
le pasa a los metales alcalinos. Por eso si sabemos en que grupo está
un elementos sabemos también cuantos electrones tiene en la última
capa. Y conocer estos electrones es muy importante, pues condicionan sus
propiedades químicas.
Si te fijas en la tabla periódica podemos distinguir cuatro bloques
de elementos. En esta tabla los señalamos con distintos colores: cian,
gris, magenta y teja.
En color cian tenemos dos grupos, tantos como electrones caben en los
orbitales s.
En color magenta tenemos seis grupos, tantos como electrones caben en
los orbitales p.
En color gris tenemos diez grupos, tantos como electrones caben en
los orbitales d.
En color teja tenemos catorce grupos, tantos como electrones caben en
los orbitales f.
Por tanto si sabemos donde está un elemento podemos saber como acaba
su configuración electrónica, y si sabemos como acaba la
configuración electrónica sabemos también donde está ese elemento.
1) ¿Cuál es el grupo y período del elemento que termina con la
siguiente configuración: [E] = ... 3p1 3p1 3p1
?
Si tiene 3 electrones p, para calcular el grupo sumamos 2 del bloque s, 10
del bloque d y 3 del bloque p, en total nos da el grupo15. Si el orbital es
3p
pertenece al periodo 3, por tanto sus coordenadas son grupo 15 y período
3.
2) ¿Cuál es el grupo y período del elemento que termina con la
siguiente configuración: [E] = ... 4s1?
Si tiene 1 electrón s, para calcular el grupo contamos sólo ese
electrón y nos da el grupo 1. Si el orbital es 4s pertenece al periodo
4, por tanto sus coordenadas son grupo 1 y período 4.
3) ¿En qué termina la configuración del elemento que está en la
intersección del grupo 2 y el período 3?
Si el elemento está en el grupo 2 pertenece al bloque s, si es el grupo 2 la configuración
será s2. Si el período es el 3 el orbital s pertenece a la
tercera capa, el orbital s será el 3s. Por tanto la configuración del
elemento termina en: [E] = ... 3s2
4) ¿En qué termina la configuración del elemento que está en la
intersección del grupo 13 y el período 3?
Si el elemento está en el grupo 13 pertenece al bloque p, ya que los dos primeros grupos
pertenecen al bloque s y los diez siguientes grupos al bloque d, a partir de
ahí los grupos pertenecen al bloque p, si es el grupo 13 será el primer
grupo del bloque p, la configuración será p1. Si el período es
el 3 el orbital p pertenece a la tercera capa, el orbital p será el 3p. Por
tanto la configuración del elemento será termina en: [E] = ... 3p1
Ya ves, la tabla esconde la configuración electrónica de los
elementos. Y esta es muy importante para conocer el comportamiento de
los diferentes elementos. De aquí la importancia de la Tabla
Periódica, es mucho más que una simple ordenación de elementos.
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PROPIEDADES
DE LOS ELEMENTOS DE LA TABLA PERIÓDICA |
| Ya vimos que en la tabla periódica podemos dibujar
una diagonal entre el boro y el astato que separa dos grandes tipos de
elementos, a la izquierda los metales y a la derecha los no metales. En
esa diagonal se encuentran elementos que comparten propiedades con los
metales y con los no metales. El último grupo, el 18, es un grupo
singular, el de los gases nobles.
¿Qué propiedades tienen los elementos según en que
zona se encuentren? Empecemos precisamente por estos últimos, los
gases nobles. Se tardó en descubrirlos, a finales del siglo XIX.
Curiosamente uno de ellos, el He, se descubrió antes en el Sol que en
la Tierra. Se tardó en descubrirlos porque son muy poco dados a
combinarse con otros elementos. Son muy estables y no necesitan de otros
elementos para estabilizarse. ¿Qué los hace tan estables? Su
diferencia con los demás elementos es que tienen las capas
electrónicas completas, así los elementos que les siguen, los metales
alcalinos inician una nueva capa. Esta es la razón de su estabilidad y
nos ayudará a entender el comportamiento de los demás elementos, pues
todos van a tender a conseguir una configuración como la de los gases
nobles para conseguir estabilidad. Los gases nobles forman una pequeña
fracción del aire, del que se extraen por destilación fraccionada.
