Fisicoquimica3 huellas

ISBN 978-950-01-1670-1

www.editorialestrada.com.ar info@editorialestrada.com.ar 9 789500 116701

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/EditorialEstrada

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FIsicoQuímica [ 3 ] ES

Cód. 19252

| Alejandro Bosack | Federico Taddei | | Colaboración especial: Patricia Alberico | Diana Amado | Marcela Gleiser |

Fisicoquímica

[ 3 ] ES

Índice

Capítulo 1.

Intercambios de energía térmica........10

Estudio de caso. Máquinas para divertirnos . . . . . 11 La energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 La energía cinética . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 La energía potencial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Energía potencial gravitatoria . . . . . . . . . . . . . . . . 14 Energía potencial elástica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 Energía potencial eléctrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Energía potencial química . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 Sistemas conservativos y no conservativos . . . . . . . . 17 ¿A qué se llama energía térmica? . . . . . . . . . . . . . . . 18 Calor y temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 La caloría . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 El calor específico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Intercambios de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 Equivalente mecánico del calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Experimentos en papel. ¿Cuál es la equivalencia entre el calor y la energía mecánica? . . . . . . . . . 21 Los átomos y la energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22 Intercambio de calor a nivel atómico . . . . . . . . .22 Ciencia en acción. ¿Cuál es la temperatura más baja? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Trabajo y calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 Las máquinas térmicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 El calor específico y la estructura de los materiales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 El calor específico del agua . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Los cambios de fase . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Calor latente de fusión . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 Calor latente de vaporización . . . . . . . . . . . . . . . 27 Reversibilidad de los cambios de estado . . . . . . 27 Cambios químicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 Taller de ciencias. Determinación del calor específico de un metal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

Capítulo 2.

Intercambios de energía por radiación.. 32

Estudio de caso. Cuando calienta el Sol . . . . . . . . 33 Las ondas, energía variable que se propaga . . . . 34 ¿Cómo se producen las ondas electromagnéticas? . . . . . . . . . . . . . . . 35 El espectro electromagnético . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Radiación visible o luz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Radiación ultravioleta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Los rayos X . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Experimentos en papel. ¿Qué materiales absorben rayos X? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 Rayos gamma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Microondas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 Ondas infrarrojas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Ciencia en acción. La radiación infrarroja, aliada contra la gripe h1n1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 Ondas de radio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42 El espectro de la luz solar . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Experimentos en papel. ¿Cómo se compone la luz solar? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 Temperatura y radiación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 Espectros luminosos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 Distribución espectral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45 La espectroscopía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Aplicaciones astronómicas de la espectroscopía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47 Los efectos de la radiación electromagnética . . 48 Absorción y emisión de radiación . . . . . . . . . . . 49 Suma y resta de colores . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 Células fotoeléctricas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Efecto fotovoltaico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Efecto fotoquímico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 Taller de ciencias. ¿Cómo se compone la luz? . . 52 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

Capítulo 3.

La estructura de los átomos..............56

Estudio de caso. La poesía y los átomos . . . . . . . . 57 La estructura de la materia . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Estructura de los átomos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 Variedad de átomos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 Isótopos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Iones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 Ciencia en acción. Importancia y usos de los isótopos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 Masa atómica y mol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 El mol . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 El modelo atómico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 ¿Qué novedad aportó el modelo de Rutherford? . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 Experimentos en papel. ¿Tenía razón Thomson? 65 La mecánica cuántica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 El átomo de Bohr . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 El modelo atómico de Sommerfeld . . . . . . . . . . . 68 Número cuántico azimutal (l) . . . . . . . . . . . . . . . 68 Número cuántico magnético . . . . . . . . . . . . . . . 68 Formas de los orbitales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Principio de exclusión de Pauli . . . . . . . . . . . . . . . 70 Configuración electrónica de los átomos . . . . . 70 Regla de las diagonales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71 Configuración electrónica externa . . . . . . . . . . 71 Taller de ciencias. ¿Qué relación existe entre el espectro de emisión y la estructura de un átomo? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74

Capítulo 4.

La Tabla Periódica...............................76

Estudio de caso. Detectives de elementos . . . . . 77 El ordenamiento periódico de los elementos . . . 78 Experimentos en papel. ¿Hay alguna relación entre las propiedades y los pesos atómicos de los elementos? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Masa atómica promedio y masa atómica relativa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 Configuración electrónica externa y construcción ordenada de la Tabla Periódica . 79 La Tabla Periódica de los Elementos . . . . . . . . . . 80 Los elementos representativos . . . . . . . . . . . . . . . . 82 Los gases nobles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 El bloque s: alcalinos y alcalino-térreos . . . . . . . 83 El bloque p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84 Pentelos, calcógenos y alógenos . . . . . . . . . . . . . 84 Elementos de transición . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 Aplicaciones de los elementos de transición . . 85 Elementos de transición interna . . . . . . . . . . . . . . 86 Lantanoides y actinoides . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Ciencia en acción. Elementos semiconductores en electrónica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 Propiedades periódicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Aumento de la carga nuclear . . . . . . . . . . . . . . . 88 Efecto de apantallamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 Carácter metálico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 ¿Qué son los metaloides? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 Radio atómico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 Energía de ionización . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91 Taller de ciencias. ¿Qué elementos están presentes en el agua corriente? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94

Capítulo 5.

Uniones químicas..................................96

Índice

Estudio de caso. Neruda y la sal . . . . . . . . . . . . . . 97 Uniones entre átomos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Iones monoatómicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 Electronegatividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 99 Clasificación de las uniones químicas . . . . . . . . . 99 Enlace iónico . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 100 Experimentos en papel. ¿Por qué conduce la electricidad una solución salina? . . . . . . . . . . 100 Enlace covalente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 Propiedades físicas de las moléculas . . . . . . . . 101 Fórmulas de sustancias químicas . . . . . . . . . . . . . 102 Nomenclatura de los compuestos . . . . . . . . . . 102 Número de oxidación . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103 Prefijos, sufijos y numerales de Stock . . . . . . . 103 Nomenclatura de compuestos binarios . . . . . . . 104 Compuestos iónicos binarios . . . . . . . . . . . . . . 104 Compuestos moleculares binarios . . . . . . . . . . 104 Nomenclatura de compuestos binarios con hidrógeno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 Nomenclatura por atomicidad . . . . . . . . . . . . . 105 Ciencia en acción. Compuestos binarios como contaminantes de la atmósfera . . . . . . . 106 Estructuras de Lewis y fórmulas desarrolladas . 107 Estructuras de Lewis de compuestos iónicos binarios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 108 Estructura de Lewis de moléculas binarias . . . 108 Enlace covalente coordinado o dativo . . . . . . . 108 Geometría de las moléculas y trepev . . . . . . . . . . . 109 Geometría lineal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 109 Otras geometrías con uniones simples . . . . . . 110 Geometría de moléculas con uniones dobles o triples . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111 Taller de ciencias. Construcción de modelos moleculares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114

Capítulo 6.

Reacciones químicas.............................116

Estudio de caso. Holmes y el luminol, y otras hierbas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117 ¿Qué es una reacción química? . . . . . . . . . . . . . 118 Las ecuaciones químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119 Balance de ecuaciones químicas . . . . . . . . . . . . 120 Clasificación de las reacciones químicas . . . . . 120 Reacciones de óxido-reducción . . . . . . . . . . . . . 121 Experimentos en papel. ¿Las reacciones redox están relacionadas con el intercambio de electrones? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121 Celdas electroquímicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 El oxígeno, una sustancia muy reactiva . . . . . . 123 Agentes oxidantes y agentes reductores . . . . . . 124 Agentes reductores más comunes . . . . . . . . . . 124 Agentes oxidantes más comunes . . . . . . . . . . . 125 Reacciones químicas e intercambio de energía . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 Intercambios de calor en las reacciones químicas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 126 La fotosíntesis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Reacciones químicas en pilas y baterías . . . . . . 127 Velocidad de una reacción química . . . . . . . . . 128 Factores que influyen en la velocidad de las reacciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 Teorías de ácidos y bases . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Experimentos en papel. ¿Para que una sustancia sea un ácido tiene que tener hidrógeno en su molécula? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130 Ácidos y bases fuertes y débiles . . . . . . . . . . . . 131 Reacciones de neutralización . . . . . . . . . . . . . . 131 Indicadores de ácidos y bases . . . . . . . . . . . . . . 132 El pH, una medida de la acidez . . . . . . . . . . . . . 132 Ciencia en acción. Los convertidores catalíticos para automóviles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133 Taller de ciencias. ¿El bicarbonato de sodio puede funcionar como antiácido? . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136

Capítulo 7.

Reacciones nucleares......................... 138

Estudio de caso. No hay mal que por bien no venga . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139 La estructura del núcleo atómico . . . . . . . . . . . . 140 La fuerza nuclear fuerte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 Radiactividad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Desintegración radiactiva, vida media y semivida . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 Equivalencia masa-energía y las reacciones nucleares . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143 Unidades de energía en física nuclear . . . . . . . 143 La energía de enlace de los núcleos . . . . . . . . . 144 La energía de enlace y la estabilidad nuclear . 145 Las investigaciones de Marie Curie . . . . . . . . . 146 Experimentos en papel. ¿Toda la radiactividad se origina a partir del uranio? . . . . . . . . . . . . . . 146 Tipos de radiación nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 Fisión nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 148 Las centrales nucleoeléctricas . . . . . . . . . . . . . . 149 Accidentes en centrales nucleares . . . . . . . . . . 150 Ciencia en acción. Los residuos nucleares . . . . 151 Fusión nuclear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 152 Reactores de fusión, el sueño de la estrella propia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 153 Taller de ciencias. ¿Cuán probable es el decaimiento radiactivo de un elemento? . . . . 154 Propuesta de actividades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Índice alfabético . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158

Para aprovechar este libro Las páginas de DESARROLLO En cada doble de desarrollo, se abordan temas con textos claros y accesibles que tienen en cuenta las competencias lectoras de los alumnos del nivel.

Al final de cada tema, encontrarán actividades de comprensión y repaso.

Estudio de caso Cada apertura plantea un caso dilemático para resolver a partir de la información del capítulo. Son situaciones disparadoras que permiten que los alumnos se planteen preguntas sobre fenómenos cotidianos y naturales.

A lo largo del desarrollo del capítulo, se plantean actividades que vinculan la información de las páginas con el caso de la apertura.

El objetivo de estas plaquetas es que los alumnos comiencen a relacionar sus saberes previos con los conocimientos que van adquiriendo al leer el capítulo.

Experimentos en papel

En cada capítulo encontrarán un experimento histórico o ficticio integrado a la explicación de un tema. Tienen una estructura definida en la que se identifican los elementos de una actividad experimental.

La sección Estudio de caso tiene un cierre en la sección de actividades finales. Allí se retoma el tema de la apertura y se plantean actividades que permiten comprender la situación planteada a la luz de los conceptos vistos en el capítulo.

Ciencia en la historia • Ciencia en la Net En las páginas de este libro, encontrarán las plaquetas Ciencia en la historia y Ciencia en la Net, con textos que vinculan las ciencias naturales y propuestas con recursos tecnológicos que permiten profundizar los temas, respectivamente.

Taller de Ciencias

Ciencia en acción

En cada capítulo encontrarán una página especial integrada al desarrollo de los temas en la que se manifiesta el vínculo con la tecnología, la sociedad y el ambiente de los conceptos vistos.

