Blog elaborado por Prof. Keiber Marcano, especialista en Química Titulado del Instituto Pedagógico de Caracas, Venezuela y, de la Universidad de Chile.
Actualmente Prof de Ciencias Aplicadas en el English College de Talagante, Santiago de Chile. Cátedra de Fundamentos de Química.
Contribución de la temática en el desarrollo del aprendizaje del estudiante.
FICHA TÉCNICA DE APRENDIZAJE
Objetivos fundamentales transversales
1.Interés por conocer la realidad y utilizar el conocimiento.
2.Comprender y valorar la perseverancia, el rigor y el cumplimiento, la flexibilidad y la originalidad.
Objetivo Fundamental
1.Describir investigaciones científicas clásicas o contemporáneas relacionadas con los conocimientos del nivel.
2.Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones, apoyándose en las teorías y conceptos científicos en estudio.
3.Valorar el conocimiento del origen y el desarrollo histórico de conceptos y teorías, reconociendo su utilidad para comprender el quehacer científico y la construcción de conceptos nuevos más complejos.
4.Comprender la importancia de las teorías e hipótesis en la investigación científica y distinguir entre unas y otras.
5.Relacionar la estructura electrónica de los átomos con su ordenamiento en la tabla periódica, sus propiedades físicas y químicas y su capacidad de interacción con otros átomos.
Aprendizajes Esperados
1.Describir investigaciones científicas clásicas o contemporáneas relacionadas con la constitución de la tabla periódica.
2.Relacionar la estructura electrónica de los átomos con su ordenamiento en la tabla periódica y sus propiedades físicas y químicas.
3.Organizar e interpretar datos, y formular explicaciones y conclusiones relacionadas con las propiedades periódicas de los elementos.
Contenido mínimo obligatorio
Descripción de la configuración electrónica de diversos átomos para explicar sus diferentes ubicaciones en la tabla periódica, su radio atómico, su energía de ionización, su electroafinidad y su electronegatividad.
Habilidades de Pensamiento Científico
Procesamiento e interpretación de datos y formulación de explicaciones, apoyándose en los conceptos y modelos teóricos del nivel, por ejemplo, el estudio de las propiedades periódicas de los elementos.
Actividad Inicial: El objetivo de la actividad es que el docente pueda evaluar los contenidos previos necesarios para continuar con el desarrollo de la Unidad 2. De ser adversos los resultados, se sugiere poder comentar con los estudiantes las respuestas correctas y realizar repaso de conceptos.
Actividad 2: Se trata de una actividad de comprensión y aplicación. El objetivo principal de la actividad es que los estudiantes relacionen la configuración electrónica con la ubicación en la tabla periódica de los elementos. Se trabaja la habilidad de inferir, desarrollar, ejercitar y comunicar.
Actividad 3: Se trata de una actividad de investigación. El objetivo principal de la actividad es que los estudiantes reconozcan propiedades generales de los elementos químicos y sus posiciones en la tabla periódica. Se trabaja la habilidad de observación, síntesis y comunicación.
Guía de Ejercicios: Se busca que los estudiantes sigan practicando cómo determinar la ubicación de un elemento a partir de su configuración electrónica, y las dos formas de clasificar los elementos químicos. Se sugiere que el docente no de esta actividad como una tarea para el hogar, sino que acompañe a sus estudiantes en su resolución.
Lección 1: Los elementos y esa costumbre de ordenar.
Esta Unidad tiene como propósito que tú:
Comprendas y expliques la relación que existe entre la estructura electrónica de los átomos y su ordenamiento en la tabla periódica.
Reconozcas las propiedades físicas y químicas de los elementos, así como las llamadas propiedades periódicas.
Conocer la evolución histórica de la tabla periódica de los elementos, reconociendo las características macroscópicas y microscópicas asociadas a este ordenamiento.
Organices e interpretes datos referidos a propiedades periódicas formulando explicaciones y conclusiones respecto a ellas.
LECCIÓN 1. LOS ELEMENTOS Y ESA COSTUMBRE DE ORDENAR
Aprendizajes esperados de la lección:
La presente Lección tiene como propósito que tú: -Conozcas y apliques las clasificaciones de los elementos químicos, relacionando además, la configuración electrónica de estos con su ubicación dentro de la tabla periódica actual. Todo lo anterior, reconociendo que el sistema periódico actual es producto de la evolución de numerosos intentos por organizar los elementos químicos-.
Más de la mitad de los elementos que se conocen en la actualidad se descubrieron entre 1800 y 1900. Durante este periodo los químicos observaron que muchos elementos mostraban grandes semejanzas en sus propiedades físicas y en sus comportamientos químicos. El reconocimiento de estas similitudes, así como la necesidad de organizar la creciente información sobre los elementos, motivó a los químicos a desarrollar la tabla periódica, una tabla en la que se encuentran agrupados los elementos que tienen propiedades físicas y químicas semejantes.
