Download Tabla Periódica e Hidrógeno

Tabla periódica
Hidrógeno
Química General e Inorgánica.
Dra Sandra M Ferreira. 16 de mayo
Dmitri Ivanovich Mendeleev
(1834-1907)
Lothar Meyer
(1830-1895)
Tabla periódica de Mendeleev (1872)
Tabla periódica moderna
Organización de la tabla periódica
• Los elementos se ordenan según su numero
atómico (Z).
• Grupos: Elementos con propiedades
químicas y físicas similares.
• Periodos: elementos con igual numero
cuántico principal (n)
Organización de la tabla periódica
• Los elementos representativos:
# Ultimo nivel incompleto
# El electrón diferenciador entra en
ultimo nivel en el subnivel s o p
# El numero de grupo coincide con los
electrones de valencia
Organización de la tabla periódica
• Los elementos de Transición:
# Ultimo y penúltimo nivel incompleto
# El electrón diferenciador entra en el penúltimo nivel
en el subnivel (n-1) d
• Los elementos de Transición Interna:
# Ultimo (menos de 8), penúltimo (menos de 18) y
antepenúltimo (menos de 32)
# El electrón diferenciador entra en el antepenúltimo
nivel en el subnivel (n-2) f
# Son los actinidos y lantanidos
Tabla periódica
bloque s
bloque f
bloque d
bloque p
Los bloques de la tabla periódica toman el nombre
del subnivel ocupado más externo de átomo.
Estados de agregación de los elementos
a 25°C y 1 atm
Gases (azul), sólidos (marrón) y líquidos (Bromo,
Galio y Mercurio)
Tabla periódica moderna
Metales
Metaloides
No Metales
Propiedades de los metales
• Tienen apariencia lustrosa
• Son sólidos a temperatura ambiente (excepto el
Hg, Br )
• Son buenos conductores de calor
• Son buenos conductores de la electricidad
• Son maleables
• Son dúctiles
• Cerca del 80% de los elementos son metales.
• tendencia a perder electrones; forman iones
con carga positiva.
Propiedades de los no metales
• 17 elementos son no metales
• Pueden ser sólidos, líquidos o gases a
temperatura ambiente.
• Son malos conductores de calor
• Son malos conductores de la electricidad (a
excepción del grafito)
• No son maleables
• No son dúctiles
• tendencia a ganar electrones (forman
aniones)
Radio atómico
Se define como la mitad de la distancia
entre los dos núcleos de dos átomos
metálicos adyacentes.
• Para elementos que existen como moléculas
diatómicas sencillas (F2, Cl2) el radio atómico es
la distancia entre los núcleos de los dos átomos
de una molécula específica.
Radio atómico
Radio atómico (pm)
Radio atómico
Número atómico (Z)
Variación del radio atómico
Radio iónico
.
Radio iónico se obtiene a partir
de las distancias internucleares
en cristales iónicos..
Variación del radio atómico y del radio
iónico
Aniones
Radio (pm)
Radio (pm)
Cationes
Número atómico
Número atómico
Tamaños
relativos de
cationes,
aniones y sus
respectivos
átomos neutros.
Variación del radio iónico
Energía de ionización
Es la energía que se requiere para quitar un
electrón de un átomo en estado gaseoso, en su
estado fundamental. Unidades (kJ/mol)
X(g) + energía  X+(g) + eSe denomina primera energía de ionización (I1)
Energía de ionización
Grupo
Período
Energía de
ionización
(kJ/mol)
Variación de la energía de ionización
•Los metales tienen baja E de ionización
•Los no metales tienen alta E de ionización
•Los metaloides tienen intermedias a ambos
 Energía de ionización grupo 2 es mayor grupo 13
•Configuración electrónica
ns2
ns2 np1
e- np está apantallado por los electrones internos y
los del subnivel ns.
Se necesitará menos energía para quitar un sólo ep que un e- s apareado.
Variación de la energía de ionización
Energía de ionización grupo 15 > 16
Configuración electrónica
ns2 np3
ns2 np4
El e- np4 está apareado y esto genera
repulsión electrostática facilitando la salida
del e- a pesar de que la carga nuclear es
mayor.