En esta sección podrán realizar experiencias que permitirán que los alumnos logren responder preguntas relacionadas con los temas del libro. Se identifican los elementos de la actividad experimental y, además, se brindan resultados posibles que los alumnos pueden analizar y de los que pueden sacar conclusiones.

Con el mismo objetivo que la sección, las plaquetas Ciencia en acción relacionan la información de las páginas de desarrollo con la tecnología, la sociedad y el ambiente.

Propuesta de actividades Sección final en la que se propone una variedad de actividades de comprensión y de integración y se incluyen las actividades de cierre del Estudio de caso.

Red conceptual que refuerza e integra los temas del capítulo.

Tiene espacios para que los alumnos puedan completar con conceptos faltantes.

Plaqueta con preguntas cuyo objetivo es que los alumnos reflexionen sobre su propio aprendizaje.

76 Contenidos: Los elementos químicos • El ordenamiento periódico de los elementos • Masa atómica promedio y relativa • La configuración electrónica externa y el ordenamiento de los elementos • Propiedades periódicas • Los elementos representativos • Los elementos de transición • Los elementos de transición interna.

4

La Tabla Periódica

77

[estudio de caso] Detectives de elementos Iván y Nahuel preparaban un trabajo que les pidió el profesor de Química y para ello estaban leyendo la biografía del químico ruso Dmitri Mendeléiev. Les costó un poco creer que Dmitri haya resuelto el problema de ordenar los elementos químicos gracias a un sueño que tuvo acerca de una tabla organizada.

—¡¿A quién se le ocurre soñar con la Tabla Periódica?! —dice Iván entre carcajadas.

—¿Nunca te pasó? Muchas personas mientras duermen encuentran la respuesta de algo en lo que pensaron todo el día —le replica Nahuel.

—¡¡Seh, claro!! Me voy a casa, a lo mejor tengo algún sueño científico esta noche —se despide Iván con sarcasmo.

Horas más tarde, Iván empieza a soñar: está con Nahuel dentro de un gran laboratorio y en la entrada hay un cartel que dice “Detectives de elementos”. Sienten golpes desesperados.

Al abrir la puerta, se encuentran con un grupo de sus compañeros. Cami, una de las chicas, está llorando y les muestra su dedo índice con una quemadura. El resto de los chicos grita cosas que en la vida real nunca dirían: “¡La culpa la tiene el hidrógeno que siempre se mete en problemas! ¿Se acuerdan cuando explotó el dirigible alemán?... ”. El sueño continúa, Iván y

[ ]

Nahuel empiezan a preguntar acerca de lo que habían visto para obtener todos los detalles posibles del episodio. ¿De qué color era? Blanco… ¿sólido, líquido o gas? —pregunta Iván. —¡Sólido! —responden a coro. Mica cuenta que, el sólido, después de quemarle el dedo a Cami, saltó y cayó en una vaso que tenía un poco de agua y ahí comenzó a moverse y se prendió fuego. Al escuchar este dato, Iván y Nahuel se miraron de manera cómplice —¿La llama era amarilla?

—¡Sí! —grito Mica. —Entonces… ¡hemos encontrado al culpable! Se llama sodio, es un metal blanco y muy reactivo, sobre todo cuando se lo pone dentro del agua —dijo Iván. —Pero no tanto como el litio, ese sí que explota con todo —acotó Nahuel. —Los elementos químicos se agrupan en familias, cada una de ellas con sus propiedades, como diría Mendeléiev —dijo Iván, mientras el lugar comenzaba a desaparecer ante su vista…”.

En el sueño, se hace referencia a la explosión de un dirigible debida al hidrógeno. Investiguen de qué dirigible se trataba y por qué ocurrió el incidente.

Los elementos químicos emiten luces características al acercarlos al fuego. Investiguen el color del potasio, del calcio, del magnesio y del bario. ¿Habrá alguna relación entre dichas luces y los fuegos artificiales? ¿Cuál? ›› Observar e interpretar fenómenos químicos utilizando teorías y observaciones personales.

capítulo

4

78

El ordenamiento periódico de los elementos A principios del siglo xix, se conocían unos 54 elementos químicos. Muchos científicos empezaron a estudiar la manera de organizarlos en alguna tabla. Uno de ellos fue el alemán Johann Wolfgang Döbereiner (1780-1849), que trató de encontrar alguna relación entre los pesos atómicos conocidos y las propiedades de algunos elementos.

[ ]

Experimentos en Papel ¿Hay alguna relación entre las propiedades y los pesos atómicos de los elementos?

El químico ruso Dmitri Mendeléiev (1834-1907) y el químico alemán Julius Meyer (1830-1895) presentaron en 1869, de forma independiente, una clasificación de los elementos en función de sus pesos atómicos, comprobando que ciertas propiedades se repetían periódicamente. Los 63 elementos incluidos por Dmitri Mendeléiev en su Tabla Periódica están ordenados en familias o grupos. Luego de algunos cambios, intercambió la ubicación del telurio (peso atómico 128) y del yodo (peso atómico 127), en contra de su principio de ordenamiento en función del peso atómico creciente, suponiendo que había un error en la determinación de esa magnitud.

Hipótesis: existe una relación entre el peso atómico y las propiedades de los elementos químicos.

Predicción: si se determinan diversas propiedades de elementos de distinto peso, se observará una correlación entre estas y el peso de los átomos.

Procedimiento: Döbereiner realizó diferentes experimentos y encontró que algunos elementos se podían agrupar de a tres y que en ellos había alguna relación entre sus pesos y algunas propiedades físicas como, por ejemplo, el punto de fusión o la solubilidad en agua.

Resultados: Pesos Punto de Reacción con Solubilidad Elemento atómicos* fusión (ºC) el agua en agua Hay reacción Calcio Ligeramente 40 839 y se libera (Ca) soluble hidrógeno Reacción PráctiEstroncio menos intensa, 88 769 camente (Es) se libera insoluble hidrógeno Reacción débil Bario Solubilidad 137 729 y se libera (Ba) intermedia hidrógeno (*) Pesos atómicos vigentes al momento en el que se hizo el experimento.

Conclusión: existe alguna relación entre los pesos y las propiedades de los átomos. ›› Análisis de experimentos históricos.

Dmitri Mendeléiev.

Masa atómica promedio y masa atómica relativa Además del símbolo y del número atómico (Z) de cada elemento, la Tabla Periódica informa la masa atómica promedio (m.a.p.) de cada uno, según la abundancia natural de sus isótopos. A los fines prácticos, en las tablas habituales se consigna la masa atómica relativa (Ar), un valor que coincide numéricamente con el de la masa atómica promedio, pero sin unidades.

14

número atómico (Z)

Si

Silicio 28,09

masa atómica relativa (Ar)

El silicio (Si) tiene 3 isótopos naturales: el 28 Si (masa atómica = A = 27,98 u, y porcentaje de abundancia natural = 92,18%); el 29Si (28,98 u, y 4,71%); y el 30 Si (29,97 u, y 3,12%). La masa atómica promedio del Si se calcula de la siguiente forma: m.a.p. Si = (27,98 u 92,18% + 28,98 u 4,71% + 29,97 u 3,12%) / 100% = 28,09 u

79

Configuración electrónica externa y construcción ordenada de la Tabla Periódica

1s

La distribución en la Tabla Periódica de los elementos responde a similitudes en la configuración electrónica externa (cee) de estos, que consiste en la disposición de los electrones ubicados en los niveles más exteriores de energía que participan de las uniones y reacciones químicas.

La cee se determina a partir de la configuración electrónica (ce). ¿Cómo se escribe la cee? A partir del subnivel s de mayor energía inclusive, se detallan todos los electrones presentes. Si hubieran electrones en subniveles d o f que están completos, estos no se consignan, salvo que no haya más subniveles. Observen los siguientes ejemplos: • Magnesio (Z=12) ce 12Mg: 1s2 2s2 2p6 3s 2 ; cee 12Mg: 3s2 .

• Arsénico (Z=33) ce 33As: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p3 ; cee 33As: 4s2 4p3.

• Cinc (Z=30) ce 30Zn: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 ; cee 30Zn: 4s2 3d10.

• Neodimio (Z=60) ce 60Nd: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f 4 ; cee 60Nd: 6s2 4f 4 .

