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Tema 3.
CLASIFICACIÓN PERIÓDICA DE LOS
ELEMENTOS. PROPIEDADES PERIÓDICAS
Juan M. Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
**1. ANTECEDENTES HISTÓRICOS
- CLASES DE ELEMENTOS
- DIMENSIONES ATÓMICAS
- GANANCIA Y CESIÓN DE ELECTRONES
- ELECTRONEGATIVIDAD
- DUREZA Y BLANDURA
- CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA DE VALENCIA. NUMEROS DE**
OXIDACIÓN
8. EFECTOS RELATIVISTAS
http://www.chemsoc.org/viselements/pages/history.html
http://pubs.acs.org/cen/80th/elements.html
Precursores...
1772 L. B.G. de Morveau Tabla de sustancias "químicamente simples"
1817-29 J.W. Döbereiner Triadas de elementos (Cl, Br, I)
Hacia 1850 se habían identificado 20 triadas
1862 A.E.B. de
Chancourtois
Ordenó los elementos en orden creciente de su peso
atómico. Tabla helicoidal.
1864 L. Meyer Tabla de valencias de 49 elementos
1864 W. Odling Tabla de 13 columnas que contenia 57 elementos
1865 J. A. R. Newlands Ley de las octavas
H F Cl Co, Ni Br I Pt,Ir
Li Na K Cu Rb Cs Os
G(Be) Mg Ca Zn Sr Ba,V Hg
Bo(B) Al Cr Y Ce, La Ta Tl
C Si Ti In Zr W Pb
N P Mn As Di, Mo Nb Bi
O S Fe Se Ro(Rh), Ru Au Th
1868-9 L. Meyer Curva de volumen atómico y tabla periódica.
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/mendeleev.html J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
Comparación de algunas propiedades del Ga y Ge con
las propiedades predichas para Eka-Al y Eka-Si
Mendeleev's
Predictions about Eka-
Aluminum
Observed
Properties of Ga
Mendeleev's
Predictions about
Eka-Silicon
Observed
Properties of Ge
Atomic Weight about 68 69.7 about 72 72.
Melting Point low 30°C
Density 5.9 5.94 5.5 5.
Formula of Oxide EkaAl2O3 Ga2O3 EkaSiO2 GeO
Formula of Its
Chloride Compound
EkaAlCl3 GaCl3 EkaSiCl4 GeCl
Chemistry of
Hydroxide
EkaAl(OH)3 dissolves
in both acids and
bases.
Ga(OH)3 dissolves
in both acids and
bases.
Boiling Point of Its
Chloride Compound
EkaAlCl3 is more
volatile than ZnCl2.
GaCl3 is more
volatile than ZnCl2.
< 100°C 86°C
… y sucesores
1894-8 Lord Rayleigh
W. Ramsay
M.W. Travers
Detectaron y aislaron los gases nobles. (valencia 0)
Ar(1895), Kr, Ne y Rn (1895-98)
1913 N. Bohr Explica la tabla periódica en base a la teoría atómica
1913 H.G.J. Moseley Ley periódica
1940 E. Macmillan
P. Abelson
Sintetizaron el primer transuránido 93Np
1944 G. T. Seaborg Hipótesis de los actínidos
http://webserver.lemoyne.edu/faculty/giunta/rayleigh0.html
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
Moseley
K
( Z −σ)
2
E ( keV ) = K ( Z − 1 )
2
Moseley's relation
between wavelength
and atomic number for
the Kα 1 , Lα 1 and Mα 1
spectral lines (after
Goldstein et al. 1981).
http://www1.physics.ox.ac.uk/History/Moseley.html
Moseley experiment
http://marr.bsee.swin.edu.au/~dtl/het408/projrad/node5.html
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
Grupos Nombre específico /
Nombre tradicional
Elementos Configuración
electrónica
Grupos 1, 2, 13-18 Elementos representativos
(grupos principales)
Grupos 1 y 2 Elementos del bloque s
Grupo 1 Metales alcalinos Li, Na, K, Rb, Cs, Fr ns 1 (n= 2 -7)
Grupo 2 Metales alcalino-térreos Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra ns 2 (n= 2 -7)
Grupos 13-18 Elementos del bloque p
Grupo13 Elementos del grupo del boro B, Al, Ga, In, Tl ns 2 np 1 (n= 2 -7)
Grupo14 Elementos del grupo del carbono C, Si, Ge, Sn, Pb, Uuq ns 2 np 2 (n= 2 -7)
Grupo15 Pnictógenos N, P, As, Sb, Bi ns 2 np 3 (n= 2 -7)
Grupo16 Calcógenos O, S, Se, Te, Po, Uuh ns 2 np 4 (n= 2 -7)
Grupo17 Halógenos F, Cl, Br, I, At ns^2 np^5 (n= 2 -7)
Grupo18 Gases nobles He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, Uuo ns 2 np 6 (n= 2 -7)
Grupos 3-12 Elementos del bloque d
Elementos de transición
Primera serie de transición Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn 4s 2 3d 1 - 4s 2 3d 10
Segunda serie de transición Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Cd 5s 2 4d 1 - 5s 2 4d 10
Tercera serie de transición La, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Hg 6s 2 5d 1 - 6s 2 5d 10
Cuarta serie de transición Ac, Rf, Db, Sg, Bh, Hs, Mt, Uun, Uuu,
Uub
7s^2 6d^1 - 7s^2 6d^10
Grupos f Lantánidos La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Dy,
Ho, Er, Tm, Yb, Lu
4f^1 - 4f^14
Actínidos Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk,
Cf, Es, Fm, Md, No, Lr
5f^1 - 5f^14
Propiedades periódicas
Radio atómico (volumen)
Radio iónico
Densidad
Energía de ionización
Afinidad electrónica
Electronegatividad
Punto de fusión
Punto de ebullición
Potencial de reducción estándar
Valencia (número de oxidación)
Calores de fusión vaporización y
sublimación
Energía de enlace
Calor de solvatación de iones
Dureza
Maleabilidad
Coeficiente de expansión
Espectro óptico
Comportamiento magnético
Conductividad térmica
Resitencia eléctrica
Movilidad iónica
Parachor
Índice de refracción
Calor de formación de un
compuesto dado
Propiedades que dependen de la configuración electrónica
http://dl.clackamas.cc.or.us/ch104-06/periodic.htm
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
Dimensiones
atómicas.
