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Tema 3: Los átomos y el sistema periódico 1

TEMA 3: Los átomos y el sistema periódico


1.- LOS PRIMEROS ELEMENTOS QUÍMICOS

Los elementos químicos que se conocen actualmente se han ido descubriendo poco a poco a lo

largo de la historia gracias a la inquietud mostrada por el hombre de descubrir nuevas sustancias

que le permitieran mejorar sus condiciones de vida.

Así, los primeros elementos que se descubrieron fueron metales como el cobre, estaño o hierro,

y no metales como el carbono. Con la aleación entre el cobre y el estaño se consiguió bronce, que

era muy utilizado por ejemplo en la Edad del Bronce para fabricar utensilios, puntas de flechas…,

acero, de mayor dureza que el hierro o el bronce.

En el año 1700 ya había descubiertos doce elementos químicos.

2.- CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS

Metales y no metales

La primera ordenación de los elementos químicos se llevó a cabo teniendo en cuenta

propiedades observables de los elementos, así se clasificaban en metales (como el cobre, estaño o

hierro) y no metales (como el carbono).

Sin embargo, la continua aparición de nuevos elementos invita a los científicos a plantearse

otras maneras de ordenarlos o clasificarlos. Algunas de las clasificaciones de los elementos

químicos más significativas que se han propuesto a lo largo de la historia han sido las siguientes:

Las triadas de Döbereiner

En 1829, el químico alemán J. W. Döbereiner observó que el bronce tenía propiedades que

estaban entre las del cloro y las del yodo, y además la masa del bromo estaba entre la del cloro y la

del yodo. Encontró resultados parecidos entre otros grupos de tres elementos y decidió llamarlos

triadas. Ejemplos de triadas:

TRIADAS

Cloro

Calcio

Azufre

Bromo

Estroncio

Selenio

Yodo

Bario

Teluro

Las octavas de Newlands

En el año 1864, el químico inglés J. A. Newlands ordenó los elementos conocidos en columnas

en orden creciente de masas atómicas. Como observó que cada siete elementos aparecía un octavo

con propiedades parecidas a las del primero, el noveno tenía propiedades parecidas a las del

segundo y así sucesivamente, se cumplía que todos los elementos que estaban en la misma

columna tenían propiedades similares. A esta ordenación de los elementos químicos Newland la

llamó ley de las octavas.


Sin embargo pronto, conforme se iban descubriendo elementos nuevos, se iba observando que

existían demasiados elementos que no encajaban en las octavas, por lo que esta clasificación tuvo

que ser modificada.

La tabla periódica de Mendeleiev

En 1869, el químico ruso Dimitri Mendeleiev publicó su tabla periódica. En ella colocaba los

elementos en filas en orden creciente de masas atómicas, de manera que los elementos que

coincidían en la misma columna tenían propiedades similares guardando un cierto orden.

Seguir este criterio a la hora de ordenar los elementos químicos le hizo predecir la existencia de

elementos químicos que no se habían descubierto aún y las propiedades que debían tener,

elementos para los que dejó un hueco en la tabla periódica para colocarlos cuando se descubrieran.

Aunque no es la tabla actual, la tabla propuesta por Mendeleiev fue la base para la elaboración

de la tabla periódica de los elementos que se utiliza hoy en día.

3.- LA TABLA PERIÓDICA ACTUAL

Se puede decir que la tabla periódica es una representación gráfica ordenada de los elementos

químicos. Como mínimo, junto al nombre de cada elemento aparece el símbolo con el que se

representa, su número atómico (recordar que es el número atómico de un elemento es el número de

protones que posee y que es diferente en cada elemento) y su masa atómica.