1 IA

18 VIIIA

1,007;1,009 -259,1 2,1 -252,69

8,9 .10-5

1

4,003 -272,2 -268,9

1,7 .10-4

H

He

Hidrógeno

Helio

±1 1 1s1

2 IIA

1

6,938;6,997 180,5 1,0 1317 0,53

2

Li

Litio

2 1s2

10,80;10,83 2300 2,0 2550 2,46

12,00;12,02 Sublima 2,5 3642 3,51

14,00;14,01 -210 3,0 -195,798 1,14.10-3

15,99;16,00 -218,4 3,5 -182,9

1,33 .10-3

19,00 -219,6 4,0 -188,1

1,58 .10-3

20,18 -248,7 -246,1

8,4 .10-4

B

Berilio

Boro

C

Carbono

N

Nitrógeno

O

Oxígeno

F

2

Ne

Flúor

Neón

2, ±3, 4,5 2-5

He- 2s22p3

-1, -2 2-6

He- 2s22p4

-1 2-7

He- 2s22p5

2-8

He- 2s22p6

22,99 97,8 0,9 892 0,97

24,31 648,8 1,2 1107 1,74

26,98 660,5 1,5 2467 2,70

28,08;28,09 1410 1,8 2355 2,33

30,97 44 (P4) 2,1 280 (P4) 1,82

32,05;32,08 113 2,5 444,7 2,06

35,44;35,46 -34,6 3,0 -101

2,95 .10-3

39,95 -189,4 -185,9

1,66 .10-3

Na

Sodio

4

Mg

2 2-8-2 Ne-3s2

39,10 63,7 0,8 774 0,86

40,08 839 1,0 1487 1,54

K

Potasio

5

Al

Magnesio

1 2-8-1 Ne-3s1

12

Ca

Calcio

Aluminio

Sc

Escandio

Si

Silicio

7

P

Fósforo

8

S

Azufre

9

Cl

Cloro

10

Ar

Argón

4 IVB

5 VB

6 VIB

7 VIIB

8 VIIIB

9 VIIIB

10 VIIIB

11 IB

12 IB

3 2-8-3 Ne-3s23p1

±4 2-8-4 Ne-3s23p2

±3, 5 2-8-5 Ne-3s23p3

-2, 2,3,4,6 2-8-6 Ne-3s23p4

±1,3,4,5, 6, 7 2-8-7 Ne-3s23p5

2-8-8 Ne-3s23p6

47,87 1660 1,4 3260 4,51

50,94 1890 1,5 3380 6,09

52,00 1857 1,6 2482 7,14

54,94 1244 1,6 2097 7,44

55,85 1535 1,7 2750 7,87

58,93 1495 1,7 2870 8,89

58,69 1453 1,8 2732 8,91

63,55 1083,5 1,8 2595 8,92

65,38 419,6 1,6 907 7,14

69,72 29,8 1,7 2403 5,91

72,63 937,4 1,9 2830 5,32

74,92 Sublimación 2,1 613 5,72

78,96 217 2,4 685 4,82

79,90 -7,3 2,8 58,8 3,14

83,80 -156,6 -152,3

3,48 ,10-3

3 IIIB 44,96 1539 1,3 2832 2,99

6

Ti

Titanio

V

Vanadio

Cr

Cromo

Mn

Manganeso

Fe

Hierro

Co

Cobalto

Ni

Níquel

Cu

Cobre

Zn Cinc

13

Ga

Galio

14

Ge

Germanio

15

As

Arsénico

16

Se

Selenio

17

Br

Bromo

18

Kr

Kriptón

1 2-8-8-1 Ar-4s1

2 2-8-8-2 Ar-4s2

3 2-8-9-2 Ar-4s2 3d1

2,3,4 2-8-10-2 Ar-4s23d2

2,3,4,5 2-8-11-2 Ar-4s23d3

2,3,4,5,6 2-8-13-1  Ar-4s13d5

2,3,4,6,7 2-8-13-2 Ar-4s23d5

2,3 2-8-14-2 Ar-4s23d6

2,3 2-8-15-2 Ar-4s23d7

2,3 2-8-16-2 Ar-4s23d8

1,2 2-8-18-1

Ar-4s13d10

2 2-8-18-2 Ar-4s23d10

3 2-8-18-3 Ar-4s23d104p1

2,4 2-8-18-4 Ar-4s23d104p2

±3, 5 2-8-18-5 Ar-4s23d104p3

-2,+4,+6 2-8-18-6 Ar-4s23d104p4

±1,3, 5, 7 2-8-18-7 Ar-4s23d104p5

2-8-18-8 Ar-4s23d104p6

85,47 39 0,8 688 1,53

87,62 769 1,0 1384 2,63

88,91 1523 1,2 3337 4,47

91,22 1852 1,3 4377 6,51

92,91 2468 1,5 4927 8,58

95,96 2617 1,6 5560 10,28

98,91 2172 1,7 5030 11,49

101,1 2310 2,2 3900 12,45

102,9 1966 2,2 3727 12,41

106,4 1552 2,2 3140 12,02

107,9 961,9 1,9 2212 10,49

112,4 321 1,7 765 8,64

114,8 156,2 1,7 2080 7,31

118,7 232 1,8 2270 7,29

121,8 630,7 1,8 1750 6,69

127,6 449,6 2,1 990 6,25

126,9 113,5 2,5 184,4 4,94

131,3 -111,9 -107

4,49 .10-3

Rb

Rubidio

20

Sr

Estroncio

1 2-8-18-8-1 Kr-5s1

2 2-8-18-8-2 Kr-5s2

132,9 28,4 0,8 690 1,90

137,3 725 1,0 1640 3,65

Cs

Cesio

38

2 2-8-18-18-8-2 Xe-6s2

223 27

226 700

0,7 677 1,87

Fr

Francio

1 2-8-18-32-18-8-1 Rn-7s1

87

21

Y

Ytrio

3 2-8-18-9-2 Kr-5s24d1

39

Ba

Bario

1 2-8-18-18-8-1 Xe-6s1

55

7

17 VIIA

2, ±4 2-4

He- 2s22p2

37

6

16 VIA

3 2-3

He- 2s22p1

19

5

15 VA

2 2-2

He- 2s2

11

4

Be

14 IVA

1 2-1

He- 2s1

3

3

9,012 1278 1,5 2970 1,85

13 IIIA

56

2 2-8-18-32-18-8-2 Rn-7s2

88

Rh

Rodio

28

Pd

Paladio

29

Ag Plata

30

Cd

Cadmio

31

In

Indio

32

Sn

Estaño

33

Sb

Antimonio

34

Te

Teluro

35

I

Yodo

36

Xe

Xenón

2,3,4 2-8-18-16-1

Kr-5s14d8

2,4 2-8-18-18

Kr-4d10

1 2-8-18-18-1

Kr-5s14d10

2 2-8-18-18-2 Kr-5s24d10

3 2-8-18-18-3 Kr-5s24d10 5p1

2,4 2-8-18-18-4 Kr-5s24d10 5p2

±3,5 2-8-18-18-5 Kr-5s24d10 5p3

-2, 4,6 2-8-18-18-6 Kr-5s24d10 5p4

±1, 3, 5, 7 2-8-18-18-7 Kr-5s24d10 5p5

2-8-18-18-8 Kr-5s24d10 5p6

178,5 2150 1,3 5400 13,31

180,9 2996 1,4 5425 16,68

183,8 3407 1,7 5927 19,26

186,2 3180 1,9 5627 21,03

190,2 3045 2,2 5027 22,61

192,2 2410 2,2 4130 22,65

195,1 1772 2,2 3827 21,45

197,0 1064,4 2,4 2940 19,32

200,6 -38,9 1,7 356,6 13,55

204,3;204,4 303,6 1,6 1457 11,85

207,2 327,5 1,7 1740 11,34

208,9 271,4 1,8 1560 9,80

210

210

222 -71

41

Ta

Tantalio

42

W

Tungsteno

43

Re

Renio

44

Os

Osmio

45

Ir

Iridio

46

Pt

Platino

47

Au Oro

48

Hg

Mercurio

4 2-8-18-32-10-2 Xe-6s24f14 5d2

5 2-8-18-32-11-2 Xe-6s24f14 5d3

2,4,5,6 2-8-18-32-12-2 Xe-6s24f14 5d4

4,6,7 2-8-18-32-13-2 Xe-6s24f14 5d5

2,3,4,6,8 2-8-18-32-14-2 Xe-6s24f14 5d6

3,4 2-8-18-32-15-2 Xe-6s24f14 5d7

2,4 2-8-18-32-17-1

Xe-6s14f14 5d9

1,3 2-8-18-32-18-1 Xe-6s14f14 5d10

1,2 2-8-18-32-18-2 Xe-6s24f14 5d10

261

262

263

264

265

268

269

272

277

73

Db

Dubnio

74

Sg

Seaborgio

75

Bh

Bohrio

76

Hs

Hassio

77

Mt

Meitnerio

78

Ds

Darmstadtio

79

Rg

Roentgenio

80

Cn

Copernicio

2-8-18-32-32-10-2 Rn-7s2 5f14 6d2

2-8-18-32-32-11-2 Rn-7s2 5f14 6d3

6 2-8-18-32-32-12-2 Rn-7s2 5f14 6d4

7 2-8-18-32-32-13-2 Rn-7s2 5f14 6d5

4 2-8-18-32-32-14-2 Rn-7s2 5f14 6d6

4 2-8-18-32-32-15-2 Rn-7s2 5f14 6d7

4 2-8-18-32-32-16-2 Rn-7s2 5f14 6d8

3 2-8-18-32-32-17-2 Rn-7s2 5f14 6d9

2 2-8-18-32-32-18-2 Rn-7s2 5f14 6d10

138,9 920 1,1 3454 6,16

140,1 798 1,1 3257 6,77

140,9 931 1,1 3212 6,48

144,2 1010 1,1 3127 7,00

145 1080

150,36 1072 1,1 1778 7,54

152,0 822 1,2 1597 5,25

157,3 1311 1,2 3233 7,89

158,9 1360 1,2 3041 8,25

104

La

Lantano

105

Ce

Cerio

106

Pr

Praseodimio

107

Nd

Neodimio

108

1,1 2730 7,22

Pm

Promecio 

109

Sm

Samario

110

Eu

Europio

111

Gd

Gadolinio

112

Tb

Terbio

49

Tl

Talio

1,3 2-8-18-32-18-3 Xe-6s24f14 5d106p1

81

50

Pb

Plomo

2,4 2-8-18-32-18-4 Xe-6s24f14 5d106p2

82

285

Uut

Ununtrio

113

Uuq

Unnquadio

2,4 2-8-18-32-32-18-4 Rn-7s2 5f14 6d107p2

114

162,5 1409 1,2 2335 8,56

Dy

Disprosio

164,9 1470 1,2 2720 8,78

Ho

Holmio

51

Bi

Bismuto

3,5 2-8-18-32-18-5 Xe-6s24f14 5d106p3

83

Uup

Ununpentio

115 167,3 1522 1,2 2510 9,05

Er

Erbio

52

254 1,9 962 9,20

Po

Polonio

53

302 2,1 337

At

Astato

54

-61,8 9,23

Rn

Radón

±2,4 2-8-18-32-18-6 Xe-6s24f14 5d106p4

2-8-18-32-18-7 Xe-6s24f14 5d106p5

2-8-18-32-18-8 Xe-6s24f14 5d106p6

289

[291]

293

84

Uuh

Ununhexio

85

Uus

Ununseptio

86

Uuo

Ununoctio

2,4 2-8-18-32-32-18-6 Rn-7s2 5f14 6d107p4

2-8-18-32-32-18-7 Rn-7s2 5f14 6d107p5

2-8-18-32-32-18-8 Rn-7s2 5f14 6d107p6

168,9 1545 1,2 1727 9,32

173,1 824 1,1 1193 6,97

175 1656 1,2 3315 9,84

116

Tm Tulio

117

Yb

Yterbio

118

Lu

Lutecio

3 2-8-18-18-9-2

 Xe-6s2 5d1

3,4 2-8-18-19-9-2

 Xe-6s24f15d1

3 2-8-18-21-8-2 Xe-6s24f3

3 2-8-18-22-8-2 Xe-6s24f4

3 2-8-18-23-8-2 Xe-6s24f5

2,3 2-8-18-24-8-2 Xe-6s24f6

2,3 2-8-18-25-8-2 Xe-6s24f7

3 2-8-18-23-9-2

 Xe-6s24f7 5d1

3 2-8-18-27-8-2 Xe-6s24f9

3 2-8-18-28-8-2 Xe-6s24f10

3 2-8-18-29-8-2 Xe-6s24f11

3 2-8-18-30-8-2 Xe-6s24f12

3 2-8-18-31-8-2 Xe-6s24f13

2,3 2-8-18-32-8-2 Xe-6s24f14

3 2-8-18-32-9-2

Xe-6s24f14 5d1

227 1047

232,0 1750 1,3 4787 11,72

231,0 1554 1,5 4030 15,37

238,0 1132,4 1,38 3818 18,97

237 640

244 641

243

247 1340

247 986

251 900

252 860 1,3

257 1,3

258 1,3

259 1,3

262

57

1,1 3197 10,07

7

Ru

Rutenio

27

2,3,4,6,8 2-8-18-15-1

 Kr-5s14d7

Rutherfordio

6

Tc

Tecnecio

26

4,7 2-8-18-13-2 Kr-5s24d5

Rf

Actínidos

Mo

Molibdeno

25

2,3,4,5,6 2-8-18-13-1

 Kr-5s14d5

72

89-103

Nb

Niobio

24

3,5 2-8-18-12-1

Kr-5s14d4

40

Hafnio

57-71

Ra

Zr

Zirconio

23

4 2-8-18-10-2 Kr-5s24d2

Hf

Lantánidos

0,9 1140 5,50

Radio

22

Ac

Actinio

3 2-8-18-32-18-9-2

Rn-7s26d1

89

58

Th

Torio

3,4 2-8-18-32-18-10-2

Rn-7s26d2

90

59

Pa

Protactinio

4,5 2-8-18-32-20-9-2

Rn-7s2 5f2 6d1

91

60

U

Uranio

3,4,5,6 2-8-18-32-21-9-2

Rn-7s2 5f3 6d1

92

61

1,3 3902 20,48

Np

Neptunio

3,4,5,6 2-8-18-32-22-9-2

Rn-7s2 5f4 6d1

93

62

1,3 3327 19,74

Pu

Plutonio

3,4,5,6 2-8-18-32-23-9-2 Rn-7s2 5f6

94

63

994 1,3 2607 13,67

Am

Americio

3,4,5,6 2-8-18-32-24-9-2 Rn-7s2 5f7

95

64

1,3 13,51

Cm

Curio

3 2-8-18-32-25-9-2

Rn-7s2 5f7 6d1

96

65

1,3 13,25

Bk

Berkelio

3,4 2-8-18-32-26-9-2 Rn-7s2 5f9

97

66

1,3 15,1

Cf

Californio

3 2-8-18-32-27-9-2 Rn-7s2 5f10

98

67

Es

Einsteinio

3 2-8-18-32-28-9-2 Rn-7s2 5f11

99

68

Fm

Fermio

3 2-8-18-32-29-9-2 Rn-7s2 5f12

100

69

Md

Mendelevio

3 2-8-18-32-30-9-2 Rn-7s2 5f13

101

70

No

Nobelio

2,3 2-8-18-32-32-8-2 Rn-7s2 5f14

102

71

1,3

Lr

Lawrencio

3 2-8-18-32-32-9-2 Rn-7s2 5f14 6d1

103

2s

2p

3s

3p

3d

4s

4p

4d

4f

5s

5p

5d

5f

6s

6p

6d

7s

7p

El número asociado al subnivel s de la cee indica el número de período del elemento. Por ejemplo, el magnesio es un elemento representativo del período 3, el cinc es un elemento de transición del período 4, y el neodimio es un elemento de transición interna del período 6.

