Tendencias periódicas en propiedades físicas

La disposición sistemática de los elementos en una tabla periódica revela algunas tendencias periódicas en las propiedades de los elementos. Los radios atómicos e iónicos, por ejemplo, disminuyen de izquierda a derecha en un período. Comprender los patrones en las propiedades fundamentales de los elementos (radios atómicos e iónicos, entalpía de ionización y entalpía de ganancia de electrones) lo llevará a la conclusión de que la periodicidad de las propiedades está determinada principalmente por la configuración electrónica de un elemento. Podemos descubrir una relación entre las propiedades químicas y las cualidades fundamentales de los elementos después de investigar a fondo los conceptos.

Período y Grupo

1. Los períodos son elementos que se organizan horizontalmente (de izquierda a derecha).
2. Un grupo está formado por elementos que están dispuestos verticalmente (de arriba a abajo).

Tendencias periódicas en propiedades físicas

Existen diferentes tendencias en las propiedades físicas, por ejemplo, el radio atómico, los electrones de valencia, el punto de fusión, el punto de ebullición, la entalpía de ionización, etc. Echemos un vistazo a ellos en detalle,

• Radio atómico

El radio atómico es la distancia entre el núcleo de un átomo y su capa más externa. La tendencia periódica del radio atómico a lo largo de un período: el radio atómico disminuye constantemente a medida que nos movemos de izquierda a derecha en un período. Esto se debe al hecho de que a medida que nos movemos de izquierda a derecha en un período, el número atómico de los elementos aumenta, lo que hace que aumente la carga nuclear mientras que el número de capas en los elementos permanece constante. Moviéndose de arriba hacia abajo en un grupo, los radios atómicos aumentan gradualmente a medida que aumenta la carga nuclear y el número de capas.

Excepción: los gases nobles exhiben un comportamiento extraordinario. Cuando se compara con el átomo de halógeno anterior, los radios atómicos de los gases aumentan rápidamente. La explicación de este comportamiento inusual es que en el caso de los gases nobles, el radio atómico se relaciona con el radio de van der Waal, mientras que en el caso de otros elementos, se refiere al radio covalente.

• Electrones de valencia 

Los electrones en la capa más externa de un átomo se denominan electrones de valencia del átomo. La cantidad de electrones de valencia crece a medida que nos movemos de izquierda a derecha a lo largo de un período en la tabla periódica. Los electrones de valencia permanecen consistentes en un grupo. Indica que los elementos del mismo grupo tienen el mismo número de electrones de valencia. Los elementos hidrógeno, litio y sodio, por ejemplo, se encuentran todos en el primer grupo y todos tienen el mismo número de electrones de valencia, que es uno. 

• Valencia  

La valencia de un átomo es su capacidad para combinarse. Moviéndose de izquierda a derecha a lo largo de un período en la tabla periódica, la valencia primero aumenta y luego disminuye. No hay cambio de valencia entre los miembros de un grupo. La valencia de los elementos de los mismos grupos es la misma.

• Carácter metálico de los elementos  

La propiedad metálica de los elementos se reduce a medida que nos movemos de izquierda a derecha a lo largo de un período en la tabla periódica. La propiedad metálica de los elementos crece a medida que avanzamos en la tabla periódica de arriba a abajo.

• Carácter no metálico de los elementos  

La propiedad no metálica de los elementos crece a medida que nos movemos de izquierda a derecha a lo largo de un período en la tabla periódica. La naturaleza no metálica de un grupo de elementos de la tabla periódica se reduce a medida que avanzamos de arriba hacia abajo.

• Reactividad de los elementos

La reactividad del metal está determinada por su naturaleza electropositiva. Como resultado, cuanto más metálico es el elemento, más electropositivo es y más reactivo es. A medida que el carácter metálico disminuye de izquierda a derecha, también lo hace la reactividad. Aunque la reactividad de los no metales aumenta a medida que uno se mueve de izquierda a derecha con el tiempo. Como resultado, podemos deducir que a medida que nos movemos de izquierda a derecha en un período, la reactividad de los elementos disminuye constantemente hasta el grupo trece, cuando comienza a aumentar. 

