Catedra de química de noveno grado prof. Carlos m. Avalos. Módulo 4“Los Elementos y la tabla periódica”




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CATEDRA DE QUÍMICA DE NOVENO GRADO


PROF. CARLOS M. AVALOS.

Módulo 4“Los Elementos y la tabla periódica”.





Prerrequisitos:

Conceptos de: átomo, molécula.

Objetivos:

7.Clasificar los elementos de acuerdo a sus propiedades características

8. Comparar elementos metálicos por sus propiedades características, abundancia y usos.

9. Comparar elementos no-metálicos por sus propiedades características, abundancia y usos.

Tiempo aproximado: 3 semanas (7 horas teóricas).



Tabla periódica de los elementos químicos, extraída del web

http://www.modelscience.com
Copyright, Model Science Software, 1999.

Contenidos:





Autor: Carlos M. Avalos.

2ª. edición.

Caracas, noviembre de 2000
Clasificación de las sustancias puras (según su descomposición).

(Retomado del módulo 2)
a) Sustancias compuestas o compuestos químicos: es aquel material que sometido a cambios químicos origina dos o más sustancias sencillas o elemento. Están formados por dos o más átomos de diferente clase. Los elementos que la conforman están unidos químicamente en proporciones definidas de masa. Los compuestos son más numerosos que los elementos. El compuesto más abundante en el planeta tierra es el agua (H2O). En la corteza terrestre el 60% es de dióxido de silicio SiO2, en la atmósfera es el dióxido de carbono (CO2).

Para separar los elementos que forman un compuesto hay que suministrarle energía en forma de calor, electricidad, etc.

Las propiedades de los compuestos son diferentes a la de los elementos que la constituyen, así por ejemplo el cloruro de sodio (NaCl) o sal común es un compuesto importante en nuestra dieta, mientras que el sodio (Na) y el cloro (Cl) son elementos ambos venenosos.
Clasificación de los compuestos, según su origen:

a) inorgánicos; como: óxidos, ácidos, hidróxidos o bases y sales.

b) orgánicos; como: hidrocarburos, proteínas, vitaminas, ácidos orgánicos, alcoholes, lípidos, esteres y muchos más.

Los compuestos orgánicos son más variados y numerosos que los inorgánicos.
b) Sustancias simples o elementos químicos: Son las sustancias elementales que constituyen a la materia sometidas a cambios químicos no originan sustancias más sencillas, a menos que sean elementos radioactivos o se usen en procesos nucleares. Están formados por átomos de una sola clase. El elemento más sencillo en su estructura es el hidrógeno (H) el cual se encuentra en la naturaleza en forma de compuesto o en su forma diatómica (H2). En la tierra y el universo que conocemos existen 90 elementos y unos pocos han sido fabricados por el hombre, 25 elementos; el total de elementos serían 115. Las sustancias simples se les puede clasificar en: los metales, no metales y metaloides.

Los elementos químicos se clasifican en función de sus propiedades. Se encuentran ordenados dentro de la tabla periódica de los elementos.
Las mezclas y las sustancias puras:

- Las mezclas tienen propiedades diferentes a las de sus componentes.

- Las propiedades de las mezclas varián en relación a su composición, a diferencia a la de las sustancias puras (elementos y compuestos) que sus propiedades son constantes.
Algunos ejemplos de mezclas
1) El acero inoxidable:

El hierro (Fe) es un metal que con fascilidad se oxida y no es tan duro como cuando lo mezclamos con el carbono (C), formando el acero. Si ahora este acero le agregamos cromo (Cr) formamos el acero inoxidable muy resistente a la oxidación.
2) El agua salada:

El punto de ebullición del agua pura es menor al del agua salada. Ha medida que agregamos más sal al agua su punto de ebullición va aumentando.

Por otro lado el punto de congelación del agua salada es menor al del agua pura y disminuye a medida que aumentamos la concentración de sal.
3) El Polietileno:

El polietileno es un material con el que se fabrican muchos plásticos. El Polietileno es un polímero, es decir está formado por una gran cantidad de monómeros o unidades que se repiten formando una gran cadena. Hay dos tipos de polietileno según su densidad:

a) Los de baja densidad, poco resistentes. Son los utilizados para fabricar las bolsas plásticas para envolver los alimentos.

b) Los de alta densidad, muy resistentes, son los utilizados para fabricar recipientes.
4) La gasolina:

