(Ciencias de Joseleg)(Química)(Lenguaje químico)(La tabla periódica) (Ejercicios resueltos)(Introducción)(Historia)(Bloques y grupos de la tabla periódica)(Períodos y otras agrupaciones de la tabla periódica)(Propiedades periódicas)(Tendencias de las propiedades periódicas)(Los límites de la tabla periódica)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
La tabla periódica se divide en una serie de regiones de
acuerdo a criterios como los patrones de reactividad, la cantidad de electrones
en el último nivel de energía, el subnivel energético que alcanza a ocupar en
estado fundamental, entre otros criterios. Las principales divisiones son los
bloques, las familias y los períodos.
Los grupos más grandes que podemos hacer en una tabla
periódica es la de los bloques. Los bloques son regiones específicas de la
tabla que se reconocen de acuerdo al punto en que la configuración electrónica
de AUFBAU llegó al tope. De este modo los bloques reciben el mismo nombre
que los números cuánticos llamados subniveles, siendo estos; s, p, d, f.
Agrupa a los metales alcalinos y alcalinotérreos, con
propiedades semejantes. Son metales con alta reactividad. Los únicos no metales
en este bloque son el hidrógeno y el helio. A demás el helio tiene una muy
pobre reactividad.
Allí se ubica la mayoría de los elementos representativos,
siendo aproximadamente la mitad no metales. Sus propiedades son muy diversas.
Metales de transición, todos son metales que tienden a ser
plateados, difíciles de fundir y bastante duros, aunque existen variaciones
individuales como el oro o el mercurio. Muchos de los miembros del periodo 7 no
están bien caracterizados debido a que son sintéticos.
Todos son metales radioactivos e inestables, y casi la mitad
son sintéticos.
Grupos o
familias
En química un grupo o familia representa un conjunto vertical de elementos en la tabla periódica de los elementos químicos. En la actualidad se reconocen 18 grupos sin contar a los miembros del bloque f (las dos filas de elementos que aparecen por debajo aparentemente desconectados en las tablas estandarizadas modernas) los cuales no están numerados.
Figura 9. Los tres sistemas
de nombres aparecen simultáneamente en la mayoría de tablas.
Los elementos de cada grupo poseen propiedades químicas y
físicas semejantes, así como características análogas en su capa externa de
electrones. Existe en la actualidad tres sistemas para numerar los grupos y al
menos dos sistemas para nombrarlos semánticamente, ¡es un caos! Más aún porque
los profesores y profesionales no químicos tendemos a emplear la nomenclatura
vieja y los de la IUPAC ya van por otro lado, pero regresemos al asunto.
El sistema moderno (Figura 8
IUPAC nuevo) para numerar los grupos es simple, números arábigos del 1 a 18
consecutivos desde la izquierda a la derecha incluyendo a los metales de
transición, pero excluyendo a los miembros del bloque f. Este sistema se usa
muy poco, así que mencionaremos los dos sistemas previos. El CAS que representa
las siglas para Servicio de Resúmenes Químicos y el viejo sistema IUPAC.
Ambos son reconocibles al emplear numerales romanos
principalmente, aunque algunas fuentes podían emplear numerales arábigos,
aunque es raro, así como los literales A y B. Ambos sistemas concordaban los
números romanos, pero tenían un uso y significación completamente diferente
para las letras. De hecho, en lo único en que concuerdan es en el nombre del
viejo grupo VIII de Mendeleev justo en el centro de los metales de transición.
En Colombia históricamente empleamos más el sistema CAS, que emplea los
literales A para los elementos representativos, es decir aquellos
pertenecientes a los bloques s y p, mientras que emplea el literal B para los
metales de transición, los números romanos se interpretan como los electrones s
y p de la capa externa que representan comúnmente la valencia más común del
elemento; algo muy útil para enseñar la regla del octeto.
Aunque el sistema IUPAC nuevo es más sencillo, aún seguimos
empleando el CAS para los elementos representativos debido a que concuerda con
la cantidad de electrones de valencia máximo de cada grupo que representa, por
ejemplo, los miembros del grupo VII tienen como máximo 7 electrones de
valencia, o lo que es lo mismo, la posibilidad de generar 7 enlaces en una
molécula en su mayor estado de oxidación. Ahora, los dos sistemas para
nombrarlos semánticamente son, el sistema de familia y el sistema de elemento más
ligero. El sistema de familia corresponde a los grupos clásicos, por ejemplo:
metales alcalinos, alcalinotérreos, anfígenos o halógenos. Por otra parte, el
sistema del elemento más ligero para esos mismos grupos es, el grupo del litio,
el grupo de calcio, el grupo del oxígeno y el grupo de flúor.