Los elementos de la Tabla Periódica se ordenan en 3 clases, según el subnivel de su electrón más externo (electrón diferenciador), ubicado al final de la cee: Elementos representativos: aquellos cuyo electrón diferenciador se ubica en un subnivel s o p.

Elementos de transición: aquellos cuyo electrón diferenciador se ubica en un subnivel d.

Elementos de transición interna: aquellos cuyo electrón diferenciador se ubica en un subnivel f.

Actividades 1 . ¿Cómo se calcula la masa atómica promedio de un elemento? ¿Qué relación existe entre la masa atómica promedio y la masa atómica relativa?

3 . ¿En qué se diferencian los elementos representativos de los de transición? ¿Y los de transición con respecto a los de transición interna?

2 . ¿Cómo se determina la cee de un átomo, partiendo de su ce?

4. Escriban la cee de los elementos de número atómico 11, 26, 49 y 67, indiquen el período y si es representativo, de transición o transición interna.

capítulo

4

80

La Tabla Periódica de los elementos n=1

2s

Grupo

4s

3d

5s

4d

5p

n=6

5d

6p

n=7

7s

6d

no existen 5f

H

2 IIA

Li

Litio

24,31 648,8 1,2 1107 1,74

40,08 839 1,0 1487 1,54

Nº de oxidación (los más frecuentes están destacados)

2, ±3, 4,5 2-5

He- 2s22p3

7

Densidad (en Kg.dm3)

Configuración electrónica por niveles Configuración electrónica por subniveles. (se destaca la CEE)

12

Ca

Calcio

3 IIIB

4 IVB

44,96 1539 1,3 2832 2,99

47,87 1660 1,4 3260 4,51

Sc

Ti

Escandio

Titanio

5 VB 50,94 1890 1,5 3380 6,09

V

Vanadio

6 VIB 52,00 1857 1,6 2482 7,14

Cr

Cromo

7 VIIB 54,94 1244 1,6 2097 7,44

Mn

Manganeso

8 VIIIB 55,85 1535 1,7 2750 7,87

Fe

Hierro

9 VIIIB 58,93 1495 1,7 2870 8,89

Co

Cobalto

2 2-8-8-2 Ar-4s2

3 2-8-9-2 Ar-4s2 3d1

2,3,4 2-8-10-2 Ar-4s23d2

2,3,4,5 2-8-11-2 Ar-4s23d3

2,3,4,5,6 2-8-13-1

 Ar-4s13d5

2,3,4,6,7 2-8-13-2 Ar-4s23d5

2,3 2-8-14-2 Ar-4s23d6

2,3 2-8-15-2 Ar-4s23d7

85,47 39 0,8 688 1,53

87,62 769 1,0 1384 2,63

88,91 1523 1,2 3337 4,47

91,22 1852 1,3 4377 6,51

92,91 2468 1,5 4927 8,58

95,96 2617 1,6 5560 10,28

98,91 2172 1,7 5030 11,49

101,1 2310 2,2 3900 12,45

102,9 1966 2,2 3727 12,41

Rb

Rubidio

20

Sr

Estroncio

1 2-8-18-8-1 Kr-5s1

2 2-8-18-8-2 Kr-5s2

132,9 28,4 0,8 690 1,90

137,3 725 1,0 1640 3,65

Cs

Cesio

38

2 2-8-18-18-8-2 Xe-6s2

223 27

226 700

55

Fr

Francio

1 2-8-18-32-18-8-1 Rn-7s1

87

21

22

Y

Zr

Ytrio

Zirconio

3 2-8-18-9-2 Kr-5s24d1

39

Ba

Bario

1 2-8-18-18-8-1 Xe-6s1 0,7 677 1,87

56

57-71

Ra

Radio

2 2-8-18-32-18-8-2 Rn-7s2

88

178,5 2150 1,3 5400 13,31

180,9 2996 1,4 5425 16,68

183,8 3407 1,7 5927 19,26

186,2 3180 1,9 5627 21,03

190,2 3045 2,2 5027 22,61

192,2 2410 2,2 4130 22,65

Ta

Tantalio

42

W

Tungsteno

43

Re

Renio

44

Os

Osmio

45

Ir

Iridio

5 2-8-18-32-11-2 Xe-6s24f14 5d3

2,4,5,6 2-8-18-32-12-2 Xe-6s24f14 5d4

4,6,7 2-8-18-32-13-2 Xe-6s24f14 5d5

2,3,4,6,8 2-8-18-32-14-2 Xe-6s24f14 5d6

3,4 2-8-18-32-15-2 Xe-6s24f14 5d7

261

262

263

264

265

268

73

Db

Dubnio

74

Sg

Seaborgio

75

Bh

Bohrio

76

Hs

Hassio

77

Mt

Meitnerio

2-8-18-32-32-10-2 Rn-7s2 5f14 6d2

2-8-18-32-32-11-2 Rn-7s2 5f14 6d3

6 2-8-18-32-32-12-2 Rn-7s2 5f14 6d4

7 2-8-18-32-32-13-2 Rn-7s2 5f14 6d5

4 2-8-18-32-32-14-2 Rn-7s2 5f14 6d6

4 2-8-18-32-32-15-2 Rn-7s2 5f14 6d7

138,9 920 1,1 3454 6,16

140,1 798 1,1 3257 6,77

140,9 931 1,1 3212 6,48

144,2 1010 1,1 3127 7,00

145 1080

150,36 1072 1,1 1778 7,54

104

La

Lantano

105

Ce

Cerio

106

Pr

Praseodimio

107

Nd

Neodimio

108

1,1 2730 7,22

Pm

Promecio 

109

Sm

Samario

3 2-8-18-18-9-2

 Xe-6s2 5d1

3,4 2-8-18-19-9-2

 Xe-6s24f15d1

3 2-8-18-21-8-2 Xe-6s24f3

3 2-8-18-22-8-2 Xe-6s24f4

3 2-8-18-23-8-2 Xe-6s24f5

2,3 2-8-18-24-8-2 Xe-6s24f6

227 1047

232,0 1750 1,3 4787 11,72

231,0 1554 1,5 4030 15,37

238,0 1132,4 1,38 3818 18,97

237 640

244 641

1,1 3197 10,07

7

41

4 2-8-18-32-10-2 Xe-6s24f14 5d2

57

Elementos representativos.

Elementos de transición.

Elementos de transición interna.

Rh

Rodio

2,3,4 2-8-18-16-1

Kr-5s14d8

Rf

Fondo

Ru

Rutenio

27

2,3,4,6,8 2-8-18-15-1

 Kr-5s14d7

Rutherfordio

89-103

Tc

Tecnecio

26

4,7 2-8-18-13-2 Kr-5s24d5

72

Actínidos

Mo

Molibdeno

25

2,3,4,5,6 2-8-18-13-1

 Kr-5s14d5

Hafnio

0,9 1140 5,50

Nb

Niobio

24

3,5 2-8-18-12-1

Kr-5s14d4

Hf

Lantánidos

23

4 2-8-18-10-2 Kr-5s24d2

40

6

Nitrógeno

N

1 2-8-8-1 Ar-4s1

37

7

Punto de ebullición (en ºC)

Mg

39,10 63,7 0,8 774 0,86

K

Z (N.º atómico)

Punto de fusión (en ºC) 14,00; 14,01 -210 3,0 -195,798 1,14.10-3

Magnesio

2 2-8-2 Ne-3s2

Potasio

Nombre

4

1 2-8-1 Ne-3s1

19

6

Be

22,99 97,8 0,9 892 0,97

Na

Símbolo químico

Berilio

2 2-2

He- 2s2

Sodio

A (N.º másico) Electronegatividad

9,012 1278 1,5 2970 1,85

1 2-1

He- 2s1

11

5

8

Hidrógeno

3

4

n=5

2 p 34 d 5 6 7 f

4f

±1 1 1s1 6,938;6,997 180,5 1,0 1317 0,53

3

n=4

se intercalan aquí

1

2

3p 4p

6s

1,007;1,009 -259,1 2,1 -252,69

8,9 .10-5

1

n=3

2p

3s

1 IA

1

n=2

1s

Período

s

Ac

Actinio

3 2-8-18-32-18-9-2

Rn-7s26d1

89

58

Th

Torio

3,4 2-8-18-32-18-10-2

Rn-7s26d2

90

59

Pa

Protactinio

4,5 2-8-18-32-20-9-2

Rn-7s2 5f2 6d1

91

60

U

Uranio

3,4,5,6 2-8-18-32-21-9-2

Rn-7s2 5f3 6d1

92

61

1,3 3902 20,48

Np

Neptunio

3,4,5,6 2-8-18-32-22-9-2

Rn-7s2 5f4 6d1

93

62

1,3 3327 19,74

Pu

Plutonio

3,4,5,6 2-8-18-32-23-9-2 Rn-7s2 5f6

94

81

Bloque s

La configuración electrónica externa es ns1 o ns2 , está formado por el hidrógeno (H) y los grupos I A (1) y II A (2) de los elementos representativos.

Bloque p

La configuración electrónica externa es ns2 npx , donde x varía entre 1 y 6. Formado por los grupos III A (13); IV A (14), V A (15), VI A (16); VII A (17) y VIII A (18) de los elementos representativos.

Bloque d

La configuración electrónica finaliza en un subnivel d; formado por todos los elementos de transición; grupos 3 a 12, o I B al VIII B.

Bloque f

La configuración electrónica finaliza en un subnivel f; formado por todos los elementos de transición interna.

Elementos: son 118, se distribuyen en 18 columnas verticales o grupos y en 7 filas o períodos numerados del 1 al 7. Los grupos se numeran de dos formas: del 1 hasta el 18 en forma correlativa o con números romanos y las letras A o B. Ley periódica: los elementos se numeran según el número atómico, de menor a mayor.

Estructura de los períodos: en cada período, de izquierda a derecha, van los elementos con el mismo subnivel s en su cee. Así, el primer período tiene solo 2 elementos, hidrógeno y helio, ya que ambos tienen el subnivel 1s en su cee; y el segundo, 8 elementos, desde el litio al neón, todos tienen al subnivel 2s en la cee.

