Regularidades en las propiedades de los elementos del sistema periódico

Los átomos de los elementos químicos tienden a adquirir la configuración electrónica del gas noble más cercano, porque así disminuye su energía y son más estables.
A los elementos de la izquierda de la tabla los llamamos METALES y tienden a perder electrones para adquirir la configuración electrónica del gas noble más cercano, que es el que se encuentra en el periódo anterior.
A los elementos que se encuentran a la derecha los llamamos NO METALES y tienden a captar electrones para adquirir la configuración electrónica del gas noble de su período.
Los elementos de un mismo GRUPO tienen la misma configuración electrónica en el último nivel de energía, lo que hace que presenten propiedades químicas similares. Por ejemplo, todos los elementos alcalinos reaccionan con el agua desprendiendo calor ,aunque la reacción es más violenta a medida que descendemos en el grupo, ya que las propiedades metálicas se acentúan; cuando se combinan con el hidrógeno o con el oxígeno lo hacen en la misma proporción (LiH, NaH, KH, RbH, CsH); etc.
A lo largo de un PERÍODO las propiedades químicas y físicas varían regularmente.

Soluciones de los ejercicios para entregar del tema 6

Tabla periódica de los elementos

En la tabla periódica actual, los elementos están ordenados según su número atómico ya que, el número de protones en el núcleo, es lo que caracteriza a los átomos de un mismo elemento. Los elementos conocidos hasta hoy se distribuyen en filas o períodos y en columnas o grupos. En la misma fila se sitúan los elementos cuyos átomos tienen el mismo número de niveles energéticos y cuyas propiedades varían periódicamente. En el mismo grupo se sitúan los elementos que tienen la misma configuración electrónica en los últimos niveles y que, por tanto, presentan propiedades químicas similares.



Tabla periódica 1
tabla periodica 2
Tabla periódica 3

Clasificación periódica de Mendeleiev

En 1869, el químico ruso Mendeleiev ordenó los elementos que se conocían siguiendo el orden creciente de sus masas atómicas y encontró que los que tenían propiedades parecidas aparecían periódicamente. Construyó la tabla de modo que los elementos que se parecían estuvieran colocados en la misma línea horizontal.
Alteró el orden de las masas atómicas para situar elementos al lado de otros a los que se parecían (Te y I). Cuando las propiedades de un elemento no se correspondían con su posición, dejó huecos que más tarde fueron ocupados por elementos que no se conocían en su época (Ga y Ge).

Número atómico, número másico y masa atómica

El número atómico de un elemento es el número de protones de un átomo de dicho elemento. Se representa por la letra Z e identifica a los elementos químicos. Los átomos de un mismo elemento químico tienen el mismo número de protones.
El número másico es la suma del número de protones y de neutrones de un átomo. Los átomos de un mismo elemento que se diferencia en el número de neutrones se llaman isótopos.
Para representar un átomo se escribe delante de su símbolo el número atómico como subindice y el número másico como superindice.
Como el gramo es una unidad demasiado grande para medir la masa de los átomos, se estableció como unidad de masa atómica (uma)
la doceava parte de la masa de un átomo de C- 12 ( 6 protones, 6 neutrones, 6 electrones).
Por ejemplo, la masa de un átomo de O-16 es 16 uma, porque su masa es 16 veces mayor que la doceava parte de la masa de un átomo de C-12.
La masa atómica de un elemento es el promedio de la masa de los distintos isótopos de ese elemento, teniendo en cuenta la abundancia relativa de los mismos.
En el siguiente enlace puedes jugar a construir átomos.

Estructura electrónica

Los electrones de un átomo se van colocando alrededor del núcleo en los subniveles de menor energía. Para recordar la ordenación de los subniveles de menor a mayor energía utilizamos la siguiente regla: La energía de los subniveles va aumentando en el orden que indica la flecha.

Llamamos estructura electrónica o configuración electrónica a la distribución de los electrones de un átomo en los distintos subniveles.

El modelo atómico actual

El modelo atómico actual fue desarrollado en la década de 1920 por Schrödinger y Heisenberg. En este modelo las orbitas de los electrones del modelo de Bohr-Sommerfeld son sustituidas por los orbitales, regiones del espacio donde hay una gran probabilidad de encontrar a un electrón.
En el primer subnivel (s) sólo hay un orbital; en el segundo subnivel (p) hay tres orbitales; en el tercer subnivel (d) hay cinco orbitales y en el cuarto subnivel (f) hay siete orbitales.
En cada orbital puede haber como máximo dos electrones.
Los orbitales atómicos tienen distintas formas geométricas.

