1. Ciencia

Actividad para el estudiante
Modelo atómico de la materia
¿Cómo son las configuraciones electrónicas de los elementos que forman una familia?
Nivel: 2º Medio
Subsector: Ciencias químicas
Unidad temática: Modelo atómico de la materia
Actividad: ¿Cómo son las configuraciones electrónicas?
En total se conocen más de 118 elementos que forman toda la materia.
Organizar estos elementos utilizando un criterio sencillo y de fácil
aproximación para su conocimiento, no ha sido fácil.
La organización y tabulación que hoy en día conocemos se le debe al
químico ruso Dimitri Mendeleiev. Este científico se basó en la recurrencia
periódica y regular de las propiedades de los elementos en ese momento
conocido. Esta organización del sistema periódico hizo posible la predicción
de las propiedades de varios elementos que aún no habían sido
descubiertos.
Actualmente la Tabla Periódica está ordenada en siete filas horizontales
llamadas periodos y 18 columnas (verticales), llamadas grupos o familias.
Los periodos indican el último nivel enérgico que tiene un elemento
mientras que los grupos indican el número de electrones en la última capa.
De acuerdo con el tipo de subnivel que ha sido llenado los elementos se
pueden dividir en distintas categorías:
- Elementos representativos: conforman los grupos 1A hasta 7A.
- Metales alcalinos: corresponden al grupo 1A.
- Metales alcalinotérreos: forman el grupo 2A de la Tabla Periódica.
- Gases nobles: conforman el grupo 8A.
- Elementos de transición (o metales de transición): elementos 1B y
del 3B hasta el 8B.
- Lantánidos y Actínidos: se les llama también elementos de transición
interna del bloque f.
- Halógenos: pertenecen al grupo 7A.
- Grupo 2B: Zn, Cd, y Hg, los cuales no son representativos ni metales
de transición.
¿Qué tienen en común los elementos que forman estos grupos?
Los elementos que forman un grupo tienen propiedades comunes en su
estructura atómica, que a su vez, hace que tengan otras propiedades físicas
comunes.
¿Cómo se organizan los electrones dentro del átomo?
La teoría cuántica indica que los electrones se encuentran ubicados en
niveles de energía alrededor del núcleo atómico. Cada uno de estos niveles
tiene diferentes regiones u órbitas donde es más posible que se encuentre
un electrón.
Para describir dónde se encuentra un electrón se utilizan los cuatro números
cuánticos (n, l, m, s), los que permiten identificar completamente un
electrón en cualquier nivel energético y orbital de un átomo.
Si analizamos el átomo de hidrógeno, vemos que representa un sistema
muy sencillo porque sólo contiene un electrón, el que se ubica en el orbital s
del primer nivel de energía. Esta situación es diferente para átomos que
tienen más de un electrón. Para conocer la distribución de electrones en los
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Actividad para el estudiante
Modelo atómico de la materia
¿Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la tabla periódica?
Nivel: 2º Medio
Subsector: Ciencias químicas
Unidad temática: Modelo atómico de la materia
Actividad: ¿Cómo varían las propiedades físicas de los
elementos en la tabla periódica?
En total se conocen más de 118 elementos que forman toda la materia que
conoces. Algunos de esos 118 elementos se encuentran en la naturaleza
formando parte de compuestos o bien como sustancias puras. Otros
elementos fueron sintetizados artificialmente, sin embargo son muy
inestables y, por lo tanto, existen durante muy pocos segundos.
¿Cómo organizar estos 118 elementos?
Todos estos elementos han sido descubiertos paulatinamente por muchos
científicos. Organizar estos elementos, de modo que todos podamos acceder
a sus propiedades, no ha sido fácil. Los primeros intentos de organizar los
elementos que ya se habían descubierto se realizaron durante el siglo XVII,
cuando John Newlands observó que al ordenar los elementos conocidos de
acuerdo con sus masas atómicas, cada octavo elemento tenía propiedades
similares. Newlands se refirió a esta relación como la ley de las octavas.
Sin embargo, esta ley no se cumple para elementos que se encuentran más
allá del calcio (Ca), haciendo que su trabajo no fuera aceptado por la
comunidad científica de la época.
