BASE EXPERIMENTAL TEORIA CUANTICA Esta teoria se basa que la materia puede emitir o absorber energía en pequeñas cantidades, otra aportación a la teoría es el principio de la incertidumbre de Werner Heisenberg.no es posible ver el movimiento lineal de una partícula subatómica. Un ejemplo de esa teoria son las siguientes imágenes.
Movimiento de una partícula
Se observa los rayos de luz que pueden ser absorbidos o emitir
ESTRUCTURA ATOMICA En el átomo distinguimos dos partes: el núcleo y la corteza. - El núcleo es la parte central del átomo y contiene partículas con carga positiva, los protones, neutrones. es el número atómico y se representa con la letra Z. - La corteza es la parte exterior del átomo. En ella se encuentran los electrones, con carga negativa.
El núcleo es la parte de en medio.
PERIODICIDAD QUÍMICA La determinación de las propiedades y la clasificación de los elementos ha sido unos de los logros más importantes de la química. La periodicidad se describe como una propiedad de los elementos químicos. Indica que los elementos que pertenecen a un mismo grupo o familia de la tabla periódica tienen propiedades muy similares. Los elementos se ordenan en un arreglo sistemático, aunque no es ideal, es muy útil.
CLASIFICACIONES PERIÓDICAS INICIALES Los científicos ven la necesidad de clasificar los elementos de alguna manera que permitiera su estudio más sistematizado. Para ello se tomaron como base las similaridades químicas y físicas de los elementos. Estos son algunos de los científicos que consolidaron la actual ley periódica:
Johann W. Dobeneiner: Hace su clasificación en grupos de tres elementos con propiedades químicas similares, llamadas triadas. John Newlands: Organiza los elementos en grupos de ocho u octavas, en orden ascendente de sus pesos atómicos y encuentra que cada octavo elemento existía repetición o similitud entre las propiedades químicas de algunos de ellos. Dimitri Mendeleiev y Lothar Meyer: Clasifican lo elementos en orden ascendente de los pesos atómicos. Estos se distribuyen en ocho grupos, de tal manera que aquellos de propiedades similares quedaban ubicados en el mismo grupo.
TABLA PERIÓDICA ACTUAL En 1913 Henry Moseley basándose en experimentos con rayos x determinó los números atómicos de los elementos y con estos creó una nueva organización para los elementos. Ley periódica: → " Las propiedades químicas de los elementos son función periódica de sus números atómicos " Lo que significa que cuando se ordenan los elementos por sus números atómicos enforma ascendente, aparecen grupos de ellos con propiedades químicas similares ypropiedades físicas que varían periódicamente.
Los seres humanos siempre hemos estado tentados a
encontrar una explicación a la complejidad de la materia que nos rodea. Al principio se pensaba que los elementos de toda materia se resumían al agua, tierra, fuego y aire. Sin embargo al cabo del tiempo y gracias a la mejora de las técnicas de experimentación física y química, nos dimos cuenta de que la materia es en realidad más compleja de lo que parece.
Los químicos del siglo XIX encontraron entonces la necesidad
de ordenar los nuevos elementos descubiertos. La primera manera, la más natural, fue la de clasificarlos por masas atómicas, pero esta clasificación no reflejaba las diferencias y similitudes entre los elementos. Muchas más clasificaciones fueron adoptadas antes de llegar a la tabla periódica que es utilizada en nuestros días.
La tabla de Mendeleïev condujo a la tabla periódica
actualmente utilizada.
Un grupo de la tabla periódica es una columna vertical de la tabla. Hay 18 grupos en la tabla estándar. El hecho de que la mayoría de estos grupos correspondan directamente a una serie química no es fruto del azar. La tabla ha sido inventada para organizar las series químicas
conocidas dentro de un esquema coherente. La distribución de los elementos en la tabla periódica proviene del hecho de que los elementos de un mismo grupo poseen la misma configuración electrónica en su capa más externa
. Como el comportamiento químico está principalmente
dictado por las interacciones de estos electrones de la última capa, de aquí el hecho de que los elementos de un mismo grupo tengan similares propiedades físicas y químicas.
