Científicos y Elementos
Robert Boyle definió los elementos como sustancias básicas constituyentes de toda la materia, que no pueden descomponerse en sustancias más simples.
Elementos y Sustancias Simples
Un elemento químico es una sustancia que no puede descomponerse en otras más sencillas por ningún procedimiento físico ni químico. En el siglo XIX, Dalton definió un elemento como aquello que tienen en común una sustancia simple y sus variedades alotrópicas, así como todas aquellas sustancias compuestas que, por descomposición, pueden originar dicha sustancia simple. De esta manera, se establece una separación entre los términos «elemento» y «sustancia». El concepto de elemento se convierte en una entidad teórica que designa al conjunto de todos los átomos con el mismo número de protones.
La Tabla Periódica
Antecedentes Históricos
Los químicos del siglo XIX creían que debía existir una relación estrecha entre los pesos atómicos de los elementos y las semejanzas y diferencias en sus propiedades. En 1869, Mendeléyev organizó los elementos en orden creciente de sus pesos atómicos, de manera que aquellos con propiedades similares quedaran en la misma columna. Dejó espacios vacíos para elementos aún no descubiertos, lo que permitió predecir sus propiedades. Incluyó 66 elementos conocidos hasta entonces. A principios del siglo XX, se habían agregado 30 elementos más a la lista original.
La Tabla Periódica Actual
Los elementos se ordenan por número atómico (Z) creciente, de forma que los elementos con propiedades análogas se sitúan en la misma columna. El número atómico de cada elemento se diferencia del anterior en una unidad. Hasta 1940, se habían descubierto 92 elementos. Edwin M. McMillan descubrió trazas del primer elemento artificial, el neptunio. Posteriormente, Glenn Seaborg descubrió el plutonio (Z=94).
Ordenamiento de la Tabla Periódica: Periodos y Grupos
La tabla periódica actual está dividida en casilleros. Cada casillero representa un elemento con su símbolo. Los elementos se ubican por orden creciente de números atómicos, que coinciden con el número de orden en la tabla. Dentro de cada casillero, se encuentra también la masa atómica y la configuración electrónica. Los elementos se pueden clasificar en dos grupos principales según sus propiedades: metales y no metales, separados por una línea escalonada.
La tabla periódica se divide en filas, llamadas periodos, y columnas, llamadas grupos. Los elementos de los grupos 1 y 2, y de los grupos 13 al 18, se denominan elementos representativos. Los de los grupos 3 al 12 son elementos de transición, y los lantánidos y actínidos son elementos de transición interna.
Propiedades Periódicas
Radio Atómico
El radio atómico es la distancia entre el centro del núcleo y la zona correspondiente al nivel energético más externo. Se calcula determinando la distancia entre dos núcleos de átomos iguales adyacentes, ya sea en una molécula diatómica o en un cristal metálico.
- En cada grupo: El radio atómico aumenta de arriba hacia abajo, ya que los electrones externos se mueven en zonas cada vez más alejadas del núcleo.
- En cada periodo: Considerando un elemento del grupo 1 o 2 y otro del 16 o 17, el radio atómico disminuye de izquierda a derecha.
Uniones Químicas
La mayoría de los elementos no se encuentran libres en la naturaleza, sino formando parte de diferentes compuestos. Los electrones más externos se denominan electrones de valencia y son los que participan en los enlaces químicos.
La Regla del Octeto y Estructura de Lewis
En el siglo XX, se observó que los gases nobles eran muy poco reactivos (por lo que se les llamó «inertes») y que sus átomos tenían ocho electrones en el último nivel de energía. Los átomos adquieren mayor estabilidad al completar con ocho electrones su último nivel energético mediante interacciones con otros átomos.
Regla del octeto: Los átomos de los distintos elementos se unen compartiendo o transfiriendo electrones para adquirir la configuración electrónica externa de los átomos del gas noble más próximo, logrando así mayor estabilidad.
Lewis propuso una manera sencilla de representar los átomos en las uniones químicas: escribir el símbolo del elemento rodeado por los electrones de valencia. Esto se conoce como estructura de Lewis.
Compuestos Iónicos
En el cloruro de sodio, los cationes Na+ y los aniones Cl– se atraen debido a que poseen cargas eléctricas de distinto signo. Este tipo de unión se llama enlace iónico.
Sustancias Moleculares
Existen muchas sustancias formadas por átomos cuyas diferencias de energía de ionización (Ei) no son tan acentuadas como entre los metales y los no metales. En estos casos, no es factible que uno de los átomos ceda sus electrones y el otro los capte para adquirir la configuración de los átomos del gas noble más cercano. En las sustancias simples, los valores de Ei de los átomos que forman las moléculas son iguales.
Los átomos que participan en la unión comparten uno o más pares de electrones, adquiriendo cada uno la configuración electrónica más estable. Este tipo de unión se llama enlace covalente. Cada átomo que interviene en la unión aporta electrones. Al contar los electrones de valencia propios y compartidos, se representa mediante una línea, lo que se denomina fórmula desarrollada.
También existe otro tipo de enlace covalente, donde solo uno de los átomos aporta el par de electrones compartido. Se denomina enlace covalente dativo y se representa con una flecha dirigida al símbolo del átomo receptor.