En la tabla periódica moderna, los 118 elementos que hoy existen se ordenan por número atómico creciente y se organizan en filas (horizontales) a las que llamamos periodos, y en columnas (verticales) que reciben el nombre de grupos o familias.
El ordenamiento moderno de la tabla periódica está directamente ligado con la configuración electrónica de un elemento, sin embargo, el trabajo de construir una tabla periódica comenzó mucho antes de que se conociera la existencia de protones y electrones. ¿En qué se habrán basado estos primeros intentos?
Desarrollo de la Tabla Periódica
En el siglo XIX, cuando los químicos solo tenían una vaga idea respecto de los átomos y las moléculas, se desarrollaron numerosos intentos para organizar los elementos hasta ese entonces conocidos.
Estos intentos son los antecesores de nuestra tabla periódica y en general se desarrollaron, utilizando el conocimiento que hasta ese entonces se tenía sobre las masas atómicas –muchas de ellas ya determinadas con exactitud en esa época–. Así, dos de las propuestas más destacadas para ordenar los elementos –pero no las únicas– antes del sistema que utilizamos en la actualidad fueron dos:
La ley de las octavas de Newlands: En 1864, John Newlands1 observó que cuando los elementos se ordenaban según sus masas atómicas, algunas propiedades se repetían cada ocho elementos igual que en las octavas musicales, por lo que a la agrupación de los elementos, le llamó Ley de las Octavas. Por ejemplo, el litio (Li) tenía propiedades similares a las del sodio (Na), que se encontraba a ocho espacios de distancia. Esta ley de las octavas no funcionaba para elementos con masa atómica superior a la del calcio (Ca), por lo cual el trabajo de Newlands fue rechazado por la comunidad científica.
La tabla periódica propuesta por Mendeleev y Meyer: En 1869, el químico ruso Dmitri Mendeleev y el químico alemán Lothar Meyer, cada uno por su lado, propusieron una nueva forma de ordenar los elementos que se basaba en la repetición periódica y regular de sus propiedades. Aunque ambos químicos partieron de una base similar, el trabajo de Mendeleev superó al de Meyer y con mayor razón al de Newlands, al dejar espacios vacíos dentro de su tabla periódica los que debían ser ocupados por elementos que en esa época aún no se habían descubierto, como por ejemplo el Galio, a quien llamó Eka–aluminio, queriendo decir que ese elemento aún desconocido era el primero debajo del aluminio.
Basado en el estudio de las propiedades de los elementos que estaban relacionados con el Eka–aluminio, Mendeleev predijo datos como la masa atómica, punto de fusión y densidad de esa especie. Cuando finalmente se descubrió el galio en 1875 y fue evidente la impresionante precisión de las predicciones de Mendeleev, su tabla periódica se volvió muy aceptada.
Originalmente, la tabla de Mendeleev incluyó los 66 elementos conocidos hasta la fecha, y ya para 1900 se habían incorporado cerca de 30 elementos más, ocupando algunos de los espacios que se habían dejado vacíos. No obstante, a pesar del gran éxito de la tabla de Mendeleev, el hecho de que la masa atómica no creciera siempre a lo largo del ordenamiento periódico indicaba que la base de la periodicidad no estaba en la masa atómica, sino en otra propiedad. Por ejemplo, el argón (Ar) se encontraba antes del potasio (K) a pesar que este último tenía una masa menor.
Tabla periódica moderna: En 1913, el joven físico inglés Henry Moseley, descubrió una forma de determinar el número atómico de un elemento y con ello, pudo notar que salvo algunas excepciones, el número atómico subía en la misma cantidad que la masa atómica. Dentro de estas excepciones estaban el argón (Ar) y el potasio (K), descubrimiento que dio paso a un ordenamiento periódico basado en el número atómico y no más en la masa atómica. Con esto, se explicaban y corregían las “irregularidades” que existían en el ordenamiento de Mendeleev, pues el problema que significaba que el argón (Ar) estuviera ubicado antes que el potasio (K) en la tabla periódica a pesar que la masa de este último era menor, se solucionaba al saber que el argón tenía un número atómico de 18 y el potasio de 19. La tabla periódica que utilizamos en la actualidad ordena los elementos por número atómico creciente, como se puede apreciar a continuación, que incluye además datos sobre la fecha de descubrimiento de los elementos.
Por lo general, una tabla periódica moderna indica el número atómico junto al símbolo del elemento. Si recordamos, el número atómico será igual al número de electrones en un átomo (neutro) y a partir de él podemos determinar la configuración electrónica de un elemento. ¿Cuál es la importancia de esto? Que finalmente, es la configuración electrónica la que nos ayuda a explicar la repetición de propiedades físicas y químicas, y orientarnos sobre el lugar de un elemento en el sistema periódico.
