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Capítulo III: Los elementos químicos

Fascículo 7

El mundo de la química

La tabla periódicaLa tabla periódica es uno de lossímbolos emblemáticos de la ciencia,ya que resume buena parte de nuestrosconocimientos sobre química.

Los ladrillos que permitieron laconstrucción de la tabla periódica sonlos elementos químicos.

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Desarrollo histórico de la tabla periódicaLas ideas fundamentalesMuchos intentos se hicieron a lo largo de casi un siglopara organizar los elementos químicos. Siempre se tratóde ordenarlos siguiendo los posibles nexos entre suspropiedades físicas y químicas. Así, por ejemplo,Döbereiner encontró que el cloro, el bromo y el yodoeran similares en cuanto a su reactividad y este hechole permitió agruparlos en una misma familia: las llamadasTríadas de Döbereiner.

Con el tiempo, se fueron estableciendo las masas relativasde los elementos. Ello ayudó a Mendeleiev a concebiruna idea que sistematizaría la forma de clasificar loselementos al proponer que existía una relación entre susmasas atómicas y sus propiedades. Así, el gran científicoruso organizó los elementos en el orden creciente de susmasas atómicas, encontrando propiedades análogascada cierto número de elementos, es decir que laspropiedades se repetían con alguna periodicidad.

Años después, al desentrañarse la estructura de los átomosse encontró que las propiedades de los elementos sonrealmente una función periódica del número atómico, osea, del número de protones que posee cada átomo en sunúcleo, lo que a su vez implica la forma como se distribuyensus electrones en los diferentes niveles de energía. Salvoéste y otros pequeños cambios, la idea primigenia deMendeleiev permanece incólume en el tiempo.

Un poco de historiaDimitri Ivanovitch Mendeleiev nació el 1º de febrero de1834 en Tobolsk, Siberia, Rusia. Era el último de losdiecisiete hijos del director de la escuela local. Se educóen San Petersburgo, y tal vez a causa del ambiente en elque transcurrió su juventud, era un hombre inclinado a lameditación. A causa de una enfermedad se fue a Crimeay obtuvo un puesto de profesor de ciencias. La guerra loobligó a volver a la capital rusa. Tenía 31 años cuandofue nombrado profesor en la Universidad de SanPetersburgo. Escribió libros y ensayos relacionados conel concepto de la periodicidad química. También se dedicóal estudio de los recursos naturales de Rusia y susaplicaciones comerciales. Principalmente se interesó porel petróleo. Mendeleiev murió en 1907.

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El descubrimiento del sistema periódico no es fruto de un momento de inspiración de un individuo,sino que culmina con una serie de desarrollos científicos.

1817. Johann Döbereiner estableció la Ley de las Tríadas, queseñala que los pesos atómicos de los elementos de característicassimilares siguen una progresión aproximadamente aritmética.

1864-1866. En 1864 Newlands, químico inglés, anunció la Leyde las octavas utilizando como símil la escala musical: de acuerdocon esta clasificación las propiedades de los elementos se repitende ocho en ocho. Pero esta ley no pudo aplicarse a los elementosmás allá del calcio. La clasificación fue por lo tanto insuficiente,pero la tabla periódica comenzó a ser diseñada.

1868. D.I. Mendeleiev publicó su primer ensayo sobre el sistemaperiódico en función creciente de sus pesos atómicos, cuandose conocían 60 elementos.

1869. El 17 de febrero de 1869 nace la tabla periódica Modernade Mendeleiev.

1870. Ese año se publicó una versión de la tabla periódica ideadapor el químico alemán Lothar Meyer que era muy parecida a lade Mendeleiev, sin embargo el químico alemán la creó sin conocerel trabajo de Mendeleiev.

