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La tabla periódica

IGCSE Química · Tema 8

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11:15

La tabla periódica

Esta es la tabla más poderosa de toda la química: la Tabla Periódica. Parece un desorden de cajas, pero oculta un hermoso secreto. Los elementos son…

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8.1

Arrangement of the elements

Syllabus
Núcleo Complementario
1 Describir la Tabla Periódica como una disposición de elementos en periodos y grupos, ordenados según el número atómico/protonico creciente
2 Describir el cambio del carácter metálico al no metálico a lo largo de un periodo
3 Describir la relación entre el número de grupo y la carga de los iones formados por los elementos de ese grupo
4 Explicar las similitudes en las propiedades químicas de los elementos del mismo grupo de la Tabla Periódica en términos de su configuración electrónica
5 Explicar cómo la posición de un elemento en la Tabla Periódica puede utilizarse para predecir sus propiedades 6 Identificar tendencias en los grupos, dada información sobre los elementos

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

A periodic table display with element samples
La tabla periódica organiza los elementos según su número atómico.

La Tabla Periódica 周期表 ordena todos los elementos 元素 en orden creciente de número de protones 质子数 (el número atómico 原子序数). Las filas horizontales se llaman períodos 周期 y las columnas verticales se llaman grupos 族.

Algunos patrones clave:

  • A lo largo de un período, los elementos cambian de metales 金属 a la izquierda a no metales 非金属 a la derecha.
  • El número del grupo indica la carga de los iones 离子 que forman los elementos. El Grupo I forma iones $+1$, el Grupo II forma iones $+2$ y el Grupo VII forma iones $-1$.
  • Los elementos del mismo grupo tienen propiedades químicas similares. Esto se debe a que tienen el mismo número de electrones 电子 en su capa externa (la misma configuración electrónica externa 电子排布).

Debido a estos patrones, puedes usar la posición de un elemento para predecir sus propiedades.

Una tabla periódica esquemática: grupos como columnas numeradas y periodos como filas, con metales sombreados a la izquierda y no metales a la derecha, separados por una línea escalonada
Los grupos son las columnas y los períodos son las filas; los metales están a la izquierda de la línea escalonada y los no metales a la derecha
Explorar

Detectar una tendencia en un periodo

Al leer a lo largo de un periodo, las propiedades cambian según un patrón regular y repetitivo. Cambia la tendencia para observar cómo varía el radio atómico, la energía de ionización o el punto de fusión elemento por elemento.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
Periodic Table/ˌpɪərɪˈɒdɪk ˈteɪbl/ 周期表 zhōu qī biǎo
elements/ˈelɪmənts/ 元素 yuán sù
proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ 质子数 zhì zǐ shù
atomic number/əˈtɒmɪk ˈnʌmbə/ 原子序数 yuán zi xù shù
periods/ˈpɪərɪədz/ 周期 zhōu qī
groups/ɡruːps/ 族 zú
metals/ˈmetlz/ 金属 jīn shǔ
non-metals/nɒn ˈmetlz/ 非金属 fēi jīn shǔ
ions/ˈaɪɒnz/ 离子 lí zi
electrons/ɪˈlektrɒnz/ 电子 diàn zi
electronic configuration/ɪlekˈtrɒnɪk kənˌfɪɡjəˈreɪʃn/ 电子排布 diàn zi pái bù
alkali metals/ˈælkəlaɪ ˈmetlz/ 碱金属 jiǎn jīn shǔ
lithium/ˈlɪθɪəm/ 锂 lǐ
sodium/ˈsəʊdɪəm/ 钠 nà
8.2

Grupo I — Los metales alcalinos

Syllabus
Núcleo Suplemento
1 Describir los metales alcalinos del Grupo I, litio, sodio y potasio, como metales relativamente blandos con tendencias generales a lo largo del grupo, limitadas a: (a) punto de fusión decreciente (b) densidad creciente (c) reactividad creciente
2 Predecir las propiedades de otros elementos del Grupo I, dada información sobre los elementos

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Los elementos del Grupo I son los metales alcalinos 碱金属: litio 锂, sodio 钠 y potasio 钾. Son metales blandos 柔软 (se pueden cortar con un cuchillo).

Un pequeño trozo de potasio arde con un destello brillante de chispas y una llama lila en la superficie de un plato con agua
El potasio reacciona violentamente con el agua, liberando hidrógeno que arde con una llama lila; la reactividad aumenta al bajar por el Grupo I
Diagramas de capas electrónicas del litio, el sodio y el potasio, cada uno con un único electrón externo destacado
Cada átomo del Grupo I tiene un electrón en su capa externa, lo cual explica por qué reaccionan de manera similar

Al bajar por el grupo, existen tendencias claras:

Propiedad Tendencia al bajar por el grupo
punto de fusión 熔点 disminuye
densidad 密度 aumenta
reactividad 活泼性 aumenta

Puedes usar estas tendencias para predecir las propiedades de otros elementos del Grupo I. Por ejemplo, el rubidio (debajo del potasio) sería aún más reactivo y tendría un punto de fusión aún más bajo.

