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Por qué los elementos se organizan así y cómo predecir sus propiedades
| Propiedad | En el grupo (↓) | En el período (→) | Excepción notable | Ejemplo |
|---|---|---|---|---|
| Radio atómico | Aumenta (más capas) | Disminuye (mayor Zef) | Lantánidos: contracción lantánida | Cs (232 pm) es el mayor de la serie; el Fr (223 pm) queda algo por debajo por efectos relativistas |
| Electronegatividad | Disminuye | Aumenta | Los gases nobles ligeros no tienen valor en la escala de Pauling | F el más electronegativo; Fr el menos |
| 1.ª E. ionización | Disminuye | Aumenta (con excepciones) | N > O y Be > B por subcapas semillenas/llenas | He (2372 kJ/mol) es el más alto; Cs el más bajo |
| Afinidad electrónica | Más exotérmica hacia arriba | Tendencia irregular | N, Be, Mg: no forman anión estable (subniveles estables) | Cl (−348,6) más exotérmica que F (−328,2) |
| Punto de fusión | Irregular según familia | Máximo en metales de transición | El C no funde a 1 atm: sublima (por eso no entra en la escala) | He y H: Tf más bajas; W (3422 °C) la más alta |
| Regla general | Radio ↑, el resto ↓ | Radio ↓, el resto ↑ (aprox.) | Metales de transición rompen la monotonía | La tabla es más rica que cualquier regla simple |
Li es el primer metal alcalino: radio pequeño, baja masa, baja energía de ionización. La combinación es ideal para ánodos ligeros y con alta densidad de energía. Sin las tendencias periódicas no habríamos predicho que Li sería mejor que Na o K.
Si y Ge son metaloides del grupo 14 con electronegatividad intermedia (1,90 y 2,01). Su estructura electrónica de 4 electrones de valencia los hace perfectos para semiconductores. La tendencia de EN en el grupo 14 guió la búsqueda de materiales alternativos.
Fe, Co, Ni, Pt, Pd tienen subniveles d parcialmente ocupados, energías de ionización moderadas y afinidades electrónicas que permiten adsorber y liberar reactivos. Las tendencias de los metales de transición predicen su actividad catalítica.
Un halógeno desconocido en el grupo 17 tendrá electronegatividad alta, afinidad electrónica muy exotérmica y radio pequeño: será muy reactivo y oxidante fuerte. Las tendencias permiten predecir propiedades antes de sintetizar el compuesto.
El F tiene el radio atómico más pequeño del grupo 17, lo que significa que sus electrones de valencia están muy cerca del núcleo. Aunque el Cl tiene mayor afinidad electrónica, la pequeña distancia en el F hace que la atracción sobre los electrones compartidos en un enlace sea máxima. La electronegatividad no es solo afinidad electrónica: también depende del radio.
El N tiene la configuración 2p³: tres electrones en tres orbitales p semillenos, cada uno con su spin paralelo. Añadir un cuarto electrón obligaría a aparearlo en un orbital ya ocupado, lo que cuesta energía de repulsión interelectrónica. El resultado neto es que ganar un electrón no libera energía, sino que cuesta un poco (unos 7 kJ/mol medidos): el anión N⁻ no es estable. Algo parecido ocurre con Be y Mg (ns² lleno), que tampoco forman anión estable.
El W (grupo 6, período 6) tiene 4 electrones d desapareados disponibles para el enlace metálico, además de su gran radio relativamente compacto para ser del período 6. Esto maximiza la densidad de estados en la banda d y la energía de cohesión de la red cristálica. Los metales de transición del período 5-6 con más electrones d desapareados tienen los mayores puntos de fusión.
Cada período añade un nuevo nivel energético (capa). Los electrones de valencia en la capa n+1 están más lejos del núcleo que los de la capa n, aunque la carga nuclear también haya aumentado. El efecto de apantallamiento de las capas internas es suficiente para que los electrones externos sientan menos atracción neta: el átomo se expande.
Es la carga del núcleo que "perciben" realmente los electrones de valencia después de restar el efecto de apantallamiento de los electrones internos. Se calcula con las reglas de Slater: Zef ≈ Z − σ, donde σ es la constante de apantallamiento. Al avanzar en un período, Z aumenta en 1 pero σ aumenta menos de 1 (los electrones del mismo nivel no apantallan completamente), así que Zef crece y el átomo se contrae.
Radio: "Baja y a la izquierda = más gordo". Los metales alcalinos de la izquierda y abajo son los más voluminosos (Cs, Fr).
Electronegatividad: "Sube y a la derecha = más ávido". El F en la esquina superior derecha es el campeón absoluto.
Energía ionización: "Igual que EN pero más irregular". Recuerda que N > O y Be > B por subniveles semillenos/llenos.
Punto de fusión: "El centro de la tabla funde más tarde". Los metales de transición del centro (W, Re, Os, Mo) tienen los Tf más altos.