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.
51
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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52
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
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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
53
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.
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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
Fundación Polar • ÚltimasNoticias • El mundo de la química • Capítulo III: Los elementos químicos • fascículo 7
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.
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