Clasificación periódica de los elementos Grupos A las columnas verticales de la tabla periódica se les conoce como grupos. Todos los elementos que pertenecen a un grupo tienen la misma valencia atómica, y por ello, tienen características o propiedades similares entre sí. Por ejemplo, los elementos en el grupo IA tienen valencia de 1 (un electrón en su último nivel de energía) y todos tienden a perder ese electrón al enlazarse como iones positivos de +1. Los elementos en el último grupo de la derecha son los gases nobles, los cuales tienen lleno su último nivel de energía (regla del octeto) y, por ello, son todos extremadamente no reactivos. Numerados de izquierda a derecha utilizando números arábigos, según la última recomendación de la IUPAC (según la antigua propuesta de la IUPAC) de 1988,2 los grupos de la tabla periódica son: Grupo 1 (I A): los metales alcalinos Grupo 2 (II A): los metales alcalinotérreos Grupo 3 (III B): Familia del Escandio Grupo 4 (IV B): Familia del Titanio Grupo 5 (V B): Familia del Vanadio Grupo 6 (VI B): Familia del Cromo Grupo 7 (VII B): Familia del Manganeso Grupo 8 (VIII B): Familia del Hierro Grupo 9 (VIII B): Familia del Cobalto Grupo 10 (VIII B): Familia del Níquel Grupo 11 (I B): Familia del Cobre Grupo 12 (II B): Familia del Zinc Grupo 13 (III A): los térreos Grupo 14 (IV A): los carbonoideos Grupo 15 (V A): los nitrogenoideos Grupo 16 (VI A): los calcógenos o anfígenos Grupo 17 (VII A): los halógenos Grupo 18 (VIII A): los gases nobles
Propiedades Atómicos Y Variaciones Periodicas
Carga nuclear efectiva. El concepto de carga nuclear efectiva es muy útil para analizar laspropiedades de los átomos polielectrónicos. La carga nuclear efectivaesta dad por: Zef=Z-s
Donde Z es la carga nuclear real y sigma se llama constante de apantallamiento.
Radio atómico. Se define como radio atómico la mitad de la distancia entre dos núcleos de átomos iguales cuando se encuentran uno al lado del otro (estado sólido)
Radio iónico El radio iónico es, al igual que el radio atómico, la distancia entre el centro del núcleo del átomo y el electrón estable más alejado del mismo, pero haciendo referencia no al átomo, sino al ion. Se suele medir en picómetros ( 1 pm=10-12m) o Angstroms (1 Å=10-10 m). Éste va aumentando en la tabla de derecha a izquierda por los periodos y de arriba hacia abajo por los grupos.
Energía de ionización Es la energía de requerida para mover un electrón de un átomo o un ion. La primera energía de ionización para un átomo en particular es por tanto la cantidad de energía requerida para remover un electrón de dicho átomo; la segunda energía de ionización es siempre mayor que la primera debido a que ha sido removido un electrón de un ion positivo y tercero es igualmente mayor que la segunda. En la siguiente tabla se puede observar que una vez adquirida la configuración de gas noble, como lo es el caso del Na+, Be2+ y Mg 2+ la próxima energía de ionización es muy alta. Esto explica por que una vez se ha obtenido la configuración de gas noble, no se puede remover más electrones del átomo por medio de una simple reacción química.
