2.5: La Tabla Periódica

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Objetivos de aprendizaje

Indicar la ley periódica y explicar la organización de los elementos en la tabla periódica
Predecir las propiedades generales de los elementos en función de su ubicación dentro de la tabla periódica
Identificar metales, no metales y metaloides por sus propiedades y/o ubicación en la tabla periódica

A medida que los primeros químicos trabajaban para purificar minerales y descubrieron más elementos, se dieron cuenta de que varios elementos podían agruparse por sus comportamientos químicos similares. Uno de esos grupos incluye litio (Li), sodio (Na) y potasio (K): Todos estos elementos son brillantes, conducen bien el calor y la electricidad, y tienen propiedades químicas similares. Una segunda agrupación incluye calcio (Ca), estroncio (Sr) y bario (Ba), que también son brillantes, buenos conductores de calor y electricidad, y tienen propiedades químicas en común. Sin embargo, las propiedades específicas de estas dos agrupaciones son notablemente diferentes entre sí. Por ejemplo: Li, Na y K son mucho más reactivos que Ca, Sr y Ba; Li, Na y K forman compuestos con oxígeno en una proporción de dos de sus átomos a un átomo de oxígeno, mientras que Ca, Sr y Ba forman compuestos con uno de sus átomos a un átomo de oxígeno. El flúor (F), el cloro (Cl), el bromo (Br) y el yodo (I) también exhiben propiedades similares entre sí, pero estas propiedades son drásticamente diferentes a las de cualquiera de los elementos anteriores.

Dimitri Mendeleev en Rusia (1869) y Lothar Meyer en Alemania (1870) reconocieron independientemente que existía una relación periódica entre las propiedades de los elementos conocidos en ese momento. Ambas publicaron tablas con los elementos dispuestos según el aumento de la masa atómica. Pero Mendeleev fue un paso más allá que Meyer: Utilizó su mesa para predecir la existencia de elementos que tendrían las propiedades similares al aluminio y al silicio, pero que aún se desconocían. Los descubrimientos de galio (1875) y germanio (1886) brindaron un gran apoyo a la obra de Mendeleev. Aunque Mendeleev y Meyer tuvieron una larga disputa sobre la prioridad, las contribuciones de Mendeleev al desarrollo de la tabla periódica son ahora más ampliamente reconocidas (Figura\(\PageIndex{1}\)).

Figura\(\PageIndex{1}\): (a) A Dimitri Mendeleev se le atribuye ampliamente la creación de (b) la primera tabla periódica de los elementos. (crédito a: modificación de obra de Serge Lachinov; crédito b: modificación de obra por “Den fjättrade ankan” /Wikimedia Commons)

Para el siglo XX, se hizo evidente que la relación periódica involucraba números atómicos más que masas atómicas. El enunciado moderno de esta relación, la ley periódica, es el siguiente: las propiedades de los elementos son funciones periódicas de sus números atómicos. Una tabla periódica moderna organiza los elementos en orden creciente de sus números atómicos y agrupa átomos con propiedades similares en la misma columna vertical (Figura\(\PageIndex{2}\)). Cada caja representa un elemento y contiene su número atómico, símbolo, masa atómica promedio y (a veces) nombre. Los elementos están dispuestos en siete filas horizontales, llamadas periodos o series, y 18 columnas verticales, llamadas grupos. Los grupos están etiquetados en la parte superior de cada columna. En Estados Unidos, las etiquetas tradicionalmente eran números con mayúsculas. Sin embargo, la IUPAC recomienda que se utilicen los números del 1 al 18, y estas etiquetas son más comunes. Para que la tabla quepa en una sola página, partes de dos de las filas, un total de 14 columnas, suelen escribirse debajo del cuerpo principal de la tabla.

Figura\(\PageIndex{2}\): Los elementos de la tabla periódica se organizan de acuerdo a sus propiedades.

Muchos elementos difieren dramáticamente en sus propiedades químicas y físicas, pero algunos elementos son similares en sus comportamientos. Por ejemplo, muchos elementos aparecen brillantes, son maleables (capaces de deformarse sin romperse) y dúctiles (se pueden extraer en cables), y conducen bien el calor y la electricidad. Otros elementos no son brillantes, maleables o dúctiles, y son malos conductores de calor y electricidad. Podemos clasificar los elementos en grandes clases con propiedades comunes: metales (elementos que son brillantes, maleables, buenos conductores de calor y electricidad—amarillos sombreados); no metales (elementos que parecen opacos, malos conductores de calor y electricidad—sombreados en verde); y metaloides (elementos que conducen el calor y la electricidad moderadamente bien, y poseen algunas propiedades de los metales y algunas propiedades de los no metales, sombreados de color púrpura).

