3. Sistema periódico

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UN POCO DE HISTORIA

  En el tema anterior ya vimos que existen los átomos. Sabemos como son, aunque no los veamos. Conocemos de que partículas están formados. Pero pronto nos dimos cuenta que era necesario ordenarlos de alguna forma. ¿Cómo? Hay muchas formas posibles, tamaños, pesos, orden alfabético, etc. 

   Desde un principio se intentó que esta ordenación tuviera relación con las propiedades que se conocían en cada elemento. Cuando se ordenaron según sus masas se observó que cada cierto número de elementos sus propiedades eran semejantes, dando lugar a lo que se llamará la ley periódica. Observa el siguiente vídeo:

   La tabla de Dmitri Mendeleiev (1834-1907), que propuso en 1869, se basaba en dos criterios: en horizontal los elementos se ordenaban según sus masa y en vertical según sus propiedades semejantes. En algún caso alteró el orden de los elementos, como el telurio y el yodo, para que coincidieran debajo de los elementos semejantes. También dejó huecos cuando el elemento siguiente no coincidía bien con las propiedades de los elementos de su grupo. Cuando fueron descubiertos estos elementos el reconocimiento de la tabla de Mendeleiev fue generalizado. Este descubrimiento debiera ser compartido con el alemán Julius Lothar Meyer (1830-1895) que propuso de forma independiente una tabla similar.

Dmitri Ivánovich Mendeléyev (1834-1907)

   La importancia de la Tabla Periódica de Mendeleiev es enorme, tanto que la seguimos y seguiremos utilizando en el mundo de la ciencia. En ella está condensada mucha más información que la que el mismo Mendeleiev se podía imaginar. Pensemos que cuando propone su tabla ni siquiera se conocen las partículas que forman los átomos: electrones, protones y neutrones, que serían descubiertas posteriormente. Sin embargo seguimos descubriendo utilidades de su tabla como veremos posteriormente, sin ella sería casi imposible el trabajo de los químicos.

LA TABLA PERIÓDICA ACTUAL

   La tabla periódica actual presenta 7 filas horizontales, que llamamos períodos, y 18 filas verticales, que llamamos grupos.

¿Cómo se llaman los distintos grupos de la Tabla Periódica y cuántos electrones de valencia tienen?

Grupo 1: Metales alcalinos (Li, Na, K, Rb, Cs) 1 e de valencia.

Grupo 2: Metales alcalinotérreos (Be, Mg, Ca, Sr, Ba) 2 e de valencia.

Grupos 3 al 12: Metales de transición.

Grupo 13: Grupo del B (B, Al, Ga, In, Tl) 3 e de valencia.

Grupo 14: Grupo del C (C, Si, Ge, Sn, Pb) 4 e de valencia.

Grupo 15: Grupo del N (N, P, As, Sb, Bi) 5 e de valencia.

Grupo 16: Calcógenos o anfígenos (O, S, Se, Te) 6 e de valencia.

Grupo 17: Halógenos (F, Cl, Br, I) 7 e de valencia.

Grupo 18: Gases nobles (He, Ne, Ar, Kr, Xe) 8 e de valencia.

La mayoría de los elementos de la Tabla Periódica son metales, los elementos que están sobre la diagonal que va del B al At son semimetales, y los elementos que están a su derecha son no metales.

RELACIÓN ENTRE LA CONFIGURACIÓN ELECTRÓNICA Y LA TABLA PERIÓDICA

   Si esta tabla nos sigue siendo tan útil es porque tiene relación con la configuración electrónica de los diferentes átomos. Los gases nobles, que están en el grupo 18, tienen las capas electrónicas completas, eso quiere decir que el siguiente elemento empieza una nueva capa, y en esta tendrá un único electrón, es lo que le pasa a los metales alcalinos. Por eso si sabemos en que grupo está un elementos sabemos también cuantos electrones tiene en la última capa. Y conocer estos electrones es muy importante, pues condicionan sus propiedades químicas.

Si te fijas en la tabla periódica podemos distinguir cuatro bloques de elementos. En esta tabla los señalamos con distintos colores: cian, gris, magenta y teja. 

En color cian tenemos dos grupos, tantos como electrones caben en los orbitales s.

En color magenta tenemos seis grupos, tantos como electrones caben en los orbitales p.

En color gris tenemos diez grupos, tantos como electrones caben en los orbitales d.

En color teja tenemos catorce grupos, tantos como electrones caben en los orbitales f.

Por tanto si sabemos donde está un elemento podemos saber como acaba su configuración electrónica, y si sabemos como acaba la configuración electrónica sabemos también donde está ese elemento.

1) ¿Cuál es el grupo y período del elemento que termina con la siguiente configuración: [E] = ... 3p1 3p1 3p1 ?

Si tiene 3 electrones p, para calcular el grupo sumamos 2 del bloque s, 10 del bloque d y 3 del bloque p, en total nos da el grupo15. Si el orbital es 3p pertenece al periodo 3, por tanto sus coordenadas son grupo 15 y período 3.

2) ¿Cuál es el grupo y período del elemento que termina con la siguiente configuración: [E] = ... 4s1?

Si tiene 1 electrones s, para calcular el grupo contamos sólo ese electrón y nos da el grupo 1. Si el orbital es 4s pertenece al periodo 4, por tanto sus coordenadas son grupo 1 y período 4.

3) ¿En qué termina la configuración del elemento que está en la intersección del grupo 2 y el período 3?

Si el elemento está en el grupo 2 pertenece al bloque s, si es el grupo 2 la configuración será s2. Si el período es el 3 el orbital s pertenece a la tercera capa, el orbital s será el 3s. Por tanto la configuración del elemento termina en: [E] = ... 3s2

4) ¿En qué termina la configuración del elemento que está en la intersección del grupo 13 y el período 3?

