Tabla Periódica: periodicidad química

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.

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.

Reacciones con oxígeno, cloro y agua

Con oxígeno:

Con cloro:

Con agua (solo Na y Mg reaccionan):

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:

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:

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:

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 $\text{HCl}$:

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.

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.

• 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.