A lo
largo de su historia, el hombre ha venido descubriendo y preparando una buena
cantidad de elementos químicos, lo que ha originado también tal cantidad de
información. Ante esta situación, el mismo hombre se vio en la necesidad de
ordenar tales cantidades, lo que logro mediante la invención de la llamada
Tabla periódica de los elementos químicos.
La Tabla
Periódica resulta de mucha utilidad para aquellas personas involucradas e
interesadas en el estudio de la materia, pues brinda un medio de comunicación
entre ellos y valiosa información sobre cada elemento químico, mejorando así el
estudio y el aprovechamiento de los mismos; esta información es de dos tipos:
física y química.
-
Información física. Se refiere a: punto de ebullición, punto de fusión,
densidad, estado de la materia, conductividad térmica y eléctrica, estructura
cristalina, calor de vaporización, etc.
- Información
química. Esta referida a: nombre y símbolo del elemento, radio y número
atómico, masa y peso atómico, valencias, estructura electrónica, afinidad
electrónica, electronegatividad, carácter metálico, isótopos radiactivos,
configuración electrónica, etc.
Por lo
general, las tablas periódicas presentan un recuadro a manera de simbología o
clave, indicando, alrededor del mismo, la información (propiedades) que contiene
dicha tabla para los elementos químicos, por ejemplo:
Características Generales
de la Tabla Periódica
Tengamos
presente que la forma de la tabla periódica de los elementos más usada en
nuestros días que es la tabla larga.
En la
figura siguiente se muestran algunas características generales de la tabla
periódica de los elementos y se hace referencia a su nomenclatura.
Los
renglones de la tabla periódica se llaman períodos, pues de su longitud depende
la periodicidad con que se repiten las propiedades similares según la ley
periódica. Debe notarse que los períodos tienen diferente longitud, así el
primer período sólo contiene dos elementos (Hidrógeno y Helio), en tanto que el
segundo período contiene 8 elementos y el cuarto 18. Adviértase además, que
esta longitud está en relación directa con el número de electrones que caben en
las diferentes capas de Bohr, y con el número de electrones que se pueden
describir con un valor dado del número cuántico principal en el modelo de
Schrödinger.
Los
períodos sexto y séptimo están "recortados" y los elementos cortados
de ahí aparecen separados de la tabla en la parte inferior; esto se hace para
no tener una tabla demasiado larga, aunque recientemente es común ver tablas
que reincorporan a su período a estos elementos, algunos denominan a este tipo
de tablas extralargas.
Las
columnas de la tabla se conocen como grupos o familias y contienen como ya lo
hemos dicho, a los elementos que tienen propiedades similares y, desde el punto
de vista de la teoría, configuraciones electrónicas externas iguales.
Los
elementos de la tabla periódica se pueden dividir en tres grandes conjuntos, a
saber: elementos representativos que conforman las primeras dos columnas y las
últimas seis de la tabla; metales de transición que constituyen diez columnas
al centro de la tabla y metales de transición interna que comprenden las
catorce columnas de la parte inferior de la tabla.
Los ocho
grupos de elementos representativos tradicionalmente se han numerado con
números romanos del I al VIII y con el subíndice a, la razón de esto es
histórica, pues en la tabla corta los elementos representativos se mezclaban
con los de transición, a los que se les asignaba el subíndice b.
Los dos
primeros grupos de elementos representativos se conocen como bloque s (Figura
12), debido a que su configuración electrónica del estado fundamental termina
en un orbital s. El primer grupo está conformado por una serie de elementos
metálicos (a excepción del Hidrógeno) y se denomina grupo de los metales
alcalinos.
El
segundo grupo es el de los metales alcalinotérreos.
Los
grupos representativos del III al VIII integran el bloque p, dado que su
configuración electrónica más externa es de orbitales p. Algunos de estos
grupos tienen un nombre distintivo, particularmente el grupo VII que se conoce
como familia de los halógenos (de las palabras del griego que significan
generador de sales) y el grupo VIII conocido como familia de los gases nobles.
Un nombre de uso menos común es el del grupo seis al que algunos llaman de los
calcógenos (de las palabras en griego que significan generador de minerales
calcáreos).
Los
metales de transición forman el bloque d, debido a que lo que los diferencia es
el número de electrones en sus orbitales d externos. En el caso de los metales
de transición interna esta distinción se da a través de los orbitales f, por lo
que forman el bloque f. Algunos autores distinguen entre los dos renglones de
transición interna llamándole al primero de los lantánidos o tierras raras y al
segundo de los actínidos.
