Estructura de la materia · Modelos atómicos y periodicidad
Tabla periódica y tendencias
La batería de su celular lleva litio, la sal de la pulpería contiene sodio y el banano aporta potasio. Como metales puros, los tres son blandos y reaccionan con el agua, cada uno con más fuerza que el anterior. Sus números atómicos son 3, 11 y 19, y sin embargo se parecen. ¿Por qué los elementos repiten su "personalidad" química a intervalos regulares? La respuesta está en los electrones de la capa de valencia, y en este apartado la usamos para predecir tamaños, energías y comportamientos.
Número atómico y estructura de la tabla
Mendeléiev ordenó los elementos por masa atómica creciente, pero algunas parejas, como el telurio y el yodo, no encajaban. Moseley mostró que el criterio correcto es el número atómico $Z$, es decir, el número de protones.
Un elemento es metal si tiende a perder electrones (pocos electrones de valencia, a la izquierda y abajo), no metal si tiende a ganarlos (a la derecha) y metaloide si está en la diagonal que los separa (B, Si, Ge, As, Sb, Te).
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Las configuraciones electrónicas del estado fundamental determinan la posición de los elementos químicos en la tabla periódica. Considere tres elementos neutros…
Las configuraciones electrónicas del estado fundamental determinan la posición de los elementos químicos en la tabla periódica. Considere tres elementos neutros denominados A, B y C, cuyas capas de valencia son: A: $3s^2\,3p^1$; B: $[\mathrm{Ar}]\,4s^2$ (configuración completa salvo el núcleo abreviado); C: $3s^2\,3p^5$.
a) Deduzca el periodo y el grupo (según la numeración de la IUPAC del 1 al 18) al que pertenece cada uno de los tres elementos.
b) Clasifique razonadamente cada elemento como metal, no metal o semimetal.
El radio del litio es $152\ \text{pm}$ y el del flúor, $72\ \text{pm}$, a pesar de que el flúor tiene más protones y más electrones. Y el $\mathrm{Li^+}$ mide solo $76\ \text{pm}$. ¿Cómo puede encogerse un átomo al sumarle partículas?
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Se dispone de una serie de especies químicas monoatómicas isoelectrónicas: $\mathrm{N}^{3-}$ ($Z=7$), $\mathrm{O}^{2-}$ ($Z=8$), $\mathrm{F}^-$ ($Z=9$), $\mathrm{Na}^+$…
Se dispone de una serie de especies químicas monoatómicas isoelectrónicas: $\mathrm{N}^{3-}$ ($Z=7$), $\mathrm{O}^{2-}$ ($Z=8$), $\mathrm{F}^-$ ($Z=9$), $\mathrm{Na}^+$ ($Z=11$) y $\mathrm{Mg}^{2+}$ ($Z=12$).
a) Escriba la configuración electrónica fundamental común a todas estas especies y ordene razonadamente los iones de menor a mayor radio iónico.
b) Explique por qué el radio del catión $\mathrm{Na}^+$ es significativamente menor que el radio atómico del átomo neutro de $\mathrm{Na}$ ($Z=11$), mientras que el radio del anión $\mathrm{F}^-$ es mayor que el del átomo neutro de $\mathrm{F}$ ($Z=9$).
Arrancarle un electrón a un átomo cuesta energía, y no cuesta lo mismo en todos los elementos. ¿De qué depende?
Se pueden arrancar electrones uno tras otro: $I_1, I_2, I_3\dots$ Cada uno cuesta más que el anterior, pero hay un salto muy grande cuando se pasa a una capa interna completa.
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La primera energía de ionización general aumenta a lo largo de un periodo de izquierda a derecha. Sin embargo, se observan anomalías puntuales al comparar elementos…
La primera energía de ionización general aumenta a lo largo de un periodo de izquierda a derecha. Sin embargo, se observan anomalías puntuales al comparar elementos contiguos del segundo y tercer periodo.
a) La primera energía de ionización del magnesio ($Z = 12$) es $738\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$, mientras que la del aluminio ($Z = 13$) es $578\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. Justifique esta discrepancia basándose en las configuraciones electrónicas y el tipo de subnivel del que se extrae el electrón.
b) La primera energía de ionización del nitrógeno ($Z = 7$) es $1402\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$, superior a la del oxígeno ($Z = 8$), que es $1314\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$. Explique este hecho según la regla de Hund y la estabilidad de subniveles semillenos.
El cloro que se usa para desinfectar el agua de la piscina es muy reactivo. Un átomo de cloro gaseoso libera $349\ \text{kJ/mol}$ al captar un electrón; el argón, justo al lado, no lo quiere. ¿Por qué unos átomos capturan electrones con tanta avidez y otros los rechazan?
Vuelva al principio: Li, Na y K se parecen porque los tres tienen un solo electrón de valencia ($ns^1$, grupo 1), y cuanto más abajo, más lejos está ese electrón del núcleo, menor es $I_1$ y más enérgica la reacción.
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La electronegatividad cuantifica la tendencia relativa de un átomo enlazado a atraer hacia sí la densidad electrónica del enlace químico. a) Explique cómo varía la…
La electronegatividad cuantifica la tendencia relativa de un átomo enlazado a atraer hacia sí la densidad electrónica del enlace químico.
a) Explique cómo varía la electronegatividad a lo largo de un periodo de la tabla periódica al avanzar de izquierda a derecha, justificando el comportamiento en función de la carga nuclear efectiva y el radio atómico.
b) Justifique por qué los gases nobles carecen generalmente de valores definidos de electronegatividad en la escala de Pauling habitual.
Se analizan cuatro elementos químicos representativos, denotados correlativamente como W, X, Y y Z. Se conocen los siguientes datos experimentales: 1. W y X pertenecen…
Se analizan cuatro elementos químicos representativos, denotados correlativamente como W, X, Y y Z. Se conocen los siguientes datos experimentales:
W y X pertenecen al mismo periodo; W es un metal alcalinotérreo y X es un no metal del grupo 16.
Y pertenece al mismo grupo que W y al tercer período; su radio atómico es menor que el de W.
Z tiene la configuración electrónica $[\mathrm{Ne}]\,3s^2\,3p^5$.
El elemento W posee una primera energía de ionización de $590\text{ kJ}\cdot\text{mol}^{-1}$ y un radio atómico de $197\text{ pm}$.
a) Deduzca la identidad y configuración electrónica completa de W, X, Y y Z sabiendo que W pertenece al cuarto periodo.
b) Ordene los cuatro elementos según su primera energía de ionización creciente y justifique el orden de electronegatividad entre X y Z.