Afinidad electrónica La cantidad de energía librada cuando un átomo gana un electrón. Puede verse a partir de esta tabla que al avanzar en un periodo, por ejemplo desde el nitrógeno hasta el flúor la afinidad electrónica se incrementa. Al igual que en el tamaño atómico ya la energía de ionización, esto se debe al hecho de que los electrones de valencia están en el mismo nivel de energía pero la carga nuclear es mayor. De esta forma, con los electrones de valencia cada vez más cerca del núcleo y con mayor carga nuclear, se libera mayor cantidad de energía cuando se agrega un electrón a la capa de valencia. Bajando en el grupo de no metales, como en el caso de los halógenos la afinidad electrónica disminuye. Esto se debe al hecho de que al bajar en el grupo, los electrones de valencia están más alejados del núcleo y por lo tanto no se libera tanta energía cuando una capa de valencia acepta un electrón. El flúor es una excepción ala regla general. Esto se debe al tamaño pequeño del átomo y contrario a lo que esperaríamos, a la poca tendencia a aceptar un electrón. EL tamaño pequeño del átomo causa mayor repulsión entre los electrones de valencia.
Electronegatividad La electronegatividad de un átomo se define como la tendencia general de un átomo para tener electrones hacia sí mismo en un compuesto. Esta es determina a partir de la electroafinidad y de la energía de ionización. Sin embargo, no es una medida de energía, pero sí una simple tendencia de los átomos para atraer electrones. Hay diferentes escalas de electronegatividad, pero la más común es la escala que realizó Linus Paulig.
Propiedades químicas y su variación periódica: tendencias generales y por grupo
Las propiedades químicas de los elementos dependen
de la distribución electrónica en los diferentes niveles, por ello; todos aquellos que tienen igual número de electrones en su último nivel presentan propiedades químicas similares, correspondiendo el número de período en que se encuentra ubicado, al del último nivel con electrones y el número de grupo guarda relación con la cantidad de electrones en la última capa.
La tabla periódica puede dividirse en diversas formas
según las propiedades que se deseen estudiar, de tal suerte que se agrupan conjuntos de elementos con características comunes.
METALES, NO METALES Y METALOIDES Aún antes de establecerse la tabla periódica; ya el creador
de la SIMBOLOGIA de los elementos J. J. BERZELIUS publicó en 1814 una clasificación sistemática en donde agrupaba dos tipos: los METALES y los NO METALES. Las características de los elementos METALICOS son: Conducen con facilidad el calor y la electricidad. Presentan brillo metálico Generalmente pueden ser laminados o estirados formando alambres, propiedades que se conocen como MALEABILIDAD y DUCTILIDAD. Por lo regular a temperatura ambiente son sólidos excepto Hg, Ga, Cs y Fr. Al combinarse con NO METALES ceden electrones por lo que adquieren cargas positivas (CATIONES).
Si admitimos que las propiedades químicas de los elementos
dependen de la ubicación de los electrones en su envoltura, tenemos una CLASIFICACION DE ELEMENTOS EN FUNCION DE SU DISTRIBUCION ELECTRONICA. En esta clasificación los elementos se agruparon en cuatro bloques según el tipo de orbital atómico en que se ubique su electrón diferencial.
Los NO METALES presentan las siguientes características: Son malos conductores del calor y la electricidad. No son maleables ni dúctiles. Reciben electrones al combinarse con los METALES adquiriendo así cargas NEGATIVAS (ANIONES). Algunos elementos suelen comportarse según las condiciones como metales o como no metales; a estos se les conoce como METALOIDES.
En la clasificación periódica de DIECIOCHO columnas podemos
apreciar a estos grupos de elementos claramente delimitados, lo cual nos parece razonable si pensamos que las características de ellos dependen de la distribución electrónica, entre más próximos estén los elementos, mayor semejanza tendrán en sus propiedades y esto se debe a que la distribución electrónica presenta también una gran semejanza.
A los bloques S y P se les conoce como elementos
REPRESENTATIVOS mientras que a los D y F se les denomina elementos de TRANSICION EXTERNA e INTERNA respectivamente. El bloque S está formado por dos columnas, el P por seis, en el D se observan diez y el F presenta un total de 14. Como se puede observar, el número de columnas corresponde al máximo de electrones que se pueden acomodar en esos tipos de orbitales, los elementos colocados en una misma columna o grupo tendrán igual cantidad de electrones en el nivel más externo y su electrón diferencial estará en el mismo tipo de orbital.