Más tarde, el químico ruso Dimitri Mendeleiev propuso una tabulación más
amplia de los elementos, que se basó en la recurrencia periódica y regular
de las propiedades. Este segundo intento de sistema periódico hizo posible
la predicción de las propiedades de varios elementos que aún no habían
sido descubiertos.
¿Cómo está organizada la tabla periódica?
Actualmente, la tabla está ordenada en siete filas horizontales, llamadas
períodos, y 18 columnas (verticales), llamadas grupos.
Los períodos indican el último nivel energético que tiene un elemento,
mientras que los grupos indican el número de electrones en la última capa.
De acuerdo con el tipo de subnivel que ha sido llenado, los elementos se
pueden dividir en distintas categorías:
- Elementos representativos: conforman los grupos 1A hasta 7A.
Estos elementos tienen incompletos los subniveles s o p del máximo
número cuántico principal (nivel energético).
- Metales alcalinos: corresponden al grupo 1A.
- Metales alcalinotérreos: forman el grupo 2A de la Tabla Periódica.
- Gases nobles: conforman el grupo 8A. Estos elementos tienen
completos los niveles energéticos, cumpliendo con la regla de dueto
u octeto.
- Elementos de transición (o metales de transición): elementos 1B
y del 3B hasta el 8B, los que tienen capas d incompletas, o
fácilmente forman cationes con subniveles d incompletos.
- Lantánidos y actínidos: se les llama también elementos de
transición interna del bloque f porque tienen subniveles f
incompletos.
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Actividad para el estudiante
Modelo atómico de la materia
¿Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la tabla periódica?
-
Halógenos: pertenecen al grupo 7A, y todos ellos poseen
configuración ns2np5, haciendo que tengan propiedades muy
similares como grupo.
¿Y qué pasó con el grupo 2B?
Los elementos del grupo 2B son Zn, Cd, y Hg, los que no son
representativos ni metales de transición, debido a que tienen completa la
capa d y la siguiente capa s y, por otra parte, vacía la última capa p.
¿Varían las propiedades físicas de los elementos de acuerdo con su
ubicación en la tabla periódica?
Existen variaciones de propiedades físicas por grupo y por período de
elemento. Algunas de las propiedades físicas que cambian periódicamente
en la tabla son:
- Energía de ionización: es la energía mínima necesaria para que un
átomo gaseoso en su estado fundamental o de menor energía ceda
un electrón, transformándose en un ion positivo gaseoso en estado
fundamental.
- Afinidad electrónica: corresponde al cambio de energía cuando un
átomo acepta un electrón en el estado gaseoso.
- Radio atómico: corresponde a la mitad de la distancia entre dos
núcleos de dos átomos adyacentes.
- Radio Iónico: es el radio de un catión o de un anión.
…¿Y cómo cambian estas propiedades?
Para poder responder a esta pregunta consigue una tabla periódica que
contenga los valores de energía de ionización, afinidad electrónica, radio
atómico y radio iónico.
Existen tablas periódicas que puedes mirar en internet que también tienen
estos datos.
Una vez que consigas tu tabla periódica, realiza las actividades que se
encuentran a continuación.
I
Variación de la energía de ionización
1.Anota en la tabla siguiente los potenciales de ionización de los
elementos del grupo IA (sin el átomo de Hidrógeno) y del grupo IIA y
de los períodos 2 y 3.
IIA
Be
IIIA
B
IVA
C
VA
N
VIA
O
VIIA
F
2
IA
Li
5,41
eV
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
3
K
Ca
4
Rb
Sr
5
Cs
Ba
1
2
Actividad para el estudiante
Modelo atómico de la materia
¿Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la tabla periódica?
2.Observa los valores de potenciales de ionización de esta tabla en el
grupo (columnas verticales). ¿Cómo cambia el radio a medida que
aumenta el número atómico, es decir, hacia abajo?
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________
____________________________________
3.Observa los valores de los potenciales de ionización de esta tabla en
el periodo (filas horizontales). ¿Cómo varía el radio a medida que
aumenta el número atómico, es decir, hacia la derecha?
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________
____________________________________
4.Realiza un esquema de la variación en tu cuaderno.
II Variación de la afinidad electrónica
1. Averigua, mediante una investigación bibliográfica, cómo varía la
afinidad electrónica dentro de un grupo y de un período de la tabla
periódica.