1894. William Ramsay descubrió el argón, no predicho porMendeleiev.

1914. Moseley ordenó los elementos de acuerdo con el númeroatómico.

La tabla periódica a través de su historia

John A.R. NewlandsJohann Döbereiner Dimitri Mendeleiev

William RamsayLothar Meyer Henry Moseley

Preparada por el equipo de “El mundo de la química” de Fundación Polar. Diagramado y realizado por Rogelio Chovet

1,008

2,1

-259,2

1

±1

0,37HHidrógeno6,94

1,0

180,5

3

1

1,34LiLitio

9,01

1,5

1277

4

2

1,12BeBerilio

22,99

0,9

97,8

11

1

1,90NaSodio

24,31

1,2

650

12

1,2

1,60MgMagnesio

39,10

0,8

97,8

19

1

2,35KPotasio

40,08

1,0

838

20

2

1,97CaCalcio

44,96

1,3

1539

21

3

1,62ScEscandio

47,90

1,5

1668

22

2,3,4

1,47TiTitanio

50,94

1,6

1900

23

2,3,4,5

1,34VVanadio

51,99

1,6

1875

24

2,3,4,5,6

1,27CrCromo

54,94

1,5

1245

25

2,3,4,6,7

1,26MnManganeso

55,85

1,8

1536

26

2,3

1,26FeHierro

58,93

1,8

1495

27

2,3

1,25CoCobalto

58,71

1,8

1453

28

2,3

1,24NiNíquel

63,54

1,9

1083

29

1,2

1,28CuCobre

65,37

1,6

419,5

30

2

1,38ZnZinc

69,72

1,6

29,8

31

3

1,41GaGalio

26,98

1,5

660

13

3

1,43AlAluminio

10,81

2,0

2030

5

3

0,98BBoro

12,01

2,5

3727

6

±4,2

0,91CCarbono

14,01

3,0

-218,8

7

±3,1,2,4,5

0,92NNitrógeno

15,99

3,5

-218,8

8

-2

0,73OOxígeno

18,99

4,0

-219,6

9

-1

0,72FFlúor

4,00

-

-269,7

2

0

0,93HeHelio

20,18

-

-248,6

10

0

1,31NeNeón

28,08

1,8

1410

14

4

1,32SiSilicio

30,97

2,1

44,2

15

±3,5

1,28PFósforo

32,06

2,5

119

16

±2,4,6

1,02SAzufre

35,45

3,0

-101,0

17

±1,3,5,7

0,99ClCloro

35,95

-

-189,4

18

0

1,74ArArgón

72,59

1,8

937,4

32

4

1,37GeGermanio

74,92

2,1

817

33

±3,5

1,39AsArsénico

78,96

2,4

217

34

±2,4,6

1,40SeSelenio

79,91

2,8

-7,2

35

±1,3,5,7

1,14BrBromo

83,80

-

-157,3

36

0

1,89KrKriptón

131,30

-

-111,9

54

0

2,09XeXenón

126,90

2,5

113,7

53

±1,3,5,7

1,33IYodo

127,60

2,1

449,5

52

±2,4,6

1,60TeTeluro

121,76

1,9

630,5

51

±3,5

1,38SbAntimonio

118,69

1,8

231,9

50

2,4

1,62SnEstaño

114,82

1,7

156,6

49

3

1,66InIndio

112,40

1,7

320,9

48

2

1,54CdCadmio

107,87

1,9

960,8

47

1

1,44AgPlata

106,40

2,2

1552

46

2,4

1,37PdPaladio

102,91

2,2

1966

45

2,3,4,6

1,34RhRodio

101,07

2,2

2500

44

2,3,4,6,8

1,34RuRutenio

97,00

1,9

21,40

43

7

1,36TcTecnecio

95,94

1,8

2610

42

2,3,4,5,6

1,39MoMolibdeno

92,91

1,6

2468

41

2,3,4,5

1,46NbNiobio

91,22

1,4

1852

40

2,3,4

1,60ZrCirconio

88,91

1,2

1509

39

3

1,80YItrio

87,62

1,0

768

38

2

2,15SrEstroncio

85,47

0,8

38,9

37

1

2,48RbRubidio

132,91

0,86

28,7

55

1

2,67CsCesio

137,34

0,9

714

56

2

2,22BaBario

138,91

1,1

920

57

3

1,87LaLantano

72

2,3,4

1,58Hf

180,95

1,53

2996

73

2,3,4,5

1,46TaTantalio

183,85

1,7

3410

74

2,3,4,5,6

1,39WWolframio

186,20

1,9

3180

75

2,4,6,7

1,37ReRenio

190,20

2,2

3000

76

2,3,4,6,8

1,35OsOsmio

192,20

2,2

2454

77

2,3,4,6

1,36IrIridio

195,09

2,2

1769

78

2,4

1,38PtPlatino

196,97

2,4

1063

79

1,3

1,44AuOro

200,59

1,9

-38,4

80

1,2

1,57HgMercurio

204,37

1,8

303

81

1,3

1,71TlTalio

207,19

1,9

327,4

82

2,4

1,75PbPlomo

208,98

1,9

271,3

83

3,5

1,70BiBismuto

210,00

2,0

254

84

4,6

1,76PoPolonio

210,00

2,0

302

85

-

AtAstato

222

-

-71

86

0

2,14RnRadón

223,00

0,8

27

87

1

1,76FrFrancio

226,00

0,9

700

88

2

1,4RaRadio

227,00

1,1

700

89

3

1,878AcActinio

261,11 104

UnaRutherfordio

Rf**

261,12 105

Ha***

Hahnio

263,12 106

SgUnh

Seaborgio

262,12 107

BhUns

Bohrio

265 108

HsUno

Hassio

266 109

MtUne

Meitnerio

110

UunUnunnilio

111

UuuUnununio

112

UubUnunbio

Metales No metales

1

2

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

13 14 15 16 17

18

Halógenos

Gasesnobles

Familiadel

boro

Familiadel

carbono PricógenosChalcó-genos

1,008

2,1

-259,2

1

±1

0,37HHidrógeno

Masa atómica

Electronegatividad

Punto de fusión (ºC)

Número atómico

Número de oxidación (Valencia)

Metalesalcalinos

Metalesalcalino-térreos

Subnivel d • elementos de transición * [(n-1)d1-10

ns2]

1

*[1s]

2

*[2s 2p]

3

*[3s 3p]

4

*[4s 3d 4p]

5

*[5s 4d 5p]

6

*[6s (4f) 5d 6p]

7

*[7s (5f) 6d]

Sólidos Líquidos Gases

Subnivel p (excepto el Helio)*[ns

2 p

1-6]

Subnivel s *[ns

1-2]

140,12

1,1

795

58

3,4

1,81CeCerio

140,91

1,1

935

59

3,4

1,82PrPraseodimio

144,24

1,2

1024

60

3

1,82NdNeodimio

147,00

-

1027

61

3

1,83PmPromecio

150,35

1,1

1070

62

2,3

1,66SmSamario

151,96

1,0

826

63

2,3

2,04EuEuropio

157,25

1,1

1312

64

3

1,79GdGadolinio

158,93

1,2

1356

65

3,4

1,77TbTerbio

162,50

1,1

1407

66

3

1,77DyDisprosio

164,93

1,2

1461

67

3

1,76HoHolmio

167,26

1,2

1497

68

3

1,75ErErbio

168,93

1,2

1545

69

2,3

1,74TmTulio

173,04

1,1

824

70

2,3

1,92YbIterbio

174,97

1,2

1652

71

3

1,74LuLutecio

232,04

1,3

1750

90

3

1,82ThTorio

231,00

1,5

1230

91

5

1,63PaProtactinio

238,03

1,7

1132

92

3,4,5,6

1,56UUranio

237,05

1,3

637

93

3,4,5,6

1,56NpNeptunio

242,00

1,2

640

94

3,4,5,6

1,63PuPlutonio

243,00

-

-

95

3,4,5,6

1,06AmAmericio

247,00

-

-

96

3

-CmCurio

247,00

-

-

97

3, 4

-BkBerkelio

251,0

-

-

98

3

-CfCalifornio

254,00

-

-

99

-

-EsEinstenio

257,00

-

-

100

-

-FmFermio

258,00

-

-

101

-

-MdMendelevio

259,00

-

-

102

-

-NoNobelio

262,00

-

-

103

-

-LrLaurencio

Subnivel f • elementos de transición interna * [(n-2)f1-14

(n-1)d1-10

ns1-2

]

