1.11 Propiedades atómicas y variaciones periódicas
Carga
Nuclear Efectiva
En los átomos
polielectrónicos, los protones que se encuentran en el núcleo no ejercen la
misma fuerza de atracción sobre todos los electrones por igual. Esto se debe a
los efectos pantalla que causan los electrones más cercanos al núcleo sobre los
que se encuentran más alejados. Se le llama carga nuclear efectiva a la
diferencia entre la carga nuclear neta (que depende del número atómico del
elemento) y la constante del efecto pantalla s, es la fuerza real que ejerce el
núcleo sobre un electrón en particular.
Z es
el número de protones y electrones del átomo, dado por su número atómico, y s
el valor de la constante de apantallamiento, que depende del número de electrones
que separan al núcleo del electrón en cuestión.
La carga nuclear efectiva
puede calcularse según las reglas de Slater, quien las formuló en 1930 son las siguientes:
v Los
electrones ubicados en un orbital de mayor nivel contribuyen en 0 (para la
sumatoria que da como resultado la constante de apantallamiento s)
v Cada
electrón en el mismo nivel contribuye en 0,35 (excepto si el nivel es 1s, que
resta 0,30).
v Electrones
en el nivel inmediato inferior, si están en orbitales s o p contribuyen en
0,85, si son de orbitales d o f contribuyen en 1,0 cada uno.
v Electrones
por debajo del nivel inmediato inferior, contribuyen en 1,0 cada uno.
Radio
atómico
La distancia promedio que
hay desde el núcleo hasta el electrón de la última capa es lo que se conoce con
el nombre de radio atómico. A lo largo de un periodo hay un decrecimiento
pequeño aunque este está generalizado en el tamaño del radio atómico. Esto se
debe al hecho de que a medida que avanzamos en el periodo, los elementos están
en el mismo nivel de energía o a igual distancia del núcleo, pero al mismo
tiempo la carga nuclear va aumentando de 1 en 1 en cada elemento. A pesar de
esto, hay también un incremento en el número de electrones, cada electrón es
atraído hacia el núcleo, por tanto a mayor carga nuclear mayor atracción de los
electrones hacia el núcleo.
Checando en cualquier grupo
en la tabla periódica se observa un incremento más bien considerable en el
tamaño atómico. En este caso al aumentar el número atómico, aumenta la cantidad
de niveles de energía, por lo que el átomo por consiguiente aumenta su tamaño,
encontrándose los electrones más alejados del núcleo, donde son atraídos con
menor fuerza.
Medir directamente el radio
atómico es muy difícil ya que el tamaño de un átomo se piensa como el volumen
que contiene el 90% de la totalidad de la densidad electrónica. Así el radio
atómico es la mitad de la distancia entre dos núcleos de dos átomos adyacentes
Analicemos la tendencia periódica en un periodo, siempre teniendo en cuenta que
el radio atómico esta determinado por cuán fuerte atrae el núcleo a los
electrones.
Radio
iónico
El radio iónico es el radio
de un anión o de un catión, este mismo afecta las propiedades físicas y
químicas de un compuesto iónico. Cuando un átomo neutro se convierte en un
anión, su tamaño o radio aumenta, dado que la carga nuclear permanece constante
pero la repulsión resultante de la adición de un electrón es mayor. Por otra
parte un catión es menor que su átomo neutro, dado que al quitar electrones
reduce la repulsión electrónica y se contrae la nube electrónica En un grupo el
radio atómico y el radio iónico varían de igual forma, es decir al descender en
un grupo el radio atómico aumenta y el radio iónico también. Para iones
derivados de elementos de diferentes grupos la comparación solo tiene
significado si los iones son isoelectrónicos. Si se analizan iones
isoelectrónicos se encuentra que los aniones son más grandes que los cationes.
Energía de ionización
La energía de ionización,
también llamada potencial de ionización, es la energía que hay que suministrar
a un átomo neutro, gaseoso y en estado fundamental, para arrancarle el electrón
más débil retenido.
