1

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 320

Niveles de energía• Cada subnivel solo puede tener un número

máximo de electrones

• En cada orbital sólo puede haber un máximo de 2electrones.

7531

Orbitales

14f10d6p2s

#Máximo de e-Subnivel

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 321

Capas electrónicas y clasificación• Una manera muy útil de clasificar a los

elementos es la que emplea a los electronesdistinguibles, es decir los que cambian deelemento a elemento (claro, los de valencia.)

• Podemos clasificar a los elementos así:

Con e- de valencia fTransición internaCon e- de valencia dTransiciónCon e- de valencia s y p llenosGases noblesCon e- de valencia s o pRepresentativos

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 322

Capas electrónicas de los átomos• Al movernos hacia abajo en una familia

en la tabla periódica cambia la energíade los electrones de valencia del átomo.

• O lo que es lo mismo cambia el númerocuántico principal n de los electrones devalencia

• Hemos dicho que todos los orbitalesque tienen el mismo número cuántico nen un átomo constituyen una capa

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 323

Capas electrónicas y clasificación• Así, podremos clasificar a los elementos según

su posición en la tabla:

Gases nobles

Representativos sRepresentativos p

Metales de transiciónMetales de transición interna

2

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 324

Capas electrónicas y clasificación• O según su configuración electrónica:

spdf

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 325

Capas electrónicas y clasificación• Así podemos separar a los elementos según

los subniveles que ocupan los electrones devalencia:

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 326

¡Otra vez los orbitales!• Pero ¿cómo se ocupan los orbitales en un

átomo?• Hay cuatro reglas:• El principio de exclusión de Pauli:

Los orbitales nada más pueden aceptar unmáximo de dos electrones, pero además debentener espín opuesto

• El principio de Aufbau(construcción)(aufbauprinzip )

– Los electrones ocupan los orbitales menorenergía antes que los de mayor energía.

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 327

¡Otra vez los orbitales!• La regla de máxima multiplicidad (Hund)

Cuabdo hay orbitales degenerados, loselectrones ocuparan estos de uno en uno.

• Es decir, solamente cuando todos esténsemiocupados podrán aparearse.

• Esta regla se basa en mediciones magnéticasde cada elemento.

• La regla de ocupación de Madelung: losorbitales con n+l menores se llenan antesque los de n+l mayor. Para los orbitales conn+l igual, los de menor n se llenan primero.

• Esta regla se basa en las medicionesespectroscópicas características de cadaelemento.

3

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 328

Los orbitales• El orden:

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 329

Los orbitales• El orden:

Ener

gía

Ener

gía

nivel

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 330

Cnfiguración y periodicidad• Primera energía de ionización y la tabla

periódica

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 331

Configuración y periodicidad• La tabla periódica larga (Primera versión)• El arreglo inicia usando

este recurso nemotécnicodel llenado de los orbitales

• Y muestrapictóricamente la energíade cada sistema atómico.

4

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 332

• La tabla periódica larga (Segunda versión)• Ahora empleamos

este otro recursonemotécnico pararecordar el llenadode los orbitales

• Y muestra pictóricamentela energía de cada sistemaatómico.

Configuración y periodicidad

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 333

• La tabla periódica larga (tercera version)• Por último esta vez empleamos

este recurso nemotécnicopara recordar el llenado delos orbitales

• Y muestra pictóricamentela energía de cada sistemaatómico.

Configuración y periodicidad

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 334

Electronegatividad• Una primera definición de esta cantidad es

simplemente la capacidad que tiene unátomo para atraer electrones al unirse a otroátomo.

• La electronegatividad se define como lacapacidad que tiene un elemento en unamolécula específica para atraer electroneshacia sí

• Entre mayor sea esta capacidad de atraerelectrones mayor será el valor de laelectronegatividad

• Esta cantidad se usa para determinar si unenlace es covalente no-polar, covalente polaro iónico

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 335

Electronegatividad• La electronegatividad es una cantidad que está

en función o que depende de:– La energía de ionización del átomo

Es decir, que tan fuertemente retiene unátomo a sus propios electrones

– La afinidad electrónica del átomoEs decir, que tan fuertemente atrae unátomo a otros electrones

Nótese que estas dos últimas propiedades sonde los átomos aislados

5

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 336

Electronegatividad•• Así por ejemplo un átomo que tiene:Así por ejemplo un átomo que tiene:

–– Una afinidad electrónica grandeUna afinidad electrónica grande–– Un potencial de ionización grandeUn potencial de ionización grande

•• Será capaz de:Será capaz de:–– Atraer electrones de otros átomosAtraer electrones de otros átomos–– Resistirá que sus propios electrones seanResistirá que sus propios electrones sean

atraídos por el otro elementoatraídos por el otro elemento•• Un átomo como este, será Un átomo como este, será muymuy

electronegativoelectronegativo•• Un átomo con propiedades opuestas seráUn átomo con propiedades opuestas será

muy poco electronegativomuy poco electronegativo1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 337

Electronegatividad• Según Linus Pauling (1932), es

la medida de la tendencia que tieneun átomo en una molécula deatraer a los electrones hacia sí.