LOS NUMEROS DE OXIDACION EN LA TABLA PERIODICA El conocer la posición del elemento en la Tabla Periódica nos
resulta de gran utilidad para determinar su NUMERO DE OXIDACION; Los METALES presentan CARGAS POSITIVAS y los NO METALES suelen presentar NEGATIVAS aunque también pueden ser POSITIVOS dependiendo del compuesto que forme. ELEMENTOS REPRESENTATIVOS: estos elementos suelen presentar número de oxidación de acuerdo al grupo en que se ubican; el número de grupo nos dice el estado de oxidación máximo del elemento. Los elementos pueden presentar varios estados de oxidación y estos dependen del número de grupo; si el grupo es PAR, los elementos tendrán CARGAS POSITIVAS PARES desde el CERO hasta el NUMERO DE GRUPO. Si es IMPAR, las CARGAS serán IMPARES DESDE CERO HASTA EL NUMERO DE GRUPO.
Los elementos NO METALICOS al combinarse con elementos
de menor electronegatividad tienden a adquirir CARGAS NEGATIVAS, y esta será en un número que permita completar OCHO, al sumar el número de grupo con la cantidad de carga. Así tenemos que: el grupo VII A adquieren -1, en el VI A -2, los del V A -3 y algunos del IV A -4. Los ELEMENTOS DE TRANSICION regularmente presentan estado de oxidación +3; los grupos I y II suelen tener +1 y +2 como ocurre en Cu+1, Ag+1, Au+1 en el grupo I B y Zn+2, Cd+2 y Hg+2 del II B; también suele presentarse Cu+2, Au+3 y Hg+1. Los elementos de transición pueden adquirir números de oxidación positivos de acuerdo también al número de grupo como máximo.
ELEMENTOS DE IMPORTANCIA ECONÓMICA, INDUSTRIAL Y AMBIENTAL EN LA REGIÓN O EN EL PAÍS
Elemento de Importancia Económica:
Hidrogeno (H)
Los principales uso del hidrogeno son: a) para la producción de amoniaco (N3H) por el proceso (Haber). b)En la producción del ácido clorhídrico al combinarse con cloro, en la síntesis del alcohol metilito (CH3OH) al combinar con monóxido de carbono. c)Refinación de petróleo. d)Hidrogeno de aceite.
Boro (B) Este no metal se utiliza como fertilizante foliar y edáfico.
Carbono (C) Este metal es importante ya que forma parte de numerosos compuestos y son importantes para la vida cotidiana del ser humano. También forma parte de las estructuras de las grasas o lípidos de la cual la parte estructural esta formada por el glicerol y glicerina el cual es un alcohol. El carbono también forma parte de las estructuras de ácidos nucleicos, vitaminas.
Nitrógeno (N) La mayor parte del nitrógeno se encuentra en el aire de la atmósfera y se usa para fabricar amoniaco al combinarse con el hidrogeno en su forma liquida, el nitrógeno se utiliza como congelante.
Oxigeno (O) Este elemento también se encuentra en el aire de la atmósfera y es muyimportante en la vida del ser humano ya que el depende de su respiración.También se utiliza ampliamente en la industria y también se utiliza en la soldadura autógena o acetilénica.
Flour (F) Los usos de los fluoruros principalmente el fluoruro de sodio se utiliza en la fluoración del agua potable y en las pastas dentales para prevenir las caries.
Cloro (Cl) Se utiliza para la elaboración de plástico disolvente, pesticidas, productofarmacéutico, refrigerante y colorante. También se utiliza en la desinfección ypara blaquiar textiles.
Bromo (Br) Los compuestos orgánicos que contienen bromo se utilizan como intermediarios en las síntesis industriales de colorantes. Los bromuros inorgánicos se utilizan como medicina en el blanqueo de tejidos y en fotografías bromuro de plata.