No existe un lugar donde podamos ubicar al hidrógeno en la
tabla periódica sin que empiece a formar problemas. Tradicionalmente se lo ha
ubicado a la cabeza del grupo 1, pero realmente no existe un químico con dos
dedos de frente que se atreva a denominarlo como un metal alcalino. Aunque el
hidrógeno comparte la misma configuración electrónica en el último nivel de
energía con los demás metales alcalinos, su electronegatividad es mucho más
grande, por lo que es bien capaz de despojar de los electrones a algunos
metales muy poco electronegativos formando el ion hidruro. El hidrógeno sin
embargo posee una electronegatividad más débil que la de los elementos ubicados
a la derecha de la tabla, como los halógenos y la mayoría de los anfígenos de
importancia, por lo que ante ellos pierde su único electrón, formando el ion
hidrón. Este ion se comporta similar al que forman los metales alcalinotérreos
ante los mismos elementos halógenos y anfígenos.
Los metales alcalinos poseen propiedades consistentes. Todos son metales brillantes, blandos y altamente reactivos en condiciones estándar. Son fuertemente metálicos y con baja electronegatividad por lo que tienden a convertirse en iones positivos mediante la pérdida de un electrón en las reacciones iónicas. Se oxidan con rapidez en la atmósfera y deben ser almacenados en aceite para que no estén en contacto con el oxígeno del aire. Reaccionan con violencia con el agua, y a mayor peso con más energía. El hidrógeno se localiza en esa columna aun cuando pose características ambivalentes que lo colocarían también como un elemento del grupo 17. Los nombres del grupo son: IA en el viejo IUPAC; IA en el CAS; 1 en el nuevo IUPAC, metales alcalinos como nombre clásico; y grupo del litio.
Los elementos alcalinotérreos también son metales que reaccionan violentamente con el agua, pero en menor medida que los alcalinos.
Estructuralmente hablando pueden dar dos electrones en su
último nivel de energía, pero a diferencia del helio, estos los pueden perder
con facilidad para formar compuestos iónicos, así como iones con dos cargas
positivas. Los nombres de este grupo son: IIA en el IUPAC viejo; IIA en el CAS;
2 en el IUPAC nuevo; metales alcalinotérreos como nombre clásico; y grupo del
berilio.
Aunque el grupo no tiene un nombre trivial se lo puede
llamar el grupo de las tierras raras más el escandio y el itrio. No poseen
propiedades comunes, aunque la mayoría son radioactivos. Algunos exhiben
apariencia metálica cromada cuando hay suficiente cantidad para verlos
macroscópicamente. Cas: IIIB; IUPAC viejo: IIIA; IUPAC nuevo 3; Nombre
trivial/clásico: ninguno, aunque los lantánidos y actínidos reciben el nombre
de tierras raras; Nombre de cabeza de grupo: grupo del escandio.
Los primeros tres miembros del grupo son metales con alta resistencia al calor, pero el rutherfordio es un elemento sintético que ha sido fabricado en pocas cantidades. Cas: IVB; IUPAC viejo: IVA; IUPAC nuevo 4; Nombre trivial/clásico: ninguno; Nombre de cabeza de grupo: grupo del titanio.
Figura 13. El oro por su baja reactividad no se oxida en condiciones
estándar, por lo que es muy valorado.
Igual que el grupo 4, los tres primeros son metales
refractarios, mientras que el último es un elemento sintetizado artificialmente
cuyas propiedades exactas aún son poco entendías. Cas: VB; IUPAC viejo: VA;
IUPAC nuevo 5; Nombre trivial/clásico: ninguno; Nombre de cabeza de grupo:
grupo del vanadio.
Todos son metales muy poco reactivos con enlace metálico
fuerte que genera un punto de fusión bastante alto, es decir son difíciles de
fundir. Al igual que los demás miembros de los metales de transición el último
miembro sintético del grupo está poco estudiado. Cas: VIB; IUPAC viejo: VIA;
IUPAC nuevo 6; Nombre trivial/clásico: ninguno; Nombre de cabeza de grupo:
grupo del cromo.
Igual que siempre, los tres primeros elementos son metales plateados refractarios con poca reactividad, mientras que el último es un elemento sintético poco estudiado. Cas: VIIB; IUPAC viejo: VIIA; IUPAC nuevo 7; Nombre trivial/clásico: ninguno; Nombre de cabeza de grupo: grupo del manganeso.
Misma tendencia, los primeros tres de cada grupo son metales duros resistentes al calor y los últimos son elementos sintéticos. La pregunta evidente es ¿Por qué los sistemas viejos los agrupamos a todos en el mismo conjunto? Como siempre digo, si hay una cosa ilógica se debe a la herencia histórica. En la segunda tabla de Mendeleev el grupo VIII aún no era el de los gases nobles, entre otras porque aún no habían sido descubiertos, por otra parte, algunos de los metales de estos grupos tienen un potencial de enlace de 8 como el rutenio. En otras palabras, estos eran los miembros del grupo VIII original hasta el descubrimiento de los gases nobles que hizo las cosas un poco más complicadas. Cas: VIIIB; IUPAC viejo: VIII; IUPAC nuevo 8, 9 y 10 Nombre trivial/clásico: ninguno; Nombre de cabeza de grupo: grupo del hierro, grupo del cobalto y grupo de níquel.