2. Realiza un esquema de esta variación en tu cuaderno.
III Variación del radio atómico
1. Anota en la tabla siguiente los radios atómicos de los elementos del
grupo IA (sin hidrógeno) y del grupo IIA y de los períodos 2 y 3.
IIA
Be
IIIA
B
IVA
C
VA
N
VIA
O
VIIA
F
2
IA
Li
1,55
Aº
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
3
K
Ca
4
Rb
Sr
5
Cs
Ba
1
3
Actividad para el estudiante
Modelo atómico de la materia
¿Cómo varían las propiedades físicas de los elementos en la tabla periódica?
2. Observa los valores de los radios atómicos de esta tabla según el
grupo (columnas verticales). ¿Cómo cambia el radio a medida que
aumenta el número atómico, es decir, hacia abajo?
_______________________________________________________
_______________________________________________________
3. Observa los valores de los radios atómicos de esta tabla según el
período (filas horizontales). ¿Cómo varía el radio a medida que
aumenta el número atómico, es decir, hacia la derecha?
_______________________________________________________
_______________________________________________________
4. Realiza un esquema de la variación en tu cuaderno.
IV Variación del radio iónico
1. Averigua, mediante una investigación bibliográfica, cómo varia el
radio iónico dentro de un grupo y de un período de la tabla
periódica.
4
Actividad para el estudiante
Modelo atómico de la materia
¿Cómo son las configuraciones electrónicas de los elementos que forman una familia?
distintos orbitales al interior de un átomo se desarrolló la configuración
electrónica.
En ella se indica claramente el nivel de energía, los orbitales ocupados y el
número de electrones de un átomo.
La configuración electrónica se efectúa de acuerdo con tres principios:
- Principio de mínima energía: las configuraciones electrónicas de los
elementos se obtienen por ocupación sucesiva de los niveles desde el
primer nivel de menor energía (1s). A medida que los niveles se llenan,
se van ocupando los niveles superiores.
- Principio de exclusión de Pauli: en cada orbital puede haber un
máximo de dos electrones, los que deben tener espín contrario.
- Por otra parte, los orbitales s, p, d y f pueden ser ocupados hasta por
un total de 2, 6, 10 y 14 electrones, respectivamente, pero cuando los
subniveles están parcialmente llenos, los electrones se distribuyen de
manera que presentan el máximo número de espines con el mismo
valor o bien sus espines deben ser paralelos. Esto corresponde al
“Principio de máxima multiplicidad de Hund”, que también puede
enunciarse así: los orbitales de igual energía pero diferente orientación
espacial, primero deben semicompletarse con electrones del mismo
espín, para luego hacerlo con electrones de espín contrario.
Ya vimos que los elementos se organizan en la Tabla Periódica, según
características comunes, en familias o grupos de elementos. ¿Cómo será la
configuración electrónica de estos grupos de elementos?
I. Para saber si existe algo en común en las configuraciones electrónicas de
los elementos que forman una familia realiza las siguientes actividades:
1. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos alcalinos?
a. Haz una lista de todos los elementos alcalinos.
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
2. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos alcalinos
térreos?
a. Haz una lista de todos los elementos alcalinos térreos.
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
3. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos de
transición?
a. Haz una lista de todos los elementos de transición.
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
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Actividad para el estudiante
Modelo atómico de la materia
¿Cómo son las configuraciones electrónicas de los elementos que forman una familia?
4. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos cinc (Zn),
cadmio (Cd) y mercurio (Hg)?
a. Escribe la configuración electrónica de al menos dos de estos
elementos.
b. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
5. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos de
transición interna?
a. Haz una lista de todos los elementos de transición interna.
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
6. ¿Cómo es la configuración electrónica de los elementos halógenos?
a. Haz una lista de todos los elementos halógenos.
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
7. ¿Cómo es la configuración electrónica de los gases nobles?
a. Haz una lista de todos los gases nobles.
b. Escribe la configuración electrónica de al menos dos elementos
de este grupo.
c. ¿Tienen algo en común? ¿Cuál es el último orbital ocupado?
II. Ahora que has analizado los elementos de la tabla periódica, ¿qué
reflexión puedes hacer sobre su organización?
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