• Punto de fusion

El punto de fusión es la cantidad total de energía necesaria para convertir un sólido en líquido. Si el enlace entre los átomos de los elementos es fuerte, se necesita mucha energía para romper el enlace. Se hace más pequeño a medida que avanzamos de arriba a abajo. Los no metales, por otro lado, se elevan de arriba hacia abajo en la tabla periódica. Entre los metales, el carbono tiene un alto punto de fusión. El boro tiene un alto punto de fusión en comparación con otros semimetales. El tungsteno tiene un alto punto de fusión en comparación con otros metales.

• Puntos de ebullición de los elementos  

Los puntos de ebullición de los metales caen gradualmente de arriba hacia abajo en un grupo. Mientras que las temperaturas de ebullición de los no metales crecen de arriba hacia abajo en un grupo de tabla periódica.

• Entalpía de ionización

El radio atómico se reduce a medida que el período avanza de izquierda a derecha. Como resultado, a medida que disminuye el tamaño de un átomo, también disminuye la atracción de atracción entre el núcleo y los electrones más externos. Como resultado, la energía de ionización a menudo aumenta en la tabla periódica. Sin embargo, cuando observamos el patrón de entalpía de ionización en grupos, podemos ver que cae de arriba hacia abajo en un grupo. Esto se debe al hecho de que a medida que aumenta el número de capas en el grupo, los electrones más externos estarán más alejados del núcleo, lo que resultará en una carga nuclear efectiva más baja. En segundo lugar, el efecto de protección aumenta en el grupo a medida que crece el número de capas, lo que resulta en una disminución de la energía de ionización.

• entalpía de ganancia de electrones

A medida que nos movemos de izquierda a derecha en un período, la entalpía de ganancia de electrones se vuelve cada vez más negativa. Podemos concluir a partir de los patrones de atributos en la tabla periódica que los elementos en los dos extremos de la tabla periódica son los más reactivos (nota: los gases nobles tienen capas completamente llenas, por lo que son los menos reactivos) y los elementos en el medio son los menos reactivo. Los elementos del extremo izquierdo son los álcalis, que desprenden fácilmente electrones para producir cationes. Por otro lado, están presentes los halógenos, los elementos en el extremo derecho que fácilmente ganan electrones para crear un anión. Está relacionado con las propiedades metálicas y no metálicas de los elementos. Y viajando de izquierda a derecha en un período, las propiedades metálicas disminuyen mientras que las propiedades no metálicas aumentan. Las propiedades metálicas aumentan en un grupo mientras que las propiedades no metálicas disminuyen. Además, a medida que avanza un período de izquierda a derecha, las características metálicas disminuyen y las propiedades no metálicas aumentan. En un grupo, los rasgos metálicos aumentan mientras que las propiedades no metálicas disminuyen.

Problemas de muestra

Pregunta 1: ¿Qué se entiende por configuración electrónica de un elemento?

Responder: 

La configuración electrónica de un elemento es una representación simbólica de cómo se organizan los electrones de sus átomos en diferentes orbitales atómicos. Se utiliza una notación estandarizada para expresar configuraciones electrónicas, en la que primero se escribe el nivel de energía y el tipo de orbital, seguido del número de electrones presentes en el orbital expresado en superíndice.

Pregunta 2: ¿Es más fácil quitar un electrón del sodio o del aluminio?

Responder:

No se necesita mucha energía para extraer un electrón de un átomo de sodio para generar un ion Na+ con una configuración electrónica de capa llena. La segunda energía de ionización del aluminio es mayor que la primera y la tercera es mucho mayor.

Pregunta 3: ¿Qué es el efecto de penetración?

Responder:

La proximidad de un electrón en un orbital al núcleo se conoce como penetración. Puede verse como la densidad relativa de electrones cerca del núcleo de un átomo para cada capa y subcapa. Al observar las funciones de distribución de probabilidad radial, podemos ver que la densidad electrónica de los orbitales s es más alta que la de los orbitales p y d.

Pregunta 4: ¿Cuál es el efecto sobre el carácter metálico cuando nos movemos en una tabla periódica?

Responder:

A medida que avanzamos por el grupo, el carácter metálico aumenta porque aumenta el tamaño atómico, lo que resulta en una fácil pérdida de electrones. Por otro lado, disminuye a medida que nos movemos de izquierda a derecha con el tiempo.

Pregunta 5: ¿Cuáles son algunas características metálicas?

Responder:

Las cualidades asociadas con los metales contenidos en la tabla periódica se conocen como carácter metálico. Estas características incluyen brillo metálico, dureza, maleabilidad, conductividad térmica y otras.