Yodo (I) Sus compuestosno se usan tan extensamente como las de otros
halógenos del grupo 7ª y susprincipales usos: productosfarmacéuticos, pinturas, para fotografía en su forma de yoduro de plata ytambién como desinfectantes.
Elementos de Importancia Industrial : Aluminio es resistente a la corrosión, se puede laminar e hilar por los que se emplea en la construcción de vehículos, aviones y utensilios domésticos. Se extrae de la bauxita por reducción electrolítica.
Cobalto se emplea en la elaboración de aceros especiales debido a su
alta resistencia alcalor, corrosión y fricción. Se emplea en herramienta mecánica de altavelocidad, imanes y motores. En forma de polvo, se emplea como pigmento azulpara el vidrio. Su isótopo radiactivo se emplea en el Instituto Nacional deInvestigación Nuclear (ININ) de México, por que produce radiaciones gamma.
Mercurio es resistente a la corrosión y un bueno conductor eléctrico. Se
usa en la fabricación de instrumentos de presión, baterías, termómetro, barómetro, amalgamas dentales, sosa cáustica, medicamentos e insecticidas.
Antimonio se utiliza, metal de imprenta, baterías y textiles.
Plata se emplea en la acuñación de monedas y manufacturas de vajillas y
joyas, en fotografías, aparatos eléctricos, aleaciones y soldaduras.
Cobre usado principalmente como conductor eléctrico, en la elaboración
de monedas yaleaciones como el latón y bronce.
Plomo se emplea para la fabricación de de barias y acumuladores, de
pinturas, soldaduras e investigaciones nucleares.
Hierro seutiliza en la industria, el arte y la medicina. Para fabricar acero,
cemento,fundiciones de metales ferrosos, además es un componente importante de lasangre contenido en la hemoglobina
Oro es el patrón monetario internacional, sus aleaciones se emplean en
joyerías, y ornamentos, piezas dentales y equipo científicos de elaboración. En la actualidad se ha reemplazado por iridio y rutenio en la joyera, y en piezas dentales, por platino y paladio.
Elementos de Importancia Ambiental: Bromo susvapores contamina el aire, además sus compuestos derivados
solo la crimogenos y venenosos.
Azufre sus óxidos (SO2 Y SO3) contaminan el aire y mezclados con agua
producen la lluvia ácida. Algunas sustancias como los derivados clorados, sulfatos y ácidos son corrosivos, el gas H2S es sumamente toxico y contamina el aire.
Cadmio contamina el agua y el aire es constituyente de algunos
fertilizantes que contaminan el suelo.
Mercurio contamina el agua, el aire y causa envenenamiento. Las algas
lo absorben, luego los peces y finalmente el hombre. Los granos lo retienen y como el hombre los ingiere, lo incorpora a sus tejidos. También puede absorberse por la piel.
Antimonio el envenenamiento por antimonio se produce por ingestión,
inhalación de vapor y principalmente por un gas llamado estibina.
Arsénico en general, todos sus compuestos y derivados son altamente
tóxicos.
Fósforo debido a que se emplea en la síntesis de pinturas, plaguicidas y
fertilizantes,contaminan el aire, el suelo y el agua.
Plomo contaminan el aire, el agua y el suelo (produce graves daños a la
agricultura), y cuando se inhala o se ingiere como alimento, se acumula en el cuerpo y produce una enfermedad conocida como saturnismo.
Cloro sus vapores contaminan el aire y son corrosivo. En forma de
clorato, contamina elagua, además de forma mezcla explosiva con compuestos orgánicos que dañan elhígado y el cerebro. Algunos medicamentos que contienen cloro afectan alsistema nervioso.
Cromo en su forma de cromato soluble contamina el agua. Sus
compuestos son perjudiciales para el organismo, pues destruyen todas las células.
Manganeso los polvos y humos que contienen manganeso causan
envenenamientos y atrofian el cerebro, cuando se inhala, además de contaminar el agua.
