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Tabla Periódica: periodicidad química

A-Level Química · Tema 9

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8:43

La Tabla Periódica: periodicidad química

Sodio y argón ocupan la misma fila de la Tabla Periódica, con solo seis elementos entre ellos. Echa sodio en agua fría y se derrite formando una bola brillante…

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9.1

Propiedades físicas a lo largo del Período 3

Syllabus
  1. describir cualitativamente (e indicar la periodicidad en) las variaciones del radio atómico, radio iónico, punto de fusión y conductividad eléctrica de los elementos
  2. explicar la variación del punto de fusión y la conductividad eléctrica en términos de la estructura y el enlace de los elementos

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

A periodic table display
Las propiedades se repiten en un patrón regular a lo largo de cada período de la tabla.

Periodicidad 周期性 significa que las propiedades se repiten en un patrón regular a medida que avanzamos a lo largo de cada período 周期 de la Tabla Periódica. El Período 3 (Na a Ar) es el ejemplo estándar.

Una fila de átomos desde sodio hasta cloro encogiéndose de izquierda a derecha, con la carga nuclear aumentando de +11 a +17
El radio atómico disminuye a lo largo del Período 3: el aumento de la carga nuclear atrae la misma capa externa hacia adentro
Propiedad Tendencia a lo largo del Período 3
radio atómico 原子半径 disminuye (mayor carga nuclear atrae más la misma capa hacia adentro)
radio iónico 离子半径 los iones positivos son pequeños; desde $\text{P}^{3-}$ hacia adelante, los iones negativos son más grandes
punto de fusión 熔点 aumenta hasta alcanzar un máximo en el silicio, luego desciende bruscamente
conductividad eléctrica 导电性 alta para Na, Mg, Al; casi cero desde Si hacia adelante

El punto de fusión y la conductividad se derivan de la estructura y el enlace:

  • Na, Mg, Al son metálicos gigantes 金属晶体. Los puntos de fusión aumentan (Na → Al) porque cada átomo proporciona más electrones deslocalizados y los iones se hacen más pequeños, por lo que el enlace es más fuerte. Conducen bien la electricidad.
  • Si es molecular gigante 原子晶体 (covalente gigante). Tiene el punto de fusión más alto, porque deben romperse fuertes enlaces covalentes. Apenas conduce electricidad.
  • P, S, Cl, Ar son moléculas simples 分子晶体 (o átomos individuales). Sus puntos de fusión son bajos, porque las únicas fuerzas que se vencen son las débiles fuerzas de van der Waals 范德华力 entre las moléculas - los fuertes enlaces covalentes dentro de cada molécula nunca se rompen. No conducen electricidad.

Nombra las fuerzas de van der Waals cuando expliques esa caída: es el punto clave para la calificación, y "los enlaces covalentes son débiles" es el error que lo pierde. La fusión $\text{S}_8$ separa moléculas enteras entre sí; no toca ningún enlace individual $\text{S–S}$. Sus tamaños aún siguen a la molécula: $\text{S}_8$ funde a una temperatura más alta que $\text{P}_4$ porque es más grande, tiene más electrones y, por tanto, fuerzas de van der Waals más fuertes, mientras que $\text{Ar}$ (un átomo único) es el más bajo de todos.

Un gráfico del punto de fusión a través del Periodo 3 subiendo a través de los metales hasta un pico agudo en silicio, luego bajando a los elementos moleculares simples
El punto de fusión a lo largo del Período 3 alcanza su máximo en el silicio (covalente gigante); es alto para los metales y bajo para los elementos moleculares simples
Explorar

Tendencias a través del Periodo 3

Cambia entre radio atómico, energía de ionización y punto de fusión, y avanza por el Periodo 3 para ver cada tendencia periódica.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
periodicity/ˌpɪərɪˌɒˈdɪsɪti/ 周期性 zhōu qī xìng
period/ˈpɪərɪəd/ 周期 zhōu qī
atomic radius/əˈtɒmɪk ˈreɪdɪəs/ 原子半径 yuán zi bàn jìng
ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/ 离子半径 lí zi bàn jìng
melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ 熔点 róng diǎn
electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ 导电性 dǎo diàn xìng
giant metallic/ˈdʒaɪənt məˈtælɪk/ 金属晶体 jīn shǔ jīng tǐ
giant molecular/ˈdʒaɪənt məˈlekjʊlə/ 原子晶体 yuán zi jīng tǐ
simple molecular/ˈsɪmpl məˈlekjʊlə/ 分子晶体 fēn zǐ jīng tǐ
oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ 氧化数 yǎng huà shù
valence shell/ˈveɪləns ʃel/ 价层 jià céng
9.2

