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Tendencias periódicas y ley de Coulomb

Las tendencias periódicas (tales como electronegatividad, afinidad electrónica, radio atómico e iónico, y energía de ionización) se pueden entender en términos de la ley de Coulomb, que es Fₑ = (qq₂)/r². Por ejemplo, consideremos la energía de primera ionización: la ley de Coulomb nos dice que a mayor carga nuclear (q₁), y menor distancia entre el núcleo y al electrón más externo (r), más fuerte la atracción entre el núcleo y el electrón. Como resultado, el electrón requerirá más energía para ser extraído. Creado por Sal Khan.

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Transcripción del video

en este vídeo vamos a ver las tendencias de la tabla periódica de los elementos para dimensiones como la ionización de energía radio atómico iónico afinidad electrónica y electrón negatividad para hacer esto vamos a comenzar con una idea fundamental en química y física y es la ley de colom y para nuestros propósitos podemos ver que la ley de colom dice que la magnitud de la fuerza entre dos partículas cargadas va a ser proporcional a la carga de la primera partícula multiplicada por la carga de la segunda partícula dividida entre el cuadrado de la distancia entre estas dos partículas cuando pensamos en esto en el contexto de la tabla periódica y los diferentes átomos podemos ver a q1 como la carga positiva efectiva de los protones en el núcleo de un átomo y a q2 como la carga de un electrón ahora cualquier electrón va a tener la misma carga negativa pero como tratamos de comprender las tendencias en la tabla periódica es realmente el nivel más externo del átomo los electrones de valencia el más interesante estos son los que describen la reactividad por lo cuando pensamos en la distancia entre las dos cargas vamos a pensar en la distancia entre el núcleo y aquellos electrones de valencia en el nivel más externo ahora podemos ver esta carga efectiva que llamaremos se está efectiva como que es igual a la diferencia entre la carga en el núcleo podemos ver esto como el número atómico o el número de protones para cierto elemento o un átomo de ese elemento la diferencia entre esto y lo que se conoce como ese o que tantos niveles hay existen modelos complicados para esto pero para una clase introductoria de química esto se aproxima con el número de electrones internos recuerden que realmente queremos pensar en lo que sucede con los electrones de valencia así que si imaginamos un núcleo aquí en color anaranjado que tiene protones en él y electrones internos digamos que estos son los electrones internos en el primer nivel energético y luego electrones internos en el segundo nivel y digamos que los electrones de valencia están en el tercer nivel por lo que hay electrones de valencia aquí están borrosos están en estos orbitales eso electrones de valencia que tienen una carga negativa serán atraídos por la carga positiva del núcleo pero también serán rechazados por todos estos electrones internos que se encuentran entre ellos y es por eso que una aproximación de la carga efectiva que podrían experimentar estos electrones de valencia será la carga del núcleo - y esta es una aproximación la cantidad de electrones internos que tienen entonces si usamos eso más o menos como una forma de pensar acerca de z efectiva cuáles creen que serán las tendencias en la tabla periódica cuál será la carga efectiva para los elementos de este grupo 1 bueno el hidrógeno no tiene electrones internos y tiene un número atómico de 1 así que 10 va a tener una carga efectiva de aproximadamente 1 el número atómico de litio es 3 - 2 electrones internos que están en 1s entonces vamos a tener 3 menos 2 una carga efectiva de 1 así que por lo general todos los elementos del grupo 1 tienen una carga efectiva de 1 y qué pasa con los halógenos cuál es la carga efectiva aquí bien si vemos el flúor con número atómico 9 tiene 2 electrones internos en el primer nivel por lo que tiene una carga efectiva de 7 el cloro de hecho tiene una carga efectiva de 7 por la misma razón su número atómico es 17 pero tiene 10 electrones internos y si fuéramos más hacia la derecha hacia los gases nobles podemos ver que el helio va a tener una carga efectiva de 2 el número atómico 2 - 0 electrones internos pero cuando llegamos al neón tenemos el número atómico de 10 y luego restamos los electrones internos veremos que conforme pasamos por los gases nobles que no sean el helio tendrán una carga efectiva de 8 así que la tendencia general es que la carga efectiva es menor a la izquierda la carga efectiva es menor para el grupo 1 y entonces cuando vamos hacia la derecha de la tabla periódica tenemos una zeta efectiva que va a ser más alta así que dentro de un periodo dado o dentro de un renglón dado en la tabla periódica los electrones externos o electrones de valencia está en el mismo nivel pero la carga efectiva aumenta conforme vamos de izquierda a derecha así que está con uno aquí va a incrementar qué efecto va a tener esto en el radio del átomo bueno la ley de colom dirá que la magnitud de la fuerza de atracción entre esas cargas opuestas va a ser más grande así que aunque agregamos electrones conforme pasamos de izquierda a derecha dentro de un renglón dentro de un periodo los átomos en general van a ser más pequeños permítanme escribirlo así conforme vamos de izquierda a derecha por lo general el radio disminuye ahora cuál es la tendencia