Reacción con el agua y lo que se observa

Esta es la reacción sobre la que más se pregunta en los exámenes. Cada metal del Grupo I reacciona con el agua para formar una alcali (hidróxido metálico) más hidrógeno, razón por la cual se llaman metales alcalinos:

$$2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2$$

"Describe lo que ves" suele valer puntos propios, así que aprende la lista para sodio sobre agua:

  • flota - el metal es menos denso que el agua.
  • se funde formando una bola - la reacción libera calor y el punto de fusión del metal es bajo.
  • se mueve por la superficie - el chorro de hidrógeno que escapa lo empuja.
  • hay efervescencia 泡腾 (burbujeo) - debido a la salida del gas hidrógeno.
  • se hace más pequeño y desaparece a medida que se consume.
  • la solución se vuelve alcalina, por lo que el indicador universal se torna morado (ahora es $\text{NaOH}$).

La tendencia se manifiesta en la violencia de la reacción: el litio burbujea constantemente pero no se funde; el sodio se funde en una bola y corre por la superficie; el potasio es lo suficientemente rápido como para encender su propio hidrógeno, ardiendo con una llama lila. Dos respuestas que debes evitar: decir "se desprende hidrógeno" no es una observación (no se puede ver, di efervescencia), y el metal se funde porque la reacción es exotérmica, no porque "el agua esté caliente".

Explorar

Laboratorio de tendencias del Grupo I

Siga los metales del Grupo I hacia abajo en el grupo y observe cómo aumenta la reactividad.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
potassium/pəˈtæsɪəm/ 钾 jiǎ
soft/sɒft/ 柔软 róu ruǎn
8.3

Grupo VII — Los halógenos

Syllabus
Núcleo Complemento
1 Describir los halógenos del Grupo VII, cloro, bromo y yodo, como no metales diatómicos con tendencias generales a lo largo del grupo, limitándose a: (a) aumento de densidad (b) disminución de reactividad
2 Indicar la apariencia de los halógenos a temperatura y presión ambiente (r.t.p.) como: (a) cloro, un gas amarillo-verdoso pálido (b) bromo, un líquido rojo-marrón (c) yodo, un sólido gris-negro
3 Describir y explicar las reacciones de desplazamiento de halógenos con otros iones haluro
4 Predecir las propiedades de otros elementos del Grupo VII, dadas informaciones sobre los elementos

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Los elementos del Grupo VII son los halógenos 卤素: cloro 氯气, bromo 溴 e yodo 碘. Son no metales diatómicos 双原子 (cada molécula está formada por dos átomos, como $\text{Cl}_2$).

Su apariencia a temperatura y presión ambiente:

Halógeno Apariencia
cloro gas amarillo pálido-verdoso
bromo líquido rojo-marrón
yodo sólido gris-negro

Al bajar por el grupo, la densidad aumenta pero la reactividad disminuye (tendencia opuesta a la del Grupo I).

Grupo I con una flecha de reactividad hacia abajo junto al Grupo VII con una flecha de reactividad hacia arriba
El Grupo I se vuelve más reactivo al bajar, mientras que el Grupo VII se vuelve menos reactivo al bajar — tendencias opuestas

Reacciones de desplazamiento

Un halógeno más reactivo desplaza (empuja fuera) a un ion haluro 卤化物 menos reactivo de su solución. Esta es una reacción de desplazamiento 置换反应.

Por ejemplo, el cloro es más reactivo que el bromo, por lo que desplaza al bromo del bromuro de potasio:

$$\text{Cl}_2 + 2\text{KBr} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{Br}_2$$
Solución incolora de bromuro de potasio que se torna naranja al añadir cloro
El cloro es más reactivo, por lo que desplaza al bromo de la solución; el bromo liberado torna la solución incolora de color naranja

Ejemplo resuelto. Se añade cloro acuoso a una solución de yoduro de potasio; luego se añade yodo acuoso a una solución de bromuro de potasio. ¿Qué sucede en cada caso? La reactividad disminuye hacia abajo en el Grupo VII: cloro, luego bromo, luego yodo. (a) El cloro está por encima del yodo, por lo que es más reactivo y lo desplaza: $\text{Cl}_2 + 2\text{KI} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{I}_2$, y la solución se torna rojo-marrón a medida que se libera yodo. (b) El yodo está por debajo del bromo, por lo que es menos reactivo y no puede desplazarlo: no hay reacción ni cambio de color. "No hay reacción" es una respuesta completa que vale puntos; verifica el orden dentro del grupo antes de escribir cualquier ecuación.