18 VIIIA 4,003 -272,2 -268,9

1,7 .10-4

He

Helio

13 IIIA 10,80;10,83 2300 2,0 2550 2,46

B

Boro

58,69 1453 1,8 2732 8,91

Ni

Níquel

63,55 1083,5 1,8 2595 8,92

Cu

Cobre

65,38 419,6 1,6 907 7,14

Zn Cinc

N

Nitrógeno

15,99;16,00 -218,4 3,5 -182,9

1,33 .10-3

O

Oxígeno

17 VIIA 19,00 -219,6 4,0 -188,1

1,58 .10-3

F

2 1s2

2

20,18 -248,7 -246,1

8,4 .10-4

Ne

Flúor

Neón

2, ±3, 4,5 2-5

He- 2s22p3

-1, -2 2-6

He- 2s22p4

-1 2-7

He- 2s22p5

2-8

He- 2s22p6

26,98 660,5 1,5 2467 2,70

28,08;28,09 1410 1,8 2355 2,33

30,97 44 (P4) 2,1 280 (P4) 1,82

32,05;32,08 113 2,5 444,7 2,06

35,44;35,46 -34,6 3,0 -101

2,95 .10-3

39,95 -189,4 -185,9

1,66 .10-3

Al

12 IB

C

Carbono

14,00;14,01 -210 3,0 -195,798 1,14.10-3

16 VIA

2, ±4 2-4

He- 2s22p2

Aluminio

11 IB

12,00;12,02 Sublima 2,5 3642 3,51

15 VA

3 2-3

He- 2s22p1

5

10 VIIIB

14 IVA

6

Si

Silicio

7

P

Fósforo

8

S

Azufre

9

Cl

Cloro

10

Ar

Argón

3 2-8-3 Ne-3s23p1

±4 2-8-4 Ne-3s23p2

±3, 5 2-8-5 Ne-3s23p3

-2, 2,3,4,6 2-8-6 Ne-3s23p4

±1,3,4,5, 6, 7 2-8-7 Ne-3s23p5

2-8-8 Ne-3s23p6

69,72 29,8 1,7 2403 5,91

72,63 937,4 1,9 2830 5,32

74,92 Sublimación 2,1 613 5,72

78,96 217 2,4 685 4,82

79,90 -7,3 2,8 58,8 3,14

83,80 -156,6 -152,3

3,48 ,10-3

13

Ga

Galio

14

Ge

Germanio

15

As

Arsénico

16

Se

Selenio

17

Br

Bromo

18

Kr

Kriptón

2,3 2-8-16-2 Ar-4s23d8

1,2 2-8-18-1

Ar-4s13d10

2 2-8-18-2 Ar-4s23d10

3 2-8-18-3 Ar-4s23d104p1

2,4 2-8-18-4 Ar-4s23d104p2

±3, 5 2-8-18-5 Ar-4s23d104p3

-2,+4,+6 2-8-18-6 Ar-4s23d104p4

±1,3, 5, 7 2-8-18-7 Ar-4s23d104p5

2-8-18-8 Ar-4s23d104p6

106,4 1552 2,2 3140 12,02

107,9 961,9 1,9 2212 10,49

112,4 321 1,7 765 8,64

114,8 156,2 1,7 2080 7,31

118,7 232 1,8 2270 7,29

121,8 630,7 1,8 1750 6,69

127,6 449,6 2,1 990 6,25

126,9 113,5 2,5 184,4 4,94

131,3 -111,9 -107

4,49 .10-3

28

Pd

Paladio

29

Ag Plata

30

Cd

Cadmio

31

In

Indio

32

Sn

Estaño

33

Sb

Antimonio

34

Te

Telurio

35

I

Yodo

36

Xe

Xenón

2,4 2-8-18-18

Kr-4d10

1 2-8-18-18-1

Kr-5s14d10

2 2-8-18-18-2 Kr-5s24d10

3 2-8-18-18-3 Kr-5s24d10 5p1

2,4 2-8-18-18-4 Kr-5s24d10 5p2

±3,5 2-8-18-18-5 Kr-5s24d10 5p3

-2, 4,6 2-8-18-18-6 Kr-5s24d10 5p4

±1, 3, 5, 7 2-8-18-18-7 Kr-5s24d10 5p5

2-8-18-18-8 Kr-5s24d10 5p6

195,1 1772 2,2 3827 21,45

197,0 1064,4 2,4 2940 19,32

200,6 -38,9 1,7 356,6 13,55

204,3;204,4 303,6 1,6 1457 11,85

207,2 327,5 1,7 1740 11,34

208,9 271,4 1,8 1560 9,80

210

210

222 -71

46

Pt

Platino

47

Au Oro

48

Hg

Mercurio

2,4 2-8-18-32-17-1

Xe-6s14f14 5d9

1,3 2-8-18-32-18-1 Xe-6s14f14 5d10

1,2 2-8-18-32-18-2 Xe-6s24f14 5d10

269

272

277

78

Ds

Darmstadtio

79

Rg

Roentgenio

80

Cn

157,3 1311 1,2 3233 7,89

158,9 1360 1,2 3041 8,25

Eu

Gd

Gadolinio

Uut

113

152,0 822 1,2 1597 5,25

Tb

Terbio

50

Pb

Plomo

2,4 2-8-18-32-18-4 Xe-6s24f14 5d106p2

82

285

112

2 2-8-18-32-32-18-2 Rn-7s2 5f14 6d10

Europio

81

Ununtrio

3 2-8-18-32-32-17-2 Rn-7s2 5f14 6d9

111

Tl

Talio

1,3 2-8-18-32-18-3 Xe-6s24f14 5d106p1

Copernicio

4 2-8-18-32-32-16-2 Rn-7s2 5f14 6d8

110

49

162,5 1409 1,2 2335 8,56

Dy

Disprosio

Uuq

51

Bi

Bismuto

3,5 2-8-18-32-18-5 Xe-6s24f14 5d106p3

83

Uup

Unnquadio

Ununpentio

114

115

2,4 2-8-18-32-32-18-4 Rn-7s2 5f14 6d107p2

164,9 1470 1,2 2720 8,78

Ho

Holmio

167,3 1522 1,2 2510 9,05

Er

Erbio

52

254 1,9 962 9,20

Po

Polonio

53

302 2,1 337

At

Astato

54

-61,8 9,23

Rn

Radón

±2,4 2-8-18-32-18-6 Xe-6s24f14 5d106p4

2-8-18-32-18-7 Xe-6s24f14 5d106p5

2-8-18-32-18-8 Xe-6s24f14 5d106p6

289

[291]

293

84

Uuh

Ununhexio

85

Uus

Ununseptio

86

Uuo

Ununoctio

2,4 2-8-18-32-32-18-6 Rn-7s2 5f14 6d107p4

2-8-18-32-32-18-7 Rn-7s2 5f14 6d107p5

2-8-18-32-32-18-8 Rn-7s2 5f14 6d107p6

168,9 1545 1,2 1727 9,32

173,1 824 1,1 1193 6,97

175 1656 1,2 3315 9,84

116

Tm Tulio

117

Yb

Yterbio

118

Lu

Lutecio

2,3 2-8-18-25-8-2 Xe-6s24f7

3 2-8-18-23-9-2

 Xe-6s24f7 5d1

3 2-8-18-27-8-2 Xe-6s24f9

3 2-8-18-28-8-2 Xe-6s24f10

3 2-8-18-29-8-2 Xe-6s24f11

3 2-8-18-30-8-2 Xe-6s24f12

3 2-8-18-31-8-2 Xe-6s24f13

2,3 2-8-18-32-8-2 Xe-6s24f14

3 2-8-18-32-9-2

Xe-6s24f14 5d1

243

247 1340

247 986

251 900

252 860 1,3

257 1,3

258 1,3

259 1,3

262

63

994 1,3 2607 13,67

Am

Americio

3,4,5,6 2-8-18-32-24-9-2 Rn-7s2 5f7

95

64

1,3 13,51

Cm

Curio

3 2-8-18-32-25-9-2

Rn-7s2 5f7 6d1

96

65

1,3 13,25

Bk

Berkelio

3,4 2-8-18-32-26-9-2 Rn-7s2 5f9

97

66

1,3 15,1

Cf

Californio

3 2-8-18-32-27-9-2 Rn-7s2 5f10

98

67

Es

Einstenio

3 2-8-18-32-28-9-2 Rn-7s2 5f11

99

68

Fm

Fermio

3 2-8-18-32-29-9-2 Rn-7s2 5f12

100

69

Md

Mendelevio

3 2-8-18-32-30-9-2 Rn-7s2 5f13

101

70

No

Nobelio

2,3 2-8-18-32-32-8-2 Rn-7s2 5f14

102

71

1,3

Lr

Lawrencio

3 2-8-18-32-32-9-2 Rn-7s2 5f14 6d1

103

Los elementos representativos Los elementos representativos son los que, en conjunto, forman los bloques s y p. Son representativos porque su ce finaliza en un subnivel s o p, por ello se distribuyen en 8 grupos, y tienen la misma cee. Estos elementos son heterogéneos: algunos son gaseosos (hidrógeno, nitrógeno, oxígeno, flúor y cloro, etc.); otros son líquidos, como el bromo y el galio, y el resto son sólidos.

Los elementos de cada uno de los grupos o familias presentan ciertas propiedades químicas y físicas similares, por ello es conveniente identificar las características de cada una de esas familias. La siguiente es una tabla que presenta el nombre y número de cada uno de los 8 grupos de los elementos, y la configuración electrónica externa de los elementos que los integran.

Nombre del grupo Alcalinos* Alcalino-térreos Familia del boro Familia del carbono Familia del nitrógeno Familia del oxígeno Halógenos Gases nobles **

Grupo I A (1) II A (2) III A (13) IV A (14) V A (15) VI A (16) VII A (17) VIII A (18)

cee

ns1 ns2 ns2 2p1 ns2 2p2 ns2 2p3 ns2 2p4 ns2 2p5 ns2 2p6

* El hidrógeno presenta configuración electrónica 1s1, pero no se considera del grupo 1 o I A, ya que sus propiedades son muy diferentes a las de los elementos alcalinos (todos metales). ** La configuración electrónica del helio es 1s2 , pero se lo reconoce como un elemento del grupo 18 u VIII A, por tener propiedades químicas similares al resto de los gases nobles.

Grupos IA

Períodos

capítulo

4

82

II A

III A

IV A

VA

VI A

VII A

VIII A

1

1H

2He

2

3Li

4Be

5B

6C

7N

8O

9F

10 Ne

3

11Na

12Mg

13Al

14Si

15p

16S

17Cl

18 Ar

4

19K

20 Ca

31Ga

32Ge

33As

34Se

35Br

26Kr

5

37Rb

38Sr

49In

50Sn

51Sb

52Te

53I

54Xe

6

55Cs

56Ba

81Tl

82Pb

83Bi

84Po

85At

86Rn

7

87Fr

88 Ra

Elementos representativos. Los elementos que se muestran en verde son no metales, y el resto metales.

Los gases nobles Al conjunto de estos gases, que se encuentran en la atmósfera en pequeñas proporciones, se los denominó gases nobles o inertes, ya que son muy poco reactivos, es decir, no tienden a combinarse con otros átomos. Esta característica se debe a que su configuración electrónica externa está completa, entonces no tienen tendencia a ganar, perder o compartir electrones, que es lo que permite que se formen compuestos químicos.