Propiedades químicas a lo largo del Período 3

Syllabus
  1. describir y escribir ecuaciones para las reacciones de los elementos con oxígeno (para dar $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$), cloro (para dar $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$) y agua ($\text{Na}$ y $\text{Mg}$ solo).
  2. indicar y explicar la variación en el número de oxidación de los óxidos ($\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ y $\text{SO}_3$ solo) y cloruros ($\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ solo) en términos de sus electrones de capa externa (capa de valencia).
  3. describir y escribir ecuaciones para las reacciones, si las hubiere, de los óxidos $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ y $\text{SO}_3$ con agua, incluyendo los posibles valores de pH de las soluciones obtenidas.
  4. describir, explicar y escribir ecuaciones para el comportamiento ácido/base de los óxidos $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ y $\text{SO}_3$ y los hidróxidos $\text{NaOH}$, $\text{Mg(OH)}_2$ y $\text{Al(OH)}_3$, incluyendo, cuando corresponda, el comportamiento anfótero en reacciones con ácidos y bases (solo hidróxido de sodio).
  5. describir, explicar y escribir ecuaciones para las reacciones de los cloruros $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ con agua, incluyendo los posibles valores de pH de las soluciones obtenidas.
  6. explicar las variaciones y tendencias en 9.2.2, 9.2.3, 9.2.4 y 9.2.5 en términos de enlace y electronegatividad.
  7. sugerir los tipos de enlace químico presentes en los cloruros y óxidos a partir de observaciones de sus propiedades químicas y físicas.

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Reacciones con oxígeno, cloro y agua

Con oxígeno:

$$4\text{Na} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{Na}_2\text{O} \qquad 2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO} \qquad 4\text{Al} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3$$
$$\text{P}_4 + 5\text{O}_2 \rightarrow \text{P}_4\text{O}_{10} \qquad \text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2$$

Con cloro:

$$2\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{NaCl} \qquad \text{Mg} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{MgCl}_2 \qquad 2\text{Al} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{AlCl}_3$$
$$\text{Si} + 2\text{Cl}_2 \rightarrow \text{SiCl}_4 \qquad 2\text{P} + 5\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{PCl}_5$$

Con agua (solo Na y Mg reaccionan):

$$2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2 \qquad \text{Mg} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 + \text{H}_2$$

El sodio reacciona rápidamente; el magnesio reacciona solo muy lentamente con agua fría.

Número de oxidación de los óxidos y cloruros

El número de oxidación 氧化数 del elemento del Período 3 en su óxido o cloruro aumenta a lo largo del período, porque es igual al número de electrones 电子 externos (capa de valencia 价层) que el átomo utiliza para formar enlaces:

Óxidos $\text{Na}_2\text{O}$ $\text{MgO}$ $\text{Al}_2\text{O}_3$ $\text{P}_4\text{O}_{10}$ $\text{SO}_2$ / $\text{SO}_3$
número de oxidación $+1$ $+2$ $+3$ $+5$ $+4$ / $+6$

Los cloruros $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ muestran números de oxidación $+1$ a $+5$ de la misma manera.

Óxidos con agua y comportamiento ácido-base

A lo largo del período, los óxidos 氧化物 cambian de básicos a ácidos:

Una barra de colores dividida en regiones básicas, anfóteras y ácidas, con los óxidos del Periodo 3 colocados a lo largo de ella desde Na2O hasta SO3 y valores de pH aproximados
Los óxidos del Período 3 cambian de básicos (los metales) a anfotéricos (Al$_2$O$_3$) y luego a ácidos (los no metales)
Óxido Con agua Naturaleza ácido-base pH aproximado
$\text{Na}_2\text{O}$ $\text{Na}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH}$ básico 13–14
$\text{MgO}$ $\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2$ básico 9–10
$\text{Al}_2\text{O}_3$ insoluble anfotérico 两性 7
$\text{SiO}_2$ insoluble débilmente ácido 7
$\text{P}_4\text{O}_{10}$ $\text{P}_4\text{O}_{10} + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{H}_3\text{PO}_4$ ácido 1–2
$\text{SO}_3$ $\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4$ fuertemente ácido 0–1

Los óxidos metálicos (izquierda) son básicos; los óxidos de no metales (derecha) son ácidos. $\text{Al}_2\text{O}_3$ y su hidróxido 氢氧化物 $\text{Al(OH)}_3$ son anfotéricos — reaccionan con tanto ácidos como bases:

$$\text{Al}_2\text{O}_3 + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$
$$\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{NaOH} + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaAl(OH)}_4$$
Óxido de aluminio en el centro reaccionando hacia la izquierda con ácido y hacia la derecha con base
El óxido de aluminio es anfotérico — reacciona con ácidos (comportándose como una base) y con bases (comportándose como un ácido)