Volumen molar
El volumen ocupado por un átomo
o ion depende de su entorno
http://web.mit.edu/3.091/www/pt/pert2.html
Dimensiones atómicas. Radios atómicos
radio covalente radios iónicos radio metálico
da información del tamaño
de un átomo que ha
perdido o ganado
electrones de valencia.
la mitad de la distancia
experimental entre los
núcleos de átomos vecinos
del sólido.
Radio de van der Waals:
la mitad de la distancia internuclear
entre dos átomos iguales de moléculas
adyacentes. El radio depende de la
compresión a que el átomo esté sometido.
la mitad de la distancia
entre el núcleo de dos
átomos iguales que están
formando un enlace
covalente simple.
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
Apéndice B. Radios iónicos de Shannon-Prewitt (pm)
1 H He
Li
Be
B
C
N
O F Ne
3 Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
6 Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra Ac
Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub Uuq Uuh Uuo
Ln Ce
Pr
Nd
Pm
Sm
Eu
Gd
Tb
Dy
Ho
Er
Tm
Yb
Lu
An Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es Fm Md No
Lr
Apéndice C. Potencial de ionización
Primer potencial de ionización: Es la energía mínima requerida para
arrancar un electrón de un átomo gaseoso neutro en su estado
fundamental.
E(g) → E
(g) + e- ∆H
I
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
He
Ne
Ar Kr
Xe Rn
Potencial de
ionización
http://web.mit.edu/3.091/www/pt/pert9.html
Apéndice D. Afinidades electrónicas de los elementos (eV)
Es la energía liberada cuando un átomo gaseoso neutro en su estado
fundamental acepta un electrón para formar un ion gaseoso negativo.
E(g) + e- → E
(g) ∆H
AE
H
He −0.
Li
Be −0.
B
C
N
O
F
Ne (−0.3)
Na
Mg −0.
Al
Si
P
S
Cl
Ar (−0.36)
K
Ca −1.
Sc
Ti
V
Cr
Mn < 0
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
−4.
Br
Kr (−0.40)
Rb
Sr −1.
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd −1.
In
Sn
Sb
Te
I
Xe (−0.42)
Cs
Ba −0.
La
Hf 0
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg −0.
Tl
Pb
Bi
Po (1.8)
At
Rn (−0.42)
Fr (0.456)
Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub Uuq Uuh Uuo
4f 5f 6f 7f 8f 9f 10f 11f 12f 13f 14f 15f 16f 17f Ce ² 0.
Pr ² 0.
Nd ² 0.
Pm ² 0.
Sm ² 0.
Eu ² 0.
Gd ² 0.
Tb ² 0.
Dy Ho ² 0.
Er ² 0.
Tm ² 0.
Yb ² 0.
Lu ² 0.
Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Fuente: J. Emsley, The Elements , Clarendon Press, Oxford, 1991.
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Apéndice E.
Electronegatividades de Pauling, Allred-Rochow y absoluta
I II III IV II II II II II II I II III IV III II I 0
H
He
Li
Be
B
C
N
O
F
Ne
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
Ar
K
Ca
Sc
Ti
V
Cr
Mn
Fe
Co
Ni
Cu
Zn
Ga
Ge
As
Se
Br
Kr
Rb
Sr
Y
Zr
Nb
Mo
Tc
Ru
Rh
Pd
Ag
Cd
In
Sn
Sb
Te
I
Xe
Cs
Ba
La
Hf
Ta
W
Re
Os
Ir
Pt
Au
Hg
Tl
Pb
Bi
Po
At
Rn
Fr
Ra
Ac
Rf Db Sg Bh Hs Mt Uun Uuu Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
4f 5f 6f 7f 8f 9f 10f 11f 12f 13f 14f 15f 16f 17f Ce
Š 3.