El modelo de Bohr fue completado por Sommerfeld

Cuando se utilizaron mejores espectroscopios, se observó que las líneas del espectro eran en realidad dos o más líneas muy juntas. Para poder explicar esto, Sommerfeld supuso que cada nivel de energía estaba formado por una serie de subniveles muy próximos entre sí. Los subniveles de energía se representan por las letras s, p, d y f.En el primer nivel hay un subnivel (1s); en el segundo nivel hay dos subniveles (2s y 2p); en el tercer nivel hay tres subniveles (3s, 3p y 3d); en el cuarto nivel hay cuatro subniveles (4s, 4p, 4d y 4f); etc. El número máximo de electrones en cada subnivel es 2 en el "s", 6 en el "p", 10 en el "d" y 14 en el "f".

Modelo atómico de Bohr

Bohr modificó el modelo atómico de Rutherford, para poder explicar los espectros de líneas de emisión y absorción:

- Cuando los electrones giran alrededor del núcleo atómico no emiten energía.
- Los electrones no pueden girar alrededor del núcleo a cualquier distancia, sólo lo pueden hacer en aquellas órbitas donde su energía tiene unos valores determinados. Es decir, los electrones se distribuyen alrededor del núcleo en distintos niveles de energía(n=1, n=2, n=3, n=4, ....)


- Para que un electrón salte de una órbita más cercana al núcleo, donde su energía vale Ei, a otra más alejada, donde su energía vale Ef, debe absorber una cantidad de energía igual a Ef-Ei. Esto explica la formación de las líneas del espectro de absorción; las líneas oscuras se corresponden con las radiaciones absorbidas por los electrones para poder saltar a órbitas más alejadas.
Si el electrón pasa de una órbita a otra más cercana al núcleo, emite una onda electromagnética cuya energía es igual a la perdida de energía del electrón al realizar el salto.

Espectros atómicos de emisión y de absorción

El modelo atómico de Ruterford no podía explicar el espectro de emisión de los elementos químicos; es decir, el conjunto de líneas que se obtienen al descomponer la radiación electromagnéticas emitida por un elemento químico que ha sido excitado previamente, ya sea mediante calor o mediante corriente eléctrica.
De la misma manera se puede analizar la luz que absorbe un elemento químico y conocer su espectro de absorción. El espectro de emisión y de absorción son característicos de cada elemento.

Modelo atómico de Rutherford

El siguiente experimento, diseñado por Rutherford y llevado a cabo por Geiger y Marsden, demostró que la matería está prácticamente vacía. Experimento de Rutherford 1



Experimento de Rutherford 2


Para poder explicar los resultados de su experimento, Rutherford estableció un modelo atómico en el que suponía que casi toda la masa del átomo y su carga positiva se concentraba en una pequeña región en el centro del átomo a la que llamó núcleo, y que los electrones giraban a gran distancia alrededor de este, describiendo órbitas circulares.

Ejercicios para entregar del tema 6

Radiómetro de Crookes

Transmisión de la energía térmica

La transmisión de energía térmica se puede llevar a cabo por conducción, convección o radiación

Botijos contra el cambio climático

Transformación de energía mecánica en energía térmica

Es posible transformar integramente la energía mecánica en energía térmica. Por ejemplo, el trabajo realizado por la fuerza de rozamiento de un coche al frenar, transforma la energía cinética del mismo en energía térmica.
En cambio, mediante una máquina térmica (el motor de un coche, por ejemplo) sólo es posible transformar en energía mecánica una parte de la energía térmica disponible.
La energía térmica es, por tanto, menos útil que la energía mecánica para realizar un trabajo. La energía mecánica que se transforma en energía térmica no puede convertirse de nuevo totalmente en energía mecánica, por lo que decimos que la energía se degrada. Pierde calidad para realizar trabajo.

Dilatación anómala del agua

Una de las propiedades más importantes del agua es su dilatación anómala. Entre los 0ºC y los 4ºC, en lugar de dilatarse, se contrae.

Funcionamiento del termostato bimetálico

Los termostatos bimetálicos emplean una tira especial de metal para abrir o cerrar un circuito según la temperatura. La tira está formada por dos metales unidos, cada uno con un coeficiente de dilatación térmico distinto. El termostato está dispuesto de forma que, al calentarse la tira, ésta se curva (hacia el metal con menor coeficiente de dilatación) y desconecta el circuito.

Otros efectos del calor sobre los cuerpos

Cuando se produce un aumento en la energía térmica de un cuerpo aumenta su temperatura y, con muy pocas excepciones, se dilata.