Tierras Raras I[Serie 4f]

Tierras Raras II[Serie 5f]

* Configuración electrónica general

** Rf(z=104) también llamado Kurchutovio (Ku)

*** Ha(z=105) también llamado Dubnio (Db)

Valores comparados con McGraw-Hill Interamericana de España.http://www.mcgraw-hill.es/bcv/tabla_periodica/mc.html

178,49

1,3

2222

Actínidos*[5f1-14 6d1-10 7s2]

Lantánidos*[4f1-14 5d1-10 6s2]

Metaloides

Radio atómico (Å) oRadio covalente (Å) oRadio iónico (Å)

Hafnio

Orden en el caos: se organizan los elementos en la tabla periódica


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Se puede decir, entonces, que los elementos constituyenlas letras del alfabeto de la química, ya que permitenescribir las fórmulas de los compuestos químicos paraluego nombrarlos haciendo uso de reglas sistemáticas.Esta organización es la que hace posible que la tablaperiódica funcione como una herramienta imprescindiblepara el manejo de la química.

Para principios del siglo XIX se conocían un poco más de 60 elementos pero no habían podido ser ordenadossiguiendo algún patrón. Es por ello que se dice: “la tabla periódica puso orden en el caos que existía” dado que,con los aportes de Mendeleiev y otros investigadores organizaron los elementos en grupos y períodos.

1

234567

Z

Algo más sobre la tabla periódicaDesde que Dimitri Ivanovitch Mendeleiev publicó suprimera tabla periódica en 1869, se han editado más desetecientas representaciones gráficas hasta la fecha.Cada representación tiene sus ventajas y sus desventajasy la búsqueda de una tabla periódica “ideal” continúaaún hoy día. Sin embargo, esta búsqueda no ha sidomuy exitosa ya que la tabla periódica larga ha prevalecidoa lo largo del tiempo.

Algunos de estos intentos de tablas periódicas losconstituyen la corta, o de Hubbard, diseñada en 1924,que tiene la ventaja de integrar los elementos detransición en un mismo grupo y subdividirlos en familiasA y B. Es muy llamativa por su colorido, además de quemuestra información diversa para cada elemento. Otraes la tabla periódica en espiral que presenta unaestructura de capas. Las columnas corresponden a losgrupos o familias de elementos y las filas o períodos conlas múltiples capas de la tabla tridimensional. Esta versióntiene la ventaja de poner de relieve el crecimiento regulary la simetría del tamaño de los períodos.

La estructura general de la tabla periódica indica que enlos grupos (columnas verticales) se encuentran loselementos con propiedades químicas similares, ya quecontienen el mismo número de electrones en su nivelenergético más externo. Según la nomenclatura actual, latabla periódica tiene 18 grupos.

En los períodos (filas horizontales) el número atómicovaría de uno en uno desde los metales, pasando por lossemimetales, hasta culminar en los no metales.

La tabla periódica se divide en 7 períodos.

Tabla periódicade TheodorBenfey

Tabla periódicade TimmothyStowe

Tablas periódicas alternativas

Grupo 13

De este grupo forman parte elementos de tipono metálico, semimetálico y metálico. Tienenpuntos de fusión relativamente bajos y son muyútiles en diversos tipos de aleaciones y materialessemiconductores. El aluminio (Al) es muy versátilcomo material de construcción debido a que esmuy liviano y no se corroe fácilmente, por locual se utiliza, por ejemplo, en los marcos de lasventanas de vidrio, puertas para duchas y en laconstrucción de aviones. Es uno de los principalesrecursos naturales de Venezuela.