Es una mezcla variable de hidrocarburos volátiles que se obtiene del petróleo por medio de la destilación fraccionada, es utilizado como combustible para motores a gasolina. Según su composición se determina el tipo de gasolina. A la gasolina se le agrega una sustancia antidetonante, el tetraetilo de plomo (TEP), para hacerla menos explosiva, según la concentración del TEP se define el octanaje. En la actualidad se fabrican gasolinas sin TEP, ya que esta sustancia es un gran contaminante ambiental.
La tabla periódica de los elementos químicos
Esta conformada por 115 elementos químicos, 90 de ellos son naturales y 25 han sido fabricados por el hombre. Dichos elementos están ordenados según su número atómico y se les coloca bajo un símbolo.
Símbolos de los elementos: Es la representación de los elementos bajo una o dos letras (en la mayoría de los casos; los últimos elementos poseen tres letras) según las iniciales del nombre del elemento en latín. La función de los símbolos es escribir el nombre de los elementos de una manera corta y universalmente aceptada.


Elemento

Nombre en latín


Símbolo

Oro

Aurum

Au

Plomo

Plumbum

Pb

Mercurio

Hydrargugru

Hg

Plata

Argentum

Ag

Potasio

Kalium

K


Algunos símbolos químicos tienen su origen en su nombre latino o alemán, en su lugar de origen o el nombre del científico que lo descubrió.

Elemento

Nombre


Según

Po

Polonio

Polonia

Bk

Berkelio

Universidad de Berckley

Es

Einstenio

Albert Eistein

Cf

Californio

Universidad de California

Md

Mendelevio

Ivanovich Mendeleev

Fórmulas de los compuestos: Es la representación de los compuestos. Implica la unión de dos o más átomos iguales o diferentes.


Compuestos

Fórmula

Cloruro de sodio

NaCl

Oxígeno molecular

O2

Dióxido de carbono

CO2

Agua o hidruro de hidrógeno

H2O

Hidrógeno molecular

H2



Reflexión:

1)¿Porqué los símbolos de algunos elementos se escriben con una letra y en otros casos con dos letras?.

2) ¿Cuál será la utilidad de escribir los símbolos la primera letra con mayúscula y la segunda, si es el caso, con minúscula?.

3) ¿Por qué los últimos elementos se escriben con tres letras?.
Clasificación de los elementos químicos:
a) Metálicos:

Se ubican del lado izquierdo de la tabla periódica, todos son sólidos a temperatura ambiente, excepto el mercurio (Hg) que es líquido. La mayoría tienen punto de fusión elevados.
b) No metálicos:

Se ubican del lado derecho de la tabla periódica, son en menor número. Sus puntos de fusión son menores al de los metales.

c) Metaloides:

Son pocos y se encuentran, en la tabla periódica, ubicados entre los metales y los no metales. Tienen propiedades intermedias entre los metales y no metales. Son ocho elementos, estos son: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po y At.

Propiedades características de los elementos


Se dividen en dos:
a) Propiedades físicas:

- Brillo: es el reflejo de la luz en la superficie pulida o recién cortada de un material.

- Conductividad eléctrica: capacidad de conducir la corriente eléctrica de un material

- Conductividad térmica: capacidad de transportar energía calórica a través de un material.

- Atracción por un imán: propiedad de atracción de un material por parte de un imán.
b) Propiedades mecánicas:

- Dureza: resistencia de un material a ser rayado por otro.

- Maleabilidad: capacidad de un material para formar láminas delgadas sin romperse.

- Ductibilidad: capacidad de un material para formar hilos delgados o alambres.

PROPIEDADES CARACTERISTICAS DIFERENCIALES DE LOS METALES Y NO METALES


Propiedades

Metales

No metales

- Brillo

Característico

No poseen

- Conductividad eléctrica

Buenos

Malos

- Conductividad térmica.

Buenos

Malos

- Dureza

Alta

Baja

- Maleabilidad

Alta

Ninguna, tienden a ser quebradizos.

- Ductibilidad

Alta

Ninguna

- Densidad

Alta

Baja

- Reacción con el oxígeno

óxidos básicos

óxidos ácidos

- Atracción por el imán.

Algunos

Ninguno

- Punto de fusión

Alto

Bajo

- Punto de ebullición

Alto

Bajo

- Carga elétrica

Electropositivos

Electronegativos

- Estado de la materia

sólidos.

La mayoría

Líquidos


Hg(l),

Fr(l), se cree


Sólidos,

La mayoría

Líquidos


Br2(l),
Gases.

H2(g),N2(g),O2(g),

F2(g),Cl2(g), I2(g)

He(g), Ne(g), Ar(g), Kr(g), Xe(g), Rn(g).



