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Tabla periódica y propiedades

Periodic Table & Properties

La tabla periódica ordena los elementos por número atómico y los dobla en filas para que los elementos con configuraciones electrónicas parecidas queden en la misma columna. Los elementos de un grupo tienen el mismo número de electrones de valencia y se comportan de forma parecida, mientras que a lo largo de un periodo el radio atómico, la energía de ionización y la electronegatividad cambian con regularidad. Las tres tendencias se explican por la fuerza con que el núcleo atrae a los electrones más externos, es decir, por la carga nuclear efectiva y el número de capas electrónicas. La pequeña tabla del diagrama colorea los valores reales de los elementos 1 a 20, así que al cambiar de propiedad aparecen a la vez las tendencias horizontal y vertical.

¿Por qué la tabla periódica tiene esta forma?

💡 La posición es la configuración electrónica
①Los elementos de un grupo (columna) tienen el mismo número de electrones de valencia: todo el grupo 1 termina en ns¹ y son metales reactivos que pierden un electrón con facilidad
②Los elementos de un periodo (fila) tienen el mismo número de capas ocupadas: todos los del periodo 3 tienen tres capas
③La forma de la tabla sigue el orden de llenado de los orbitales: los grupos 1 y 2 llenan orbitales s, y los grupos 13 a 18, orbitales p
④Mendeléyev dejó huecos y predijo las propiedades de elementos aún no descubiertos; el galio y el germanio, hallados después, encajaron bien con sus predicciones

Propiedades periódicas de los elementos 1 a 20

Radio atómico
🔍 Las tres tendencias comparadas
①El radio atómico disminuye de izquierda a derecha en un periodo: en el periodo 3, el Na con 186 pm casi duplica al Cl con 99 pm
②En un grupo aumenta hacia abajo, porque cada paso añade una capa electrónica
③La energía de ionización va al revés: aumenta hacia la derecha y disminuye hacia abajo; las casillas con borde de trazos son excepciones a esa tendencia
④La electronegatividad es máxima en el F (4,0); el grupo 18 casi no forma enlaces y no tiene valor asignado

El origen de las tres: la carga nuclear efectiva

Radio atómico
en un periodo → menor | en un grupo ↓ mayor
En un periodo la carga nuclear efectiva crece y acerca los electrones; en un grupo, las capas añadidas agrandan el átomo
Energía de ionización
en un periodo → mayor | en un grupo ↓ menor
Energía necesaria para arrancar 1 mol de electrones a 1 mol de átomos en estado gaseoso
Electronegatividad
en un periodo → mayor | en un grupo ↓ menor
Fuerza con que un átomo atrae el par de electrones compartido en un enlace covalente; el F es el más alto, con 4,0
💡 Qué es la carga nuclear efectiva
①El número de protones del núcleo es la carga nuclear Z
②Los electrones internos se interponen entre el núcleo y los externos y debilitan su atracción; es el apantallamiento
③La carga nuclear que siente de verdad el electrón más externo es la carga nuclear efectiva, menor que Z
④Al avanzar a la derecha en un periodo se añade un protón cada vez, pero los electrones de una misma capa se apantallan poco entre sí, así que la carga nuclear efectiva crece
⑤Con más carga nuclear efectiva los electrones quedan más sujetos: el radio disminuye y la energía de ionización y la electronegatividad aumentan

Excepciones en la energía de ionización

📐 Grupo 2 > grupo 13, grupo 15 > grupo 16
①Be (900) > B (801): el electrón más externo del B está en 2p, que tiene más energía que 2s y se arranca con más facilidad
②N (1402) > O (1314): el cuarto electrón 2p del O tiene que emparejarse en un orbital ya ocupado, y la repulsión facilita arrancarlo
③En el periodo 3 ocurre lo mismo: Mg (738) > Al (578) y P (1012) > S (1000). Al elegir la energía de ionización en el diagrama, esas ocho casillas aparecen con borde de trazos
④Por eso la energía de ionización no siempre aumenta a lo largo de un periodo: baja una vez después del grupo 2 y otra después del grupo 15

Practícalo

Ejemplo 1
En un mismo periodo, ¿cómo cambia el radio atómico al aumentar el número atómico, y por qué?
1
Hacia la derecha de un periodo aumentan los protones, y los electrones que se añaden a la misma capa se apantallan poco entre sí.
mismo periodo: más protones → más carga nuclear efectiva
2
El número de capas no cambia y la atracción del núcleo crece, así que los electrones se acercan al núcleo y el radio disminuye.
mismo número de capas + más carga nuclear efectiva → radio menor
▸ El radio atómico disminuye.
En el diagrama, la fila del periodo 3 que pasa a azul desde el Na con 186 pm hasta el Cl con 99 pm es esta tendencia.
Ejemplo 2
¿Cuál tiene mayor primera energía de ionización, ₁₁Na o ₁₇Cl? (Ambos están en el periodo 3.)
1
Hacia la derecha de un periodo crece la carga nuclear efectiva y cuesta más arrancar electrones.
mismo periodo: energía de ionización ↑ hacia la derecha
2
El Cl está a la derecha del Na, así que su energía de ionización es mayor. Los valores reales son Na 496 y Cl 1251 kJ/mol.
Cl (1251) > Na (496)
▸ Cl
Al perder un electrón, el Na queda con la configuración estable del Ne y se convierte fácilmente en Na⁺, mientras que el Cl tiende a captar un electrón en lugar de cederlo.

Resumen

Tipo de simulacro KICE 2023 Química I, adaptado
¿Cuál de estos elementos del periodo 3 tiene el mayor radio atómico?
①Na
②Mg
③Al
④Si
⑤Cl
▸ ① Na
1
En un periodo, cuanto más a la izquierda está un elemento, menor es su carga nuclear efectiva y mayor su radio.
2
El Na es el elemento más a la izquierda (grupo 1) del periodo 3, así que su radio es el mayor.
Na (186 pm) > Mg (160) > Al (143) > Si (117) > Cl (99)
🎯 Puntos clave
①El radio atómico disminuye hacia la derecha en un periodo y aumenta hacia abajo en un grupo
②La energía de ionización y la electronegatividad siguen la tendencia contraria; ojo con las excepciones de los grupos 2 y 15 en la energía de ionización
③El F tiene la electronegatividad más alta, seguido del O
④El grupo 18 no tiene electronegatividad asignada
⑤Las tres tendencias se explican con la carga nuclear efectiva y el número de capas electrónicas
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