Esta tabla fue propuesta en el siglo XX por Werner y Paneth y en ella se encuentran los

elementos ordenados por filas en orden creciente de número atómico de manera que igual que

sucedía con la tabla de Mendeleiev, se hacen coincidir en la misma columna a los elementos que

poseen las mismas propiedades químicas. En la tabla actual hay tres parejas de elementos en los

que un elemento está precedido por otro de masa atómica mayor (por ejemplo el teluro de masa

127,6 está situado delante del yodo cuya masa es 126,9 ; el argón delante del potasio o el cobalto

delante del níquel).

Cabe indicar como curiosidad, que en la tabla periódica hay tres elementos descubiertos por

científicos españoles: el platino, descubierto por el sevillano Antonio de Ulloa a mediados del siglo

XVIII, el wolframio descubierto en el mismo siglo a finales por los hermanos Elhúyar y el vanadio

descubierto por Antonio José del Río a comienzos del siglo XIX.

Esta tabla periódica consta de 18 columnas llamadas grupos y 7 filas o periodos, y como se

comentó anteriormente los elementos se disponen de izquierda a derecha y de arriba hacia abajo en

orden creciente de número atómico, de manera que coincidan en la misma columna los elementos


con propiedades químicas similares. La tabla periódica contiene los 118 elementos químicos

conocidos y aceptados por la IUPAC (de ellos la gran mayoría son naturales y el resto artificiales;

es decir, descubiertos en los laboratorios).

En algunas tablas periódicas las columnas aparecen numeradas del 1 al 18, si bien también se

pueden numerar con números romanos acompañados con las letras "A" o "B". En este último caso

las columnas con la letra "A" serían las más altas y las que llevan la letra "B" serían las centrales,

las que tienen todas la misma altura:

4.- CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS POR GRUPOS

En la tabla periódica se distinguen tres tipos de elementos según el grupo en el que se encuentren:

1. Elementos representativos: son los elementos de los grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 y 18.

Las columnas donde se encuentran los elementos representativos reciben los siguientes

nombres:

Grupo 1: alcalinos. Grupo 15: nitrogenoides.

Grupo 2: alcalinotérreos. Grupo 16: anfígenos o calcógenos.

Grupo 13: térreos o grupo del boro. Grupo 17: halógenos.

Grupo 14: carbonoides. Grupo 18: gases nobles.

2. Elementos o metales de transición: son los elementos de los grupos 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 y

12.

3. Elementos o metales de transición interna o tierras raras: son elementos situados entre los

metales de transición, aunque en la tabla se representan fuera de ella, en dos filas de catorce

elementos cada una llamadas lantánidos y actínidos.


5.- CLASIFICACIÓN DE LOS ELEMENTOS SEGÚN SUS PROPIEDADES FÍSICAS Y

QUÍMICAS

Según las propiedades físicas y químicas de los elementos, estos se clasifican en:

1. Metales

Poseen brillo metálico y color especial grisáceo, excepto algunos como el oro (amarillo) y el

cobre (rojizo).

Son dúctiles; es decir, se convierten fácilmente en hilos.

Son maleables; es decir, se convierten fácilmente en delgadas láminas.

Son buenos conductores de la electricidad y del calor.

Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el mercurio).

Representan el 75% de todos los elementos.

Tienden a perder electrones y formar iones positivos.

2. No metales

Pueden encontrarse en los tres estados: sólido, líquido y gaseoso.

No poseen brillo.

No son dúctiles ni maleables.

Suelen captar electrones formando iones negativos.

Son malos conductores del calor y la electricidad.

3. Metaloides o semimetales

Son algunos de los elementos que hay por encima y por debajo de la línea que

separa a los elementos metálicos de los no metálicos, línea que tiene forma de escalera.

Estos elementos poseen propiedades intermedias entre los metales y los no metales.

4. Gases nobles o inertes

Se encuentran en la naturaleza como átomos aislados.

Son gases a temperatura ambiente.

Desde el punto de vista químico son muy estables: no forman compuestos. No ganan ni

pierden electrones, es decir, no forman iones.

