Tendencias periódicas

En química , las tendencias periódicas son patrones específicos presentes en la tabla periódica que ilustran diferentes aspectos de ciertos elementos cuando se agrupan por período y/o grupo . Fueron descubiertas por el químico ruso Dimitri Mendeleev en 1863. Las principales tendencias periódicas incluyen el radio atómico , la energía de ionización , la afinidad electrónica , la electronegatividad , la nucleofilicidad , la electrofilicidad , la valencia , la carga nuclear y el carácter metálico . ^{[ 1 ]} Mendeleev sentó las bases de la tabla periódica. ^{[ 2 ]} Mendeleev organizó los elementos en función del peso atómico, dejando espacios vacíos donde creía que elementos no descubiertos ocuparían sus lugares. ^{[ 3 ]} El descubrimiento de esta tendencia por parte de Mendeleev le permitió predecir la existencia y las propiedades de tres elementos desconocidos, que posteriormente fueron descubiertos por otros químicos y denominados galio , escandio y germanio . ^{[ 4 ]} El físico inglés Henry Moseley descubrió que organizar los elementos por número atómico en lugar de por peso atómico agruparía naturalmente los elementos con propiedades similares. ^{[ 3 ]}

El radio atómico es la distancia desde el núcleo atómico hasta el orbital electrónico más externo de un átomo . En general, el radio atómico disminuye al desplazarnos de izquierda a derecha en un periodo y aumenta al descender en un grupo . Esto se debe a que, en los periodos, los electrones de valencia se encuentran en la misma capa externa . El número atómico aumenta dentro del mismo periodo al desplazarnos de izquierda a derecha, lo que a su vez incrementa la carga nuclear efectiva . El aumento de las fuerzas de atracción reduce el radio atómico de los elementos . Al descender en un grupo, el radio atómico aumenta debido a la adición de una nueva capa. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]}

La carga nuclear se define como el número de protones en el núcleo de un elemento . Por lo tanto, de izquierda a derecha en un período y de arriba abajo en un grupo , a medida que aumenta el número de protones en el núcleo, la carga nuclear también aumenta. ^{[ 8 ]} Sin embargo, los electrones de los átomos multielectrónicos no experimentan la carga nuclear completa debido a los efectos de apantallamiento de los demás electrones. En este caso, la carga nuclear de los átomos que experimentan este apantallamiento se denomina carga nuclear efectiva . El apantallamiento aumenta a medida que aumenta el número de capas internas de un átomo . Así, de izquierda a derecha en un período, la carga nuclear efectiva seguirá aumentando. Pero, de arriba abajo en un grupo, a medida que aumenta el número de capas, la carga nuclear efectiva disminuirá. ^{[ 9 ]}

La energía de ionización es la cantidad mínima de energía que un electrón en un átomo o ion gaseoso debe absorber para liberarse de la fuerza de atracción del núcleo . También se la conoce como potencial de ionización. La primera energía de ionización es la cantidad de energía necesaria para extraer el primer electrón de un átomo neutro . La energía necesaria para extraer el segundo electrón del átomo neutro se denomina segunda energía de ionización, y así sucesivamente. ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Al desplazarse de izquierda a derecha a lo largo de un periodo en la tabla periódica moderna , la energía de ionización aumenta a medida que aumenta la carga nuclear y disminuye el tamaño atómico . La disminución del tamaño atómico resulta en una fuerza de atracción más potente entre los electrones y el núcleo. Sin embargo, supongamos que se desciende en un grupo . En ese caso, la energía de ionización disminuye a medida que aumenta el tamaño atómico debido a la adición de una capa de valencia , lo que disminuye la atracción del núcleo hacia los electrones. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

La energía liberada cuando se agrega un electrón a un átomo gaseoso neutro para formar un anión se conoce como afinidad electrónica. ^{[ 14 ]} En términos generales, a medida que se avanza de izquierda a derecha en un período , la afinidad electrónica aumenta a medida que aumenta la carga nuclear y disminuye el tamaño atómico, lo que resulta en una fuerza de atracción más potente entre el núcleo y el electrón agregado. Sin embargo, a medida que se desciende en un grupo , la afinidad electrónica disminuye porque el tamaño atómico aumenta debido a la adición de una capa de valencia , debilitando así la atracción del núcleo hacia los electrones. Aunque podría parecer que el flúor debería tener la mayor afinidad electrónica, su pequeño tamaño genera suficiente repulsión entre los electrones, lo que resulta en que el cloro tenga la mayor afinidad electrónica en la familia de los halógenos . ^{[ 15 ]}