Los metales son el conjunto más numeroso de la
tabla periódica, lo forman elementos con pocos electrones en la última
capa. Son todos sólidos menos el mercurio, que es líquido a
temperatura ambiente. En él están elementos tan cotidianos para
nosotros como el hierro, cobre, zinc, estaño, aluminio, oro, plata,
etc. Sin ellos no podríamos fabricar máquinas, no podríamos construir
rascacielos, no podríamos volar en aviones, no llegaría electricidad a
nuestras casas, ni disfrutaríamos del mundo de la electrónica, que
tanto nos gusta. Los metales se caracterizan por propiedades como la
conductividad eléctrica y térmica, la ductilidad y la maleabilidad, y
sus mezcla o aleaciones presentan propiedades que los hacen muy útiles
para la fabricación de máquinas. Todas estas propiedades están
relacionadas con esa configuración electrónica de la última capa, en
la que albergan muy pocos electrones.
Los metales también aparecen en las sales, sustancias
que necesitamos para vivir, abonar nuestros campos, curar el jamón, o
fabricar medicinas. Cuando forman sales aparecen en forma de iones
positivos. Pierden esos pocos electrones de la ultima capa para
conseguir configuración de gas noble, que como vimos les proporciona
mucha estabilidad.
A la derecha de la tabla periódica encontramos los
no metales. Son elementos con muchos electrones en la última capa.
En este grupo encontramos gases como el oxígeno, nitrógeno, flúor o
cloro, y también el hidrógeno, que es un no metal, y que no está muy
bien colocado en la tabla periódica, ya que comparte más propiedades
con los elementos de la derecha que con los de la izquierda, y por
supuesto nunca lo consideres un metal alcalino, no tiene nada que ver
con ellos aunque lo hayamos colocado encima. Encontramos también un
líquido a temperatura ambiente, el bromo. Los demás son sólidos como
el carbono, fósforo, azufre, selenio, etc. Los no metales son muy
frecuentes en las moléculas de los seres vivos, que están casi
formadas en exclusiva por C, H, N, O, P y S. También es cierto que
algunos metales son imprescindibles para la vida como el Fe de la
hemoglobina o el Mg de la clorofila.
Los no metales o son gases o son sólidos quebradizos,
pero aparecen muy frecuentemente formando parte de sales en forma de
iones negativos. Tienen muchos electrones en la última capa y tienden a
ganar electrones para completarla dando lugar a iones negativos.
También pueden unirse entre ellos como veremos posteriormente para
formar moléculas, que son agregados de pocos átomos unidos entre si
por enlaces covalentes, en los que los átomos comparten electrones para
mantenerse unidos. El agua, el alcohol, las gasolinas o los plásticos
son ejemplos de este tipo de compuestos. En general no conducen la
corriente, son aislantes del calor y de la electricidad, y sus
propiedades son de lo más variado, en ellos encontramos a todos los
gases, la práctica totalidad de los líquidos, y sólidos tan
extraordinarios como el cuarzo, la fibra de carbono o el grafeno.
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LA
TABLA PERIÓDICA EN LA RED |
| En la red podemos encontrar interesantes tablas
periódicas como:
Tabla
Periódica de Alonsoformula, pasando el ratón sobre cada
elementos nos aparecen gran cantidad de datos interesantes de los
mismos. También tienes un libro "O nome e o símbolo dos Elementos Químicos" de
M.R.Bermejo, A.M.González-Noya, M. Vázquez,
muy ameno y que nos descubre de donde vienen los nombres y símbolos de
los elementos químicos. Al final tienes unos ejercicios de test para
que te pongas a prueba de lo que sabes de la Tabla.
The periodic table of the elements,
quizá la mejor y más completa web sobre la Tabla Periódica.
The Wooden Periodic Table Table by Theodore Gray,
con gran cantidad de fotos de los elementos.
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