6.- POSICIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA Y CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

6.1.- La configuración electrónica

La configuración electrónica de un elemento es una manera de representar cómo se distribuyen

los electrones de dicho elemento en los diferentes niveles de energía y orbitales atómicos.


Los niveles o capas de energía son las distintas capas que forman los electrones de un átomo al

girar alrededor del núcleo. En cada una de estas capas los electrones poseen una energía que es

mayor cuanto más cerca está la capa del núcleo. Hay siete niveles de energía numerados del 1 al 7.

Además, cada nivel de energía tiene subniveles de energía, en concreto hay cuatro subniveles

llamados “s”, “p”, “d”, “f”.

Los orbitales atómicos son zonas dentro los subniveles de energía donde existe una alta

probabilidad (superior al 90%) de encontrar los electrones.

Cantidad de orbitales y número máximo de electrones que tiene cada subnivel de energía:

Subnivel

de energía

Número de

orbitales

Número

máx. de e-

s

1 2

p

3 6

d

5 10

f

7 14

Para hacer la configuración electrónica de un elemento se utiliza el diagrama de Moeller, que es

el siguiente:

Ejemplo

Se llama capa de valencia al nivel o capa de energía más alto que tiene un elemento. Y al

número total de electrones que tiene un elemento en su capa de valencia se le llama electrones de

valencia.

Según la posición que ocupa un elemento dentro de la tabla periódica, se puede determinar cuál

es la configuración electrónica de su última capa de valencia y al revés, a partir de la configuración

electrónica de la última capa de valencia se puede situar en la tabla periódica el elemento e

identificarlo.

6.2.- Configuración electrónica de los elementos representativos

La capa o nivel de valencia del elemento coincide siempre con la fila o periodo que ocupa

en la tabla.


En cuanto a la distribución de los electrones de valencia entre los subniveles atómicos,

dependiendo del lugar que ocupe el elemento en la tabla llegará a un subnivel u otro según lo

siguiente:

En los elementos de las dos primeras columnas solamente hay electrones en el subnivel “s”,

uno en los de la primera columna y dos en los de la segunda.

En los elementos del resto de las columnas con elementos representativos hay electrones en

el subnivel “s” (que lo tiene completo) y “p” (con tantos electrones como indique la columna en la

que se encuentra el elemento).

Ejemplos: escribe la configuración electrónica del último nivel de energía de los siguientes

elementos:

a) Potasio (K) → 4 s1 (el 4 porque está en la fila 4, hasta el subnivel "s" porque está en la

primera columna, 1 electrón en el subnivel "s" porque tiene un electrón de valencia por estar en la

primera columna).

b) Bario (Ba) → 6 s2 (el 6 porque está en la fila 6, hasta el subnivel "s" porque está en la

segunda columna, 2 electrones en el subnivel "s" porque tiene dos electrones de valencia por estar

en la segunda columna).

c) Nitrógeno (N) → 2 s2 p

3 (el 2 porque está en la fila 2, hasta el subnivel "p" porque está en los

elementos representativos que hay a la derecha de la tabla, 2 electrones en el subnivel "s" y 3 en el

"p" porque tiene cinco electrones de valencia por estar en la columna 15).

d) Yodo (I) → 5 s2 p

5 (el 5 porque está en la fila 5, hasta el subnivel "p" porque está en los

elementos representativos que hay a la derecha de la tabla, 2 electrones en el subnivel "s" y 5 en el

"p" porque tiene cinco electrones de valencia por estar en la columna 17).

De la misma manera, a partir de la configuración electrónica de la última capa de valencia se

puede situar en la tabla periódica el elemento e identificarlo.

