Tendencias periódicas: cómo cambian el radio atómico, la electronegatividad y la energía de ionización
Las tendencias periódicas son patrones regulares en las propiedades de los elementos a lo largo de la tabla periódica. De izquierda a derecha en un período, el radio atómico generalmente disminuye mientras que la electronegatividad y la energía de ionización aumentan; al bajar por un grupo, el radio atómico aumenta mientras que la electronegatividad y la energía de ionización disminuyen. El carácter metálico va en sentido contrario y es mayor en la parte inferior izquierda de la tabla.
Dos ideas detrás de cada tendencia
Casi todas las tendencias provienen de dos efectos. El primero es la carga nuclear. A lo largo de un período, cada elemento tiene un protón más, así que el núcleo atrae con más fuerza a los electrones. Los electrones añadidos a la misma capa apenas se apantallan entre sí, de modo que los electrones externos sienten una atracción más fuerte, llamada carga nuclear efectiva, de izquierda a derecha.
El segundo es el número de capas. Al bajar por un grupo, cada elemento tiene una capa ocupada más, así que los electrones externos están más lejos del núcleo y quedan apantallados por más electrones internos. Están menos retenidos, aunque el núcleo tenga más protones.
Radio atómico
El radio atómico mide el tamaño de un átomo. A lo largo de un período generalmente disminuye, porque la atracción más fuerte acerca la nube de electrones hacia el interior. Al bajar por un grupo aumenta, porque cada capa nueva está más alejada. Los iones positivos son más pequeños que sus átomos, y los iones negativos son más grandes.
Los metales alcalinos muestran con claridad la tendencia del grupo en los datos de este sitio: litio 182 pm, sodio 227 pm, potasio 275 pm, rubidio 303 pm y cesio 343 pm. Los valores del radio dependen de cómo se midan (radios covalentes, metálicos o de van der Waals), por lo que cada tabla da números distintos, y la tendencia a lo largo de un período es un patrón general y no una variación perfectamente regular.
Electronegatividad
La electronegatividad mide con qué fuerza un átomo atrae los electrones compartidos en un enlace químico. En la escala de Pauling, aumenta a lo largo de un período y disminuye al bajar por un grupo.
En el período 2 sube desde el litio (0,98), pasando por el carbono (2,55) y el oxígeno (3,44), hasta el flúor (3,98), el elemento más electronegativo. Al bajar por el grupo 17 desciende del flúor al cloro (3,16), el bromo (2,96) y el yodo (2,66). Los valores más bajos están en la parte inferior izquierda, como el cesio con 0,79. El helio, el neón y el argón no tienen valor porque no forman compuestos estables.
La diferencia de electronegatividad predice el tipo de enlace. Una diferencia grande, como entre el sodio (0,93) y el cloro (3,16), da un enlace iónico, mientras que una diferencia pequeña da un enlace covalente.
Energía de ionización
La energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón más externo de un átomo en fase gaseosa. Aumenta a lo largo de un período, porque los electrones están más retenidos, y disminuye al bajar por un grupo, porque el electrón externo está más lejos del núcleo.
A lo largo del período 3 sube de 5,139 eV en el sodio a 15,76 eV en el argón, y al bajar por el grupo 1 disminuye de 5,392 eV en el litio a 3,894 eV en el cesio. El helio tiene la primera energía de ionización más alta de todos los elementos, 24,587 eV. Hay pequeños descensos por el camino: el boro tiene un valor menor que el berilio porque su electrón externo está en una subcapa 2p de mayor energía, y el oxígeno tiene un valor menor que el nitrógeno porque su cuarto electrón 2p comparte un orbital, donde la repulsión hace que sea más fácil de arrancar.
Carácter metálico y reactividad
El carácter metálico describe con qué facilidad pierde electrones un átomo. Sigue el patrón opuesto al de la energía de ionización: disminuye a lo largo de un período y aumenta al bajar por un grupo. Por eso los elementos más metálicos, como el cesio y el francio, están en la parte inferior izquierda, y los más no metálicos, como el flúor y el oxígeno, están en la parte superior derecha.
La reactividad se deriva de estas tendencias, pero depende del grupo. Los metales alcalinos son más reactivos al bajar por el grupo porque su único electrón de valencia se pierde con más facilidad: el litio reacciona de forma sosegada con el agua, mientras que el potasio reacciona con violencia. Los halógenos son menos reactivos al bajar por el grupo porque los átomos más grandes atraen con menos fuerza un electrón adicional, así que el flúor es el halógeno más reactivo.
Puntos clave
- A lo largo de un período, el radio atómico disminuye mientras que la electronegatividad y la energía de ionización aumentan.
- Al bajar por un grupo, el radio atómico aumenta mientras que la electronegatividad y la energía de ionización disminuyen.
- El flúor es el elemento más electronegativo (3,98), y el helio tiene la mayor energía de ionización (24,587 eV).
- El carácter metálico aumenta hacia la parte inferior izquierda de la tabla, y el carácter no metálico hacia la parte superior derecha.
- Las tendencias provienen de la carga nuclear, que atrae los electrones hacia dentro, y de las capas adicionales, que los mantienen más lejos.
Ponte a prueba
Tres preguntas rápidas sobre esta lección.
1. Al avanzar de izquierda a derecha a lo largo de un período, ¿qué ocurre generalmente con el radio atómico?
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Disminuye — La carga nuclear creciente atrae más cerca a los electrones de la misma capa, así que los átomos se hacen más pequeños.2. ¿Qué elemento es el más electronegativo?
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Flúor — El flúor tiene la mayor electronegatividad de todos los elementos, 3,98 en la escala de Pauling.3. ¿Por qué disminuye la energía de ionización al bajar por un grupo?