dentro de la columna bueno una forma de pensar en esto es que conforme bajamos en la columna conforme bajamos en un grupo llenamos los niveles que están más lejanos así que esperaríamos que el radio aumentará conforme descendemos en una columna o en un grupo o podríamos decir que el radio disminuye conforme subimos en el grupo así que el radio disminuye cuáles son las tendencias en la tabla periódica de los elementos no el radio va a disminuir conforme subimos y conforme vamos a la derecha así que podríamos dibujar una flecha más o menos así y sin duda es el caso para la mayoría de las mediciones que el helio se considera el átomo más pequeño un átomo neutro de helio y el francio se considera el átomo más grande ahora podemos usar esto para pensar en otras tendencias de la tabla periódica que hay por ejemplo de la energía de ionización como recordatorio la primera energía de ionización es la energía mínima requerida para quitar el primer electrón de una versión neutra de ese elemento y ya que es la energía mínima va a tener que ser uno de esos electrones externos va a ser uno de los electrones de valencia así que qué es lo que va a generar eso bueno pueden imaginar que la energía de ionización va a ser alta en casos donde las fuerzas de colom son altas y cuáles son las situaciones en donde las fuerzas de colom son altas bueno esta va a ser una situación en donde tenemos una carga altamente efectiva y donde tenemos un radio pequeño un radio pequeño hace que la fuerza de colom sea y una carga efectiva hace que aumente la fuerza de coloma tenemos el radio más pequeño arriba a la derecha y tenemos la carga más efectiva y alta a la derecha así que podemos esperar que las energías más altas de ionización ocurran en la esquina superior derecha lo que tiene sentido intuitivo estos gases nobles son muy estables ellos no quieren liberar un electrón se va a necesitar mucha energía para quitar uno de esos electrones el flúor y cloro están tan cercanos para completar su nivel que lo último que quieren es perder un electrón así que de nuevo se requiere mucha energía para quitar ese primer electrón por otra parte tenemos algo como el francia este tiene un electrón de valencia y es el electrón de valencia está muy lejos de su núcleo hay una baja carga efectiva a pesar de todos los protones porque hay muchos niveles energéticos en los electrones internos por lo que no nos sorprende que no se requiere demasiada energía para quitar ese primer electrón del francio ahora otra tendencia en la que podemos pensar que de cierta forma es lo opuesto es la afinidad de electrones la energía de ionización se refiere a la energía necesaria para quitar un electrón mientras que la afinidad de electrónica trata de cuánta energía se liberará si agregamos un electrón a la versión neutra de un elemento dado así que la alta afinidad electrónica tiene que ver con aquellos que realmente quieren un electrón así que ellos deben tener una alta fuerza de columbia entre su núcleo y los electrones más externos lo que significa que deben tener una alta z efectiva y eso también quiere decir que deben de tener un re bajo una forma de pensar en esto es que vamos a tener una tendencia similar con la diferencia de que los gases nobles no quieren ganar o perder electrones pero sabemos que los francios y los claros del mundo pueden volverse más estables y ganan un electrón en realidad ellos pueden liberar energía por lo que tendríamos una alta afinidad electrónica para la esquina superior derecha especialmente los halógenos y tenemos baja afinidad electrónica en la parte inferior izquierda ahora hay una pequeña peculiaridad en las convenciones químicas generalmente se dice que el flúor y el cloro y los elementos arriba a la derecha que son gases nobles tienen una mayor afinidad electrónica y es el caso de que se libera energía cuando agregamos un electrón a una versión neutra de ellos sucede con esa convención y esto puede ser algo confuso que cuando liberamos energía tenemos afinidad electrónica negativa pero generalmente cuando decimos que hay una alta afinidad electrónica este elemento va a liberar más energía cuando puede obtener un electrón ahora una noción que está relacionada con la afinidad electrónica es la electro negatividad y la diferencia entre las dos puede ser a veces algo confusa la electro negatividad trata de cuando un átomo comparte un par de electrones con otro átomo que tan probable es que los atraiga hacia sí mismo en comparación con la atracción que ejerce sobre ellos el otro átomo pueden imaginar que se correlaciona fuertemente con la afinidad electrónica los elementos que liberan energía cuando pueden ser ionizados para obtener un electrón si ellos forman un enlace y están compartiendo un par de electrones es más probable que acaparen esos electrones la afinidad de electrónica es fácil de medir podemos verla cuando este elemento está en estado gaseoso y si agregamos electrones veremos cuánta energía se libera normalmente se mide en kilos por mol del átomo en cuestión mientras que la electro negatividad no es tan clara en su medición pero puede ser un concepto útil en futuros vídeos si pensamos en diferentes átomos que comparten pares de electrones y donde pasan la mayor parte del tiempo esos electrones así que lo dejamos aquí por hoy comenzamos con la fuerza de coulomb y pudimos intuir un montón de tendencias pensando solamente en la ley de coulomb y la tabla periódica de los elementos