Ejemplos: determina cuáles son los elementos que tienen como configuración electrónica de la

capa de valencia las siguientes.

a) 4 s2 p

3 → Elemento que se encuentra en la fila o periodo 4 y columna o grupo 3 de las de los

elementos representativos que hay en la parte derecha de la tabla. Si se consulta la tabla periódica

dicho elemento es el arsénico (As).


b) 3 s2 → Elemento que se encuentra en la fila o periodo 3 y columna o grupo 2 (número que

lleva el subnivel "s"). Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el magnesio (Mg).

c) 2 s2 p

1 → Elemento que se encuentra en la fila o periodo 2 y primera columna de las de los

elementos representativos que hay a la derecha de la tabla. Si se consulta la tabla periódica dicho

elemento es el boro (B).

6.3.- Configuración electrónica de los metales de transición

Para escribir la configuración electrónica de las últimas capas de un metal de transición según la

situación que ocupe en la tabla periódica hay que tener en cuenta lo siguiente:

El nivel de valencia coincide siempre con la fila o periodo que ocupa el elemento en la

tabla que tendrá completo su subnivel "s" (con 2 electrones).

Además, en el nivel de energía anterior al de valencia, tiene completos los subniveles "s" y

"p" y en el subnivel "d" tantos electrones como el número de la columna que ocupa el elemento

en la tabla periódica (contando solamente las columnas de los metales de transición).


elementos:

a) Hierro (Fe) → 3d6 4s

2 (el 4 porque está en la fila 4 con el subnivel "s" lleno, y en el nivel 3

hay 6 electrones en el subnivel "d" porque está en la sexta columna de entre las que contienen

metales de transición).

b) Mercurio (Hg) → 5d10

6s2

c) Circonio (Zr) → 4d2 5s

2 (el 5 porque está en la fila 5 con el subnivel "s" lleno, y en el nivel 4

hay 2 electrones en el subnivel "d" porque está en la segunda columna de entre las que contienen

metales de transición).





a) 5d6 6s

2 → Elemento que se encuentra en la fila o periodo 6 y columna o grupo 6 de las que

contienen metales de transición. Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el osmio (Os).

b) 3d1 4s

2 → Elemento que se encuentra en la fila o periodo 4 y columna o grupo 1 de las que

contienen metales de transición. Si se consulta la tabla periódica dicho elemento es el escandio

(Sc).

6.4.- Configuración electrónica de las tierras raras

Recordar que las tierras raras son elementos que se ponen fuera de la tabla periódica, pero de

colocarse dentro de ella, los lantánidos (desde Z = 57 hasta Z = 71) ocuparían la fila 6 y los

actínidos (desde Z = 89 hasta Z = 103) la 7. Esta información es necesaria para saber cuál es el

nivel de energía más alto. Para escribir la configuración electrónica de las últimas capas de un


metal de transición interno o tierra rara según la situación que ocupe en la tabla periódica, hay que

tener en cuenta lo siguiente:

El nivel de valencia coincide siempre con la fila o periodo que ocupa el elemento en la tabla

que tendrá completo su subnivel "s" (con 2 electrones).

Además, en el nivel de energía anterior al de valencia, tiene completos los subniveles "s"

(con 2 electrones) y "p" (con 6 electrones).

Además, en el antepenúltimo nivel de energía, tiene completos los subniveles "s" (con 2

electrones), "p" (con 6 electrones) y “d” (con 10 electrones) y en el subnivel “f” tantos

electrones como indique el número de la columna que ocupa el elemento dentro de su fila.


elementos:

a) Cerio (Ce) 4f2 6s

2 (el 6 porque al ser un lantánido está en la fila 6 con el subnivel “s”

completo, también tendría completos los subniveles "s" y “p” dela capa 5 y los subniveles “s”, “p”

y “d” de la capa 4, por eso no se ponen, y en el subnivel “f” de la capa 4 habría 2 electrones porque

el cerio es el segundo elemento que hay en la fila de los lantánidos).

b) Terbio (Tb) 4f9 6s

2 (el 6 porque al ser un lantánido está en la fila 6 con el subnivel “s”

completo, también tendría completos los subniveles "s" y “p” de la capa 5 y los subniveles “s”, “p”


el terbio es el noveno elemento que hay en la fila de los lantánidos).

