Variacion De Los Radios Atomicos

VARIACION DE LOS RADIOS ATOMICOS.

El tamaño del átomo o radio atómico no es un parámetro fácil de determinar, ya que en verdad los electrones no están situados en órbitas definidas, a distancias fijas del núcleo, como suponía el modelo atómico de Bohr. En realidad los electrones se mueven de forma caótica en zonas del espacio donde la probabilidad de hallar al electrón es superior al 90%, las cuales reciben el nombre de orbitales atómicos. Por ello, cuando hablamos de radio atómico, no debemos perder de vista que se trata de valores aproximados y que el entorno en el que se halla un átomo puede hacer que éste varíe. Aún así, se considera como valor tabulado de radio atómico la mitad de la distancia que separa dos núcleos vecinos conocida, por ejemplo, por difracción de Rayos X.

En la tabla periódica, el radio atómico varía de la siguiente forma.

- Variación del radio atómico en un periodo: a medida que nos movemos hacia la derecha en un mismo periodo (fila) de la tabla periódica, a pesar de que el número atómico aumenta y, por tanto, también aumenta el número de electrones, el radio atómico disminuye. Esto es debido a que, al aumentar cada vez en una unidad el número de protones del núcleo, la llamada carga nuclear efectiva de éste (positiva) es cada vez mayor, y por este motivo el núcleo atrae a los electrones (cargas negativas) con mayor intensidad, contrayéndolo.

- Variación del radio atómico en un grupo: cuando bajamos en un grupo (columna) de la tabla periódica también aumenta la carga nuclear efectiva, pero el número de electrones adicionados con respecto al elemento anterior el mismo grupo aumenta en una capa completa (a veces 8 electrones, si no hay orbitales d, y 18 electrones si los hay). El efecto de añadir nuevas capas electrónicas es predominante, por lo que cada vez se distancian más del núcleo atómico y el radio atómico es mayor cuando bajamos en un grupo.

Cabe destacar también el caso de los metales de transición, cuyos radios atómicos disminuyen en un mismo periodo de izquierda a derecha como en los restantes elementos y, además, son relativamente más pequeños dado que llenan electrones d, que están en orbitales internos (recordemos que la configuración electrónica de última capa global de los metales de transición es (n-1)d(variable) ns2, por lo que en todos ellos el último nivel es ns2, ya que los orbitales d son del nivel n-1. Este efecto de contracción es todavía más acusado en los lantánidos, que poseen electrones f en el nivel n-2 .

En el caso de los radios iónicos, el catión será más pequeño que el átomo neutro correspondiente porque tendrá un exceso de carga positiva que atraerá más fuertemente a los electrones (contraerá el volumen), mientras que el efecto es el contrario en los aniones, que tienen un exceso de carga negativa y el núcleo ya no tiene capacidad de atraer tan fuertemente la nube electrónica, por lo que ésta se expande. Además, el efecto es más acusado cuanto mayor sea la carga del catión o anión correspondiente (monovalente, divalente, trivalente…).

La variación global se puede describir como: aumento hacia la izquierda y hacia abajo, tal y como se muestra en la figura siguiente:

Energía de ionización

La energía de ionización, potencial de ionización o EI es la energía necesaria para separar un electrón en su estado fundamental de un átomo, de un elemento en estado de gas.1 La reacción puede expresarse de la siguiente forma:

.

Siendo los átomos en estado gaseoso de un determinado elemento químico; , la energía de ionización y un electrón.

Esta energía corresponde a la primera ionización. El segundo potencial de ionización representa la energía precisa para sustraer el segundo electrón; este segundo potencial de ionización es siempre mayor que el primero, pues el volumen de un ion positivo es menor que el del átomo y la fuerza electrostática atractiva que soporta este segundo electrón es mayor en el ion positivo que en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear.

El potencial o energía de ionización se expresa en electronvoltios, julios o en kilojulios por mol (kJ/mol).

1 eV = 1,6 × 10-19 C × 1 V = 1,6 × 10-19 J

En los elementos de una misma familia o grupo, el potencial de ionización disminuye a medida que aumenta el número atómico, es decir, de arriba abajo.

Sin embargo, el aumento no es continuo, pues en el caso del berilio y el nitrógeno se obtienen valores más altos que lo que podía esperarse por comparación con los otros elementos del mismo periodo. Este aumento se debe a la estabilidad que presentan las configuraciones s2 y s2 p3, respectivamente.

La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, ya que su configuración electrónica es la más estable, y por tanto habrá que proporcionar más energía para arrancar los electrones.

Métodos para determinar la energía de ionización

La forma más directa es mediante la aplicación de la espectroscopia atómica. En base al espectro de radiación de luz, que desprende básicamente colores en el rango de la luz visible, se pueden determinar los niveles de energía necesarios para desprender cada electrón de su órbita.

Tendencias periódicas de la energía de ionización

Lo más destacado de las propiedades periódicas de los elementos se observa en el incremento de las energías de ionización cuando recorremos la tabla periódica de izquierda a derecha, lo que se traduce en un incremento asociado de la electronegatividad, contracción del tamaño atómico y aumento del número de electrones de la capa de valencia. La causa de esto es que la carga nuclear efectiva se incrementa a lo largo de un periodo, generando, cada vez, más altas energías de ionización. Existen discontinuidades en esta variación gradual tanto en las tendencias horizontales como en las verticales, que se pueden razonar en función de las especificidades de las configuraciones electrónicas.

Vamos a destacar algunos aspectos relacionados con la primera energía de ionización que se infieren por el bloque y puesto del elemento en la tabla periódica:

• Los elementos alcalinos, grupo 1, son los que tienen menor energía de ionización en relación a los restantes de sus periodos. Ello es por sus configuraciones electrónicas más externas ns1, que facilitan la eliminación de ese electrón poco atraído por el núcleo, ya que las capas electrónicas inferiores a n ejercen su efecto pantalla entre el núcleo y el electrón considerado.

• En los elementos alcalinotérreos, grupo 2, convergen dos aspectos, carga nuclear efectiva mayor y configuración externa ns2de gran fortaleza cuántica, por lo que tienen mayores energías de ionización

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