Cloruros con agua

  • $\text{NaCl}$ y $\text{MgCl}_2$ son iónicos. Simplemente se disuelven, dando una solución casi neutra.
  • $\text{SiCl}_4$ y $\text{PCl}_5$ son covalentes. Sufren hidrólisis 水解 (reaccionan con el agua) para formar soluciones ácidas y humos de $\text{HCl}$:
$$\text{SiCl}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SiO}_2 + 4\text{HCl} \qquad \text{PCl}_5 + 4\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{PO}_4 + 5\text{HCl}$$
Dos rutas: los cloruros iónicos se disuelven dando una solución neutra, mientras que los cloruros covalentes se hidrolizan dando una solución ácida y vapores de HCl
Los cloruros iónicos simplemente se disuelven (neutros); los cloruros covalentes reaccionan con el agua (hidrólisis) para dar una solución ácida y humos de HCl

Explicando las tendencias

Estas tendencias se derivan del cambio en el enlace y la electronegatividad. A la izquierda, los elementos son metales con baja electronegatividad, por lo que sus óxidos y cloruros son iónicos y básicos (o neutrales). A la derecha, los elementos son no metales con alta electronegatividad, por lo que sus óxidos y cloruros son covalentes y ácidos. Se pueden utilizar las propiedades de un cloruro u óxido (punto de fusión, conductividad, efecto sobre el agua) para sugerir si su enlace es iónico o covalente.

Ejemplo resuelto. Prediga el pH cuando $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$ y $\text{SO}_3$ se añaden cada uno al agua. El carácter ácido-base sigue el cambio de metal a no metal a través del Período 3. $\text{Na}_2\text{O}$ es iónico y básico: se disuelve para formar $\text{NaOH}$, por lo que el pH es aproximadamente 13. $\text{SO}_3$ es covalente y ácido: reacciona para formar $\text{H}_2\text{SO}_4$, por lo que el pH es aproximadamente 1. $\text{Al}_2\text{O}_3$ se encuentra en el punto de transición; es anfotérico y esencialmente insoluble en el agua, por lo que el pH permanece alrededor de 7. La trampa está en este último: anfotérico no significa neutro, significa que el óxido reacciona tanto con ácidos como con álcalis; simplemente no reacciona con el agua.

Explorar

Laboratorio de reacciones del Período 3

Clasificar las reacciones del Período 3 según lo que revelan sobre enlaces y acidez.

Explorar

Ruta de hidrólisis de óxidos y cloruros

Seguir cómo los óxidos y cloruros del Período 3 cambian el pH en agua.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
electron/ɪˈlektrɒn/ 电子 diàn zi
oxide/ˈɒksaɪd/ 氧化物 yǎng huà wù
amphoteric/ˌæmfəʊˈterɪk/ 两性 liǎng xìng
hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ 氢氧化物 qīng yǎng huà wù
hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ 水解 shuǐ jiě
electronegativity/ɪˌlektrəʊŋɡəˈtɪvɪti/ 电负性 diàn fù xìng
van der Waals' forces/ˈvændɜː wɑːlz ˈfɔːsɪz/ 范德华力 fàn dé huá lì
9.3

Periodicidad de otros elementos

Syllabus
  1. Predecir las propiedades características de un elemento en un grupo dado mediante el uso del conocimiento sobre la periodicidad química.
  2. Deducir la naturaleza, la posible posición en la Tabla Periódica y la identidad de elementos desconocidos a partir de información dada sobre sus propiedades físicas y químicas.

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

La misma idea funciona para cualquier grupo. Si conoce el patrón hacia abajo en un grupo y a través de un período, puede:

  • predecir las propiedades de un elemento a partir de su posición (por ejemplo, un elemento del Grupo 1 será un metal reactivo que forma un ion $+1$).
  • deducir la posición probable e identidad de un elemento desconocido a partir de sus propiedades físicas y químicas.
Explorar

Tendencias periódicas

Cruza el Período 3 para ver cómo sube o baja una propiedad, y luego se repite en el siguiente período — ese patrón recurrente es la periodicidad.

9.3

Consejos para el examen

  • Empareje siempre la tendencia con su razón: el radio atómico disminuye a través del Período 3 (carga nuclear creciente, apantallamiento similar).
  • Explique el patrón de puntos de fusión según la estructura: metálica gigante (Na→Al), covalente gigante (Si, más alto), luego molecular simple ($\text{P}_4$, $\text{S}_8$, $\text{Cl}_2$) y monatómica (Ar).
  • Los óxidos van de básicos → anfotéricos ($\text{Al}_2\text{O}_3$) → ácidos a través del período; vincule esto con el enlace iónico-covalente.
  • Para las reacciones de óxidos/cloruros con el agua, indique los productos y el pH resultante.

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

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