Elementos monoatómicos:

a) La mayoría de los metales.

b) Elementos no metálicos del grupo 18 (gases nobles); He(g), Ne(g), Ar(g), Kr(g), Xe(g), Rn(g).
Moléculas diátomicos:

a) no metales H2(g),N2(g),O2(g),

b) Elementos no metálicos del grupo 17(halógenos) F2(g),Cl2(g), Br2(l), I2(g)


Ley periódica:

Las propiedades de los elementos químicos guardan una relación periódica con sus números atómicos (Z).

Número atómico (Z); Es la cantidad de protones que se encuentran en el núcleo atómico de un elemento químico. Este número identifica y ubica un elemento dentro de la tabla periódica.
Historia de la tabla periódica.

A continuación se colocarán los principales autores en orden cronológico, para facilitar el entendimiento se les colocará un número secuencial, según su aparición.
1) El primero en clasificar los elementos fue Johann W. Dobereiner quién ordeno tres grupos cada uno con tres elementos, llamadas tríadas de Dobereiner.
2) Años más tarde, en 1964, Jhon Newlands ordenó los elementos conocidos por sus masas atómicas crecientes y sé dió cuenta que cada siete elementos el octavo repetía las propiedades del primero.
c) Poco después el alemán, Lothar Meyer, en 1869 realizó una tabla periódica con 66 elementos.
d) Casi simultaneamente a Meyer fue el ruso Demitri Ivanovich Mendeleev, Profesor de la Universidad de Pesterburgo, quién en 1869 construyó una tabla periódica con los 66 elementos de la tabla de Meyer, más unos espacios vacíos.

Lo interesante de Mendeleev es que predijo que se descubrirían nuevos elementos que llenarían dichos espacios, además predijo sus propiedades antes de que fueran descubiertos.
Nota: Tanto Meyer como Mendeleev basaron sus tablas en las masas atómicas de los elementos en forma creciente, sin embargo esto conyebó a ciertos problemas. Por ejemplo el caso del Ar, masa atómica 39,95 g/mol y el K, masa atómica 39,05 g/mol, los cuales ocupaban según esto posiciones diferentes alas actuales.

Reflexión:

3) ¿Cuál sería la posición del Ar (Argón) y el K (potasio) en la tabla de Mendeleev?.
e) Fue posteriormente el jovén inglés Henry Moseley, en 1913 quién corrigió las discrepancias de ambas tablas utilizando los números atómicos (Z) en vez de sus masas, naciendo la tabla periódica de los elementos químicos moderna. Actualmente se utiliza este criterio para el ordenamiento de los elementos químicos.
Estructura de la tabla periódica
La tabla esta estructurada por períodos y grupos
Período o series: Son las filas horizontales de elementos en la tabla periódica. Hay un total de 7 períodos, siendo los tres primeros cortos, el 4,5 y 6 largos y el 7 incompleto.
Grupos y familias: Son las filas verticales de elementos en la tabla periódica. Son un total de 18 grupos.

  • El 1 o IA llamado metales alcalinos.

  • El 2 IIA, metales alcalinos térreos.

  • Del 3 al 12 o IIIB al VIIIB, metales de transición.

  • El 14 o IVB son la familia o grupo de los carbonoides.

  • El 15 o IVB son la familia o grupo de los nitrogenoides.

  • El 16 o VB son la familia o grupo de los anfígenos.

  • El 17 o VIIA, los halógenos.

  • El 18 o VIIIA, los gases nobles o gases inertes.



Otras características de la tabla



- Antiguamente se enumeraban los grupos con números romanos del I al XVIII, acompañados por una letra A o B. La A representa a los elementos representativos y la B a los metales de transición. Hoy en día se sigue utilizando esta forma en USA en Europa también, pero al contrario. Actualmente hay la tendencia de enumerarla por recomendación de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada IUPAC, con números arábigos, del 1 al 18.

- Los elementos adyacentes a la línea quebrada, excepto el Al, son los denominados metaloides por su doble comportamiento como metal y no metal. Estos son: B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po, At.

- Los elementos cuya Z esta comprendido entre 104-118, presentan problemas en la asignación de sus nombres, en algunos casos le dan como símbolos tres letras y en otros casos dos letras, depende incluso del autor seguir una nomenclatura u otra.

- Los elementos del 113-115-117, no se conocen o el hombre no ha podido sintetizarlos.

- Los elementos que presentan las masas atómicas dentro de un paréntesis, son los que sus masas son aproximadas y corresponden a elementos radiactivos.
Reflexión:

Indica el período y grupo de los siguientes elementos:

  1. Xe

  2. Sn

  3. Fe

  4. Pt


Predicción de las propiedades de los elementos, según su ubicación
a) dentro de un mismo período
Los elementos que están en un mismo período sus propiedades varían en forma progresiva ha medida que recorremos el período.

