La tabla periódica
Lo que vas a aprender
- Distinguir los grupos (columnas) de los periodos (filas) de la tabla periódica.
- Deducir el periodo, el bloque y el grupo de un elemento a partir de su configuración electrónica.
- Clasificar un elemento como metal, no metal o metaloide según su lugar en la tabla.
- Reconocer los grupos de los alcalinos, los alcalinotérreos, los halógenos y los gases nobles.
Para qué
¿Para qué sirve esto?
La tabla periódica es como el mapa de una ciudad bien trazada: con la calle y la carrera sabes dónde queda una casa y qué hay alrededor. En la tabla, con la fila y la columna de un elemento sabes cómo están repartidos sus electrones, con qué otros elementos se parece y qué tipo de compuestos puede formar.
Lo mejor es que no hay que memorizarla. La forma de la tabla sale de la configuración electrónica que aprendiste en la lección anterior: cada fila, cada columna y cada zona tienen una razón. Si sabes escribir la configuración de un elemento, puedes ubicarlo sin mirar la tabla, y si sabes dónde está, puedes adivinar cómo terminan sus electrones.
Antes de empezar repasa el orden de llenado (1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p) y cómo se cuentan los electrones del último nivel.
Explicación
Filas y columnas
La tabla periódica ordena los elementos por número atómico creciente: cada casilla tiene un protón más que la anterior. Las filas se llaman periodos y son 7. Las columnas se llaman grupos y son 18, numeradas del 1 al 18 de izquierda a derecha, como recomienda la IUPAC. Algunos libros todavía usan una numeración antigua con números romanos y las letras A y B; si la encuentras, recuerda que describe las mismas columnas.
Una forma de no confundirlos: el periodo es el renglón en que se lee de izquierda a derecha, y el grupo es la columna que se lee de arriba abajo. Un elemento tiene un periodo y un grupo, igual que una casa tiene calle y carrera.
El periodo: cuántos niveles hay ocupados
El número del periodo es el número del último nivel ocupado en la configuración, es decir, el mayor n que aparece. El litio (1s² 2s¹) tiene electrones hasta el nivel 2 y está en el periodo 2. El potasio (… 3p⁶ 4s¹) llega hasta el nivel 4 y está en el periodo 4.
Cada periodo empieza cuando se estrena un nivel con un electrón en un subnivel s, y termina en un gas noble, con los subniveles s y p de su último nivel llenos (en el helio, el 1s²).
Los bloques: en qué subnivel entra el último electrón
Si te fijas en el último subnivel que se llena según el orden de Moeller, la tabla se divide en cuatro zonas o bloques:
- Bloque s: los grupos 1 y 2, a la izquierda. El último electrón entra en un subnivel s.
- Bloque p: los grupos 13 a 18, a la derecha. El último electrón entra en un subnivel p.
- Bloque d: los grupos 3 a 12, en el centro. Son los metales de transición, y el último electrón entra en un subnivel d.
- Bloque f: las dos filas que se dibujan aparte, debajo de la tabla (lantánidos y actínidos). El último electrón entra en un subnivel f.
El ancho de cada bloque es la capacidad de su subnivel: el bloque s tiene 2 columnas, el p tiene 6 y el d tiene 10. La tabla tiene esa forma porque los subniveles tienen esas capacidades.
El grupo, a partir de la configuración
Con el bloque y los electrones del final de la configuración se calcula el grupo:
- En el bloque s, el grupo es el número de electrones del último subnivel s: ns¹ es el grupo 1 y ns² es el grupo 2.
- En el bloque p, el grupo es 10 más los electrones del último nivel (los del s y los del p). Un elemento que termina en 3s² 3p⁴ tiene 6 electrones de valencia y está en el grupo 16.
- En el bloque d, el grupo es la suma de los electrones del último s y del d que se está llenando: 4s² 3d⁶ es el grupo 8.
Hay una excepción visible: el helio termina en 1s², que sería bloque s, pero se ubica en el grupo 18, con los gases nobles, porque su único nivel está completo y se comporta como ellos. Y el hidrógeno está en el grupo 1 sin ser un metal.
Por qué un grupo es una familia
Los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones de valencia, repartidos igual en su último nivel. El litio, el sodio y el potasio terminan en s¹; el flúor, el cloro y el bromo terminan en s² p⁵. Como los electrones de valencia son los que intervienen en las uniones, los elementos de un grupo se comportan de forma parecida y forman compuestos parecidos. Algunos grupos tienen nombre propio:
- Grupo 1, alcalinos (litio, sodio, potasio…): metales blandos y muy reactivos. El hidrógeno está en esta columna, pero no es un alcalino.
- Grupo 2, alcalinotérreos (berilio, magnesio, calcio…): metales reactivos, menos que los alcalinos.
- Grupo 17, halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo): no metales muy reactivos.
- Grupo 18, gases nobles (helio, neón, argón, kriptón…): casi no forman compuestos.
