Tabla periódica, propiedades periódicas y modelos de Bohr y Lewis en 3.º de secundaria

Para el docente: cómo explicarlo

Los elementos de la vida, la Tierra y el Universo

Unos pocos elementos forman casi todo. En el Universo, el hidrógeno y el helio suman alrededor del 98 % de la masa de la materia ordinaria. En la corteza terrestre dominan el oxígeno (cerca del 46 % en masa), el silicio (cerca del 28 %), el aluminio y el hierro. En el cuerpo humano, el oxígeno (cerca del 65 % de la masa, sobre todo en el agua), el carbono, el hidrógeno y el nitrógeno; en menor cantidad, el calcio y el fósforo de los huesos, y el potasio, el azufre, el sodio, el cloro y el magnesio.

Los metales ocupan la izquierda y el centro de la tabla: brillan, conducen el calor y la electricidad y se pueden laminar. Los no metales, arriba a la derecha, suelen ser gases o sólidos quebradizos que no conducen. Entre ellos, en una línea en escalera, están los semimetales (boro, silicio, germanio, arsénico, antimonio y telurio), con propiedades intermedias: el silicio es la base de los chips de las computadoras y los celulares.

Cómo se lee la tabla

Dmitri Mendeléyev publicó en 1869 una tabla ordenada sobre todo por la masa de los átomos y dejó huecos para elementos aún desconocidos, cuyas propiedades predijo; cuando se descubrieron el galio y el germanio, sus predicciones resultaron muy cercanas. Hoy la tabla se ordena por número atómico (Z), que es el número de protones del núcleo.

Las filas son los periodos (7): el número del periodo indica cuántos niveles de energía tienen ocupados sus átomos. Las columnas son los grupos (18): los elementos de un grupo tienen el mismo número de electrones de valencia y por eso se comportan de forma parecida. Los grupos 1, 2 y 13 a 18 son los representativos; del 3 al 12 están los metales de transición. Algunos grupos tienen nombre: metales alcalinos (1), alcalinotérreos (2), halógenos (17) y gases nobles (18).

Cada casilla da el símbolo, el nombre, el número atómico y la masa atómica. En un átomo neutro, el número de electrones es igual al de protones, y el número de neutrones de su isótopo más común se calcula restando el número atómico a la masa atómica redondeada: el cloro-35 tiene 35 − 17 = 18 neutrones.

Propiedades periódicas

El radio atómico es el tamaño del átomo. Aumenta hacia abajo en un grupo, porque se agregan niveles de energía, y disminuye hacia la derecha en un periodo, porque el núcleo tiene más protones y atrae con más fuerza a sus electrones.

La energía de ionización es la energía necesaria para arrancarle un electrón a un átomo. Es baja en los metales alcalinos, que pierden su electrón con facilidad y forman iones positivos, y alta en los gases nobles. En general aumenta hacia arriba y hacia la derecha.

La electronegatividad mide qué tanto atrae un átomo los electrones de un enlace. También aumenta hacia arriba y hacia la derecha (los gases nobles casi no forman enlaces y muchas tablas no les dan valor). En la escala de Pauling, el más electronegativo es el flúor (3.98), seguido del oxígeno (3.44) y el cloro (3.16); el carbono tiene 2.55, el hidrógeno 2.20, el sodio 0.93 y el potasio 0.82. Con esa escala se predice qué enlace formarán dos elementos, que es el tema del contenido siguiente.

Modelos de Bohr de los primeros elementos

En el modelo de Bohr que se usa en secundaria, el núcleo tiene Z protones y los neutrones del isótopo, y los electrones se acomodan en órbitas: hasta 2 en la primera y, para los primeros 20 elementos, hasta 8 en la segunda y 8 en la tercera. El carbono (Z = 6) tiene 2 y 4; el sodio (Z = 11), 2, 8 y 1; el cloro (Z = 17), 2, 8 y 7; el calcio (Z = 20), 2, 8, 8 y 2.

Es una simplificación útil: el modelo actual describe los electrones en orbitales y su configuración electrónica, que se puede ver más a fondo en el tema de configuración electrónica. Para 3.º, el objetivo es ver la relación entre el número atómico, las órbitas y el grupo.

Diagramas de Lewis y electrones de valencia

Los electrones de valencia son los de la última órbita y son los que participan en los enlaces. En un diagrama de Lewis se escribe el símbolo del elemento y alrededor un punto por cada electrón de valencia. En los elementos representativos, el número se lee en el grupo: 1 en el grupo 1, 2 en el grupo 2, 3 en el 13, 4 en el 14, 5 en el 15, 6 en el 16, 7 en el 17 y 8 en el 18 (salvo el helio, que tiene 2).

Así, el sodio se dibuja con un punto, el nitrógeno con cinco, el oxígeno con seis y el cloro con siete. Los átomos tienden a ganar, perder o compartir electrones hasta tener ocho en su última órbita, como los gases nobles: es la regla del octeto, la llave para entender los enlaces.

Cómo llevarlo al salón

Usa la tabla interactiva en el pizarrón y pide que coloreen una tabla muda por propiedades: metales y no metales, radio atómico de mayor a menor, electronegatividad. Construyan modelos de Bohr con platos desechables y semillas y comparen elementos del mismo grupo. Las reacciones del sodio o del potasio con agua se ven solo en video: son peligrosas.