Siendo esta energía la
correspondiente a la primera ionización. La segunda energía de ionización
representa la energía necesaria para arrancar un segundo electrón y su valor es
siempre mayor que la primera, ya que el volumen de un ión positivo es menor que
el del átomo neutro y la fuerza electrostática es mayor en el ión positivo que
en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear:
X+ + 2ªE.I. flecha X2+ + e-
Puedes deducir tú mismo el
significado de la tercera energía de ionización y de las posteriores.
La energía de ionización se
expresa en electrón-voltio, julios o en Kilojulios por mol (kJ/mol).
1 eV = 1,6.10-19 culombios .
1 voltio = 1,6.10-19 julios
En los elementos de una
misma familia o grupo la energía de ionización disminuye a medida que aumenta
el número atómico, es decir, de arriba abajo.
En los alcalinos, por
ejemplo, el elemento de mayor potencial de ionización es el litio y el de menor
el francio. Esto es fácil de explicar, ya que al descender en el grupo el
último electrón se sitúa en orbitales cada vez más alejados del núcleo y,
además, los electrones de las capas interiores ejercen un efecto de
apantallamiento frente a la atracción nuclear sobre los electrones periféricos
por lo que resulta más fácil extraerlos.
En los elementos de un mismo
período, la energía de ionización crece a medida que aumenta el número atómico,
es decir, de izquierda a derecha.
Esto se debe a que el
electrón diferenciador está situado en el mismo nivel energético, mientras que
la carga del núcleo aumenta, por lo que será mayor la fuerza de atracción y,
por otro lado, el número de capas interiores no varía y el efecto de
apantallamiento no aumenta.
Sin embargo, el aumento no
es continuo, pues en el caso del berilio y el nitrógeno se obtienen valores más
altos que lo que podía esperarse por comparación con los otros elementos del
mismo período. Este aumento se debe a la estabilidad que presentan las
configuraciones s2 y s2p3, respectivamente.
La energía de ionización más
elevada corresponde a los gases nobles, ya que su configuración electrónica es
la más estable, y por tanto habrá que proporcionar más energía para arrancar un
electrón. Puedes deducir y razonar cuáles son los elementos que presentan los
valores más elevados para la segunda y tercera energías de ionización.
Afinidad
electrónica
También denominada electroafinidad, es la energía absorbida o liberada por un átomo en
fase gaseosa cuando acepta un electrón, si el átomo es neutro se
denomina primera afinidad
electrónica, si es un ion se denomina segunda afinidad electrónica,
tercera afinidad electrónica, etc..
Generalmente la primera
afinidad electrónica es negativa (exotérmica) y la segunda, tercera afinidad
electrónica es positiva (endotérmica).
Electronegatividad
Electronegatividad es la
capacidad de un átomo tiene que atraer a los electrones de otro átomo cuando
los dos forman un enlace químico. Es decir un atomo cuando se aisla, tiene un
gran potencial de ionización y afinidad electrónica también está presente
cuando se conecta a otro átomo, gran atracción para los electrones, es decir,
tener una electronegatividad alta.
Podemos decir que la
electronegatividad depende de dos factores: el tamaño del átomo y el número de
electrones en la última capa. Ya sabemos la influencia del primer factor: el
más pequeño es el átomo, mayor será su capacidad para atraer electrones, ya que
la distancia del núcleo es más pequeño. El segundo factor se debe a la
tendencia de los átomos se han vuelto más estable cuando la curva ocho
electrones en la última capa. Los átomos con más electrones en la capa inferior
atracción mayor para los electrones de otros átomos.
Cuanto más pequeño es el
átomo y el mayor es el número de electrones en la capa última, mayor será su
electronegatividad. Para medir la cantidad de un átomo es más o menos
electronegativo que el otro, fue propuesta por Linus Pauling una escala que
asigna el valor de 4.0 para el átomo de mayor electronegatividad, que es el
flúor. Los valores de los otros átomos se determinan mediante la comparación.
Para concucluir les dejamos este video para un reforzar el tema
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