Los
elementos con número
atómico mayor a 92, han sido
preparados artificialmente y se les conoce como elementos transuránidos por
encontrarse en la tabla periódica después del Uranio.
Algunas propiedades
periódicas
El lugar
que ocupe un elemento químico en la tabla periódica depende de las propiedades
que presente, las cuales se repiten a través de los periodos, no en valor sino
en intensidad. Los elementos químicos tienen varias propiedades periódicas,
entre las cuales están:
a.
Numero atómico.
b.
Numero de masa o numero másico.
c. Masa
atómica o peso atómico.
d.
Estructura electrónica.
e.
Valencia
f.
Energía de ionización.
g.
Afinidad electrónica.
h.
Electronegatividad.
Numero atómico.
Todos
los elementos químicos están ordenados en la tabla periódica principalmente por
la propiedad
periódica denominada "numero atómico", propiedad que fue descubierta
por el físico ingles Henry Gwyn Jeffreys Moseley, en 1913.
Su
símbolo es Z, el que se escribe en la parte inferior izquierda del símbolo
químico (a manera de sub-índice), y se refiere a la cantidad de cargas
eléctricas positivas que tiene el núcleo de un átomo, es decir,a la
"cantidad de protones que tiene un átomo";un átomo es neutro cuando
tiene la misma cantidad de cargas positivas (protones) y negativas
(electrones), por lo tanto, el numero atómico también puede referirse a la
cantidad de electrones que hay alrededor de un átomo.
Por
ejemplo, el numero atómico del Sodio es once (11), lo que significa que un
átomo de Sodio tiene once protones en su núcleo, y también puede decirse que
este átomo tiene 11 electrones, los que están girando alrededor de su núcleo.
El número atómico determina la posición de un elemento químico dentro de la
tabla periódica, esto significa que un elemento químico se diferencia de otro
elemento por su número atómico.
Llamado
también "numero másico". En el núcleo de todo átomo están ubicados
los neutrones y
protones, por lo que se les denomina nucleones; al sumar las cantidades de
ambas partículas se
obtiene un producto llamado número de masa.
Masa atómica.
También
es conocida como peso atómico. Los protones, neutrones y electrones son
materia, por lo tanto tienen masa o peso; pero, los neutrones y protones tienen
mayor cantidad de masa que los electrones, por estar juntos en el núcleo;
además, los electrones son muy pequeños y están fuera del núcleo, por lo que su
masa se desprecia. Por esto último, la masa atómica se define entonces como el
peso de la masa del núcleo (el peso de la masa de los neutrones más el peso de
la masa de los protones); sin embargo, muchos elementos tienen isótopos, por lo
que la masa atómica de estos elementos seria"el peso promedio de las masas
de los núcleos de los isótopos", en comparación con la masa atómica del
Carbono 12.
Por lo
general la masa atómica se expresa en uma, que significa unidad de masa
atómica; no se debe confundir el número de masa con la masa atómica, pues son
términos diferentes.
Estructura electrónica.
Esta
propiedad nos enseña que todos los electrones de un átomo están distribuidos en
niveles de energía, luego en subniveles y, finalmente, en orbitales. Esto nos
indica que cada electrón ocupa un lugar único y bien definido dentro de un
átomo, y los cuatro números quánticos definen muy bien dicho lugar.
*Isótopos:
son átomos de un mismo elemento químico, y que tienen la misma cantidad de
protones pero diferente cantidad de neutrones.
Valencia
Se le
llama también número de combinación. La valencia es la cantidad de enlaces,
combinaciones o uniones que un átomo forma con otros átomos; un átomo se une a
otro átomo por medio de los electrones que están en el último nivel de energía,
por lo que a estos electrones se les denominan "electrones de
valencia". Así, un átomo puede unirse a uno, dos, tres y más átomos,
formándose así una cierta cantidad de enlaces o combinaciones, lo que es igual
a su valencia o capacidad de unión; los átomos de varios elementos químicos
pueden tener más de una valencia, por ejemplo, los átomos de Hierro pueden
formar en ciertas ocasiones 2 enlaces o combinaciones con otros átomos, y en
otros casos estos átomos formaran tres enlaces. Por lo tanto, el Hierro
presenta dos valencias: 2 y 3.
Existen
cuatro tipos de valencia:
-
Electrovalencia.
- Covalencia.
-
Valencia auxiliar.
-
Valencia parcial.