Carga nuclear efectiva
La carga nuclear efectiva (Zefect) es la carga
que se ejerce sobre el electrón
Zefect = Z- 
Z = carga nuclear real (número atómico)
 = constante de apantallamiento
Los e cercanos al núcleo ejercen un efecto protector
sobre los e de los niveles mas externos reduciendo la
atracción electrostática entre los protones del nucleo
Energía de ionización
X+(g) + energía  X2+(g) + e- Segunda E ionización
X+2(g) + energía  X3+(g) + e- Tercera E ionización
Siempre I1 < I2 < I3
Salida del electrón
en un átomo neutro
Salida del electrón
en un catión
Energía de ionización
Primera
Segunda
Tercera
Cuarta
1760
Primeras y segundas
energías de ionización
(kJ/ mol) para los
elementos del grupo 2.
1450
1345
900
1060
966
736
590
548
502
2
Be
Mg Ca
Sr
Ba
1
Período
Pierde electrones
Grupo
Afinidad electrónica
Es el cambio de energía que ocurre cuando un
átomo, en estado gaseoso, acepta un electrón para
formar un anión
X(g) + e-  X-(g)
Suponiendo que un átomo gaseoso toma un e
F(g) + e-  F-(g)
H = -328 kJ/mol
La afinidad electrónica del fluor será +328 kJ/mol
Experimentalmente la afinidad electrónica se
determina desprendiendo un e de un anión
Variación de la afinidad electrónica
•Los metales tienen menor afinidad electrónica
que los no metales.
•Cuanto más positiva es significa que el anión
formado es mas estable.
•Es difícil hacer generalizaciones en relación con
el comportamiento periódico de la afinidad
electrónica.
•En un periodo la afinidad electrónica aumenta de
izquierda a derecha.
En un grupo la diferencia es muy pequeña.
Afinidad electrónica
Grupo
Afinidad
electrónica
(kJ/mol)
Período
Gana electrones
Grupo
Variación de la afinidad electrónica
•El oxigeno su primera afinidad electrónica es
positiva (141 kJ/ mol). Sin embargo la afinidad
electrónica del O - es negativa (- 844 kJ/ mol)
O 2- es isoelectrónico con el Ne Este proceso es
desfavorable en fase gaseosa .
La repulsión e- e- supera la estabilidad ganada al
adquirir la configuración de gas noble.
A pesar de ello los óxidos iónicos existe O2- ya
que se estabiliza con los cationes vecinos en la
red.
Electronegatividad
Es la capacidad de un átomo para atraer hacia sí
los electrones en un enlace.
•Es un concepto relativo, sólo se puede medir
respecto a otros elementos.
Fuerza de atracción relativa de cada átomo
El átomo B
tiene los electrones
más cerca
Electronegatividad
Aumenta
Aumenta
Tendencias generales de las
propiedades químicas
En general cada grupo tiene propiedades
químicas similares.
El primer elemento del grupo difiere del resto de
los elementos del grupo.
Se cumple desde el grupo 1 (Li) hasta el grupo
17 (F).
La explicación de este fenómeno se le atribuye
al tamaño inusitadamente pequeño.
Relaciones diagonales
 Se refieren a las semejanzas que existen
entre pares de elementos de diferentes grupos y
períodos en la Tabla Periódica.
Los tres primeros miembros el Li, Be, B del
segundo período presentan propiedades
similares a los elementos del tercer periodo
localizados en la diagonal.
Relaciones diagonales
Relaciones diagonales
 la explicación a este fenómeno es la
semejanza en la densidad de carga de sus
cationes.
La densidad de carga es la relación entre carga
del ion y el tamaño.
Relaciones diagonales
Be y Al, ambos poseen carácter anfótero
Be (s) + 2 H+ (ac)
2 Al (s) + 6 H+ (ac)
Be(s)+ 2 OH- (ac)+ 2 H2O (l)
2Al (s)+2OH- (ac)+ 6H2O (l)
Be2+ (ac)+ H2 (g)
2 Al3+ (ac)+ 3 H2 (g)
Be(OH)42- (ac) + H2 (g)
2 Al(OH)4- (ac) + 3 H2 (g)
Hidrógeno
El hidrógeno no puede considerarse como parte de
ninguno de los grupos puede tiene una alta energía de
ionización, baja afinidad electrónica y
electronegatividad media.