En este punto, se hace importante mencionar que la tabla periódica está formada por siete periodos (filas) y dieciocho grupos (columnas). Los periodos se numeran del 1 al 7 en orden descendente, mientras que los grupos tienen dos formas de numerarse:
Una forma moderna donde se numeran todas las columnas de izquierda a derecha del 1 al 18, sin información sobre los electrones y,
Una forma antigua –que sigue siendo la más usada porque entrega información sobre la organización de los electrones– donde los grupos se separan en ocho grupos A y ocho grupos B (uno de ellos con tres columnas). Así, el nombre del grupo es a un número (escrito con dígitos o con número romano) acompañado de una letra.
En resumen:
Si configuramos todos los elementos de la tabla periódica, notaremos que dentro de un grupo se encuentran solo elementos con igual configuración electrónica externa, es decir, finales de configuración que solo varían en el valor de n (periodos). De este modo, los elementos de un grupo de la tabla periódica comparten la ubicación de sus últimos electrones:
Clasificación de los Elementos:
Los elementos químicos que se organizan en la tabla periódica se pueden clasificar según dos criterios:
Estructura electrónica.
Propiedades estructurales y eléctricas.
Clasificación según estructura electrónica
Al analizar la siguiente imagen, podemos notar que dentro de la tabla periódica existen bloques:
A partir de la división en bloques mostrada en la figura anterior, los elementos se clasifican en:
Elementos representativos: Son aquellos que pertenecen a los bloques s y p, sin contar al grupo VIIIA (gases nobles). Como las configuraciones electrónicas de los elementos se encuentran terminadas en s y en p, los elementos representativos son aquellos que pertenecen a grupos A.
Gases nobles: Son aquellos que tienen todos sus niveles electrónicos completos. Su configuración electrónica termina en ns2 np6 y conforman el grupo VIII A (8A), también llamado grupo cero (0).
Elementos de transición: Son aquellos que pertenecen al bloque d. Como su configuración electrónica termina en orbitales d, los elementos de transición son aquellos que pertenecen a grupos B.
Elementos de transición interna: Son aquellos que pertenecen al bloque f, vale decir, los elementos que pertenecen a las series de lantánidos y actínidos. A la serie de los lantánidos antiguamente se le llamaba “tierras raras”.
Clasificación según propiedades estructurales
Las propiedades estructurales y eléctricas de los elementos se derivan de su comportamiento frente a los electrones. De esta forma, tenemos cuatro clasificaciones posibles para los elementos:
Metales: Son elementos con tendencia a ceder electrones. Dentro de sus propiedades están: ser buenos conductores del calor y la electricidad, tener brillo, ser dúctiles, ser maleables y tener, en general, altos puntos de fusión. Corresponde a la gran mayoría de los elementos conocidos. En este punto es importante mencionar que además de todas aquellas sustancias que nosotros vemos como sólidos brillantes a las que llamamos naturalmente “metales” (por ejemplo: el cobre de los cables eléctricos, el aluminio de las latas de bebida, el hierro de los clavos, etc.), se suman otras sustancias que por ser muy reactivas casi no se encuentran aisladas y no se pueden utilizar para hacer objetos de uso cotidiano (por ejemplo, el sodio).
No metales: Son elementos con tendencia a ganar electrones. Dentro de sus propiedades está: ser malos conductores del calor y la electricidad (o sea, propiedades de aislante), no tener brillo, y tener bajos puntos de fusión y ebullición. Existen once elementos no metálicos dentro de la tabla periódica.
Metaloides: También llamados anfóteros, son elementos que presentan tendencias intermedias entre los metales y los no metales. De los elementos conocidos, solo ocho son metaloides.
Gases nobles: Son gases monoatómicos poco reactivos (helio, neón, argón, kriptón, xenón y radón). Se les ha denominado erróneamente como gases raros o gases inertes. El primer nombre (“raros”) no es apropiado pues el argón (Ar) no es raro en la naturaleza, es el tercer gas más abundante de la atmósfera. La segunda denominación (“inertes”), tampoco es apropiada, ya que se han descubierto compuestos de xenón (Xe). El nombre actual (gases nobles) se acepta porque sugiere una reactividad baja pero importante.
GUÍA DE EJERCICIOS
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EVALUACIÓN TIPO
Blog elaborado por Prof. Keiber Marcano Referencias consultadas: Borrás, J. (2015). Tema 1. Tabla periódica y propiedades periódicas. [Documento en línea]. Disponible en: http://www.uv.es/~borrasj/ingenieria_web/temas/tema_1/tema_1.pdf [Fecha de consulta: 04, Julio de 2017]. Educar Chile (2010). Configuración electrónica. [Documento en línea]. Disponible en: http://ww2.educarchile.cl/UserFiles/P0001/File/Configuraci%C3%B3n%20electr%C3%B3nica.pdf [Fecha de consulta: 03, Julio de 2017]. Educar Chile (2010). Tabla Periódica. [Documento en línea]. Disponible en: http://ww2.educarchile.cl/UserFiles/P0001/File/Tabla%20peri%C3%B3dica.pdf [Fecha de consulta: 02, Julio de 2017]. Lara, L., Estrada, M. y Gómez, H. (2013). Química General I. Chile: Edit. McGraw-Hill.