• Y la estima a partir de las energíasde enlace o energías de disociación de diversassustancias, empleando esta expresión:

• Donde ΔAB es la diferencia de electronegatividadentre los dos átomos

D A !B( ) = 1

2D A ! A( ) + D B !B( )!"#

$%&1

2 +!AB

!

AB= !

A!!

B= D A !B( )!

D A ! A( ) + D B !B( )"#$

%&'

2

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 338

Electronegatividad• Así, la diferencia de energía de electronegatividad

de Pauling entre el Br y el H en el caso de lamolécula de HBr es de 0.73.

• Pues las energías de disociación de H-Br, H-H y Br-Br son respectivamente: 3.79, 4.52 y 2.00 eV.

• Por tanto:

• Es decir:

• Ahora bien, dado que solo se definen lasdiferencias entre la electronegatividad de dosátomos, es necesario escoger un punto dereferencia arbitrario.

!

BrH= !

Br!!

H= 3.79!

4.52 + 2.00"#$

%&'

2

!

BrH= !

Br!!

H= 3.79!

6.52"#$

%&'

2= 3.79!3.26 = 0.53 = 0.728

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 339

Electronegatividad• Al principio se decidió que esta referencia debía

ser el H, pues forma compuestos con una granvariedad de elementos.

• De esta manera, se fijó su electronegatividad en2.1 primero (1932) y 2.20 después (1961).

• Además de lo anterior es necesario decidir cuál delos elementos es más electronegativo, pues esnecesario escoger uno de los signos de la raízcuadrada.

• Lo anterior típicamente se hará empleando laintuición química.

• Para calcular la electronegatividad de unelemento es necesario contar con al menos dostipos de enlace formados por ese elemento.

6

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 340

Electronegatividad• La electronegatividad se designa con la letra

griega χ– El Flúor es el elemento más electronegativo:

electronegatividad = 4.0– El Cesio por su parte es el menos

electronegativoelectronegatividad = 0.6

Nótese que estos dos elementos están en lasesquinas y diagonales en la tabla periódica

• Principio de igualación de la electronegatividad– Toda especie química que tiende a asociarse

con otra, lo hace de manera que después dehacerlo, ambas promedian suelectronegatividad.

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 341

Electronegatividad• Usando argumentos teóricos en 1935,

Mulliken muestra que la tendenciade un átomo en una molécula acompetir por los electrones deotro átomo al que esté unido, debe serproporcional la media aritmética de la energía deionización y la afinidad electrónica de dichoátomo en su estado de valencia:

• Como esta definición no depende de una escalarelativa, se le conoce como electronegatividadabsoluta. Con unidades en kJ/mol o eV.

!M=

1

2I

1

v +A1

v( )

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 342

Electronegatividad• Sin embargo, es más usado emplear la

transformación lineal los valores absolutos avalores que se parezcan a los de Pauling.

• Para el caso de contar con datos de energía deionización y afinidad electrónica en eV, se usa:

• Y para el caso de tener energías de ionización yafinidad electrónica en kJ/mol, se usa:

!

P= 0.187 I

1

v +A1

v( ) + 0.17

!

P= 0.00197 I

1

v +A1

v( ) + 0.19

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 343

Electronegatividad• Una gráfica que hace lo anterior es esta:

χ P

χM (kJ/mol)

F

Cs

ClO

7

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 344

Electronegatividad• El concepto de electronegatividad de Alred-

Rochow se basa en la fuerza electrostática deatracción que existe entre un electrón en lasuperficie de un átomo y su propio núcleo.

• La atracción entre el electrón y un núcleo estágobernada por la ley de Coulomb:

• Donde e es la carga del electrón,Zeff es la carga nuclear efectivay r es el radio del átomo

• Al graficar las fuerzas contra la χP podemosajustarlas a los valores de Pauling

f =

e2Zeff

r2

eff

P

Z

r. .! = +

20 359 0 744

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 345

Electronegatividad• Una gráfica de la χP contra el valor de la fuerza

coulómbica para cada elemento nos permiteajustarlas a los valores de Pauling

χ P

f/Å2

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 346

Electronegatividad• Otro concepto más de electronegatividad es el

formulado por R. T. Sanderson• Este concepto considera la electronegatividad

como una función de la densidad electrónicadel átomo.

