Estructura de la materia · Modelos atómicos y periodicidad
Tabla periódica y tendencias
En el laboratorio de tu colegio, el catedrático corta con un cuchillo un trozo de litio, de sodio o de potasio: los tres son metales blandos que 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 (y, por su lado, Lothar Meyer) 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 semimetal si está en la diagonal que los separa (B, Si, Ge, As, Sb, Te).
Practica★☆☆Sin empezar
Las configuraciones electrónicas del estado fundamental determinan la posición de los elementos químicos en la tabla periódica. Considera tres elementos neutros…
Las configuraciones electrónicas del estado fundamental determinan la posición de los elementos químicos en la tabla periódica. Considera 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) Deduce 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) Clasifica razonadamente cada elemento como metal, no metal o semimetal.
En la tabla de tu aula, 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?
Practica★★☆Sin empezar
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) Escribe la configuración electrónica fundamental común a todas estas especies y ordena razonadamente los iones de menor a mayor radio iónico.
b) Explica 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 $\mathrm{F}$ ($Z=9$).
En el volcán de Fuego los átomos de los gases y las cenizas se ionizan a alta temperatura. Arrancarle un electrón a un átomo cuesta energía, y no cuesta lo mismo en todos los elementos. ¿De qué depende?
Afinidad electrónica y electronegatividad
El cloro de los desinfectantes de tu casa libera, en estado gaseoso, $349\ \text{kJ/mol}$ 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?
Vuelve 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.
Practica★☆☆Sin empezar
La electronegatividad cuantifica la tendencia relativa de un átomo enlazado a atraer hacia sí la densidad electrónica del enlace químico. a) Explica cómo varía la…
La electronegatividad cuantifica la tendencia relativa de un átomo enlazado a atraer hacia sí la densidad electrónica del enlace químico.
a) Explica 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) Justifica 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 $590\text{ kJ}\times\text{mol}^{-1}$ y un radio atómico de $197\text{ pm}$.
a) Deduce la identidad y configuración electrónica completa de W, X, Y y Z sabiendo que W pertenece al cuarto periodo.
b) Ordena los cuatro elementos según su primera energía de ionización creciente y justifica el orden de electronegatividad entre X y Z.