Ejemplo:

En el período 3 el elemento ubicado más a la izquierda, el Na, tiene el comportamiento más metálico en ese período, en cambio el elemento con número atómico 17, el Cl, es el elemento con un comportamiento más no metálico.

Los elementos que forman parte de un mismo grupo poseen propiedades similares, sin embargo dentro de los metales ha medida que bajamos dentro de un mismo grupo su comportamiento es más metálico.

Se puede concluir que el elemento más metálico de la tabla periódica es el Fr, no obstante es demasiado reactivo e inestable, por lo que se considera al Cs.

El elemento menos metálico es el F.

b) dentro de un mismo grupo.

En general podemos decir, que dentro de un mismo grupo si aumentamos su número atómico:

- Aumentamos sus propiedades metálicas.

- Aumentamos su punto de fusión.

- Aumentamos su punto de ebullición.

- Aumentamos su densidad.

- Aumentamos el radio atómico.

- Aumentamos el número de electrones y protones.
Reflexión:

¿Cuál es elemento menos metálico (no-metal) en la tabla períodica?

Propiedades de los principales grupos



1) Los elementos del grupo 1 o 1A (metales alcalinos)

a) No se le consigue en su forma elemental sino como parte de algún compuesto ya que tienen baja energía de ionización, es decir con facilidad pueden perder su único electrón de valencia y formar un ión monovalente. (M 1+).M= Metal alcalino (Li, Na, K, Rb, Cs)

b) Son muy reactivos y tienden a formar en presencia de agua soluciones alcalinas o básicas. Según la ecuación:

M (s) + H2O(l) ------- MOH(ac) + H2(g)
c) En presencia de oxígeno tienden a oxidarse y formar óxidos, peróxidos y superóxidos. Por lo que expuestos al aire tienden a perder su brillo, debido a la formación de una cascara externa del óxido. Para preservarlos se guardan en un frasco con kerosene para crear una película protectora y evitar que reaccionen.

Según la siguiente ecuación:

Oxidos (O2-) M(s) + O2 ------- M2O Li, Na, K, Rb, Cs
También pueden formar otros compuestos:

Según las siguientes ecuaciones:

Peróxidos (O22-) M(s) + O2 ------- M2O2 Na, K, Rb, Cs

Superóxidos (O21-) M(s) + O2 ------- MO2 K, Rb, Cs.

2)Los elementos del grupo 17, (halógenos) F, Cl, Br, I

a) Todos los halógenos son no metales. Se les representa con la letra mayúscula X.
b) Son muy reactivos por los que no existen en forma monoatómica o elemental, siempre forman un compuesto.
c) El último el astatinio (At) es reactivo y se conoce poco de sus propiedades.
d) Presentan altas energía de ionización y alta afinidad electrónica, Los iones generados son llamados los halogenuros (F, Cl, Br, I)e 1-. Son isoelectrónicos al gas noble que tienen al lado derecho.
e) El F es tan reactivo que reaciona con el agua y genera oxígeno.

F2(g) + H2O(l) ---- HF(ac) + O2(g).
f) reacionan con el hidrógeno para formar halogenuros de hidrógeno.

H2(g) + X2(g) ------ 2HX(g)

Esta reacción es explosiva si se utiliza fluor y se hace menos violenta al ir sustituyendo por Cl, Br, I sucesivamente.
g) Los halogenuros de hidrógenos se disuelven en agua para formar los ácidos halohídricos. El ácido fluorhídrico(HF) es un ácido debil, porque es un electrólito débil, pero los otros ácidos ( HCl, HBr, HI son ácidos fuertes).

HF + H2O ----- H+F-
3) Los elementos del grupo 18, (los gases nobles o gases inertes)

Se caracterizan por:

a) Existe en la naturaleza en forma monoatómica.
b) No son reactivos, es decir no forman ningún compuesto en la naturaleza. Sin embargo en 1963 el químico británico Neil Bartlett logro hace reaccionar el Xe frente al hexafluoruro de platino, frente un oxidante fuerte, según la siguiente ecuación:

Xe(g) + PtF6(g) ----- XePtF6(s)

Desde entonces se han logrado sintetizar otros compuestos del Xe e incluso del Kr, los cuales no se le han conseguido aplicación industrial, ni que intervengan en algún proceso biológico.

Bibliografía:
SESEE, William.

Química, Seese. 5ta. edición. PrenticeHall Hispanoamérica, S.A. México. 1994. 689 p.
CHANG, Raymond.

Química, sexta edición. McGraw-Hill Interamericana Editores, S.A. 1999. 995p.

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