• Y se define así:

• Donde D se refiere a la densidad electrónicadel átomo:

• y Di es la densidad electrónica ideal y sedetermina extrapolando la densidad de losgases ideales anterior y posterior al átomo encuestión.

S

i

D

D! =

ZD

r

e= !

"3

3

4

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 347

Electronegatividad• Evidentemente se debe conocer el radio del

elemento.• La gráfica muestra la relación entre las

electronegatividades de Sanderson y Pauling

χS

χ P

8

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 348

Electronegatividad• Quizá la definición más simple de

electronegatividad es la sugerida por Allen, el cualpropone que es la la energía promedio de loselectrones de valencia en un átomo libre.

• Donde εs,p son las energías monoelectrónicas de loselectrones s y p en el átomo libre ns,p se refiere alnúmero de electrones s o p en la capa de valencia.

• Las energías de cada electrón pueden determinarsedirectamente de los datos espectroscópicos.

• Como los datos necesarios son accesibles para casitodos los elementos, aunque no es claro como seconsideran los electrones d y f.

!

A=

ns"

s+n

p"

p

ns

+np

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 349

Electronegatividad• En esta escala el elemento mas electronegativo es

el Ne• Usualmente se escala la electronegatividad deAllen empleando un factor de 1.75x10-3

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 350

Electronegatividad• Finalmente, el concepto más moderno lo

sugieren Jaffe y colaboradores• Que puntualizan que la electronegatividad

de Mulliken es igual a la pendiente que pasa através del origen,de la curva deenergía contracarga paracualquierátomo, es decir:

M

N

dE

dN =

! "# = $% &

' ( 0 -2 -1 0 1 2 3 4

0

2

4

6

8

10

12 Ne O F Cl

Ene

rgía

tot

al M

J m

ol-1

Estado de oxidaciEstado de oxidaciónón1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 351

Tendencias generales de la χ• La electronegatividad crece de izquierda a

derecha a lo largo de un periodo• Para los elementos representativos (bloques s y

p) crece al subir en una familia

9

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 352

Tendencias generales de la χ• El grupo de los elementos de transición tiene un

comportamiento un poco más complicado que elde los representativos

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 353

Electronegatividad• Gráfica de la electronegatividad de Pauling

vs número atómico

χ

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 354

Electronegatividad• En los elementos representativos

– Al avanzar en un período aumenta y albajar en una familia disminuye

• En los elementos de transición– Al bajar en una familia aumenta

• En iones– Al cambiar el estado de oxidación de un

átomo cambia su electronegatividad– A mayor estado de oxidación mayor su

atracción por los electrones y por ellomayor será su electronegatividad

• En grupos de átomos– Al combinarse dos átomos, la

electronegatividad resultante es unpromedio de la χ de los átomos originales

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 355

Polarizabilidad• La polarizabilidad de una nube de carga

(electrones en un átomo) es la tendencia relativade esta a distorsionarse de su forma normal por uncampo eléctrico externo causado por la presenciade un ion o un dipolo.

• La polarizabilidad electrónica (α) se define como elcociente entre el dipolo inducido entre el campoeléctrico que lo induce, así:

• Donde p es el momento dipolo y E es el campoeléctrico externo.

• Nótese que la polarizabilidad es una cantidadescalar y eso implica que un campo eléctrico soloproducirá componentes de polarización paralelosal campo eléctrico. Unidades: Cm2V-1 = A2s4kg-1

p = !E

10

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 356

Polarizabilidad• Entonces, diferentes elementos tendrán diferente

polarizabilidad.• La polarizabilidad de los elementos también es

periódica y varía así:

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 357

Polarizabilidad• Una gráfica de la polarizabilidad de los elementos

tiene esta cara:

Pola

rizab

ilida

d

Número atómico

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 358

Polaridad del enlace• Pareciera claro, que cuando dos átomos de un

mismo elemento comparten un par deelectrones, los comparten igualmente

• Sin embargo, cuando los átomos son dediferentes elementos, esto no tiene por queocurrir

• Es decir hay unos átomos que atraen más a loselectrones que otros

• En particular es claro, que los metales atraenmenos a los electrones que los no-metales

1/10/08 LA TABLA PERIÓDICA 359

Polaridad del enlace• Para mostrar esto, vale la pena presentar dos

casos extremos:– En el Cl2 tenemos dos átomos iguales y

entonces el par electrónico está compartidoen ambos átomos por igual

– Por otro lado en el NaCl el electrón 3s del Nase incorpora en la estructura electrónica delátomo de Cl quedando el sodio despojado desu electrón formando el catión Na+ y por suparte el cloro genera al anión Cl-, dando alugar a una malla iónica

• La mayoría de las sustancias tienen un carácterdel enlace que forman que está entre estos dosextremos