• Al igual que los elementos del grupo 1
Puede perder un eH(g)  H+(g) + eLa energía de ionización es mayor que la de metales alcalinos
• Al igual que los elementos del grupo 17
Puede ganar un eH(g) + e- 
H-(g)
La afinidad electrónica es menor que la de los halógenos
Formar moléculas diatómicas
H(g) + H(g)  H2 (g)
Comparte electrones
Elemento más abundante
• El 90 % de los átomos es H
• Libre en la alta atmósfera (H2) o combinado
formando numerosos compuestos
Propiedades físicas del hidrógeno
Elemento
Símbolo
Número atómico
Temperatura de fusión (K)
Temperatura de ebullición (K)
Entalpía de fusión (kJ/mol)
Entalpía de vaporización (kJ/mol)
Temperatura crítica (K)
Presión crítica (kPa)
Volumen crítico (mL)
Color
Hidrógeno
H
1
14,01
20,28
0,12
0,46
33,2
12,97
65,0
Incoloro
Isótopos del hidrógeno
Formación de Hidruros
Hidruros
Unidades moleculares discretas
Estructura polimérica
Compuestos iónicos
Clasificación de hidruros
•Hidruros salinos o iónicos:
Presentan en su molécula el ion hidruro (H-).
Se forman a partir de la reacción:
Hidrógeno + Metal alcalino o Ca, Sr o Ba.
•Hidruros covalentes:
La estabilidad depende de la electronegatividad del no metal y
del tamaño del átomo.
Se descomponen liberando hidrógeno y el elemento
correspondiente.
•Hidruros intersticiales:
Con metales de transición.
Hidruros covalentes
Según el grado de polaridad de su unión
Hidruros covalentes polares:
Reaccionan con agua dando cationes hidronio.
HCl + H2O  Cl- + H3O+
Reaccionan con agua dando aniones hidroxilo
NH3 + H2O  OH- + NH4+
Hidruros covalentes no polares:
La electronegatividad del elemento que se
combina es similar a la del H2. No reaccionan
frente al agua.
CH4
SiH4
Hidruros covalentes
•Hidruros del grupo 13:
Forman hidruros cuyas moléculas se asocian formando
dímeros (AlH3)2 y (BH3)2 o polímeros (AlH3)x. Se
comportan como ácidos de Lewis.
•Hidruros del grupo 14:
Los hidruros del C dan origen a cadenas largas
(hidrocarburos).
No poseen características ácidas o básicas.
•Hidruros de los grupos 15 a 17:
Grupo 15 El carácter básico disminuye con Z.
Grupo 16 El carácter ácido aumenta con Z.
Grupo 17 El carácter ácido aumenta con Z.
Fuertemente
oxidante
Fuertemente
reductor
H+(ac) + Cu (s)
No hay reacción
6 H+(ac) + 2 Al (s)
3 H2(g)+ 2 Al3+(ac)
Métodos de obtención
• Acción de los metales alcalinos o alcalino
térreos sobre agua (excepto el Be)
Metal + agua
hidróxido + H2 (g)
2 Na (s) + 2 H2O (l)
Li
2 NaOH (ac) + H2 (g)
Na
K
Métodos de obtención
Ca (s) + 2 H2O (l)
Ca(OH)2 (ac) + H2 (g)
Métodos de obtención
Acción de metales mas reductores que el
hidrógeno sobre ácidos no oxidantes
Metales que tengan menor E que el H2 son capaces de
desplazar al hidrogeno de los ácidos no oxidantes.
Zn (s) + 2 HCl (ac)
Fe (s) + 2 HCl (ac)
ZnCl2 + H2
FeCl2 + H2
Métodos de obtención
• Acción de los metales que dan hidróxidos
anfóteros
2 Al (s) + 2 NaOH (ac) + 6 H2O (l)
2 Al (OH)4- + 2 Na+ + 3 H2 (g)
• Acción del agua sobre hidruros salinos
hidruro salino + agua
CaH2(s) + 2 H2O(l)
hidróxido + H2 (g)
Ca(OH)2 (ac) + 2 H2(g)
Electrolisis del agua
BOMBA DE HIDRÓGENO
La energía se desprende al fusionarse los
núcleos de deuterio (2H) y de tritio (3H),
para dar un núcleo de helio.
La reacción en cadena se propaga por los
neutrones de alta energía desprendidos en
la reacción.
Bibliografía
• Atkins P.W, Jones L. Química . 3ra edición.
Ed Omega. 1999.
 Capítulos 7 y 19.
• Chang R. Química. Ed. McGraw Hill.
Novena Edición.
 Capítulos 8 y 21.
Consultas: [email protected] (Dra Sandra Ferreira)
Campus virtual www.ffyb.uba.ar