La
electrovalencia está referida a la cantidad de electrones de combinación o
valencia que los átomos ganan o pierden en los enlaces iónicos, y la covalencia
es la cantidad de electrones de valencia que los átomos comparten en los
enlaces covalentes; cuando un átomo ha utilizado sus valencias principales
entonces le quedan valencias sobrantes o remanentes, a cuyo conjunto se le
denomina valencia auxiliar, mientras que la valencia parcial es la afinidad que
aun queda en los enlaces (anillos) dobles conjugados.
Energía de ionización.
Esta se
define como "la cantidad de energía requerida o necesaria para arrancarle
o removerle un electrón a un átomo". De esta manera, este átomo se
convierte en un ion, específicamente en catión, pues al perder 1 electrón queda
con mayor cantidad de carga positiva o protones, lo cual se simboliza mediante
la letra mayúscula I. La energía de ionización se interpreta también como la
¨cantidad de energía que se utiliza para convertir un átomo en ion
positivo.¨
A medida
que los electrones se van alejando del núcleo entonces se va requiriendo de
menos energía para arrancarlos, pues el núcleo va reteniendo con menos fuerza
aquellos átomos que que se van alejando de él. Por ejemplo, se requiere de más
energía para arrancar 1 electrón que se encuentre en el primer nivel de energía
de un átomo de Sodio (primera energía de ionización), y se requiere de menos
energía para arrancar 1 electrón que se encuentra en el segundo nivel de
energía del mismo átomo (segunda energía de ionización), y aun se requiere de
menos energía para hacerlo con un electrón del tercer nivel de energía (tercera
energía de ionización).
Otro
ejemplo, un átomo de litio tiene 3 electrones, distribuidos así: 2 electrones
en el primer nivel de energía y 1 electrón en el segundo nivel de energía; para
arrancarle el único electrón del segundo nivel de energía se requieren 520
kilojoules por mol, y se requieren 7,297 kilojoules por mol para arrancarle un
segundo electrón (primer nivel de energía), y se necesitan 11,810 kilojoules
para arrancar el tercer y último electrón.
Con base
en lo anterior, cuando a un átomo se le arrancan uno o varios electrones
entonces se habla de varias clases de energía de ionización, así: primera
energía de ionización(cuando se arranca el primer electrón a un átomo), segunda
energía de ionización (cuando se arranca un segundo electrón al mismo átomo),
tercera energía de ionización (cuando se arranca un tercer electrón) y así
sucesivamente.
Los
átomos de los elementos metales requieren de menos energía para arrancarles sus
electrones, situación que es contraria en los elementos no metales. En otras
palabras, la energía de ionización va aumentando conforme se avanza en el
periodo, mientras que la misma casi no varía dentro de cada grupo o familia. Un
valor bajo de energía de ionización significa que resulta fácil arrancar un
electrón del átomo de que se trate, y un valor alto significa lo contrario, tal
como sucede con los gases nobles, ya que presentan gran estabilidad electrónica
al tener 8 electrones en su última capa de energía.
Afinidad electrónica.
Esta
propiedad periódica casi es contraria a la propiedad anterior, y puede
interpretarse como la "cantidad de energía absorbida o liberada al
agregarse un electrón a un átomo". La afinidad electrónica se interpreta
también como la cantidad de energía absorbida o liberada cuando un átomo se
convierte en anión.
Los
átomos tienden a unirse por medio de fuerzas de atracción, lo que se conoce
como enlace químico, proceso en el que ganan, pierden o comparten electrones de
valencia; los átomos de algunos elementos tienen más capacidad (afinidad) de
atraer electrones hacia sí, y cuando lo hacen acumulan entonces más carga
negativa (tienen más electrones que protones), convertiéndose de esta manera en
iones negativos o aniones; en este proceso se absorbe o se libera cierta
cantidad de energía, lo cual constituye el concepto de afinidad electrónica.
En
la mayoría de los casos se libera o desprende energía al momento de este
proceso.
Electronegatividad.
Cuando
dos átomos se unen por medio de fuerzas de atracción (enlace químico), uno de
ellos atrae para sí con más fuerza a los electrones que comparten. Luego la
electronegatividad se define como"la tendencia, capacidad o fuerza con que
un átomo atrae los electrones hacia si en una molécula". Esta capacidad la
muestran en mayor grado los átomos de los elementos no-metales, siendo el Flúor
el mejor ejemplo.