Explorar

Laboratorio de tendencias del Grupo VII

Siga los halógenos hacia abajo en el grupo y observe cómo disminuye la reactividad.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
trends/trendz/ 趋势 qū shì
melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ 熔点 róng diǎn
density/ˈdensɪti/ 密度 mì dù
reactivity/rɪəkˈtɪvɪti/ 活泼性 huó pō xìng
halogens/ˈhælədʒnz/ 卤素 lǔ sù
chlorine/ˈklɔːriːn/ 氯气 lǜ qì
bromine/ˈbrəʊmaɪn/ 溴 xiù
iodine/ˈaɪədiːn/ 碘 diǎn
diatomic/ˌdaɪəˈtɒmɪk/ 双原子 shuāng yuán zi
halide/ˈhælaɪd/ 卤化物 lǔ huà wù
displacement reaction/dɪˈspleɪsmənt rɪˈækʃn/ 置换反应 zhì huàn fǎn yìng
transition elements/trænˈsɪʃn ˈelɪmənts/ 过渡元素 guò dù yuán sù
coloured/ˈkʌləd/ 有色 yǒu sè
compounds/ˈkɒmpaʊndz/ 化合物 huà hé wù
8.4

Elementos de transición

Syllabus
Núcleo Suplemento
1 Describir los elementos de transición como metales que: (a) tienen densidades elevadas (b) tienen puntos de fusión altos (c) forman compuestos coloreados (d) a menudo actúan como catalizadores como elementos y en compuestos 2 Describir los elementos de transición como aquellos que tienen iones con números de oxidación variables, incluyendo el hierro(II) y el hierro(III)

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Los elementos de transición 过渡元素 son el bloque de metales en el centro de la Tabla Periódica. En comparación con los metales del Grupo I, ellos:

  • tienen altas densidades;
  • tienen altos puntos de fusión;
  • forman compuestos 化合物 coloreados 有色;
  • a menudo actúan como catalizadores, tanto como elementos como en compuestos.

También pueden tener números de oxidación 氧化数 variables 可变. Por ejemplo, el hierro 铁 forma tanto compuestos de hierro(II) como de hierro(III).

Seis vasos de precipitados con soluciones de colores vivos: rojo, naranja, amarillo, verde, azul y púrpura
Los metales de transición forman compuestos coloreados: cada una de estas soluciones contiene un ion diferente de metal de transición
Explorar

Laboratorio de elementos de transición

Asociar las propiedades de los metales de transición con ejemplos reales.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
variable/ˈveərɪəbl/ 可变 kě biàn
oxidation numbers/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbəz/ 氧化数 yǎng huà shù
iron/ˈaɪən/ 铁 tiě
noble gases/ˈnəʊbl ˈɡæsɪz/ 稀有气体 xī yǒu qì tǐ
unreactive/ʌnrɪˈæktɪv/ 不活泼 bù huó pō
monatomic/ˌmɒnəˈtɒmɪk/ 单原子 dān yuán zi
effervescence/ˌefəˈvesəns/ 泡腾 pào téng
8.5

Grupo VIII — Los gases nobles

Syllabus
Núcleo Complemento
1 Describir los gases nobles del Grupo VIII como gases monoatómicos e inertes, y explicar esto en función de su configuración electrónica

Fuente: Plan de estudios Cambridge International

Los gases nobles 稀有气体 del Grupo VIII son inertes 不reactivos, gases monoatómicos 单原子 (existen como átomos individuales, no como moléculas).

Son inertes porque ya poseen una capa externa completa de electrones. Esto los hace estables, por lo que no necesitan ganar, perder o compartir electrones.

Cinco tubos de descarga etiquetados He, Ne, Ar, Kr y Xe, brillando cada uno de un color diferente
Hacer pasar electricidad a través de cada gas noble provoca que brille con un color característico; así funcionan los carteles neón y otras luces
Explorar

Laboratorio de gases nobles

Clasificar los usos de los gases nobles según la propiedad que los hace útiles.

8.5

Consejos para el examen

  • La Tabla Periódica está ordenada por número de protones. Los elementos del mismo grupo (columna) tienen el mismo número de electrones externos, por lo que reaccionan de manera similar; los períodos son las filas.
  • El Grupo I (metales alcalinos) se vuelve más reactivo al bajar; el Grupo VII (halógenos) se vuelve menos reactivo al bajar — tendencias opuestas.
  • Un halógeno más reactivo desplaza a uno menos reactivo desde una solución de su sal — por ejemplo, el cloro desplaza al bromo.
  • Los gases nobles son inertes porque tienen una capa externa completa. Los elementos de transición son duros y densos, forman compuestos coloreados, actúan como catalizadores y tienen números de oxidación variables.

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

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