El helio, por su densidad menor que el aire, se utiliza para inflar globos para decoración. El neón, el argón, el criptón y el xenón se emplean en tubos de iluminación de diferentes colores.

CIENCIA en acciÓn

Gases nobles que iluminan Debido a que los gases nobles son muy poco reactivos, se los puede mezclar con otros elementos sin que ninguno pierda sus propiedades. Uno de los usos más frecuentes de los gases nobles es en iluminación. El neón se utiliza en carteles luminosos, ya que produce luces de colores anaranjados y rojos. Las bombitas de luz incandescentes tienen una mezcla de argón y nitrógeno. En las lamparitas de bajo consumo, se usa criptón. El espectro de emisión del xenón es casi continuo, es por eso que emite luz muy similar a la luz blanca del Sol. ›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

[ ]

83

El bloque s: alcalinos y alcalino-térreos El sodio se utiliza para la extracción de metales como torio o titanio. Su hidróxido, conocido como soda cáustica, es utilizado en la industria del papel.

Los componentes de los grupos I A (1) y II A (2) reciben el nombre genérico de alcalinos, ya que reaccionan con el agua para formar álcalis o hidróxidos: sustancias con propiedades alcalinas o básicas. Son todos metales. Tienen la tendencia a formar compuestos por pérdida de electrones ubicados en el subnivel s de mayor energía.

Los metales alcalinos, propiamente dichos, son sólidos plateados brillantes y muy blandos, algunos pueden cortarse con un cuchillo, y son muy reactivos.

El color a la llama de cada uno de los elementos alcalinos es diferente al del resto: el sodio es amarillo, el potasio es violeta, el rubidio es rojizo y el cesio, azul.

Por su parte, los metales alcalino-térreos son más duros y más densos que los alcalinos, pero menos reactivos.

Alcalinos 3Li (litio) 11Na (sodio) 19K (potasio) 37Rb (rubidio) 55Cs (cesio) 87Fr (francio)

El litio se usa en la fabricación de baterías para celulares y tablets. Por su baja densidad, suele utilizarse en aleaciones junto a otros metales, para la construcción de naves espaciales. También se utiliza en medicamentos psiquiátricos.

El magnesio, por su dureza y densidad, se utiliza en las carrocerías de los automóviles. El compuesto que forma con oxígeno e hidrógeno (hidróxido de magnesio) se utiliza como antiácido y como laxante.

Alcalino-térreos 4Be (berilio) 12Mg (magnesio) 20 Ca (calcio) 38Sr (estroncio) 56Ba (bario) 88 Ra (radio)

ciencia en la historia

El rubidio y el cesio, presentes en el mineral lepidolita, se emplean en las células fotoeléctricas que se utilizan para obtener energía eléctrica a partir de la radiación solar.

[ ]

Las chicas del radio El radio, descubierto por los esposos Pierre y Marie Curie, es el único elemento radiactivo de su grupo. Debido a sus características, el radio fue muy utilizado para fabricar pinturas que brillaban en la oscuridad. En 1917, un grupo de chicas trabajaba en una fábrica en Nueva Jersey (Estados Unidos), en la que se pintaban relojes. Ellas afinaban los pinceles con la lengua y además jugaban pintándose las uñas y los dientes con estas pinturas. Años más tarde, una de ellas empezó a tener graves síntomas que fueron relacionados a su paso por la fábrica. Varias de sus compañeras estaban muy enfermas, y otras habían muerto. A raíz de este caso, se sancionó una resolución que protege a los trabajadores que contraen enfermedades laborales. ›› La ciencia en su contexto histórico y cultural.

Actividades 1 . ¿Por qué a los elementos del grupo VIII A o 18 se los denomina gases nobles o inertes?

2 . Mencionen propiedades químicas y/o físicas comunes de los metales alcalinos.

3 . ¿Todas las propiedades de los elementos de un mismo grupo son similares? En caso de responder negativamente, citen ejemplos de elementos que no compartan las mismas propiedades.

4 . Averigüen, consultando en la biblioteca de la escuela y en páginas de internet confiables, qué son las aguas duras, y cuál es la influencia de la presencia de calcio y magnesio en su composición.

84

capítulo

4

El bloque p

Trielos 5B 13Al

(boro) (aluminio)

31Ga

(galio)

49In

(indio)

81Tl (talio)

Tetrelos 6C

(carbono)

14Si 32Ge

(silicio)

(germanio)

50Sn

(estaño)

82Pb (plomo)

El carbono es la base de la mayoría de los materiales orgánicos presentes en los seres vivos.

Este bloque, además de incluir a los gases nobles, está formado por 5 grupos de elementos químicos, todos tienen en común que su ce finaliza en el subnivel p.

Los elementos de la familia del boro o trielos presentan tres electrones en su cee y son los que participan de los enlaces químicos. Los elementos de la familia del carbono se llaman tetrelos, ya que disponen de cuatro electrones para formar enlaces químicos en su cee. Forman el grupo IV A, el más heterogéneo de la tabla en cuanto a sus propiedades.

Pentelos, calcógenos y alógenos Estos tres grupos también pertenecen al bloque p. En el grupo V A o 15, o pentelos, los elementos presentan 5 electrones en su cee. Se destacan en este grupo el nitrógeno y el fósforo. El nitrógeno es un gas presente en la atmósfera y, además, forma parte de los aminoácidos y las proteínas de los seres vivos. El fósforo es un sólido muy reactivo. Al igual que el nitrógeno, es parte esencial de los seres vivos, forma parte de los ácidos nucleicos y de las sales de fósforo presentes en los huesos.

Los calcógenos son los elementos de la familia del oxígeno, su nombre hace referencia a que forman parte de minerales y rocas de la corteza terrestre. Los elementos más importantes de este grupo son el oxígeno y el azufre.

Los elementos del grupo VII A o 17 son los halógenos y se caracterizan por formar sales. Por su ce, tienden a captar un electrón para estabilizarse; por tal razón sus sales con metales alcalinos son estables, ya que los elementos del grupo I A tienden a perder su electrón externo. Entre los halógenos se encuentran el flúor, el elemento más reactivo de la tabla; el cloro, un gas reactivo, denso, de color verde y tóxico; y el yodo. Este es importante por su presencia en la glándula tiroides del ser humano, que regula el metabolismo general del organismo.

Pentelos 7N

(nitrógeno)

15P 33As 51Sb 83Bi

Calcógenos 8O

Halógenos

(oxígeno)

9F 17Cl

(fósforo)

16S

(azufre)

(arsénico)

34Se

(selenio)

35Br

(antimonio)

52Te

(telurio)

53I

(bismuto)

84Po

(polonio)

85At

(flúor) (cloro) (bromo) (yodo) (astato)

Actividades 1 . Elijan tres elementos de cada uno de los grupos presentes en las tablas de esta página e investiguen sus usos y cómo se los encuentra en la naturaleza.

El fósforo se inflama espontáneamente en contacto con el oxígeno del aire.

2 . En muchos relatos de ciencia ficción, se especula con la existencia de vida sobre la base de cadenas de silicio. ¿Por qué creen que los escritores eligen este elemento como alternativa al que forma los compuestos orgánicos conocidos?

85

Elementos de transición

Períodos

Los elementos de transición son aquellos cuya configuración electrónica finaliza en un subnivel d. Como los subniveles d se llenan con 10 electrones, en la Tabla Periódica se distinguen 10 grupos de elementos de transición (numerados del 3 al 12).

Son metales con altos puntos de fusión y ebullición. Salvo el mercurio (que es líquido), son todos sólidos a temperatura ambiente (25 ºC). Además, son duros y buenos conductores del calor y la electricidad. Muchas de sus propiedades se derivan de que presentan el subnivel d incompleto: salvo los del grupo 12, estos elementos presentan la posibilidad de formar muchas clases de iones y compuestos.

Gran parte de los compuestos con metales de transición son coloreados, y presentan propiedades magnéticas.

III B 2Sc 39Y 57La 89Ac

IV B 22Ti 40Zr 72Hf 104Rf

VB 23V 4INb 73Ta 105Db

VI B 24 Cr 42Mo 74W 106Sg

VII B 25Mn 43Tc 75Re 107Bh

Grupos VIII 26Fe 44Ru 76Os 108Sh

VIII 27Co 45Rh 77Ir 109Mt

VIII 28 Ni 46Pd 78 Pt 110 Ds

IB 29Cu 47Ag 79Au 111Rg

II B 30Zn 48 Cd 80 Hg 112Uub

El cromo se emplea para recubrir superficies metálicas porque evita su oxidación. Forma parte de aleaciones, como el acero inoxidable.

Aplicaciones de los elementos de transición Entre los elementos de transición se encuentran algunos de los más utilizados por el hombre moderno como, por ejemplo, el hierro, el cobre y el oro. En la actualidad, entre los elementos de transición de uso frecuente pueden mencionarse el cromo, el titanio, el cobalto y el manganeso.

El cobalto se emplea en aleaciones, y su isótopo radiactivo C se usa en medicina para tratamientos contra el cáncer.

60

Actividades

El titanio, por su alta resistencia y relativamente baja densidad, es utilizado en la fabricación de aviones militares de combate y submarinos de investigación científica o nucleares.

• ¿Por qué, si los subniveles d aparecen en el nivel 3, no hay elementos de transición en el período 3?

86

capítulo

4

Elementos de transición interna Los elementos de transición interna son aquellos cuya configuración electrónica finaliza en un subnivel f. Como los subniveles f se llenan con 14 electrones, en la Tabla Periódica se distinguen 2 filas de 14 elementos cada una, correspondientes a los períodos 6 y 7. En las tablas periódicas habituales, por comodidad, estos elementos suelen ubicarse debajo de los de transición.

Lantánidos período 6 Actínidos

Cd

Pr

Sm

período 7

58 Ce

59Pr

60 Nd

61Pm

62Sm

63Eu

64Gd

65Tb

66Dy

67Ho

68 Er

69Tm

70Yb

71Lu

90Th

91Pa

92U

93Np

94Pu

95Am

96Cm

97Bk

98 Cf

99Ei

100 Fm

101Md

102No

103Lw

Ce

Ld Nd

Estos son compuestos (óxidos) de lantanoides.

Cristales de un mineral de uranio, la metatorbernita.

La fila correspondiente al período 6, también conocida como elementos lantanoides o tierras raras, comienza con el cerio (Z = 58), elemento que sigue al lantano (Z = 57), aunque en algunas clasificaciones también se considera al lantano como un elemento de transición interna.

La fila correspondiente al período 7, también conocida como elementos actinoides, comienza con el torio (Z = 90), elemento que sigue al actinio (Z = 89), aunque en algunas clasificaciones también se considera al actinio como un elemento de transición interna.

Lantanoides y actinoides Los lantanoides o tierras raras son metales sólidos, blandos y densos, buenos conductores del calor y la electricidad. Sus puntos de fusión son cercanos a los 1.000 ºC. Forman parte de minerales como la monacita.

Se utilizan en la industria del acero y en monitores y televisores. Además, muchos de estos elementos tienen propiedades de superconductores, a temperaturas bajas pierden casi toda su resistencia eléctrica.