Los elementos también se pueden clasificar en los elementos del grupo principal (o elementos representativos) en las columnas etiquetadas 1, 2 y 13—18; los metales de transición en las columnas etiquetadas con 3—12; y los metales de transición internos en las dos filas en la parte inferior de la tabla ( los elementos de la fila superior se llaman lantánidos y los elementos de la fila inferior son actínidos; Figura\(\PageIndex{3}\)). Los elementos pueden subdividirse aún más por propiedades más específicas, como la composición de los compuestos que forman. Por ejemplo, los elementos del grupo 1 (la primera columna) forman compuestos que consisten en un átomo del elemento y un átomo de hidrógeno. Estos elementos (excepto hidrógeno) se conocen como metales alcalinos, y todos tienen propiedades químicas similares. Los elementos del grupo 2 (la segunda columna) forman compuestos que constan de un átomo del elemento y dos átomos de hidrógeno: Estos se denominan metales alcalinotérreos, con propiedades similares entre los miembros de ese grupo. Otros grupos con nombres específicos son los pnictógenos (grupo 15), calcógenos (grupo 16), halógenos (grupo 17) y los gases nobles (grupo 18, también conocidos como gases inertes). Los grupos también pueden ser referidos por el primer elemento del grupo: Por ejemplo, los calcógenos pueden llamarse el grupo oxígeno o familia del oxígeno. El hidrógeno es un elemento único, no metálico con propiedades similares tanto a los elementos del grupo 1 como al grupo 17. Por esa razón, el hidrógeno puede mostrarse en la parte superior de ambos grupos, o por sí mismo.

Figura\(\PageIndex{3}\): La tabla periódica organiza elementos con propiedades similares en grupos.

Ejemplo\(\PageIndex{1}\): Naming Groups of Elements

Los átomos de cada uno de los siguientes elementos son esenciales para la vida. Indique el nombre del grupo para los siguientes elementos:

cloro
calcio
sodio
azufre

Solución

Los apellidos son los siguientes:

halógeno
metal alcalinotérreos
metal alcalino
calcógeno

Ejercicio\(\PageIndex{1}\)

Indique el nombre del grupo para cada uno de los siguientes elementos:

Krypton
selenio
bario
litio

Contestar a: gas noble
Respuesta b: calcógeno
Respuesta c: metal alcalinotérreos
Respuesta d: metal alcalino

Al estudiar la tabla periódica, es posible que hayas notado algo sobre las masas atómicas de algunos de los elementos. El elemento 43 (tecnecio), el elemento 61 (prometio), y la mayoría de los elementos con número atómico 84 (polonio) y superior tienen su masa atómica dada entre corchetes. Esto se hace para elementos que consisten completamente en isótopos inestables, radiactivos (aprenderás más sobre la radiactividad en el capítulo de química nuclear). No se puede determinar un peso atómico promedio para estos elementos porque sus radioisótopos pueden variar significativamente en abundancia relativa, dependiendo de la fuente, o incluso pueden no existir en la naturaleza. El número entre corchetes es el número de masa atómica (y masa atómica aproximada) del isótopo más estable de ese elemento.

Resumen

El descubrimiento de la recurrencia periódica de propiedades similares entre los elementos condujo a la formulación de la tabla periódica, en la que los elementos se disponen en orden de aumento del número atómico en filas conocidas como periodos y columnas conocidas como grupos. Los elementos del mismo grupo de la tabla periódica tienen propiedades químicas similares. Los elementos se pueden clasificar como metales, metaloides y no metales, o como elementos del grupo principal, metales de transición y metales de transición internos. Los grupos se numeran del 1 al 18 de izquierda a derecha. Los elementos del grupo 1 se conocen como los metales alcalinos; los del grupo 2 son los metales alcalinotérreos; los de 15 son los pnictógenos; los de 16 son los calcógenos; los de 17 son los halógenos; y los de 18 son los gases nobles.

Glosario

actinida: metal de transición interior en la parte inferior de las dos filas inferiores de la tabla periódica

metal alcalino: elemento en el grupo 1

metal alcalinotérreos: elemento en el grupo 2

calcógeno: elemento en el grupo 16

grupo: columna vertical de la tabla periódica

halógeno: elemento en el grupo 17

gas inerte: (también, gas noble) en el grupo 18

metal de transición interior: (también, lantánido o actínido) elemento en las dos filas inferiores; si en la primera fila, también llamado lantánido, o si en la segunda fila, también llamado actinida

lantánido: metal de transición interior en la parte superior de las dos filas inferiores de la tabla periódica

elemento de grupo principal: (también, elemento representativo) elemento en las columnas 1, 2 y 12—18

metal: elemento que es brillante, maleable, buen conductor de calor y electricidad

metaloide: elemento que conduce el calor y la electricidad moderadamente bien, y posee algunas propiedades de los metales y algunas propiedades de los no metales

gas noble: (también, gas inerte) elemento en el grupo 18

no metálico: elemento que parece opaco, mal conductor de calor y electricidad

periodo: (también, serie) fila horizontal de la tabla periódica

Ley Periódica: propiedades de los elementos son función periódica de sus números atómicos.

tabla periódica: tabla de los elementos que coloca elementos con propiedades químicas similares muy juntos

pnictogen: elemento en el grupo 15

elemento representativo: (también, elemento del grupo principal) en las columnas 1, 2 y 12—18

metal de transición: elemento en las columnas 3—11

serie: (también, punto) fila horizontal de la tabla de períodos