Cuando
dos átomos comparten electrones, estos estarán más cerca del átomo que presente
más fuerza para atraerlos, es decir, mayor electronegatividad. Por ejemplo, en
1 molécula de acido clorhídrico los electrones compartidos (uno por cada átomo)
estarán más cerca del átomo de Cloro, dado que este elemento presenta mayor
electronegatividad (mayor fuerza de atracción) que el Hidrogeno.
El
científico Linus Pauling brindo la siguiente definición de electronegatividad:
es la capacidad que tienen los átomos de atraer y retener los electrones que
participan en un enlace químico. El asigno, de manera arbitraria, un valor de 4
al elemento Flúor, el cual muestra la mayor capacidad para atraer electrones en
los enlaces que participa.
La tabla periódica integró 4 nuevos elementos
Se
desconoce aún su nombre oficial. Tampoco se sabe a ciencia cierta cuál es su
uso práctico. Fueron creados por el humano. Y su vida es tan corta y radiactiva
que su existencia se determina a un
breve
lapso de segundos (y hasta milisegundos).
Desde este mes, la tabla periódica añadió
cuatro nuevos elementos a su esquema. Bajo los números 113, 115, 117 y 118,
estos
son los
primeros en ser incluidos aquí y que
no se encuentran en la naturaleza.
El
descubrimiento de estos elementos es producto de décadas de investigación en laboratorios por
parte de grupos de científicos de Japón, Rusia y Estados Unidos. Según la Unión
Internacional de Química Pura y Aplicada (Iupac, por sus siglas en inglés), sus
nombres y nomenclaturas sugeridos son: ununtrium (Uut, 113); unumpentium (Uup,
115); ununseptium (Uus, 117); y ununoctium (Uuo, 118).
En los
próximos meses tendrán sus nombres definitivos.
Pero más allá de su descubrimiento, esto plantea un nuevo
momento en la manera de pensar la química en
el siglo XXI. Para el físico Bolívar Torres, la creación de elementos químicos
en laboratorio es la muestra de que la naturaleza ya no es absoluta para el
humano. En otras palabras, la ciencia parecería haber superado la concepción
clásica de lo que sería natura y antinatura.
¿Conocemos
todo el universo? Torres afirma que no. Sin embargo, ‘sintetizar’ estos cuatro
elementos abre una brecha para dejar de pensar en un universo único y ampliar
las posibilidades de crear uno “que resuelva nuestras necesidades”.
Y aunque
suene a ciencia ficción, él recuerda que hace 30 años, mientras estudiaba el
pregrado, la idea de crear un elemento químico era absurdo.
Más allá de las aulas
Pero lo que significó uno de
los hitos de los últimos años en el mundo de la Química, ha supuesto todo un reto en el ámbito
de la educación. Como nunca antes, estos elementos plantean un reto para
profesores y editoriales científicas.
Al
hablar con Johanna Mendoza, estudiante de un colegio particular del norte Quito
y que se encuentra próxima a
rendir los exámenes quimestrales,
comenta que en clase de química no se ha hablado al respeto. “Continuamos
aprendiendo la tabla estándar para las pruebas”, dice.
Esto
consiste uno reto en la actual educación en
ciencias. Lo que el pedagogo Alberto Salazar señala como
educación 2.0: la enseñanza de química en las aulas no se puede basar
exclusivamente en textos. El reto ahora es que los estudiantes sepan encontrar
información precisa y veraz en la red. Los cuatro elementos:
Ununtrium.-
Fue descubierto por un equipo japonés
liderado por el investigador Kosuke Morita. Vive milisegundos.
Unumpentium.-
Creado en Rusia pero confirmada su existencia por científicos suecos. Es
radioactivo e inestable.
Ununseptium.-
Se mantiene estable por milisegundos y pronto se desintegra. Rusos y
estadounidenses trabajaron en este elemento.
Ununoctium.-
Sus creadores rusos afirman que bajo ciertas condiciones de presión y
temperatura es un elemento sólido.
La Unión Internacional de Química Pura y Aplicada anunció la verificación de
cuatro nuevos elementos químicos, a los cuales se les asignaron los números 113
(Uut), 115 (Uup), 117 (Uus) y 118 (Uuo). Con ello, el séptimo período de la
Tabla Periódica de los Elementos quedó completo
a partir de este año.
A continuación se presenta la Tabla
periódica en pdf y a color
Tras el estudio de la Tabla
Periódica realizado, intenta completar la siguiente, arrastrando los elementos
a su lugar correspondiente (la puntuación máxima es de 300 puntos, los fallos
descuentan 2 puntos):
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