Elementos químicos y su clasificación PDF

Preview

Summary

Download Elementos químicos y su clasificación PDF

Description

Tecnológico Nacional de México

Instituto Tecnológico de Colima

Ingeniería en Sistemas Computacionales

Materia: Química

Resumen

Elementos químicos y su clasificación

Galaviz Rodríguez Valeria

20/03/2020

Evolución de la tabla periódica Ley de las triadas En 1817 Johann Dobereiner (a la izquierda) observó que el peso atómico del estroncio era aproximadamente la media entre los pesos del calcio y del bario, elementos que poseen propiedades químicas similares. En 1829, tras descubrir la tríada de halógenos compuesta por cloro, bromo y yodo, y la tríada de metales alcalinos litio, sodio y potasio, propuso que en la naturaleza existían tríadas de elementos de forma que el central tenía propiedades que eran un promedio de los otros dos miembros de la tríada (la Ley de Tríadas). Esta nueva idea de tríadas se convirtió en un área de estudio muy popular. Entre 1829 y 1858 varios científicos (Jean Baptiste Dumas, Leopold Gmelin, Ernst Lenssen, el von de Max Pettenkofer, y J.P. Cooke) encontraron que estos tipos de relaciones químicas se extendían más allá de las tríadas. Durante este tiempo se añadió el flúor al grupo de los halógenos; se agruparon oxígeno, azufre, selenio y teluro en una familia mientras que nitrógeno, fósforo, arsénico, antimonio y bismuto fueron clasificados en otra. Las investigaciones llevadas a cabo presentaban la dificultad de que no siempre se disponía de valores exactos para las masas atómicas y se hacía difícil la búsqueda de regularidades. Ley de las octavas de Newlands En 1864, el químico inglés John Alexander Reina Newlands comunicó al Royal College of Chemistry (Real Colegio de Química) su observación de que al ordenar los elementos en orden creciente de sus pesos atómicos (prescindiendo del hidrógeno), el octavo elemento a partir de cualquier otro tenía unas propiedades muy similares al primero. En esta época, los llamados gases nobles no habían sido aún descubiertos.

Esta ley mostraba una cierta ordenación de los elementos en familias (grupos), con propiedades muy parecidas entre sí y en Periodos, formados por ocho elementos cuyas propiedades iban variando progresivamente. El nombre de octavas se basa en la intención de Newlands de relacionar estas propiedades con la que existe en la escala de las notas musicales, por lo que dio a su descubrimiento el nombre de ley de las octavas. Tabla periódica - Meyer Julius Lothar Meyer (1830-1895) era profesor de Química en la Universidad de Wroclaw cuando asistió al congreso de Karlsruhe. Las conclusiones del mismo le permitieron revisar las relaciones numéricas

existentes

entre

los

elementos químicos apoyándose en la teoría atómica de Dalton y la hipótesis de Avogadro. Pensaba, como Mendeleiev, que su libro de texto debería estar basado en una clasificación de elementos y consiguió preparar una primera versión en 1864. Esta clasificación estaba basada en la valencia de los elementos aunque no era el único factor que determinaba el orden, eran también los pesos atómicos y sus relaciones entre los de elementos homologos. Clasificación de Mendeleiev (1869). La clasificación de Mendeleiev es la mas conocida y elaborada de todas las primeras clasificaciones periódicas. Clasificó lo 63 elementos

conocidos

hasta

entonces

ordenándolos por masa atómica, ya que hasta bastantes años después no se definió el concepto de número atómico puesto que no se habían descubierto los protones, y utilizando criterios químicos (como se relacionaban los elementos entre sí para formar moléculas, entre otros) Su tabla periódica dejaba espacios

vacíos, que él consideró que se trataba de elementos que aún no se habían descubierto. Así, predijo las propiedades de algunos de éstos, tales como el Germanio, (para Mendeleiev eka-silicio, porque sabía que tendría propiedades similares y masa atómica alrededor de 70), o el Galio (eka-Aluminio, también con sus características). Pocos años después se descubrió el Galio (1875) y el Germanio (1886) con las características predichas. Tabla periódica moderna Los elementos químicos se ordenan según su número

atómico. Los elementos

de una

columna constituyen un grupo. Los elementos de una fila horizontal constituyen un periodo  Organiza los elementos en orden de su número atómico.  Los elementos se disponen en grupos verticales (1-18) y en periodos horizontales (1-7). La mayor parte de los elementos son metales. Los no metales se localizan hacia la parte derecha superior de la TP  En la zona diagonal frontera entre metales y no metales se sitúan los  

metaloides – Los seis elementos metaloides son: Si, Ge, Sb, Se y Te.