Metales, no metales y metaloides
La mayoría de los elementos son metales: ocupan la izquierda y el centro de la tabla. Suelen brillar, conducir bien el calor y la electricidad, y se pueden estirar en hilos o laminar. Los no metales están arriba a la derecha, más el hidrógeno; muchos son gases a temperatura ambiente, como el oxígeno y el nitrógeno, y conducen mal la electricidad.
Entre unos y otros hay una línea en escalera que baja por el bloque p. A sus lados están los metaloides, con propiedades intermedias: el boro, el silicio, el germanio, el arsénico, el antimonio y el telurio. El silicio, por ejemplo, conduce la electricidad mejor que un no metal pero mucho peor que un metal, y por eso se usa en los chips.
Ejemplo resuelto
Ubicar el calcio
El calcio tiene Z = 20. Escribe su configuración y ubícalo en la tabla.
Ver la solución paso a paso
En la tabla periódica, el calcio tiene Z = 20:
$$Z(\mathrm{Ca}) = 20$$
Siguiendo el orden de llenado: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s². Comprobamos la suma:
$$2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 = 20$$
El último nivel ocupado es el 4: el calcio está en el periodo 4.
El último electrón entró en el 4s: es del bloque s. Con dos electrones en ese subnivel, está en el grupo 2: es un alcalinotérreo, como el magnesio, que termina en 3s².
Respuesta: Periodo 4, grupo 2, bloque s: un metal alcalinotérreo.
Ejemplo resuelto
Ubicar el arsénico
El arsénico tiene Z = 33. Escribe su configuración y ubícalo en la tabla.
Ver la solución paso a paso
Llenamos hasta el 4s (20 electrones), luego el 3d con 10 y el resto en el 4p: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d¹⁰ 4p³. Comprobamos:
$$2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 10 + 3 = 33$$
El último nivel es el 4, así que está en el periodo 4. El último electrón entró en el 4p: es del bloque p.
Sus electrones de valencia son los del nivel 4 (4s² 4p³); el 3d¹⁰ es del nivel 3 y no cuenta:
$$2 + 3 = 5$$
En el bloque p, el grupo es 10 más los electrones de valencia:
$$10 + 5 = 15$$
El arsénico está en el grupo 15, debajo del nitrógeno y del fósforo, y es uno de los metaloides de la línea en escalera.
Respuesta: Periodo 4, grupo 15, bloque p: un metaloide.
Ejemplo resuelto
Ubicar el hierro
El hierro tiene Z = 26. Escribe su configuración y ubícalo en la tabla.
Ver la solución paso a paso
En la tabla periódica, el hierro tiene Z = 26:
$$Z(\mathrm{Fe}) = 26$$
Después del 4s² empieza a llenarse el 3d: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶. Comprobamos:
$$2 + 2 + 6 + 2 + 6 + 2 + 6 = 26$$
El último nivel ocupado es el 4: periodo 4. El último electrón entró en el 3d: bloque d, un metal de transición.
En el bloque d, el grupo es la suma de los electrones del 4s y del 3d:
$$2 + 6 = 8$$
El hierro está en el grupo 8. Fíjate en que el periodo lo da el 4s, no el 3d: los metales del bloque d del periodo 4 llenan el subnivel 3d.
Respuesta: Periodo 4, grupo 8, bloque d: un metal de transición.
Práctica
¿Cuántas columnas tiene el bloque d de la tabla periódica?
El bloque d tiene tantas columnas como electrones caben en un subnivel d: 5 orbitales con 2 electrones cada uno dan 10 columnas, los grupos 3 a 12.
¿En qué periodo está el elemento con configuración 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s¹?
El periodo es el mayor nivel que aparece en la configuración: el 4. Es el potasio, del grupo 1. El 19 es su número atómico, no su periodo.
Un elemento termina su configuración en 4s² 3d¹⁰ 4p⁵. ¿En qué grupo está?
El último electrón entra en un p: bloque p. Los electrones del nivel 4 son 2 + 5 = 7, y el grupo es 10 + 7 = 17. Es el bromo, un halógeno.
El silicio tiene Z = 14 y está en el bloque p. ¿En qué grupo está?
Su configuración es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p². En el nivel 3 tiene 14 − 2 − 8 = 4 electrones, y el grupo es 10 + 4 = 14.
El galio tiene Z = 31 y está en el bloque p del periodo 4. ¿En qué grupo está?
Los niveles 1, 2 y 3 llenos tienen 2 + 8 + 18 = 28 electrones. En el nivel 4 quedan 31 − 28 = 3 (4s² 4p¹), y el grupo es 10 + 3 = 13.
Un metal de transición del periodo 4 termina su configuración en 4s² 3d⁵. ¿En qué grupo está?
En el bloque d el grupo es la suma de los electrones del 4s y del 3d: 2 + 5 = 7. Es el manganeso.
¿Verdadero o falso? El oxígeno (Z = 8) está en el grupo 6.
