Sistema periódico de los elementos

PROPIEDADES PERIÓDICAS I. TAMAÑO ATÓMICO

La denominación Sistema Periódico (en lugar de tabla periódica) la propuso Mendeleiev para poner de manifiesto que la ordenación de los elementos responde a la ley periódica, es decir, a la existencia de una relación regular entre las propiedades de los elementos y la ordenación. Casi al mismo tiempo, Meyer calculó (en 1970) una propiedad periódica, el volumen atómico, y la usó para justificar su tabla.

Ahora bien, a la hora de cuantificar el tamaño atómico se ha de tener en cuenta que el átomo no es nada parecido a una esfera rígida y que su tamaño depende enormemente de las interacciones a las que se encuentra sometido. En realidad, de acuerdo con el modelo mecano-cuántico del átomo los átomos tendrían en teoría tamaño infinito (no hay unos límites infranqueables a la localización de los electrones), aunque también es cierto que es posible establecer contornos de los orbitales (zonas donde la probabilidad de encontrarlos es mayor) y, consecuentemente, de los átomos.

Ya hemos visto que, en el estudio de Meyer, definió el volumen atómico (relativo) de cada elemento como la razón entre la masa atómica y la densidad en su estado atómico más condensado (sólido o líquido). Meyer dispuso de datos de unos 60 elementos y representó los volúmenes atómicos obtenidos frente a los números atómicos, poniendo de manifiesto las regularidades en su variación.

Hoy es posible determinar experimentalmente distancias inter-nucleares y conocer la estructura de bastantes agrupaciones atómicas. El radio atómico en estas agrupaciones depende de las interacciones a las que se ven sometidos los átomos, y, por ello, se define un radio covalente, igual a la mitad de la distancia inter-nuclear de los átomos de un mismo elemento unidos por enlace covalente (figura adjunta), un radio metálico, igual a la mitad de la distancia entre dos átomos en un sólido cristalino metálico, y un radio iónico, igual al de un catión o un anión en un cristal iónico.

En la tabla adjunta se aportan los radios covalentes (color naranja) y metálicos (color violeta) de los elementos representativos del Sistema Periódico.

Como se ve, la tendencia general en cada familia (columna) es que el tamaño atómico crece al aumentar el número atómico. Esto ocurre porque al aumentar el número atómico pasando de un elemento de una familia a otro de la misma familia, se incrementa el número de niveles energéticos del átomo. Los electrones de la última capa se localizan en un nivel energético superior a los del elemento anterior de la familia, por tanto, más alejados del núcleo.

En cambio, en cada periodo la tendencia general es que el tamaño atómico decrece al aumentar el número atómico. Al aumentar el número atómico en un determinado periodo no se incrementa el nivel energético principal de los electrones más externos, pero sí aumenta la carga efectiva del núcleo, lo que supone una mayor fuerza de atracción del núcleo a los electrones externos, con la consiguiente disminución del tamaño atómico.

Además de conocer volúmenes atómicos totales de los diferentes elementos de la tabla periódica, para muchas aplicaciones interesa saber concretamente lo más o menos "compactos" (en realidad, como sabemos, los átomos están prácticamente vacíos) que pueden ser unos u otros.

La figura animada adjunta aporta numérica y visualmente esta información. Al hacer clic en la opción "datos", vemos los valores de los volúmenes atómicos por unidad de cantidad de sustancia, de todos los átomos del Sistema Periódico (expresados en cm³/mol). Seguidamente, podemos hacer clic en varias opciones de de visualización de cómo se distribuyen estos valores a lo largo de la tabla periódica: diagrama de puntos, diagrama de barras y código de colores.

Nos referimos finalmente a los radios iónicos, para los que se ha de tener en cuenta que la formación de un ión a partir de un átomo neutro conlleva una variación en el número de electrones de la capa de valencia, sin cambiar la carga del núcleo.

Así, la formación de un catión (ión atómico positivo) implica la pérdida de esos electrones [por ejemplo, Na ([Ne] 3s¹) ® Na⁺ ([Ne]) + e^-], y el radio se reduce considerablemente .

En cambio, la formación de un anión (ión atómico negativo) implica la ganancia de uno o varios electrones [por ejemplo, F ([He] 2s²2p⁵) + e^- ® F^-([He] 2s²2p⁶)]. La repulsión electrónica entre ellos hace que se alejen lo más posible del núcleo, por lo que el anión tiene un tamaño considerablemente superior al del átomo .