Clasificación Periódica y Propiedades de los Elementos Químicos: Descubrimientos Clave

Desarrollo Histórico de la Clasificación de los Elementos Químicos

El elevado número de elementos químicos conocidos hizo imprescindible, para su estudio, establecer un criterio de clasificación. Los primeros intentos se basaron en la distinción entre metales y no metales, según su conductividad eléctrica.

Primeras Clasificaciones

• Triadas de Döbereiner (1817): Agrupó los elementos en tríos con propiedades químicas similares, de manera que la masa atómica del elemento central era, aproximadamente, la media aritmética de los otros dos.
• Ley de las Octavas de Newlands (1863): Colocó los elementos en orden creciente de sus masas atómicas, observando que cada ocho elementos se repetían propiedades similares.
• Tabla Periódica de Mendeleyev (1869): Utilizó el mismo criterio que Newlands (orden creciente de masa atómica), pero agrupó los elementos con propiedades similares en columnas. El gran éxito de Mendeleyev fue predecir la existencia y propiedades de elementos aún no descubiertos, dejando huecos libres en su tabla. Cuando estos elementos fueron descubiertos, sus propiedades coincidieron con las predicciones de Mendeleyev.

Distribución Electrónica de los Átomos

La distribución electrónica describe la forma en que los electrones se sitúan en la corteza de los átomos, indicando el grupo de orbitales y el número de electrones en cada orbital.

Principios Fundamentales de la Configuración Electrónica

• Principio de Exclusión de Pauli: En un mismo átomo, no puede haber dos electrones con los cuatro números cuánticos iguales. Esto implica que en cada orbital solo puede haber, como máximo, dos electrones (con espines opuestos).
• Principio de Mínima Energía (Aufbau): Los electrones se colocan en los orbitales de menor energía posible. La energía de un orbital se determina, principalmente, por la suma de los números cuánticos principal (n) y secundario (l). A igualdad de n+l, tiene menor energía el orbital con menor valor de n.
• Regla de Máxima Multiplicidad de Hund: Al llenar orbitales del mismo tipo (mismo valor de l), la configuración electrónica más estable (de menor energía) es aquella en la que los electrones ocupan el mayor número posible de orbitales, desapareados (con espines paralelos), y luego se completan con el segundo electrón.

Propiedades Periódicas de los Elementos

Las propiedades periódicas son aquellas que varían de forma regular y predecible a lo largo de la tabla periódica, en función de la configuración electrónica de los átomos.

• Carga Nuclear (CN): Es la carga positiva del núcleo, igual al número de protones (número atómico, Z).
• Efecto Pantalla (EP): Las capas internas de electrones ejercen una fuerza de repulsión sobre los electrones más externos, disminuyendo la carga nuclear efectiva que estos experimentan.
• Capa de Valencia (CV): Es la capa más externa de electrones, que determina la distancia entre el núcleo y los electrones de valencia.
• Radio Atómico (RA): Es la distancia entre el núcleo y el electrón más externo. Aumenta al bajar en un grupo (mayor número de capas electrónicas) y disminuye al avanzar en un periodo (mayor carga nuclear efectiva).
• Radio Iónico (RI): Es el radio de un átomo que ha ganado o perdido electrones. Los cationes (iones positivos) son más pequeños que los átomos neutros correspondientes, mientras que los aniones (iones negativos) son más grandes.
• Energía de Ionización (EI): Es la energía mínima necesaria para arrancar un electrón de un átomo en estado gaseoso y formar un catión. Aumenta al avanzar en un periodo y disminuye al bajar en un grupo.
• Afinidad Electrónica (AE): Es la energía liberada cuando un átomo en estado gaseoso captura un electrón y forma un anión. Generalmente, aumenta al avanzar en un periodo y disminuye al bajar en un grupo (aunque hay excepciones).
• Electronegatividad (EN): Es la tendencia de un átomo a atraer hacia sí los electrones compartidos en un enlace covalente. Varía de forma similar a la energía de ionización y la afinidad electrónica.

Configuraciones Electrónicas Especialmente Estables

Algunos elementos presentan configuraciones electrónicas que se desvían de los principios generales, debido a que estas configuraciones les confieren una mayor estabilidad. Las configuraciones electrónicas con orbitales completamente llenos o semillenos son particularmente estables.