Si el elemento está en el grupo 13 pertenece al bloque p, ya que los dos primeros grupos pertenecen al bloque s y los diez siguientes grupos al bloque d, a partir de ahí los grupos pertenecen al bloque p, si es el grupo 13 será el primer grupo del bloque p, la configuración será p1. Si el período es el 3 el orbital p pertenece a la tercera capa, el orbital p será el 3p. Por tanto la configuración del elemento será termina en: [E] = ... 3p1

Ya ves, la tabla esconde la configuración electrónica de los elementos. Y esta es muy importante para conocer el comportamiento de los diferentes elementos. De aquí la importancia de la Tabla Periódica, es mucho más que una simple ordenación de elementos.

PROPIEDADES DE LOS ELEMENTOS DE LA TABLA PERIÓDICA

   Ya vimos que en la tabla periódica podemos dibujar una diagonal entre el boro y el astato que separa dos grandes tipos de elementos, a la izquierda los metales y a la derecha los no metales. En esa diagonal se encuentran elementos que comparten propiedades con los metales y con los no metales. El último grupo, el 18, es un grupo singular, el de los gases nobles.

   ¿Qué propiedades tienen los elementos según en que zona se encuentren? Empecemos precisamente por estos últimos, los gases nobles. Se tardó en descubrirlos, a finales del siglo XIX. Curiosamente uno de ellos, el He, se descubrió antes en el Sol que en la Tierra. Se tardó en descubrirlos porque son muy poco dados a combinarse con otros elementos. Son muy estables y no necesitan de otros elementos para estabilizarse. ¿Qué los hace tan estables? Su diferencia con los demás elementos es que tienen las capas electrónicas completas, así los elementos que les siguen, los metales alcalinos inician una nueva capa. Esta es la razón de su estabilidad y nos ayudará a entender el comportamiento de los demás elementos, pues todos van a tender a conseguir una configuración como la de los gases nobles para conseguir estabilidad. Los gases nobles forman una pequeña fracción del aire, del que se extraen por destilación fraccionada.

   Los metales son el conjunto más numeroso de la tabla periódica, lo forman elementos con pocos electrones en la última capa. Son todos sólidos menos el mercurio, que es líquido a temperatura ambiente. En él están elementos tan cotidianos para nosotros como el hierro, cobre, zinc, estaño, aluminio, oro, plata, etc. Sin ellos no podríamos fabricar máquinas, no podríamos construir rascacielos, no podríamos volar en aviones, no llegaría electricidad a nuestras casas, ni disfrutaríamos del mundo de la electrónica, que tanto nos gusta. Los metales se caracterizan por propiedades como la conductividad eléctrica y térmica, la ductilidad y la maleabilidad, y sus mezcla o aleaciones presentan propiedades que los hacen muy útiles para la fabricación de máquinas. Todas estas propiedades están relacionadas con esa configuración electrónica de la última capa, en la que albergan muy pocos electrones.

   Los metales también aparecen en las sales, sustancias que necesitamos para vivir, abonar nuestros campos, curar el jamón, o fabricar medicinas. Cuando forman sales aparecen en forma de iones positivos. Pierden esos pocos electrones de la ultima capa para conseguir configuración de gas noble, que como vimos les proporciona mucha estabilidad.

   A la derecha de la tabla periódica encontramos los no metales. Son elementos con muchos electrones en la última capa. En este grupo encontramos gases como el oxígeno, nitrógeno, flúor o cloro, y también el hidrógeno, que es un no metal, y que no está muy bien colocado en la tabla periódica, ya que comparte más propiedades con los elementos de la izquierda que con los de la derecha, y por supuesto nunca lo consideres un metal alcalino, no tiene nada que ver con ellos aunque lo hayamos colocado encima. Encontramos también un líquido a temperatura ambiente, el bromo. Los demás son sólidos como el carbono, fósforo, azufre, selenio, etc. Los no metales son muy frecuentes en las moléculas de los seres vivos, que están casi formadas en exclusiva por C, H, N, O, P y S. También es cierto que algunos metales son imprescindibles para la vida como el Fe de la hemoglobina o el Mg de la clorofila.

   Los no metales o son gases o son sólidos quebradizos, pero aparecen muy frecuentemente formando parte de sales en forma de iones negativos. Tienen muchos electrones en la última capa y tienden a ganar electrones para completarla dando lugar a iones negativos. También pueden unirse entre ellos como veremos posteriormente para formar moléculas, que son agregados de pocos átomos unidos entre si por enlaces covalentes, en los que los átomos comparten electrones para mantenerse unidos. El agua, el alcohol, las gasolinas o los plásticos son ejemplos de este tipo de compuestos. En general no conducen la corriente, son aislantes del calor y de la electricidad, y sus propiedades son de lo más variado, en ellos encontramos a todos los gases, la práctica totalidad de los líquidos, y sólidos tan extraordinarios como el cuarzo, la fibra de carbono o el grafeno.

LA TABLA PERIÓDICA EN LA RED

  En la red podemos encontrar interesantes tablas periódicas como:

Tabla Periódica de Alonsoformula, pasando el ratón sobre cada elementos nos aparecen gran cantidad de datos interesantes de los mismos. También tienes un libro "O nome e o símbolo dos Elementos Químicos" de M.R.Bermejo, A.M.González-Noya, M. Vázquez, muy ameno y que nos descubre de donde vienen los nombres y símbolos de los elementos químicos. Al final tienes unos ejercicios de test para que te pongas a prueba de lo que sabes de la Tabla.

The periodic table of the elements, quizá la mejor y más completa web sobre la Tabla Periódica.

The Wooden Periodic Table Table by Theodore Gray, con gran cantidad de fotos de los elementos.

 

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