El oxígeno es 1s² 2s² 2p⁴: tiene 6 electrones de valencia, pero está en el bloque p, así que su grupo es 10 + 6 = 16. El «6» viene de la numeración antigua (VIA), que no es la de 1 a 18.
Los halógenos tienen 7 electrones de valencia. ¿Cuál de estos números atómicos es el del halógeno del periodo 3?
En el periodo 3, los niveles 1 y 2 están llenos (2 + 8) y el nivel 3 tiene los 7 de valencia: Z = 2 + 8 + 7 = 17, el cloro. El 18 es el argón, un gas noble, y el 11 es el sodio.
¿Por qué el helio se ubica en el grupo 18 aunque su configuración, 1s², termina en un subnivel s?
El nivel 1 solo admite 2 electrones, así que el helio lo tiene lleno, igual que los gases nobles tienen lleno su último nivel. Casi no forma compuestos, como ellos. Tiene solo 2 electrones, y el bloque s ocupa los grupos 1 y 2.
¿Cuál de estos elementos es un metaloide?
El silicio está junto a la línea en escalera del bloque p y tiene propiedades intermedias. El sodio y el hierro son metales; el cloro es un no metal.
Reto
Ubica el azufre en la tabla.
El azufre tiene Z = 16 y su configuración es 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁴.
Reto
Une cada grupo con el nombre de su familia.
Cada ficha de la izquierda es un grupo de la tabla; búscale su nombre.
Reto
Clasifica cada elemento.
Piensa en dónde está cada elemento: a la izquierda y en el centro, arriba a la derecha o junto a la línea en escalera.
Cierre
En resumen
La tabla tiene 7 periodos (filas) y 18 grupos (columnas); un elemento tiene un periodo y un grupo.
El periodo es el número del último nivel ocupado en la configuración.
El bloque (s, p, d o f) es el tipo de subnivel en que entra el último electrón; el ancho de cada bloque es la capacidad de su subnivel.
El grupo sale de la configuración: en el bloque s, los electrones del último s; en el p, 10 más los electrones de valencia; en el d, los del último s más los del d.
Los elementos de un grupo tienen los mismos electrones de valencia y se comportan de forma parecida; los metales están a la izquierda y en el centro, los no metales arriba a la derecha y los metaloides junto a la escalera.
Vocabulario
- Grupo
Cada una de las 18 columnas de la tabla periódica. Los elementos de un mismo grupo tienen configuraciones de valencia parecidas.
- Periodo
Cada una de las 7 filas de la tabla periódica. El número del periodo es el del último nivel ocupado.
- Bloque
Zona de la tabla formada por los elementos cuyo último electrón, en el orden de llenado, entra en el mismo tipo de subnivel (s, p, d o f).
- Metaloide
Elemento con propiedades intermedias entre las de los metales y las de los no metales, como el silicio.
- Halógenos
Los elementos del grupo 17, como el flúor, el cloro, el bromo y el yodo.
- Gases nobles
Los elementos del grupo 18, como el helio, el neón y el argón. Casi no forman compuestos.
Guía para el docente
Tiempos
- Inicio · 5 min — Proyecte una tabla periódica y pregunte qué tienen en común el litio, el sodio y el potasio en sus configuraciones (escritas en el tablero).
- Explicación · 20 min — Periodos y grupos; los bloques sombreados con colores sobre la tabla proyectada; resuelva el calcio y el arsénico en el tablero.
- Práctica · 20 min — Preguntas en parejas; las cestas y el dominó se pueden resolver en grupo con la tabla a la vista. Los huecos, sin tabla.
- Cierre · 5 min — Cada estudiante elige un elemento con Z entre 1 y 36, escribe su configuración y se lo pasa al compañero para que lo ubique sin mirar la tabla.
Preguntas para el salón
- Si dos elementos están en el mismo periodo, ¿qué tienen en común sus configuraciones? ¿Y si están en el mismo grupo?
- ¿Por qué el bloque p tiene seis columnas y el d tiene diez?
- El hidrógeno está en el grupo 1. ¿Por qué no se le llama metal alcalino?
Errores típicos
- Confundir periodo con grupo (decir que el calcio está en el grupo 4). Pida que señalen con el dedo la fila y luego la columna; el periodo es el renglón que se lee de izquierda a derecha.
- Tomar como grupo los electrones de valencia en el bloque p (oxígeno en el grupo 6). Recuerde que la numeración actual va de 1 a 18 y que antes del bloque p hay 10 columnas de transición más las 2 del bloque s.
- Sacar el periodo del 3d en un metal de transición del periodo 4. Pida buscar el mayor número de nivel en toda la configuración, no el del último subnivel escrito.
Tarea sugerida
Escribir la configuración del boro (Z = 5), el fósforo (Z = 15), el escandio (Z = 21) y el kriptón (Z = 36), y deducir de cada una el periodo, el bloque y el grupo; después comprobar en la tabla.