c) Plutonio (Pu) 5f6 7s

2 (el 7 porque al ser un actínido está en la fila 7 con el subnivel “s”

completo, también tendría completos los subniveles "s" y “p” de la capa 6 y los subniveles “s”, “p”


el plutonio es el séptimo elemento que hay en la fila de los actínidos).





a) 4f7 6s

2 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 6 y pertenece a un lantánido

porque tiene completo el subnivel “s” de la última capa y tiene electrones en el subnivel “f” de la

antepenúltima capa. Dentro de los lantánidos este elemento ocupa la columna 7. Si se consulta la

tabla periódica dicho elemento es el europio (Eu).

b) 5f10

7s2 Elemento que se encuentra en la fila o periodo 7 y pertenece a un actínido porque

tiene completo el subnivel “s” de la última capa y tiene electrones en el subnivel “f” de la

antepenúltima capa. Dentro de los lantánidos este elemento ocupa la columna 10. Si se consulta la

tabla periódica dicho elemento es el californio (Cf).

EXCEPCIONES:

Fila o periodo 4: Cromo (Cr) → 3d5

4s1 / Cobre (Cu) → 3d

10 4s

1

Fila o periodo 5: Niobio (Nb) → 4d4

5s1 / Molibdeno (Mo) → 4d

5 5s

1


Tecnecio (Tc) → 4d6 5s

1 / Rutenio (Ru) → 4d

7 5s

1 / Rodio (Rh) → 4d

8 5s

1

Paladio (Pd) → 4d10

/ Plata (Ag) → 4d10

5s1

Fila o periodo 6: Platino (Pt) → 4f14

5d9

6s1 / Oro (Au) → 4f

14 5d

10 6s

1

Fila o periodo 7: Roentgenio (Rg) → 5f14

6d10

7s1 / Darmstadtio (Ds) → 5f

14 6d

9 7s

1

Lantánidos: Lantano (La) → 5d1 6s

2 / Gadolinio → 4f

7 5d

1 6s

2

Luterio (Lu) → 4f14

5d1 6s

2

Actínidos: Protactinio (Pa) → 5f2 6d

1 7s

2 / Uranio (U) → 5f

3 6d

1 7s

2

Neptunio (Np) → 5f4 6d

1 7s

2 / Curio (Cm) → 5f

7 6d

1 7s

2

7.- POSICIÓN EN LA TABLA PERIÓDICA Y CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA

Los símbolos de los elementos químicos son una forma abreviada de

representar a dichos elementos. Están formados por una o dos letras, la primera de

ellas siempre en mayúscula y las demás, en caso de tenerlas, en minúsculas.

Lo normal es que el símbolo coincida con las letras con las que empieza el nombre

del elemento.

En algunos casos no coinciden con las letras del nombre con el que se conocen actualmente a

esos elementos químicos porque cuando se descubrieron se les dieron nombres latinos o griegos y

se les puso el símbolo teniendo esos nombres iniciales.

En cuanto a los nombre de los elementos estos tienen distinto origen:

Algunos de ellos recibieron nombres latinos o griegos, aunque han evolucionado y

actualmente se conocen con otros nombres (como hemos comentado anteriormente). Ejemplos:

sodio (natrium), oro (aurum), azufre (sulphur).


Otros nombres recuerdan a su descubridor o a científicos en general. Ejemplos:

Mendelevio (Dimitri Mendeleiev), Curio (matrimonio Curie), Rutherforio (Ernest Rutherford).

En otros casos el nombre de algunos elementos hacen referencia al país donde se

descubrieron. Ejemplos: Germanio (Alemania), Francio (Francia), Polonio (Po).

También hay nombres de elementos que recuerdan a ciertos astros. Ejemplos: teluro (del

latín Tellus, la Tierra), plutonio (Plutón), uranio (Urano).