Propiedades periódicas y su variación en la tabla periódica Radio atómico (RA) Es la distancia que existe entre el núcleo y la capa de valencia (la más externa). El radio atómico dependerá del tipo de unión que presenten los atómos. La medida de los radios atómicos se expresa en angstrom (Å); así, 1 Å = 10 –10 m. Pero en las unidades SI, se da en nanómetros (1 nm = 10 –9 m) o en picómetros (1 pm = 10–12 m). Por ejemplo, un átomo de sodio tiene un radio de 1,86 Å; o de 0,186 nm, o de 186 pm.

- En un grupo: el radio atómico aumenta al descender, pues hay más capas de electrones. - En un período: el radio atómico aumenta hacia la izquierda pues hay las mismas capas pero menos protones para atraer a los electrones.

Energía de ionización (EI) Es la energía necesaria para separar totalmente el electrón más externo del átomo en estado gaseoso. Como resultado, se origina un ion gaseoso con una carga positiva (catión). Una manera de expresar esta información es la siguiente: X(g) + energía → X+ (g) + 1e– Si el electrón está débilmente unido, la energía de ionización es baja; si el electrón está fuertemente unido, la energía de ionización es alta. - En un grupo: La energía de ionización disminuye al aumentar el número atómico, ya que los electrones externos están cada vez más alejados del núcleo y por lo tanto cada vez menos atraidos por el núcleo (será más fácil extraerlos).

- En un período: La energía de ionización aumenta al aumentar el número atómico, ya que para un mismo periodo los electrones se colocan en la misma capa de valencia y al ir aumentando la carga positiva del núcleo, la atracción de ésta sobre los electrones será cada vez mayor.

Afinidad electónica (AE) Es la energía libera a cuando un átomo en estado gaseoso capta un electrón, formándose un ión gaseoso negativo. El átomo se convertirá en un anión. Una representación general de este proceso, en términos energéticos, es la siguiente: X(g) + 1e– → X–(g) + energía Está comprobado que a mayor electronegatividad, mayor es la tendencia que tiene el átomo para aceptar un electrón. - En un grupo: La Afinidad electónica disminuye de arriba hacia abajo a medida que aumenta el número atómico (Z). - En un período: La Afinidad electónica aumenta a medida que aumenta el número atómico (Z).

Electronegatividad (EN) Es la capacidad que tiene uno de sus átomos de atraer, en un enlace químico covalente, electrones compartidos con otros átomos. La electronegatividad se determina en la escala de Pauling. Al flúor (F), el elemento más electronegativo, se le asigna el valor 4,0; al Francio (Fr), el menos electronegativo, le corresponde el 0,7. - En un grupo: La electronegatividad disminuye al descender, pues el núcleo estará más alejado y atraerá menos a un electrón. - En un período: La electronegatividad aumenta hacia la derecha pues hay las mismas capas pero más protones para atraer a los electrones y lo hacen con mayor facilidad.

Carga nuclear efectiva (Zef o Z* ) Es la carga real que mantiene unido un electrón al núcleo. Depende de dos factores contrapuestos: - Carga nuclear (Z). A mayor ”Z” mayor ”Zef ”, pues habrá mayor atracción por parte del núcleo al haber más protones. - Apantallamiento o efecto pantalla (S; o "a") de e– interiores o repulsión electrónica. A mayor apantallamiento menor ”Zef”. Zef= Z −S

Donde: Z es el número atómico, y define tanto el número de protones en el núcleo como el total de electrones de un átomo. S o a es la constante de pantalla, depende del número de electrones entre el núcleo y el electrón considerado, y también en qué tipo de orbital se encuentran los electrones que restan carga nuclear. No contribuyen los electrones exteriores al nivel energético considerado, pero sí el resto de los vecinos del mismo nivel. En un grupo: Zef permanece casi inalterable, pues aunque hay una mayor carga nuclear también hay un mayor apantallamiento. Consideraremos que en la práctica cada e– de capa interior es capaz de contrarrestar el efecto de un protón. En un período: La Zef aumenta hacia la derecha, debido al menor apantallamiento de los e– de la última capa y al mayor “Z”, de manera que según se avanza en un periodo hacia la derecha crece más “Z” que “S”, pues el apantallamiento de los e– de ultima capa es inferior a 1.

10 elementos químicos más abundantes en la naturaleza Elemento O Si Al Fe Ca Na K Mg Ti H

% en masa 46.71 27.69 8.07 5.05 3.65 2.75 2.58 2.08 0.62 0.14

1. Oxígeno – O2 atmosférico (21%) – Litosfera: multitud de compuestos (óxidos, carbonatos, nitratos, etc.). • En la naturaleza se combina con todos los elementos excepto F y Cl. – O3. Ozono estratosférico. Papel crucial en la protección de la radiación ultravioleta. – O2 Uso industrial en tratamiento de aguas y en la fabricación de acero.

