Propiedades Periódicas de los Elementos: Tendencias y Factores Clave

Radio Atómico: Definición y Tendencias Periódicas

El radio atómico es la mitad de la distancia de enlace de una molécula homonuclear unida mediante un enlace covalente simple. Es una propiedad periódica y sigue la siguiente secuenciación:

• Al descender en el grupo: Aumenta el número de capas (n), lo que implica más capas electrónicas y, por lo tanto, un aumento del radio atómico.
• Al avanzar en el periodo: El número de capas (n) se mantiene constante, pero la carga nuclear (Z) aumenta. Esto provoca un incremento en la carga nuclear efectiva (qN*) y en la fuerza de atracción (Fe) entre el núcleo y los electrones de valencia, lo que resulta en una disminución del radio atómico. La fuerza de atracción se puede representar como: Fe = k · (qN · qe) / r².

Excepciones en el Radio Atómico

• Grupos 16, 17 y 18: Los electrones de valencia tienen carga negativa, lo que produce repulsiones entre ellos. Para reestabilizarse, el átomo se dilata, aumentando su radio.
• Filas 4, 5 y 6 (después de Zn, Cd y Hg): Los elementos siguientes a Zinc (Zn), Cadmio (Cd) y Mercurio (Hg) en sus respectivos periodos sufren un apantallamiento del núcleo debido a que los orbitales d están llenos.
• Después de los lantánidos y actínidos: Ocurre lo mismo con los orbitales 4f. Esto provoca que los electrones de la última capa sean atraídos por una carga nuclear efectiva (qN*) menor que la carga nuclear real (qN). Consecuentemente, la fuerza de atracción real (Fe*) es menor que la fuerza de atracción efectiva (Fe), y el radio atómico aumenta.

Energía de Ionización: Concepto y Variación Periódica

La energía de ionización (E.I.) es la energía mínima que hay que suministrar a un átomo en estado gaseoso para arrancarle un electrón de su capa más externa. Es un proceso endotérmico (requiere energía).

La reacción general es: X(g) + E.I. → X⁺(g) + 1 e⁻.

Factores Determinantes de la Energía de Ionización

• Número de capas (n):
  • Al descender en el grupo: Aumenta n y, por lo tanto, el radio atómico (r) aumenta, mientras que la fuerza de atracción (Fe) disminuye. Los electrones están menos atraídos por el núcleo y son más fáciles de arrancar, lo que resulta en una disminución de la E.I.
  • Para arrancar un electrón, se necesita menos energía si los electrones están más lejos del núcleo y la Fe es menor. Sin embargo, a medida que se van arrancando electrones, cada vez es más difícil debido al aumento de la carga nuclear efectiva sobre los electrones restantes. La E.I. varía según la órbita donde se encuentre el electrón.
• Carga nuclear (Z):
  • Al avanzar en el periodo: Aumenta la carga nuclear (Z) y, por ende, la fuerza de atracción (Fe). Si hay más Fe, es decir, los electrones están más atraídos por el núcleo, hace falta más energía para separar los electrones del átomo.
  • Los gases nobles son muy estables, ya que tienen 8 electrones en su última capa, lo que les confiere una alta E.I.
• Efecto pantalla: El efecto pantalla disminuye la energía de ionización.

Excepciones en la Energía de Ionización

Hay excepciones en las cuales la E.I. disminuye, especialmente en elementos de los últimos grupos, similar a lo que ocurre con el radio atómico.

• Al descender en un grupo: Se intensifica el efecto pantalla, pues aumenta el número de capas de electrones entre el núcleo y la capa de valencia. Esto hace que disminuya la carga nuclear efectiva (qN*) y que se necesite menos E.I.
• Al avanzar en un periodo: Aumenta la E.I., ya que esto va en consecuencia del aumento de la carga nuclear.

Afinidad Electrónica: Concepto y Tendencias

La afinidad electrónica (A.E.), también conocida como electroafinidad, es la apetencia de electrones de un átomo. Se define como la energía que se desprende cuando un átomo en estado gaseoso capta un electrón y se convierte en un anión. Es una propiedad característica de los no metales y, generalmente, es un proceso exotérmico, por lo que la energía desprendida es negativa.

La reacción general es: X(g) + 1 e⁻ → X⁻(g) + A.E.

La A.E. presenta la misma secuencia de variación que la Energía de Ionización (E.I.). La A.E. y la E.I. son inversamente proporcionales: a mayor A.E., menor E.I. y viceversa.

Factores que Influyen en la Afinidad Electrónica

• Al descender en el grupo: Aumenta el número de capas (n) y el radio atómico, y disminuye la fuerza de atracción (Fe). Por lo tanto, el átomo no tiene la suficiente energía para desprenderla al captar un electrón.
• Al aumentar la carga nuclear (Z): Aumenta la carga nuclear efectiva (qN*) y la fuerza de atracción (Fe), lo que incrementa la afinidad electrónica.

Afinidades Electrónicas Sucesivas

Hay elementos que pueden ganar más de un electrón:

• La primera afinidad electrónica (AE₁) es negativa (se desprende energía): AE₁ < 0.
• La segunda (AE₂) y tercera (AE₃) afinidades electrónicas son positivas (hay que ceder energía para que el átomo acepte más electrones debido a la repulsión entre cargas negativas): AE₂ > 0 y AE₃ > 0.

La afinidad electrónica total suele ser negativa, porque la AE₁ es negativa y, aunque las demás sean positivas, no consiguen igualar el valor negativo de la primera. Por lo tanto, la A.E. total < 0 y la E.I. > 0.

Excepciones en la Afinidad Electrónica

Cuantos más electrones haya en la última capa (especialmente en los grupos 16 y 17), el electrón que llega tiene que vencer más repulsiones. Por tanto, las A.E. van tomando un valor menos negativo (o más positivo), es decir, va a ser más difícil que el átomo acepte ese electrón adicional.

Radio Iónico: Variación en Iones

El radio iónico se refiere al tamaño de un anión o un catión de un elemento.

• Radio del catión (+): Es siempre menor que el radio del átomo neutro correspondiente. Esto se debe a la pérdida de electrones, lo que reduce las repulsiones interelectrónicas y aumenta la atracción del núcleo sobre los electrones restantes.
• Radio del anión (-): Es siempre mayor que el radio del átomo neutro correspondiente. Esto se debe a la ganancia de electrones, lo que incrementa las repulsiones interelectrónicas y dilata la nube electrónica, aumentando el tamaño del ion.