Grupo
11 metales de acuñado
Los tres primeros son metales brillantes, aunque su punto de
fusión no es tan alto. Son generalmente metales con valor económico e
industrial debido a la facilidad para darles forma, así como de valor
monetario, algunos los llaman metales de acuñado, especialmente el oro y la
plata. La reactividad disminuye con forme se avanza en el grupo siendo el cobre
el más oxidable y el oro el menos oxidable. Cas: IB; IUPAC viejo: IB; IUPAC
nuevo: 11; Nombre trivial/clásico: metales de acuñado; Nombre de cabeza de
grupo: grupo del cobre.
A pesar de ser metales de transición los electrones del
subnivel d parecen no jugar en los enlaces, por lo que las propiedades de estos
elementos son muy similares a aquellas de los metales alcalinotérreos
correspondientes, lo cual los hace algo volátiles con el agua. Los dos primeros
miembros son metales cromados, pero el mercurio es célebre al ser el único
metal que es líquido bajo condiciones estándar. Cas: IIB; IUPAC viejo: IIB;
IUPAC nuevo: 12; Nombre trivial/clásico: metales volátiles; Nombre de cabeza de
grupo: grupo del zinc.
Figura 14. Todos los metales pueden fundirse a una temperatura suficiente, aunque el mercurio destaca por ser el que más rápido lo hace, siendo líquido a temperatura ambiente.
Los miembros del grupo 13 poseen un poder de enlace “valencia” de 3 y tienden a tener una electronegatividad baja, por lo que forman iones de carga positiva. Todos tienen carácter metálico menos el primero, el boro. Su reactividad aumenta con forme la masa del elemento se hace mayor. Cas: IIIA; IUPAC viejo: IIIB; IUPAC nuevo: 13; Nombre trivial/clásico: icosagenos o trienos; Nombre de cabeza de grupo: grupo del boro.
El carbono es un no metal, el silicio y el germanio son
metaloides, mientras que el plomo y presumiblemente el flevorio son metales.
Todos tienen un poder de enlace (valencia) de dos, pero la hibridación puede
alterarlo a cuatro que es el normal. Su electronegatividad intermedia
permite la formación de enlaces covalentes muy estables. Cas: IVA; IUPAC viejo: IVB; IUPAC
nuevo: 14; Nombre trivial/clásico: cristalógenos o tetrenos: Nombre de cabeza
de grupo: grupo del carbono.
Figura 15. Los no metales como el carbono tienden a presentar formas físicas diferentes a pesar de ser sustancias puras, para el carbono estas formas llamadas alótropos son el carbón mineral, el grafito y el diamante.
El nitrógeno y el fósforo no son metales, el arsénico y el
antimonio son metaloides, y el bismuto es un metal. Estos elementos poseen
valencias variables, pero la más constante es cinco. Al igual que en el grupo
anterior, la electronegatividad de este grupo puede denominarse como
intermedia, especialmente en los miembros más ligeros, lo que permite la
formación de enlaces covalentes. Cas: VA; IUPAC viejo: VB; IUPAC nuevo: 15;
Nombre trivial/clásico: pnictógenos; Nombre de cabeza de grupo: grupo del
nitrógeno.
La mayoría no son metales menos el telurio que es un
metaloide y el polonio que es un metal. El poder de enlace base de estos elementos
es de dos, pero la hibridación permite otros siempre en pares como el cuatro y
el seis. Los miembros sólidos del grupo son buenos aislantes y pobres
conductores de electricidad. La electronegatividad disminuye a medida que la
masa aumenta lo que altera radicalmente el comportamiento químico, desde un no
metal altamente electronegativo como el oxígeno hasta un metal poco
electronegativo como el polonio. Cas: VIA; IUPAC viejo: VIB; IUPAC nuevo: 16;
Nombre trivial/clásico: calcógenos o anfígenos; Nombre de cabeza de grupo:
grupo del oxígeno
Los halógenos en su mayoría no son metales excepto el astato que es un metaloide.
Poseen altas electronegatividades que les permite formar
enlaces iónicos con los metales o enlaces covalentes con elementos de los
grupos 15 y 16. Al igual que en el grupo anterior la electronegatividad aumenta
a medida que el elemento es más ligero, siendo el flúor el elemento con mayor
electronegatividad de todos. La electronegatividad puede llegar a implicar
reactividad por lo que el flúor reacciona rápido y no se lo encuentra libre en
la naturaleza. La mayoría tiene la tendencia a formar múltiples ácidos fuertes.
Cas: VIIA; IUPAC viejo: VIIB; IUPAC nuevo: 17; Nombre trivial/clásico:
halógenos; Nombre de cabeza de grupo: grupo del flúor.
Todos son no-metales gaseosos con poca o nula reactividad.
Cas: VIIIA; IUPAC viejo: 0; IUPAC nuevo: 18; Nombre trivial/clásico: gases
nobles, aerógenos; Nombre de cabeza de grupo: grupo del helio o grupo del neón.
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