B = Boro In = IndioAl = Aluminio Tl = TalioGa = Galio

Bloque de aluminio para motor

Metales alcalino-térreos (Grupo 2)

Contienen 2 electrones en el último nivel que, encondiciones apropiadas, pueden ceder o compartircon otros elementos. De allí que en la naturaleza senos presenten en forma de iones con 2 cargaspositivas. Los más comunes son el calcio y elmagnesio que, por encontrarse en muchos minerales,son disueltos por los ríos y lagos, siendo, por ejemplo,la concentración de sus iones (Ca2+ y Mg2+) lo quese denomina dureza del agua. El calcio es muycomún en nuestras vidas ya que se encuentra, porejemplo, en la leche, en los huesos y en la tiza.

Be = Berilio Sr = EstroncioMg = Magnesio Ba = BarioCa = Calcio Ra = Radio

Quema de una cinta de magnesio


Metales alcalinos (Grupo 1)

Todos tienen un solo electrón en su último nivelde energía. Al reaccionar con el agua formansoluciones alcalinas o básicas, de allí su nombre.La sal que usas en los alimentos contiene sodio,el más común de los elementos de este grupo.El potasio es un ingrediente importante de losfertilizantes de las plantas. El litio es usado porlos médicos para tratar enfermedades depresivas.El litio también se mezcla con el aluminio parafabricar una aleación liviana, pero fuerte, usadaen los aviones.

Organización de los elementos en la tabla periódica

Li = Litio Rb = RubidioNa = Sodio Cs = CesioK = Potasio Fr = Francio

Reacción del sodio con el agua

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Metales de transición (Grupos 3 al 12)

Son utilizados en la construcción de diversosobjetos de nuestra vida cotidiana: el cobre delos cables de electricidad; el hierro que, junto aotros elementos, constituye al acero de diversosutensilios; el mercurio de los termómetros; laplata y el oro usados en joyerías. La mayoría desus compuestos son coloreados.Sc, Y, La, Ac, Ti, Zr, Hf, Rf, V, Nb,

Ta, Db, Cr, Mo, W, Sg, Mn, Tc, Re,Bh, Fe, Ru, Os, Hs, Co, Rh, Ir, Mt,Ni, Pd, Pt, Cu, Ag, Au, Zn, Cd, Hg.

Cables de cobre

Grupo 17

Ha conservado su nombre primigenio: loshalógenos. Son los típicos no metales quetienden a formar iones negativos (F-, Cl-, ...),pues, al contrario de los metales, les es fácilcapturar electrones. Aquí podríamos destacaral flúor, tan importante para preservar en buenestado nuestra dentadura; al cloro, uno de loselementos de mayor producción y uso industrial,y al yodo, el cual tiene, entre otros, múltiplesusos en el campo de los productosfarmacéuticos.

F = Flúor I = IodoCl = Cloro At = AstatinoBr = Bromo

Cloro

Grupo 16

Está liderado por el oxígeno que respiramos(O2), el cual también se presenta en forma deozono (O3) que protege a la Tierra de lasradiaciones de alta energía. Otro elemento, elazufre, es básico para la formación del ácidosulfúrico, uno de los compuestos químicos demayor producción mundial anual, además deser constituyente de aminoácidos.

O = Oxígeno Te = TelurioS = Azufre Po = PolonioSe = Selenio

Emanación volcánica sulfurosa

Grupo 15

Aquí destacan el nitrógeno, el gas másabundante en el aire y de gran versatilidadquímica, y el fósforo, constituyente de loshuesos y del ATP, molécula fundamental en losprocesos energéticos de los organismos vivos.

