Sistema periódico

Índice

Tabla periódica y configuración electrónica

La tabla periódica de los elementos organiza los 118 elementos conocidos en 7 periodos (filas) y 18 grupos (columnas), ordenados por su número atómico $Z$.

Origen de la tabla periódica

Apantallamiento y carga nuclear efectiva

Apantallamiento

El efecto pantalla o apantallamiento, $a$, consiste en la atenuación de la fuerza de atracción del núcleo sobre un electrón, debido a la repulsión de otros electrones. Cuanto más alejado esté un electrón del núcleo, más apantallado estará.

Carga nuclear efectiva

Se trata de la carga positiva neta, $Z_\mathrm{eff}$, que experimenta un electrón debido al apantallamiento. La carga nuclear efectiva aumenta de izquierda a derecha a lo largo de un periodo y es constante a lo largo de un grupo.

Las reglas de Slater nos permiten calcularla, de acuerdo a la expresión:

$$ Z_\mathrm{eff} = Z - a, $$

donde $Z$ es el número atómico del elemento y $a$ el apantallamiento sufrido por el electrón, teniendo en cuenta que los electrones de core (internos) producen un mayor apantallamiento que los que se encuentran en su mismo nivel energético:

\begin{align*} \text{electrones de core (internos)} &\rightarrow a = 1 \\ \text{electrones de valencia (mismo nivel)} &\rightarrow a < 1 \end{align*}

Ejemplo

Átomo de berilio (₄Be) $\rightarrow \mathrm{1s^2 2s^2}$

Cada uno de los dos electrones de valencia sufre el siguiente apantallamiento:

Electrones de core $\mathrm{1s^2}$

Cada uno de ellos produce un apantallamiento máximo: $a=2$.

Electrones de valencia $\mathrm{2s^1}$

$a<1$.

Siendo el apantallamiento total $2 < a < 3$, por lo que $1 < Z_\mathrm{eff} < 2$.

Propiedades periódicas

Radio atómico $r$

Definimos el radio atómico de un elemento como la mitad de la distancia internuclear mínima que presenta una molécula diatómica de ese elemento en estado sólido.

A lo largo de un periodo

La carga nuclear efectiva aumenta, los electrones de valencia son más atraídos por el núcleo y por tanto disminuye el radio atómico.

A lo largo de un grupo

La carga nuclear efectiva es constante pero aumenta el número de capas, por lo que el radio atómico aumenta.

Radio iónico

Es el radio que presenta un ion monoatómico en un cristal iónico.

Cationes

Tienen un menor número de electrones, por lo que el apantallamiento sufrido por los electrones de valencia es menor, aumentando por tanto la carga nuclear efectiva que experimentan y provocando que tengan un menor radio atómico que sus elementos neutros de referencia.

Aniones

Tienen un mayor número de electrones, por lo que el apantallamiento sufrido por los electrones de valencia es mayor, disminuyendo por tanto la carga nuclear efectiva que experimentan y provocando que tengan un mayor radio atómico que sus elementos neutros de referencia.

$$ r_\text{catión} < r_\text{neutro} < r_\text{anión} $$

Potencial de ionización $E_\mathrm i$

Definimos el potencial o energía de ionización como la mínima energía que hay que proporcionar a un átomo neutro, X, en estado gaseoso y en su estado electrónico fundamental, para arrancar un electrón de su corteza, formando un catión X⁺.

$$ \mathrm {X(g)} + E_\mathrm i \longrightarrow \mathrm{X^+(g)} + 1\thinspace\mathrm e^- $$

Afinidad electrónica $E_\mathrm{ea}$

La afinidad electrónica es la energía liberada cuando un átomo neutro, X, en estado gaseoso y en su estado fundamental, capta un electrón, formando un anión X^–.

$$ \mathrm{X(g)} + 1\thinspace\mathrm e^- \longrightarrow \mathrm{X^-(g)} + E_\mathrm{ea} $$

Electronegatividad $\chi$

La electronegativad es una medida de la tendencia de un átomo a atraer un par de electrones que comparte con otro átomo al que está unido mediante un enlace químico.

A lo largo de un periodo

La carga nuclear efectiva aumenta, los electrones de valencia son más atraídos por el núcleo y por tanto aumentan la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad.

A lo largo de un grupo

La carga nuclear efectiva es constante pero aumenta el radio, por lo que los electrones son menos atraídos y por tanto disminuyen la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad.