Las Propiedades Periódicas. Química Inorgánica I. Sigfrido Escalante Tovar sep-2008


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1 Las Propiedades Periódicas Química Inorgánica I Sigfrido Escalante Tovar sep-2008

2 Créditos y referencias Facultad de Química El material que sigue está conformado por trabajo original y material tomado de las varias fuentes, entre ellas: Principles of Inorganic Chemistry, J.E. Huheey, E.A. Keiter, R.L. Keiter,Harper-Collins, NY, Principles of Descriptive Inorganic Chemistry, G. Wulfsberg, University Science Books, Mill Valley, También se presenta material tomado de varios sitios accesibles por Internet. En la medida de lo posible se menciona la dirección URL donde se puede consultar el material.

3 Los elementos y su aspecto I

4 Estado de agregación Gas Sólido Líquido

5 Los diferentes tipos de compuestos Triángulos de Van Arkel-Ketelaar

6 Dimitrij Ivanovič Mendělejev Mendeleiev joven En 1869, a los 35 años, presentó la ley periódica y su 1ª versión de la Tabla Periódica

7 La tabla de Mendeleiev

8 La tabla de Seaborg Glen Theodore Seaborg, en 1944, a sus 31 años, predijo la existencia de los elementos transuránicos y él mismo obtuvo varios de ellos. Esto provocó que la tabla periódica tuviera que ser nuevamente modificada. Recibió el premio Nobel de química en 1951.

9 El acelerador de partículas

10 acelerador de partículas cont

11 Interior del colisionador de hadrones del CERN Facultad de Química

12 El sincrotrón de gradiente alterno de Brookhaven

13 El acelerador del CERN en Ginebra, Suiza.

14 El acelerador del CERN

15 La historia y los elementos Facultad de Química Fecha de descubrimiento Antes de H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br K Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc (98) 44 Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po (209) 85 At (210) 86 Rn (222) 87 Fr (223) 88 Ra (226) Rf (261) 105 Db (262) 106 Sg (266) 107 Bh (264) 108 Hs (277) 109 Mt (268) 110 Ds (271) 111 Uuu (272) 112 Uuu (272) 113 Uuu (272) 114 Uuu (272) 115 Uuu (272) 116 Uuu (272) 117 Uuu (272) 118 Uuu (272) La La La La Ce Pr Nd Pm (145) 62 Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu La La La Ac (227) 90 Th Pa U Np (237) 94 Pu (244) 95 Am (243) 96 Cm (247) 97 Bk (247) 98 Cf (251) 99 Es (252) 100 Fm (257) 101 Md (258) 102 No (259) 103 Lr (262)

16 Las diferentes tablas hay más de 600!

17 Metales, no metales y semi-metales Facultad de Química

18 Los grupos Facultad de Química

19 Metales Alcalinos Facultad de Química H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

20 Metales alcalinotérreos Facultad de Química H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

21 Metales de transición H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

22 Metales post-transicionales H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

23 Calcógenos H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

24 Halógenos H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

25 Gases nobles H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

26 Lantanoides H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

27 Actinoides H Li 11 Na 4 Be 12 Mg K 37 Rb 55 Cs 87 Fr Ca 38 Sr Sc 39 Y Ti 40 Zr 56 Ba Hf 88 Ra Rf V 41 Nb 73 Ta 105 Db Cr 42 Mo 74 W 106 Sg Mn 43 Tc 75 Re 107 Bh Fe 44 Ru 76 Os 108 Hs Co 45 Rh 77 Ir 109 Mt Ni 46 Pd 78 Pt 110 Ds Cu 47 Ag 79 Au 111 Uuu Zn 48 Cd 80 Hg 112 Uuu 5 B 13 Al Ga 49 In 81 Tl 6 C 14 Si Ge 50 Sn 82 Pb 7 N 15 P As 51 Sb 83 Bi 8 O 16 S Se 52 Te 84 Po 9 F 17 Cl Br 53 I 85 At 2 He 10 Ne 18 Ar Kr 54 Xe 86 Rn Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu Uuu 57 La 58 Ce 59 Pr 60 Nd 61 Pm 62 Sm 63 Eu 64 Gd 65 Tb 66 Dy 67 Ho 68 Er 69 Tm 70 Yb 71 Lu 89 Ac 90 Th 91 Pa 92 U 93 Np 94 Pu 95 Am 96 Cm 97 Bk 98 Cf 99 Es 100 Fm 101 Md 102 No 103 Lr

28 Bloques: s, p, d, f Facultad de Química

29 Periodic Table of the Elements I U P A C Facultad de Química > printable version [pdf file - 17KB] - sized to print on A4 and US letter paper. For a brief review, see Chem. Int. 2004, Jan, p. 8; CI tear off version [pdf file -474 KB] V Below each element is keyed to a color matching the time of its discovery Time of Discovery Before H Li Be Na Mg K Rb Ca Sr Sc Y Ti Zr V Nb Cr Mo Mn Tc (98) 26 Fe Ru Co Rh Ni Pd Cu Ag Zn Cd B Al Ga In C Si Ge Sn N P As Sb O S Se Te F Cl Br I Cs Ba Hf Ta W Re Os Fr (223) 88 Ra (226) Rf (261) 105 Db (262) 106 Sg (266) 107 Bh (264) 108 Hs (277) Ir Pt Au Hg Tl Pb Mt (268) 110 Ds (271) 111 Uuu (272) Bi Po (209) 2 He Ne Ar Kr Xe At Rn (210) (222) La tabla oficial La La La La La La La Ac (227) 58 Ce Th Pr Pa Nd U Pm (145) 93 Np (237) 62 Sm Pu (244) 63 Eu Am (243) 64 Gd Cm (247) 65 Tb Bk (247) 66 Dy Cf (251) 67 Ho Es (252) 68 Er Fm (257) 69 Tm Md (258) 70 Yb No (259) 71 Lu Lr (262) Notes Element with atomic number 111 has not yet been named; the IUPAC provisional symbol is shown. Element with atomic numbers 112, 114, and 116 have been reported but not fully authenticated as of September 2003 (Pure Appl. Chem. 75(10), pp , 2003). Atomic weights last revised based on the 1999 review published in Pure Appl. Chem. 73(4), pp , 2001, and the most recent review (2001) published in Pure Appl. Chem. 75(8), pp , A similar table, commemorative of IUPAC 80 Years of Service to Chemistry was produced as a laminated postcard and distributed with the Nov issue of Chemistry International

30 Tamaño atómico

31 Tamaño orbital Facultad de Química 2p 3p 4p

32 Radios covalentes Facultad de Química

33 Radio covalente vs radio de Van der Waals

34 Radios atómicos Facultad de Química

35 Radios atómicos cont. Facultad de Química

36

37 Radios atómicos cont.

38 1a energía de ionización A(g) A + (g) + 1e - E= I 1

39 2o período: I 1, I 2 e I 3 Energía (KJ/mol) Li Be B C N O F Ne -- Elemento I1 I2 I3

40 1a serie de transición: I 1, I 2 e I 3 Energía (KJ/mol) Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Elemento I1 I2 I3

41

42 1a energía de ionización I 1

43 1a energía de ionización cont.

44 Tendencias en I 1 Facultad de Química

45 También la afinidad electrónica presenta variaciones periódicas Para empezar, Qué es la afinidad electrónica? Es la energía involucrada en el siguiente proceso: A - (g) A(g) + e - H = AE 1 = I 0

46 Afinidad electrónica Facultad de Química AE 2 (O) = I -1 (O)= -744 kj mol -1 AE 2 (S) = I -1 (S)= -456 kj mol -1

47 Electronegatividad de Pauling χ p A:B A - : B + A + :B - E AB = ½(E AA + E BB ) + E AB = (E AA. EBB ) ½ + ( ) 1/2 = K(χ A χ B ) Existen muchas otras escalas de electronegatividad: Mulliken, Sanderson, Allred-Rochow, etc.

48 Variaciones en χ p Facultad de Química

49 Electronegatividad cont.

50 Variaciones en la electronegatividad Facultad de Química

51 Propiedades termodinámicas Energía y entropía Energía libre y espontaneidad Algunas energías importantes: H f entalpía de formación H r entalpía de reacción E AB energía de enlace y H dis entalpía de disociación H at entalpía de atomización H hid entalpía de hidratación U 0 energía de red cristalina

52 H f ó H 0 Facultad de Química entalpía de formación Es el cambio de entalpía que se produce cuando se forma una mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus fases estándar a 298 K y 100 kpa. Ejemplo: la reacción de formación del dióxido de carbono C(s) + O 2 (g) CO 2 (g) H f = -394 kjmol -1

53 E Facultad de Química edo. inicial E = E(final) - E(inicial) < 0 edo. final Proceso exotérmico t E edo. final E = E(final) - E(inicial) > 0 edo. inicial Proceso endotérmico t

54 E AB : energía de enlace y H dis : entalpía de disociación del enlace H dis es la energía necesaria para romper una mol de enlaces covalentes A-B a una temperatura dada. Molécula E A-B (kjmol -1 ) H-H 432 F-F 158 Cl-Cl 242 Br-Br 193 I-I 151 H-Cl 438

55 Energía libre de Gibbs G = H - T S Facultad de Química H S G Obs. < 0 0 < 0 0 < 0 > 0 Proceso espontáneo Proceso no espontáneo 0 0 < 0 (si T es alta) Espontáneo a Ts altas < 0 < 0 < 0 (si T es baja) Espontáneo a Ts bajas

56 H 0 r ó H 0 (reacción): entalpía de reacción CO(g) + ½O 2 (g) CO 2 (g) Facultad de Química H 0 r = Σ H 0 (productos) - Σ H 0 (reactivos) H f (CO 2 ) = -394 kjmol -1 H f (CO) = -111 kjmol -1 H f (O 2 ) = 0 kjmol -1 (por definición) H 0 r = (-394 kjmol -1 ) - (-111 kjmol kjmol -1 ) = -283 kjmol -1

57 H at : entalpía de atomización Es la energía necesaria para producir una mol de átomos gaseosos de un elemento a partir de éste en condiciones estándar. S 8 (s) 8S(g) H at = kjmol -1 Cl 2 (g) 2Cl(g) H at = 121 kjmol -1

58 H hid : entalpía de hidratación Es la energía involucrada cuando se hidrata una mol de iones en agua. M y+ (g) + nh 2 O [M(H 2 O) n ] y+ HH r = HH hid

59 U 0 : energía de red cristalina Es la energía que se libera cuando se forma una mol de cristal iónico a partir de sus iones en fase gaseosa. A y+ (g) + B x- (g) A x B y (s) H r = U 0 < 0

60 Termodinámica vs Cinética En ocasiones un proceso termodinámicamente favorecido no se lleva a cabo porque cinéticamente no lo es. C(diamante) C(grafito) H f = -3 kjmol -1

61 Cinética y termodinámica estado de transición E Energía de activación edo. inicial E = E(final) - E(inicial) < 0 edo. final t

62 La ley periódica Facultad de Química Si ordenamos a los elementos en orden ascendente de su número atómico, sus propiedades se repiten o varían periódicamente Cuáles son las propiedades periódicas?

63 Propiedades que tienen variaciones periódicas Electronegatividad Estado de oxidación Tamaño Energía de ionización Afinidad electrónica

64 Propiedades que tienen variaciones periódicas Densidad Volumen molar

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