N = Nitrógeno Sb = AntimonioP = Fósforo Bi = BismutoAs = Arsénico

Nitrógeno líquido

Organización de los elementos en la tabla periódica

Grupo 14

Este grupo está conformado por elementos nometálicos (C y Si), semimetálicos (Ge) ymetálicos (Sn, Pb). Entre ellos destacan elsilicio por su abundancia en la corteza terrestreen forma de sílice y silicatos y el carbono porsu relación con la vida y sus componentes. Elcarbono es la base de toda una especialidad:la química orgánica.

C = Carbono Sn = EstañoSi = Silicio Pb = PlomoGe = Germanio

Piedra de carbonato de silicio


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El descubrimiento de los lantánidos fue tortuoso:las cantidades en que aparecían en las muestrassometidas a análisis, eran pequeñas, por lo quese les denominó tierras raras; también eran muydifíciles de separar y como tienen ciertaspropiedades químicas semejantes entre sí,algunos químicos llegaron a sugerir que se lesubicara a todos en una sola casilla, lo que rompíacon una norma básica del sistema de clasificación:una casilla para cada elemento. Así que seresolvió sacarlos de la tabla y colocarlos másabajo en filas anexas. La primera es la serie delos lantánidos que comprende los elementos dellantano al lutecio.


55

Gases nobles (Grupo 18)

Se llaman gases nobles porque sus átomos altener completamente llena la última capa deelectrones, tienen poca tendencia a formarcompuestos. Efectivamente, el número decompuestos formados por estos elementos, enrelación a los demás de cada período, es bastantelimitado. Aquí podríamos mencionar al helio que,por su escasa densidad y gran estabilidad,permite que los globos se eleven.

He = Helio Kr = KriptónNe = Neón Xe = XenónAr = Argón Rn = Radón

Globo de helio

En 1944, Glenn Seaborg (Premio Nobel deQuímica en 1951), a la derecha, señaló quepublicaría una tabla periódica en la que propondríauna nueva serie de elementos. Algunos de suscolegas y amigos, según sus propias palabras,le advirtieron: “No lo hagas, arruinarás tureputación científica”. Para, luego, el grancientífico agregar: “Yo tenía una gran ventaja: nogozaba de ninguna reputación científica paraaquel entonces, así que seguí adelante y lapubliqué”. Así nació la serie de los actínidos.

La segunda fila al final de la tabla periódicacorresponde a la serie de los actínidos.

Interesante: Las tierras raras

Lutecio.Fuente: www.theodoregray.com

Átomo de lantano

Apoyo didáctico


Afiches (posters) atómicosEl profesor asigna al azar a los estudiantes un elementoquímico para crear un “slogan”, una frase o una oracióndonde utiliza el nombre del elemento para sustituir elnúmero atómico de éste. Por ejemplo: Es necesariotener ARGÓN para poder obtener una licencia deconducir. Esto significa que, de acuerdo con la Ley,debes tener 18 años cumplidos para sacar tu licenciade conducir.

El “slogan” es colocado en un afiche pequeño (dimensión100 x 60 cm) junto con el símbolo del elemento, pesoatómico y número atómico. Adicionalmente, el alumnoescribe dos o tres párrafos de información acerca delos usos del elemento y cómo escogiste el “slogan”.

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Es hora de ser creativo¿Serías capaz de construir un reloj con los símbolos delos elementos químicos? ¿Cómo lo harías?

Aquí te damos algunas ideas:

• Piensa en las horas del 1 al 12. En química, ¿a cuáleselementos corresponden los números de las horas?

• Usa la tabla periódica para encontrar los símboloscorrespondientes a esos números.

• Con esta información diseña un reloj de los elementosquímicos para tu salón de clase.

• Piensa ahora en la hora militar, ¿cuáles elementos cambian?¿Podrías diseñar un reloj incluyendo ambas formas deexpresar la hora?

Realízalo y preséntalo a tu profesor. Recuerda ser creativo,usa tus conocimientos.

El mundo de la química Capítulo III: Los elementos químicos · El mundo de la química ... le...

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