La tendencia de un átomo en una molécula a atraer hacia sí el par de electrones compartidos se conoce como electronegatividad. Es una magnitud adimensional porque solo representa una tendencia. ^{[ 16 ]} La escala más utilizada para medir la electronegatividad fue diseñada por Linus Pauling . En su honor, se la conoce como escala de Pauling . Según esta escala, el flúor es el elemento más electronegativo, mientras que el cesio es el menos electronegativo . ^{[ 17 ]}

En cuanto a la tendencia, al desplazarse de izquierda a derecha en un periodo de la tabla periódica moderna , la electronegatividad aumenta a medida que aumenta la carga nuclear y disminuye el tamaño atómico . Sin embargo, al descender en un grupo , la electronegatividad disminuye a medida que aumenta el tamaño atómico debido a la adición de una capa de valencia , lo que reduce la atracción del átomo hacia los electrones. ^{[ 18 ]}

Sin embargo, en el grupo XIII ( familia del boro ), la electronegatividad primero disminuye del boro al aluminio y luego aumenta al descender en el grupo. Esto se debe a que el tamaño atómico aumenta al descender en el grupo, pero al mismo tiempo la carga nuclear efectiva aumenta debido al apantallamiento deficiente de los electrones internos d y f. Como resultado, la fuerza de atracción del núcleo sobre los electrones aumenta y, por lo tanto, la electronegatividad aumenta del aluminio al talio . ^{[ 19 ] [ 20 ]}

La valencia de un elemento es el número de electrones que un átomo debe perder o ganar para obtener una configuración electrónica estable . En términos sencillos, es la medida de la capacidad de un elemento para combinarse y formar compuestos químicos . Los electrones que se encuentran en la capa más externa se conocen generalmente como electrones de valencia ; el número de electrones de valencia determina la valencia de un átomo. ^{[ 21 ] [ 22 ]}

En cuanto a la tendencia, al movernos de izquierda a derecha a lo largo de un período , el número de electrones de valencia de los elementos aumenta y varía entre uno y ocho. Pero la valencia de los elementos primero aumenta de 1 a 4, y luego disminuye a 0 al llegar a los gases nobles . Sin embargo, al descender en un grupo , el número de electrones de valencia generalmente no cambia. Por lo tanto, en muchos casos los elementos de un grupo particular tienen la misma valencia. Sin embargo, esta tendencia periódica no siempre se sigue para los elementos más pesados, especialmente para el bloque f y los metales de transición . Estos elementos muestran valencia variable ya que tienen un orbital d como penúltimo orbital y un orbital s como orbital más externo. Las energías de estos orbitales (n-1)d y ns (por ejemplo, 4d y 5s) son relativamente cercanas. ^{[ 23 ] [ 24 ] [ 25 ]}

Las propiedades metálicas generalmente aumentan al descender en los grupos , ya que la disminución de la atracción entre los núcleos y los electrones más externos provoca que estos electrones estén menos ligados y, por lo tanto, sean capaces de conducir calor y electricidad . A lo largo de cada periodo , de izquierda a derecha, la creciente atracción entre los núcleos y los electrones más externos provoca una disminución del carácter metálico. Por el contrario, el carácter no metálico disminuye al descender en los grupos y aumenta a lo largo de los periodos. ^{[ 26 ] [ 27 ]}

La electrofilicidad se refiere a la tendencia de una especie deficiente en electrones , llamada electrófilo, a aceptar electrones. ^{[ 28 ]} De manera similar, la nucleofilicidad se define como la afinidad de una especie rica en electrones, conocida como nucleófilo, a donar electrones a otra especie. ^{[ 29 ]} Las tendencias en la tabla periódica son útiles para predecir la nucleofilicidad y la electrofilicidad de un elemento. En general, la nucleofilicidad disminuye a medida que aumenta la electronegatividad , lo que significa que la nucleofilicidad disminuye de izquierda a derecha en la tabla periódica. Por otro lado, la electrofilicidad generalmente aumenta a medida que aumenta la electronegatividad, lo que significa que la electrofilicidad sigue una tendencia creciente de izquierda a derecha en la tabla periódica. ^{[ 28 ]} Sin embargo, el entorno molecular o químico específico del electrófilo también influye en la electrofilicidad. Por lo tanto, la electrofilicidad no se puede predecir con precisión basándose únicamente en las tendencias periódicas.

• Historia de la tabla periódica
• Lista de elementos según sus propiedades atómicas.

• Tabla periódica de los elementos (IUPAC)