Los actinoides son metales radiactivos que, a partir del americio (Z= 95), no son naturales, sino que se sintetizan en los laboratorios o como productos intermedios de reacciones nucleares. El uranio es el actinoide más importante, proviene del mineral pechblenda. Entre sus isótopos está el uranio 235, utilizado como combustible en las reacciones nucleares de las centrales eléctricas nucleares.

Actividades 1 . ¿En qué períodos hay metales de transición interna?, ¿cuántos elementos tiene, en total, cada uno de esos períodos?

2 . ¿Cuáles son las características comunes de los lantanoides?

CIENCIA en la net

[ ]

Ingresen a la siguiente página del sitio Educaplus: http://tablaperiodica.educaplus.org/ Allí encontrarán una versión de la Tabla Periódica. Si cliquean sobre cada elemento, podrán obtener más información acerca de él. ›› El uso de las Tic en la búsqueda y análisis de la información.

Elementos semiconductores en electrónica

La capacidad de conducción es la facilidad con la que un material transmite una corriente eléctrica. En función de este parámetro, los materiales pueden agruparse en conductores, semiconductores y aislantes. Un semiconductor es una sustancia que se comporta como conductor o como aislante, dependiendo de la temperatura del ambiente en la que se encuentre. Los elementos semiconductores más importantes son el silicio y el germanio.

Los semiconductores se clasifican en dos clases: • Tipo n: el fenómeno de semiconducción ocurre en presencia de un tipo de átomo con cinco electrones de valencia, denominado impureza, que sustituye a otro en la red de átomos de silicio o germanio, aumentando en uno el número de electrones disponibles. La impureza puede ser un átomo del grupo V A o 15, como P, As o Sb. • Tipo p: producen un efecto contrario a los tipos n, generando huecos o sitios de carga positiva, provocados por la sustitución de un átomo de silicio o germanio, por otro átomo del grupo III A (Al, B, Ga) como impureza.

Los materiales semiconductores son ampliamente utilizados como partes de aparatos electrónicos, en diodos, transistores y termistores. Los diodos se utilizan, entre otras aplicaciones, como rectificadores para la conversión de la corriente alterna (ca) en continua (cc); y como pequeñas lampariLos semiconductores se utilizan en los artefactos tas o led (del inglés Light Emitting Diode, diodo emielectrónicos. sor de luz) que detectan si un aparato electrónico está encendido o no. Los transistores son disposi1 . ¿Qué condición tienen los electrones de un mativos que amplifican señales o abren o cierran cirterial para conducir la corriente eléctrica? cuitos. Son el principal componente de todos los 2 . ¿Qué es un semiconductor? ¿Qué elementos circuitos digitales, incluidos los microprocesadores pueden actuar como semiconductores? de las computadoras. Los termistores son semiconductores sensibles a los cambios de temperatura.

Suelen utilizarse en equipos de refrigeración de ambientes, como los termostatos: dispositivos que detectan cambios de temperatura para abrir o cerrar un circuito.

Texto adaptado de la página web http://nanoudla.blogspot. com/2009/05/materiales-para-aplicaciones-en.html, perteneciente a la Universidad de las Américas, Puebla, México.

3 . ¿Qué elementos pueden ser impurezas en los semiconductores de tipo n y tipo p?

4 . Expliquen qué son los diodos, los transistores y los termistores.

5 . Mencionen por lo menos 3 aplicaciones de los materiales semiconductores en aparatos, dispositivos y/o instrumentos utilizados en la vida cotidiana. ›› La relación entre la ciencia, la tecnología, la sociedad y el ambiente.

87

Ciencia en acción

[ ]

88

capítulo

4

Propiedades periódicas De acuerdo con la ley periódica, las propiedades de los elementos varían en forma periódica en relación con el número atómico. De esta manera, a lo largo de un mismo período, las propiedades físicas y químicas que presentan los diferentes elementos se van modificando en forma gradual.

Aumento de la carga nuclear

último nivel ocupado por electrones

fuerza de atracción +

+

+

carga positiva del núcleo

En un mismo período, al aumentar la carga nuclear, los electrones más externos, que se encuentran siempre en un mismo nivel electrónico, son atraídos con más fuerza. z

y

capa más externa de electrones

y

y

Los electrones de los elementos pertenecientes al mismo período se distribuyen en el mismo número de niveles principales de energía. Al aumentar el número atómico a lo largo de un período, aumenta el número de protones y, por consiguiente, se incrementa la atracción del núcleo positivo por los electrones más externos. A esta situación se la denomina efecto de aumento de la carga nuclear, y puede indicarse que a lo largo de un período, a mayor Z (número atómico) mayor atracción del núcleo por los electrones.

Efecto de apantallamiento

A lo largo de un grupo, es decir, de arriba hacia abajo en la tabla periódica, a mayor Z aumentan los 1s 2s 3s niveles de energía, y por lo tanto, los electrones más En un grupo, aumenta la cantidad de niveles ocupados por los electrones. externos se encuentran menos atraídos por el núcleo, En los átomos con muchos niveles de electrones ocupados, los más ya que están más alejados de este. Además, las capas externos se sienten menos atraídos hacia el núcleo debido al efecto de intermedias de electrones disminuyen la atracción apantallamiento de las “capas” de electrones más internas. entre el núcleo y los electrones exteriores: este fenómeno es denominado efecto de apantallamiento de los electrones intermedios.

Puede concluirse que, a lo largo de un grupo, a mayor Z menor atracción del núcleo por los electrones externos, debido a los efectos de aumento del número de niveles de energía y de apantallamiento. x

núcleo

x

núcleo

x

núcleo

El efecto de apantallamiento lleva su nombre por la analogía con lo que ocurre con la luz de una lamparita y una pantalla translúcida. La luz de la lamparita representa la fuerza de atracción del núcleo, y la pantalla, la densidad negativa de las capas de electrones internas. Los electrones más externos serían los objetos por fuera de la pantalla a los que les llega luz menos intensa.

89

Carácter metálico El carácter metálico se relaciona con la tendencia de un elemento a perder electrones: los metales tienden a perder electrones, mientras que los no metales tienden a ganarlos.

Los elementos del grupo 17 o VII A, por ejemplo, son no metales típicos, ya que su cee es ns2np7, y tenderán a tomar un electrón para lograr la cee del gas noble más cercano. Los elementos del grupo 1 o I A son metales característicos, ya que tienden a perder el electrón más externo con Carácter metálico facilidad. A lo largo de un período, por el efecto de H la carga nuclear, a mayor Z los electrones están más Li Be atraídos por el núcleo, por lo que disminuye el caNa Mg rácter metálico. A lo largo de un grupo, debido a los K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn 28 efectos de apantallamiento y de aumento de los niveRb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd les de energía, a mayor Z los electrones están menos Cs Ba *La Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg atraídos por el núcleo, por lo que aumenta el carácFr Ra *Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn ter metálico.

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb

He

Carácter metálico

1

3

4

5

11

12

13

19

20

21

22

23

24

25

26

27

29

30

C 6

Al

Si 14

Se

Br

Kr

34

35

36

Sb

Te

Xe

50

51

52

I 53

41

42

43

44

45

46

47

48

49

72

73

74

75

76

77

78

79

80

81

87

88

89-103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

Dy

Ho

57

58

59

60

61

62

63

64

65

66

67

Np

Pu

Am Cm

Bk

93

94

95

97

metales

U 92

no metales

96

Tl

Pb 82

Bi 83

Actividades 1 . ¿Por qué se emplea el valor de Z para explicar las variaciones de las propiedades periódicas?

2 . Expliquen en qué consiste el efecto de apantallamiento electrónico en los átomos.

54

Po

At

Rn

84

85

86

Uut

Cf 98

Es 99

Er 68

Tm

Yb

Lu

69

70

71

Fm

Md

No

Lr

100

101

102

103

metaloides

El carácter metálico aumenta de arriba hacia abajo en un grupo y de derecha a izquierda, a lo largo de un período.

El boro es considerado un metaloide.

Ar 18

As

40

Pa

10

33

57-71

91

Cl 17

Sn

39

Th

9

S 16

Ne

Ge

56

90

8

P 15

F

32

In

38

Ac

7

O

Ga

55

89

N

31

37

¿Qué son los metaloides?

Si bien, como vimos hasta ahora, existe una diferenciación entre metales y no metales en la Tabla Periódica, existen algunos elementos, cuyas características y comportamiento son intermedios a las de estos dos grandes tipos de elementos. Se trata de los llamados semimetales o metaloides, como el boro (B), el silicio (Si), el germanio (Ge), el arsénico (As), el antimonio (Sb), el telurio (Te) y el polonio (Po). Estos pueden ser brillantes u opacos y tienen una capacidad de conducir la electricidad intermedia entre la de los no metales y la de los metales: son mejor conductores que los primeros pero peores que los segundos.

En general, los metaloides son semiconductores en lugar de conductores, como los metales propiamente dichos.

2

B

4

90

capítulo

Radio atómico ¿Cuál es el tamaño de un átomo? Para determinar el radio de un átomo, por definición, se debe saber cuál es la distancia promedio entre el núcleo y el electrón más externo del átomo. El problema es que esto es difícil de medir experimentalmente, debido a diferentes factores, como son la escala de la medición y el hecho de que los átomos no son esferas perfectas. Dado que los electrones se encuentran en una nube, los átomos no tienen un borde definido.

Existe un método experimental que permite estimar el radio de un átomo.

Con técnicas de difracción por rayos X (ver página 36), se mide la distancia (d) entre los núcleos de los átomos de una sustancia simple que forma moléculas diatómicas como, por ejemplo, el oxígeno molecular, que está formado por dos átomos de oxígeno. Una vez que se obtiene el diámetro (d), el radio atómico (r) se estima como la mitad de este valor. Las dimensiones de los átomos se suelen medir en unidades llamadas angströms (Å) o en nanómetros (nm).

La equivalencia entre Å y nm es: 1 Å = 0,1 nm 0,1 nm = 10 -10 m 1 nm = 10 Å

mólecula diatómica

átomo

d nube de electrones

r= d/2

núcleo

radio atómico decreciente IA

II A

III A

IV A

VA

VI A

VII A

H

radio atómico creciente

El radio atómico se estima como la mitad de la distancia internuclear de una molécula formada por dos átomos iguales.

r

VIII A

He

Li

Be

B

C

N

O

F

Ne

Na

Mg

Al

Si

P

S

Cl

Ar

K

Ca

Ga

Ge

As

Se

Br

Kr

Rb

Sr

In

Sn

Sb

Te

I

Xe

Cs

Ba

Tl

Pb

Bi

Po

At

Rn

¿Cuál es la periodicidad del radio atómico dentro de la Tabla?

• En un grupo: el radio atómico aumenta hacia abajo, ya que a mayor Z, los electrones se distribuyen en más niveles de energía.

• A lo largo de un período: a medida que el valor Z crece, aumenta la carga eléctrica positiva del núcleo, y esto genera una atracción mayor para con los electrones externos.

Debido a esto, el radio atómico disminuye en la medida que Z es mayor.

En síntesis: en un grupo, el radio atómico es directamente proporcional al valor de Z, pero en un período, el radio atómico es inversamente proporcional al valor de Z.

91

40

Energía de ionización

X(g) + EI ➝ X+(g) + e

tercera

30 25

segunda

20 15 10

primera

5

La energía para alejar un segundo electrón de su núcleo es mayor que la que se requirió para alejar al primero y es menor que la que se requiere para alejar a un tercer electrón.

aumenta la Ei

Donde X es cualquier átomo en estado gaseoso, y ‘e’ es un electrón.

