Propiedades periódicas

¿Para qué sirve esto?

El sodio reacciona con el agua de inmediato y el potasio lo hace con más violencia todavía. El flúor es tan ávido de electrones que reacciona con casi todo. ¿Por qué unos elementos sueltan electrones con facilidad y otros los arrebatan?

La tabla periódica responde esa pregunta sin hacer experimentos peligrosos. Algunas propiedades de los átomos cambian de forma ordenada al recorrer un grupo hacia abajo o un periodo hacia la derecha. Se llaman propiedades periódicas. Si sabes dónde está un elemento, puedes predecir si es grande o pequeño, si pierde electrones con facilidad o si los atrae con fuerza. Con eso vas a poder explicar, en las próximas lecciones, por qué el sodio y el cloro forman sal de cocina y por qué el agua es una molécula polar.

Antes de empezar ten a mano la idea de periodo (el último nivel ocupado) y la de electrones de valencia.

Dos ideas que lo explican todo

Todas las tendencias de esta lección salen de dos ideas sobre la atracción entre el núcleo, que es positivo, y los electrones, que son negativos.

Primera idea: más niveles, más lejos. Al bajar por un grupo, cada elemento tiene un nivel ocupado más que el de arriba. Sus electrones de valencia quedan más lejos del núcleo, y la atracción eléctrica se debilita con la distancia. Además, hay más electrones internos entre el núcleo y los de valencia, que les quitan parte de la atracción: es como si el núcleo quedara detrás de una cortina.

Segunda idea: mismo nivel, más protones. Al avanzar por un periodo hacia la derecha, los electrones de valencia siguen en el mismo nivel, y los electrones internos son los mismos. Pero el núcleo gana un protón en cada casilla. Los electrones que se añaden en el mismo nivel casi no se tapan unos a otros, así que el núcleo, cada vez más cargado, los atrae con más fuerza y los acerca.

Con esas dos ideas se explican las tres propiedades.

Radio atómico

El radio atómico mide el tamaño del átomo. Como un átomo no tiene un borde nítido, se define con dos átomos iguales unidos: el radio es la mitad de la distancia entre sus núcleos.

• En un grupo, el radio aumenta hacia abajo, porque cada elemento tiene un nivel más. El potasio es más grande que el sodio, y el sodio más que el litio.
• En un periodo, el radio disminuye hacia la derecha, porque los electrones están en el mismo nivel y el núcleo, con más protones, los atrae más. El cloro es más pequeño que el sodio, aunque tiene más electrones.

Esta última parte sorprende a muchos: más electrones no quiere decir un átomo más grande, si están en el mismo nivel.

Energía de ionización

La energía de ionización es la energía necesaria para arrancarle el electrón más externo a un átomo aislado. Mide qué tan fuerte sujeta el átomo a ese electrón.

• En un grupo, disminuye hacia abajo: el electrón está más lejos y más tapado, y es más fácil quitarlo. Por eso el potasio pierde su electrón con más facilidad que el sodio, y reacciona con más fuerza.
• En un periodo, aumenta hacia la derecha: el núcleo atrae más a los electrones del mismo nivel, y cuesta más arrancar uno. Los gases nobles, al final de cada periodo, son los más difíciles de ionizar.

Dentro de un periodo hay algunas irregularidades pequeñas entre elementos vecinos, que se explican con detalles de los subniveles. La tendencia general es la que acabamos de describir, y es la que usamos en el curso.

La energía de ionización va al revés del radio: los átomos grandes sueltan su electrón externo con facilidad, y los pequeños lo sujetan con fuerza.

Electronegatividad

La electronegatividad dice con cuánta fuerza atrae un átomo los electrones de un enlace que comparte con otro. Se mide en una escala sin unidades; la más usada es la de Pauling.

• En un grupo, disminuye hacia abajo.
• En un periodo, aumenta hacia la derecha.

Las razones son las mismas de la energía de ionización: un núcleo que atrae con fuerza a sus propios electrones atrae también con fuerza a los de un enlace. El elemento más electronegativo es el flúor, arriba a la derecha. A los gases nobles casi no se les asigna electronegatividad, porque es raro que formen enlaces.

El resumen en una flecha

Si imaginas una flecha que va de abajo a la izquierda hacia arriba a la derecha de la tabla:

• en el sentido de la flecha aumentan la energía de ionización y la electronegatividad;
• en el sentido contrario aumenta el radio atómico.

Por eso los metales alcalinos del fondo del grupo 1 son átomos grandes que pierden su electrón con facilidad, y los halógenos de arriba son átomos pequeños que atraen electrones con fuerza. Esa diferencia es la que hace que se unan con tanta facilidad.

Una advertencia: estas reglas comparan elementos del mismo grupo o del mismo periodo. Cuando dos elementos no comparten ni fila ni columna, la regla solo sirve si los dos cambios apuntan hacia el mismo lado.

En resumen

• Al bajar por un grupo se añade un nivel, y los electrones externos quedan más lejos y más tapados por los internos.

• Al avanzar por un periodo, los electrones siguen en el mismo nivel y el núcleo gana protones, así que los atrae con más fuerza.

• El radio atómico aumenta hacia abajo en un grupo y disminuye hacia la derecha en un periodo.

• La energía de ionización y la electronegatividad van al revés del radio: disminuyen hacia abajo y aumentan hacia la derecha; el flúor es el más electronegativo.

• Las reglas comparan elementos del mismo grupo o del mismo periodo.

Vocabulario

Radio atómico

Medida del tamaño de un átomo. Se toma como la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos iguales que están unidos.

Energía de ionización

La energía que hay que darle a un átomo aislado, en estado gaseoso, para quitarle su electrón más externo.

Electronegatividad

La tendencia de un átomo a atraer hacia sí los electrones de un enlace que comparte con otro átomo.

Carga nuclear

La carga positiva del núcleo, que es igual al número de protones, Z.

Electrones internos

Los electrones de los niveles anteriores al último. Se interponen entre el núcleo y los electrones de valencia y les quitan parte de su atracción.