Pr
Š 3.
Nd
Š 3.
Pm
Š 3.
Sm
Š 3.
Eu
Š 3.
Gd
Š 3.
Tb
Š 3.
Dy
Ho
Š 3.
Er
Š 3.
Tm
Š 3.
Yb
Š 3.
Lu
Š 3. Th
Pa
U
Np
Pu
Am
Cm
Bk
Cf
Es
Fm
Md
No
Lr
- Fila superior electronegatividad de Pauling (χP ), fila central electronegatividad Allred-Rochow (χAR) y fila inferior electronegatividad absoluta (χABS) Fuente: J. Emsley, The Elements , Clarendon Press, Oxford, 1991.
Electronegatividad
F
Cl Br
I At
http://web.mit.edu/3.091/www/pt/pert8.html
http://www.chemguide.co.uk/atoms/bonding/electroneg.html
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
Números de oxidación
- La suma de los números de oxidación de todos los átomos en una molécula
es igual a cero; la suma en un ion es igual a la carga del mismo (el número
de oxidación es una propiedad del átomo individual y antes de ser sumado
deberá ser multiplicado por el número de átomos de ese elemento presentes
en la molécula o ion).
- El número de oxidación de los elementos de los grupos 1, 2, 3f, 3 y Al es
numéricamente igual al número del grupo, (+1, +2, +3, respectivamente).
- El número de oxidación de los elementos más electronegativos será −1 si el
grupo es el 17 (VIIA) y −2 si es el grupo 16 (VIA).
- El número de oxidación del resto de los elementos se llama x y se obtiene a
partir de la ecuación que resulta al aplicar la regla 1.
El número de oxidación (o estado de oxidación), es un número positivo o
negativo, no necesariamente entero, representa la carga que un átomo tendría
si los electrones en una molécula fueran asignados a los átomos de acuerdo a
las reglas siguientes:
Número de
oxidación
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
- 1 1 H H e − 1 5 4 4 3 3 3 2 2 2 2 2
- 1 1 1 1 1 2 L i B e B C N O F N e − 1 1 1 1 1 2 2 2 3 3 4 7 6 6 5 5 5 4 4 4 4 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2
- 1 1 1 1 1 1 3 N a M g A l S i P S C l A r − 1 1 1 1 1 2 2 2 3 3 4 7 7 6 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 K C a Sc T i V C r M n F e C o N i C u Z n Ga Ge A s Se B r K r − 1 1 1 1 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 4 8 8 7 7 7 6 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 5 R b S r Y Z r N b M o T c R u R h P d A g C d I n S n S b T e I Xe − (^1 1 1 1 ) 2 2 2 3 3 4 8 7 7 7 6 6 6 6 6 6 5 5 5 5 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
- 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 C s B a L a H f T a W R e Os I r P t A u H g T l P b B i P o A t R n − 1 1 1 1 1 1 2 2 2 3 3 4 3 f 4 f 5 f 6 f 7 f 8 f 9 f 10 f 11 f 12 f 13 f 14 f 15 f 16 f 17 f 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
- 1 1 L n L a C e P r N d Pm Sm E u Gd T b D y H o E r T m Y b L u 7 7 6 6 6 6 5 5 5 5 5 4 4 4 4 4 4 4 4 4 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2
A n A c T h Pa U N p P u A m C m B k C f Es F m M d N o L r
- L o s es t ad o s d e ox idaci —n m‡s co m u n es a p a r ece n en n e g ri ta.
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Efectos relativistas
Tratamiento relativista. Ecuación de Dirac.
Numeros cuánticos
n principal, n = 1, 2, 3,….
l azimutal, l = 0,1, 2,…n-
j momento angular, j = + | l ±1/2|
m magnético, -j, -j+1, ….j-1, j
i h
∂Ψ
∂ t
= ic h α x
∂
∂ x
+α y
∂
∂ y
+α z
∂
∂ z
Ψ −β m 0 c
2 Ψ
r =
n
2 h
2 4 πε 0
m e
Ze
2
m e
vr = n h
v =
e
2
Z
4 πε 0
h
Efectos relativistas
Influencia de los efectos relativistas en los elementos pesados.
Masa de un electrón que se mueve con una velocidad v:
Contracción relativista
m =
m o
1-
v
c
2
a o
=
4 πε o h
2
me
2
el radio de Bohr:
el radio relativista es ~20% menor
que el relativista para electrones 1s.
Los niveles ns superiores sufren
también contracción, pues deben ser
ortogonales.
v r
= Z ( au )
Para el Hg (Z = 80 )
= 0.58 c
m e = h = e = a 0 = 1
J M Gutiérrez-Zorrilla. Química Inorgánica 2004
Efectos
relativistas
Contracción relativista
0,
0,
0,
0,
1
50 60 70 80 90 100
rel
/ no-rel
s
f
d
p
Z
79
Au
Au (6s
)
χ
P
: 2.54 (halógeno)
CsAu Au 2
Hg (6s
)
χP: 2.
líquido Hg 2