Las energías de ionización de los elementos de un período aumentan a mayor Z, ya que el aumento de la carga nuclear hace que el electrón más externo se encuentre más atraído por el núcleo y, por consiguiente, habrá que entregar mayor cantidad de energía para arrancarlo. A lo largo de un grupo, la energía de ionización disminuye con el aumento de Z, ya que el electrón externo está cada vez menos atraído por el núcleo debido al aumento de los niveles de energía y al mayor efecto de apantallamiento ejercido por los electrones de las capas intermedias. La energía de ionización puede vincularse mediante una proporcionalidad inversa con el radio atómico: a menor radio atómico, mayor energía de ionización; y recíprocamente, a mayor radio atómico, menor energía de ionización.

La energía de ionización de un catión es mayor que la del mismo átomo en estado fundamental debido a que se necesita más energía para alejar un segundo electrón; la tendencia es la misma con el tercer electrón.

CIENCIA en la net

35 Energía de ionización (eV)

La energía de ionización (EI) se define como la energía mínima necesaria para alejar del núcleo al electrón más débilmente unido de un átomo gaseoso en su estado de menor energía. Cuando esto ocurre, se forma un ión monopositivo. La ecuación que representa este proceso puede escribirse como:

aumenta la Ei

La energía de ionización aumenta a lo largo de un período y disminuye a lo largo de un grupo.

[ ]

En la siguiente página, podrán encontrar una tabla en la que se ordenan los elementos de acuerdo con su energía de ionización. Además, haciendo clic sobre las diferentes opciones de la primera columna, podrán ver los elementos ordenados de acuerdo a diferentes criterios. http://goo.gl/SbLAt8 En el siguiente video del sitio YouTube, podrán ver la resolución de un ejercicio para calcular la energía de ionización de un átomo. http://goo.gl/Pt83K3 ›› El uso de Tic para la búsqueda y el análisis de la información.

Actividades 1 . Comparen tres elementos e indiquen: a. El de mayor energía de ionización. b. El de mayor carácter metálico. c. El de mayor radio atómico.

2 . Expliquen, en función de la atracción nuclear sobre los electrones, por qué cuando aumenta el radio atómico disminuye la energía de ionización.

Taller de Ciencias

92

¿Qué elementos están presentes en el agua corriente?

El agua, como habrán leído en este y en otros libros, es una sustancia compuesta por átomos de hidrógeno y de oxígeno, dos del primer tipo y uno del segundo, para ser más precisos. Su fórmula es H2O. Sin embargo, el agua corriente, la que sale de las canillas de nuestros hogares y circula por las redes de distribución, no es agua pura, es una solución que contiene otros elementos. En esta actividad, les proponemos encontrar uno de estos elementos: el cloro, bajo la forma del ión cloruro.

[Hipótesis] El agua corriente, a diferencia del agua pura, contiene elementos diferentes a oxígeno y nitrógeno, disueltos en ella como iones.

[Predicción] Si se trata una muestra de agua corriente con un compuesto que revela la presencia de iones cloruros, el resultado de la detección será positivo.

[materiales] 4 tubos de ensayo • una gradilla para sostener los tubos • un marcador para rotular tubos • agua corriente • agua mineral envasada • 4 tubos de ensayo • agua destilada • solución diluida de sal de mesa (cloruro de sodio: NaCl) • solución de nitrato de plata (AgNO3) • una pipeta de 10 ml • una 'pera' de goma.

93

[Procedimiento por pasos] 1. Rotulen 4 tubos de ensayos, con números del l al 4.

2. Llenen hasta la mitad del tubo 1, también llamado blanco, con

agua destilada.

3. Llenen hasta la mitad del tubo 2, también llamado testigo, con solución diluida de cloruro de sodio (NaCl).

4. Llenen hasta la mitad del tubo 3 con agua de la canilla.

5. Llenen hasta la mitad del tubo 4 con agua mineral de botella.

6. Agreguen a cada uno de los tubos, con la pipeta, 1 ml de la solución de nitrato de plata y observen los resultados. En el tubo testigo, es de esperar que ocurra la reacción de formación de un sólido de color blanco, el cloruro de plata (AgCl), que permite detectar la presencia del ión cloruro en una muestra.

7. Completen el siguiente cuadro de registro de sus observaciones. tubo 1

tubo 2

tubo 3

Aspecto al agregar AgCl

[Resultados] ¿Puedieron detectar la presencia de cloruros en el agua corriente? ¿Aceptaron la hipótesis del taller? ¿Se confirmó la predicción?

Actividades

1 . ¿Por qué es necesario emplear una solución testigo y un blanco de agua destilada?

2 . Comparen, observando la cantidad de cloruro de plata obtenido, la proporción de cloruros en el agua de la canilla con respecto al agua mineral.

3 . En función de los resultados obtenidos, ¿podría decirse que el agua de la canilla es agua (H2O) pura?

4 . Averigüen, leyendo las etiquetas de los envases de diferentes clases de aguas, qué otros elementos químicos en forma de iones están presentes en las aguas minerales.

5 . Ubiquen en la Tabla Periódica todos los elementos con los que trabajaron en este taller. Indiquen sus números atómicos, a qué bloque pertenecen y por lo tanto, cuál es el nivel electrónico más externo ocupado por electrones.

tubo 4

94

Propuesta de actividades

estudio de caso

[ ]

Vuelvan a leer el Estudio de caso en el comienzo del capítulo. Respondan nuevamente las preguntas que están a continuación. ¿Cambiaron sus respuestas?

1. Busquen el elemento sodio en la Tabla Periódica. Indiqen cuál es su símbolo, su número atómico y cuáles son sus puntos de fusión y de ebullición. a. ¿Está en lo correcto Iván?, ¿este elemento es sólido a temperatura ambiente? b. ¿Cuál es el color que da el sodio si se lo pulveriza sobre una llama? c. ¿Conocen compuestos que forme el sodio? ¿Cuáles? d. ¿Qué tipo de elemento es el sodio? (metal, no metal, gas noble).

2. Expliquen el fenómeno que hace posible que los fuegos artificiales tengan diferentes colores. a. ¿Sucede lo mismo con el comportamiento de los electrones? b. ¿Rigen las mismas leyes físicas para estas par tículas que para cuerpos con tanta masa como un astro? ¿Por qué?

3 . Reúnanse en grupos y respondan las siguientes preguntas. a. ¿Cómo varía el carácter metálico a lo largo de un grupo?, ¿y a lo largo de un período? b. ¿Qué es la masa atómica promedio?, ¿cómo se calcula? c. ¿Qué característica común presentan los elementos de un mismo período? d. ¿Cómo se determina la configuración electrónica externa (cee) de un átomo dado? e. ¿Por qué los gases nobles son muy poco reactivos? f. ¿Por qué los metales alcalinos tienden a formar iones monopositivos?

4 . Sabiendo la cantidad de isótopos estables de los siguientes elementos y el porcentaje de abundancia de cada uno de estos isótopos en la naturaleza, calculen la masa atómica promedio de los elementos mencionados. a. Cloro: tiene 2 isótopos estables, el 35Cl (75,77% de abundancia) y el 37Cl (24,23% de abundancia). b. Litio: tiene 2 isótopos estables, el 6 Li (7,5% de abundancia) y el 7Li (92,5% de abundancia). c. Cromo: tiene 4 isótopos estables, el 50 Cr (4,35% de abundancia), 52 Cr (83,79 %), 53 Cr (9,5%) y 54 Cr (2,36%).

5 . Relacionen los conceptos de las siguientes columnas según corresponda.

Elemento de transición interna

electrón diferenciador en p

Elemento de transición

electrón diferenciador en f

Elemento representativo

electrón diferenciador en d

6 . Completen el siguiente cuadro.

Elemento

Grupo Período

ce

Clasificación

cee

K 2

6 2

2

1s 2s 2p

5 10

2

1

3d 4s 4p U

Transición interna

7. Observen la Tabla Periódica y propongan ejemplos de elementos que cumplan con las siguientes condiciones: a. Elemento representativo líquido. b. Lantánido de menos de 59 electrones. c. Elemento representativo gaseoso con más de 8 electrones. d. Gas noble con menos de 40 electrones. e. Halógeno sólido.

8 . Ubiquen los elementos de la lista en la Tabla Periódica y ordénenlos de menor a mayor según las siguientes características. a. Su radio atómico. b. Su carácter metálico.

• Aluminio, fósforo y bario.

• Oxígeno, carbono y cobre.

• Hierro, cromo y sodio.

95

9 . En la Tabla Periódica, hay cinco casos de elementos con mayor Z, pero con menor masa atómica que el elemento que ocupa el lugar anterior. Es decir, cinco “inversiones”. Una de estas inversiones es: ArgónPotasio. Encuentren las otras cuatro.

1 2 . Existe una versión de la Tabla Periódica que fue confeccionada en una tarea colectiva en la que intervinieron 97 artistas plásticos de 7 países diferentes.

Este emprendimiento, de la iniciativa Printmaking proyect, dio como resultado una composición en la que se representa, para cada elemento, una obra artística que muestra alguna característica o propiedad que lo distingue. Ingresen en el siguiente sitio web para observar en detalle cómo está confeccionada la Tabla Periódica mencionada: http://goo.gl/gFUB3u

1 0 . Indiquen a qué elementos corresponden las siguientes características: a. Elemento de cee 3s2 3p6 . b. Elemento de masa atómica promedio 63,54. c. Elemento del grupo 1 período 4. d. Metal de 80 electrones. e. Elemento de ce1s2 2s2 2p4. f. Tercer elemento halógeno. g. Elemento gaseoso que tiene 5 electrones en su nivel más externo.

1 3 . Luego de haber leído este capítulo, ¿qué aprendieron acerca de la organización de los elementos?

11 . A partir de los elementos que indicaron en el punto 10, indiquen: a. El más metálico. b. El gas noble. c. El de menor energía de ionización.

1 4 . ¿Cambió alguna de las ideas que tenían con respecto a los temas del capítulo?

1 5 . ¿Qué tema les interesó más? ¿Por qué?

1 6 . ¿Qué tema no entendieron? ¿Sobre cuál les gustaría seguir leyendo?

[red conceptual] TIPOS DE ÁTOMOS

que son

en ellos los

Elementos químicos

Electrones

fueron ordenados por

según el

Dmitri Mendeléiev

se ubican en distintos

Niveles de energía

Número atómico

determinando una lo que resultó en la

Configuración electrónica

Grupos

ordenada en

TABLA PERIÓDICA

cuyos niveles más alejados del núcleo forman la

Propiedades periódicas Períodos

Configuración electrónica externa

Radio atómico

cuyo

Electrón diferenciador determina los

si está en el nivel

Bloques

s

es un

Elemento representativo

p d f

a lo largo de los que varían las

es un

es un

Elemento de transición Elemento de transición interna

Alcalinos _____________ Trielos _____________ Pentelos _____________ Gases nobles

Lantánidos _____________

_____________

Carácter metálico

ISBN 978-950-01-1670-1

www.editorialestrada.com.ar info@editorialestrada.com.ar 9 789500 116701

huellas

/EditorialEstrada

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FIsicoQuímica [ 3 ] ES

Cód. 19252

| Alejandro Bosack | Federico Taddei | | Colaboración especial: Patricia Alberico | Diana Amado | Marcela Gleiser |

Fisicoquímica

[ 3 ] ES