Actualmente hay algunos elementos en la tabla periódica cuyo símbolo tiene tres letras. Se trata

de elementos descubiertos recientemente que reciben nombres sistemáticos que indican en latín su

número atómico hasta que se les busque uno definitivo.

8.- PROPIEDADES EN LOS PERIODOS Y GRUPOS DEL SISTEMA PERIÓDICO

8.1.- Niveles de energía

Los elementos químicos que se encuentran en la misma fila o periodo tienen el mismo número

de capas o niveles de energía y coincide con el número de la fila que ocupa.


8.2.- Carácter metálico

El carácter metálico disminuye al avanzar hacia la derecha en la misma fila o periodo y aumenta

al bajar dentro de un mismo grupo o columna.

8.3.- Reactividad

La reactividad de un elemento es la capacidad que tiene para combinarse con otros elementos

con el fin de alcanzar la estabilidad.

En una misma fila o periodo, la reactividad de los elementos disminuye hasta llegar al grupo 16.

En este grupo la reactividad vuelve a aumentar hasta llegar a los gases nobles que sabemos que no

son reactivos porque son los únicos elementos estables.

En una columna o grupo, cuanto abajo se encuentre el elemento, más reactivo será.

8.4.- Radio atómico

El radio atómico de los elementos aumenta conforme bajamos en una columna o grupo.


9.- UNIÓN ENTRE ÁTOMOS

9.1.- Estabilidad atómica

El átomo de un elemento se dice que es estable cuando tiene completo su último nivel o capa de

energía o cuando tiene ocho electrones en dicha capa.

Los únicos elementos estables que existen en la naturaleza son los gases nobles, todos tienen

ocho electrones en su última capa menos el helio, que con dos electrones la tiene completa. Al ser

estables, los gases nobles nunca los vamos a encontrar asociados a otros elementos; es decir, los

gases nobles no son reactivos.

Los átomos que no son estables se unen con otros átomos para alcanzar su estabilidad, y

siempre lo hacen de manera que consigan tener en su última capa el mismo número de electrones

que tenga el gas noble más cercano en le tabla periódica.

Los elementos pueden conseguir la configuración electrónica del gas roble cercano de dos

formas: compartiendo electrones con otros elementos, o bien cediendo o ganando electrones (es

decir, formando iones). En general a los metales les sobran electrones mientras que a los no

metales les faltan, por lo que los metales tienden a perder electrones y los no metales a ganarlos.

La compartición de electrones se produce cuando a los átomos que se unen les falta un número

pequeño de electrones para adquirir la estructura de gas noble, y ninguno quiere perder los que

tiene. La solución es que ambos átomos compartan los electrones. Esa situación se suele producir

entre elementos no metálicos.

En la tabla periódica se cumple la siguiente propiedad: todos los elementos del mismo grupo o

columna tienen el mismo número de electrones en su última capa.


9.2.- Moléculas

Las moléculas son uniones de átomos del mismo o diferentes elementos químicos. Cuando los

átomos que se unen son del mismo elemento, a las moléculas que se forman se les llama sustancias

simples. Ejemplos: H2, O2.

Si por el contrario las moléculas están formadas por la unión de átomos de diferentes elementos,

se les denominan compuestos químicos. Ejemplos: H2O, CO2 .

Las sustancias moleculares tienen las siguientes propiedades:

Se pueden encontrar en los tres estados (sólido, líquido y gas).

Tienen puntos de fusión y ebullición bajos.

No conducen la electricidad o lo hacen con dificultad.

9.3.- Cristales

Los cristales también son uniones de átomos, pero a diferencia de las moléculas

los átomos que los forman se colocan de manera muy ordenada formando como

redes y adquiriendo formas geométricas.

Ejemplos: el hielo, el diamante.

Los cristales son siempre sólidos.

FIN DEL TEMA

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