Periodicidad de las propiedades

Grupos y periodos: misma columna, propiedades parecidas

Los elementos de una misma columna (grupo o familia) terminan su configuración electrónica igual y tienen el mismo número de electrones de valencia. Por eso reaccionan de forma parecida. El periodo (fila) te indica el nivel más externo que están llenando.

Busca en el interactivo los metales alcalinos (grupo 1) y los halógenos (grupo 17). Están en extremos opuestos, y la frontera en escalera de la derecha separa metales de no metales.

Reactividad por familia

• Alcalinos (grupo 1): metales blandos, con un solo electrón de valencia. Reaccionan con el agua desprendiendo hidrógeno y formando una solución básica (hidróxido): $2\,\text{Na} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\,\text{NaOH} + \text{H}_2$. Cuanto más abajo en el grupo, más violenta es la reacción (Li < Na < K < Rb < Cs).

• Alcalinotérreos (grupo 2): dos electrones de valencia; reaccionan, pero menos violentamente que los alcalinos del mismo período.

• Halógenos (grupo 17): no metales con siete electrones de valencia; al revés que los metales, son más reactivos arriba (el flúor es el más reactivo). Un halógeno más reactivo desplaza a otro menos reactivo de sus sales: $\text{Cl}_2 + 2\,\text{KBr} \rightarrow \text{Br}_2 + 2\,\text{KCl}$.

• Gases nobles (grupo 18): último nivel completo; casi no forman compuestos (inertes). Por eso el helio se usa para llenar bombas y globos: es más seguro que el hidrógeno, que es inflamable, y el helio no reacciona con nada. Y el neón de los letreros luminosos también es un gas noble.

Reacciones con el oxígeno

Los metales forman óxidos básicos (al disolverse en agua dan hidróxidos, como el $\text{Na}_2\text{O}$) y los no metales forman óxidos ácidos (como el $\text{SO}_3$ o el $\text{CO}_2$, que dan ácidos al disolverse). Dentro de un periodo, el carácter básico del óxido disminuye y el ácido aumenta hacia la derecha. Entre ambos están los óxidos anfóteros, como el $\text{Al}_2\text{O}_3$, que se comportan como base o como ácido según con qué reaccionan. Esta idea es de ampliación: no la necesitas para los ejercicios.

Leer una ecuación en moles

Los coeficientes de una ecuación balanceada también son proporciones en moles. En $2\,\text{Na} + 2\,\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\,\text{NaOH} + \text{H}_2$, cada $2$ mol de Na producen $2$ mol de NaOH y $1$ mol de $\text{H}_2$. Para pasar de moles a gramos (y al revés) usas la masa molar $M$ (en g/mol): $m = n \cdot M$, es decir, $n = m/M$.

Propiedades de metales y no metales

Los metales (izquierda y centro de la tabla) son brillantes, buenos conductores de la electricidad y del calor, maleables y dúctiles (se pueden laminar y estirar en hilos, como el cobre de un cable). Los no metales (derecha) son malos conductores, quebradizos en estado sólido y sin brillo metálico, como el azufre. Los metaloides, en la frontera, tienen propiedades intermedias.

Radio atómico

Radio de los iones

Un catión es menor que su átomo: pierde su nivel más externo y, con menos electrones, el núcleo atrae más a los que quedan (Na: $186\ \text{pm}$; $\text{Na}^+$: $95\ \text{pm}$). Un anión es mayor que su átomo: al sumar un electrón crece la repulsión entre electrones sin cambiar la carga del núcleo (Cl: $99\ \text{pm}$; $\text{Cl}^-$: $181\ \text{pm}$). Entre iones isoelectrónicos (mismo número de electrones) es mayor el de menor número de protones.

Electronegatividad, energía de ionización y afinidad electrónica

Al cesio le basta con iluminarlo con luz ultravioleta cercana para que suelte electrones; al helio no se los arrancas ni con una descarga enorme. ¿Qué propiedad explica que unos átomos retengan sus electrones y otros los suelten?

Energías de ionización sucesivas

Quitar el segundo electrón cuesta más que el primero (el ion ya es positivo). Pero cuando se acaban los electrones de valencia y hay que romper un nivel interno completo, la energía se dispara. Ese salto te dice cuántos electrones de valencia tiene el átomo.

El diente de sierra de la energía de ionización

Al graficar $E_{i,1}$ frente a $Z$ aparece un patrón repetido. Los picos son los gases nobles: tienen el último nivel completo y es muy difícil arrancarles un electrón. Los valles son los alcalinos: tras un gas noble, el electrón nuevo entra en un nivel más lejano y queda muy débilmente retenido. Dentro de cada período la $E_i$ sube en general hacia la derecha.

Formación de iones y fórmulas de compuestos

El cloruro de magnesio es $\text{MgCl}_2$; nunca se obtiene $\text{MgCl}$ ni $\text{MgCl}_3$. ¿Qué regla fija la proporción en que se combinan los átomos?

Este átomo de cloro tiene $17$ protones y $18$ electrones: carga $-1$. Es el ion $\text{Cl}^-$, con la configuración del argón.

Para ubicar un elemento, escribe su configuración electrónica: el nivel más alto ocupado da el período y los electrones de valencia dan el grupo. Por ejemplo, el fósforo ($Z=15$) es $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^3$: período 3 y $5$ electrones de valencia, grupo 15. Para los elementos representativos, la carga se deduce del grupo: grupo 1 → $+1$, grupo 2 → $+2$, grupo 13 → $+3$, grupo 15 → $-3$, grupo 16 → $-2$, grupo 17 → $-1$.

El hidruro es el compuesto de un elemento con hidrógeno. Para un no metal, la fórmula sale de su carga: el grupo 16 forma $\text{X}^{2-}$ y necesita dos hidrógenos, así que su hidruro es $\text{H}_2\text{X}$, como el agua $\text{H}_2\text{O}$. Por ejemplo, el azufre da $\text{H}_2\text{S}$ y el grupo 17 da $\text{HX}$ (el cloro, $\text{HCl}$).

Vuelve al principio: el sodio y el potasio reaccionan igual con el agua porque ambos tienen un solo electrón de valencia ($s^1$); el potasio lo hace con más violencia porque ese electrón está más lejos del núcleo ($n=4$ frente a $n=3$) y se desprende con menor energía de ionización. El magnesio, con dos electrones de valencia y mayor $E_i$, reacciona mucho menos.

Resumen