2. Silicio – El elemento más importante en la corteza. Rocas sedimentarias. Sílice (SiO2), Silicatos. – Elemento crucial para la microelectrónica. – Otros usos industriales: • fabricación de cementos y ladrillos • industria del vidrio • industria de las telecomunicaciones: fibras ópticas • materiales de alta tecnología: refractarios, siliconas, etc.

3. Aluminio – Combinado con O y Si forma los aluminosilicatos. • Zeolitas: catalizadores para la industria petroquímica – Metal muy abundante pero muy disperso. Principal mena industrial es la bauxita – Es el metal preferido en la industria aeronáutica por su ligereza y resistencia – Sales de Al: industria alimentaria (levadura química), fijador de colorantes en la industria textil – Al2O3. Material refractario y soporte para catálisis. 4. Hierro – Presencia en forma de rocas: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4) o goetita (FeO(OH)). – Fundamental para la fabricación de acero – Es el metal fundamental para el desarrollo de la sociedad industrial. Metal estructural esencial. 5. Calcio – Esencial para la formación de dientes y huesos – Se obtiene de CaCO3, CaSO4·2H2O (yeso), CaF2 (fluorita) 6. Sodio – Se obtiene fundamentalmente de los océanos, donde el Na+ es el catión más abundante, y de minas de sal. – Compuestos como NaCl, NaHCO3, Na2CO3, Na2SO4, NaOH tienen multitud de usos en la industria química. 7. Potasio – Es el 4º elemento más abundante en el mar (390 mg·kg-1) – El principal uso: Fertilizantes 8. Magnesio – Se obtiene normalmente del agua de mar (1300 mg·kg-1) o minerales como MgCO3. – El metal se utiliza para fabricar aleaciones ligeras

– MgO: material refractario y adsorbente (tratamiento de aguas) 9. Titanio – Menas principales: rutilo (TiO2) e ilmenita (FeTiO3) – Metal abundante pero muy caro de obtener. Proceso Kroll – Metal de propiedades ideales: • ligero • extraordinariamente inerte químicamente • alta resistencia mecánica 10. Hidrogeno -Su punto de ebullición se sitúa alrededor de los -253 ºC, por lo que siempre lo vemos como un gas. -En la actualidad se está trabajando con ella en industrias químicas (amoniaco e intermediarios de plásticos), petrolíferas (hydrocracking) y usándose para soldar.

Cobre - Cu Hoja de seguridad Aplicaciones En el área de las telecomunicaciones es el metal más utilizado para el cableado, desarrollo de nuevas tecnologías, aumento de la efectividad de transmisión en dispositivos electrónicos. En el área eléctrica, se fabrican equipos electrónicos con cobre puesto que su conductividad es mayor que otros metales y su duración también. En relación con la fabricación de maquinarias especializadas, el cobre se emplea puesto que es un metal conductor térmico, resistente a la corrosión, muy fuerte y no es magnético. También, por estas propiedades se lo usa para la producción de piezas industriales. Efecto ambiental del Cobre El Cobre puede ser liberado en el medioambiente tanto por actividades humanas como por procesos naturales. Ejemplo de fuentes naturales son las tormentas de polvo, descomposición de la vegetación, incendios forestales y aerosoles marinos. Otros ejemplos son la minería, la producción de metal, la producción de madera y la producción de fertilizantes fosfatados.

El Cobre es a menudo encontrado cerca de minas, asentamientos industriales, vertederos y lugares de residuos. Cuando el Cobre termina en el suelo este es fuertemente atado a la materia orgánica y minerales. Como resultado este no viaja muy lejos antes de ser liberado y es difícil que entre en el agua subterránea. En el agua superficial el cobre puede viajar largas distancias, tanto suspendido sobre las partículas de lodos como iones libres. El Cobre no se rompe en el ambiente y por eso se puede acumular en plantas y animales cuando este es encontrado en suelos. En suelos ricos en Cobre sólo un número pequeño de plantas pueden vivir. Por esta razón no hay diversidad de plantas cerca de las fábricas de Cobres, debido al efecto del Cobre sobre las plantas, es una seria amenaza para la producción en las granjas

Referencias Ángeles M. (2012). Triadas de Dobereiner. Química. Recuperado de: http://quimica.laguia2000.com/general/t riadas-de-dobereiner el 17/03/2020 Jaime L. (2010). Dobrereiner. Epónimos Científicos. Recuperado de: http://blog.uchceu.es/eponimoscientificos/files/2011/10/epoDOBEREINER.pdf el 18/03/2020 Saavedra C. (2015). Propiedades periódicas. Portal educativo. Recuperado de: https://www.portaleducativo.net/primero-medio/35/propiedades-periodicas el 18/03/2020 Villar S. (2014). Catálogo de los elementos químicos usados en la electrónica. Recuperado de: https://es.slideshare.net/frikysinideas/catalogo-delos-elementos-qumicos-usados-en-la-electrnica el 17/03/2020...