Taula Periòdica: Propietats i Tendències

Evolució Històrica de la Taula Periòdica

La Llei de les Tríades

Döbereiner (1780-1849) va observar que en un grup de tres elements amb propietats químiques similars, si s'ordenaven per la seva massa atòmica, les propietats de l'element central eren intermèdies entre les dels altres dos elements.

La Llei de les Octaves

Newlands (1837-1898) va ordenar els elements coneguts d'acord amb la seva massa atòmica i va observar que les propietats d'un element es repetien periòdicament en els elements que ocupaven vuit llocs després.

La Taula Periòdica de Mendeleiev

Mendeleiev (1834-1907) la va elaborar ordenant els 63 elements coneguts aleshores segons la seva massa atòmica, però fent a la vegada que els elements amb propietats químiques semblants quedessin col·locats a la mateixa columna.

La Contribució de Moseley

El 1913, Moseley (1887-1915) va identificar el nombre atòmic de cada element i va refer la taula col·locant els 89 elements coneguts aleshores per ordre de nombre atòmic creixent.

Organització de la Taula Periòdica

La taula periòdica actual està formada per set files anomenades períodes i divuit columnes anomenades grups.

• Grups d'elements representatius: Són els grups 1, 2 i del 13 al 18.
• Metalls de transició: Són els elements que es troben a la part central de la taula, situats entre els grups representatius.
• Metalls de transició interna: Són la sèrie dels lantànids i els actínids. Es col·loquen a part per a simplificar, però haurien d'anar darrere del lantà i de l'actini respectivament.

Relació entre Estructura i Propietats

• Dins d'un grup, trobem elements amb propietats químiques similars. Les propietats químiques d'un element depenen dels electrons que conté a la capa més externa.
• Els elements d'un mateix període tenen tots el mateix nombre de capes d'electrons. Aquest nombre coincideix amb el nombre del període.
• Els elements d'un mateix grup tenen el mateix nombre d'electrons a la capa més externa.

Propietats Periòdiques

Les propietats periòdiques són propietats que varien regularment en augmentar el nombre atòmic. Cada element té un protó més al seu nucli que l'element anterior. Sabent la situació d'un element, se'n poden conèixer les propietats.

Radi Atòmic

El radi atòmic és la meitat de la distància que hi ha entre els nuclis de dos àtoms que es troben en contacte.

• Dins d'un grup, el radi atòmic augmenta a mesura que creix el nombre atòmic. D'un període a un altre, augmenta el nombre de capes electròniques.
• Dins d'un període, el radi atòmic disminueix a mesura que creix el nombre atòmic. Això es deu al fet que en un mateix període tots els àtoms tenen el mateix nombre de capes electròniques, però la càrrega del nucli va augmentant, de manera que creix la força d'atracció electrostàtica entre el nucli i els electrons, i així el volum de l'àtom es fa més petit.

Ions

Un àtom pot guanyar o perdre electrons, deixant de ser neutre i convertint-se en un ió.

• Quan un àtom perd electrons, es converteix en un ió positiu, anomenat catió. Un catió té un radi més petit que el de l'àtom neutre corresponent, ja que perd una capa.
• Quan un àtom guanya electrons, es converteix en un ió negatiu, anomenat anió. Un anió té un radi una mica més gran que el de l'àtom neutre, ja que en afegir electrons de més, els protons, que són els mateixos, no els poden atreure amb la mateixa força.

Energia d'Ionització

L'energia d'ionització (EI) és l'energia que es necessita subministrar a un àtom aïllat i en estat gasós per arrencar-li un electró de la seva capa de valència i convertir-lo en un ió positiu o catió.

X(g) + EI → X+(g)

• Dins d'un grup, l'energia d'ionització disminueix quan creix el nombre atòmic.
• Dins d'un període, l'energia d'ionització augmenta quan creix el nombre atòmic.

Va a l'inrevés del radi atòmic, ja que és més fàcil treure l'electró com més lluny està l'electró del nucli.

Afinitat Electrònica

L'afinitat electrònica està relacionada amb la tendència dels àtoms a formar ions negatius. L'afinitat electrònica (AE) és l'energia que s'intercanvia amb el medi quan un àtom en estat gasós capta un electró i es converteix en un ió negatiu o anió:

X(g) + 1 e- → X-(g) AE

Aquesta energia pot ser positiva (en el procés s'absorbeix energia) o negativa (en el procés es desprèn energia). Normalment són valors negatius, menys els elements dels grups 2, 12 i 18.

Electronegativitat

L'electronegativitat és la tendència d'un àtom a atreure els electrons d'altres àtoms quan s'hi troba unit formant una molècula.

• Dins d'un grup, l'electronegativitat disminueix quan creix el nombre atòmic.
• Dins d'un període, l'electronegativitat augmenta quan creix el nombre atòmic.

L'escala d'electronegativitats, creada pel químic nord-americà Linus Pauling (1901-1994), té assignat un valor arbitrari al fluor de 4,0, i els altres elements tenen valors assignats amb relació a aquest valor.

Metalls, No Metalls i Semimetalls

Els elements de la taula es poden dividir en metalls i no metalls. La divisió no és clara, i hi ha alguns elements, anomenats semimetalls o metal·loides, que tenen propietats intermèdies.

• Els elements metàl·lics tenen tendència a formar ions positius. Presenten energia d'ionització i afinitat electrònica baixes i són poc electronegatius. Normalment són sòlids a temperatura ambient i tenen una lluïssor característica. Són bons conductors de la calor i l'electricitat.
• Els elements no metàl·lics tenen tendència a formar ions negatius. Tenen energia d'ionització i afinitat electrònica elevades i són molt electronegatius. A temperatura ambient hi ha elements no metàl·lics en els tres estats físics. No són conductors de la calor ni de l'electricitat.

Grups Específics

Grup 18: Gasos Nobles

El grup 18 s'anomena grup dels gasos nobles perquè està format per una família d'elements gasosos que no tenen tendència a reaccionar amb altres elements. Aquests elements tenen l'última capa de l'escorça plena amb vuit electrons (He = 2e). Es troben lliures en forma d'àtoms presents a l'atmosfera en quantitats molt petites.

Grup 17: Halògens

El grup 17 està format per elements no metàl·lics que tenen set electrons a l'última capa de l'escorça. El fluor i el clor són gasos a temperatura ambient. El brom és líquid i el iode és sòlid. L'àstat és un element artificial inestable. Són molt irritants i tòxics. Reaccionen ràpidament amb els metalls formant sals. Els elements que no són gasos passen molt fàcilment a l'estat gasós. Es troben a la natura normalment formant sals.

Grup 1: Metalls Alcalins

El grup 1 de la taula són elements metàl·lics que tenen en comú el fet de tenir a la capa de valència només un electró. Són tous (es poden tallar amb un ganivet). Són molt reactius.

Metalls de Transició

Els metalls de transició són un conjunt d'elements situats a la part central de la taula. Tenen propietats típiques dels metalls. La duresa, la densitat i els punts de fusió i ebullició d'aquests metalls són molt més elevats que els dels altres metalls.