Tendencias periódicas

Química

Conceptos clave

Todas las tendencias periódicas derivan de la carga nuclear efectiva $Z_\text{ef} = Z - \sigma$ , donde $\sigma$ es el apantallamiento de los electrones internos.
A lo largo del período (→): $Z$ crece, el apantallamiento cambia poco (electrones en la misma capa), así que $Z_\text{ef}$ aumenta.
Al bajar en el grupo (↓): se añade una capa nueva; aunque $Z$ sube, el apantallamiento también, y $Z_\text{ef}$ apenas cambia; domina la mayor distancia.
Las cuatro propiedades siguen la misma lógica: radio ↓ período / ↑ grupo; $\text{IE}_1$ , electronegatividad, afinidad electrónica ↑ período / ↓ grupo.

Radio atómico e iónico

Radio atómico: disminuye a lo largo del período (mayor $Z_\text{ef}$ contrae la nube) y aumenta al bajar (nivel nuevo, más lejano). Período 3 de referencia: $\text{Na}$ 186 pm $>$ $\text{Cl}$ 99 pm.
Catión < átomo (pierde una capa o reduce repulsión): $\text{Na}^+$ 102 pm vs. $\text{Na}$ 186 pm.
Anión > átomo (gana electrón, aumenta repulsión, baja $Z_\text{ef}$ por e⁻): $\text{Cl}^-$ 181 pm vs. $\text{Cl}$ 99 pm.
Serie isoelectrónica (mismo $n$ de e⁻): a mayor $Z$ , menor radio. Orden: $\text{N}^{3-} > \text{O}^{2-} > \text{F}^- > \text{Na}^+ > \text{Mg}^{2+}$ .

Primera energía de ionización (IE₁)

Energía para $\text{X}(g) \rightarrow \text{X}^+(g) + e^-$ . Aumenta con $Z_\text{ef}$ (mayor atracción) y decrece al añadir capas.
Tendencia general: $\text{IE}_1$ sube a lo largo del período y baja al descender en el grupo.
Excepción $\text{Be}/\text{B}$ : $\text{Be}$ ( $2s^2$ , subnivel lleno) > $\text{B}$ ( $2p^1$ , electrón más alto en energía y apantallado por $2s$ ). $\text{Be}$ = 899 kJ mol $^{-1}$ > $\text{B}$ = 801 kJ mol $^{-1}$ .
Excepción $\text{N}/\text{O}$ : $\text{N}$ ( $2p^3$ , semilleno, sin apareamientos) > $\text{O}$ ( $2p^4$ , electrón apareado que se repele). $\text{N}$ = 1402 kJ mol $^{-1}$ > $\text{O}$ = 1314 kJ mol $^{-1}$ .

Electronegatividad y afinidad electrónica

Electronegatividad (escala Pauling): tendencia de un átomo a atraer el par de enlace. Aumenta a lo largo del período y disminuye al bajar. Máximo: flúor (3,98).
Afinidad electrónica: energía al ganar un e⁻. Más exotérmica a lo largo del período y menos al bajar. Los halógenos presentan los valores más negativos.
Electronegatividad e $\text{IE}_1$ son consecuencias paralelas de $Z_\text{ef}$ y del tamaño: el mismo razonamiento explica ambas.

Ejemplo resuelto

Problema: ordena $\text{Cl}$ , $\text{Na}$ , $\text{K}$ por radio atómico creciente y señala cuál tiene mayor $\text{IE}_1$ .
$\text{Na}$ y $\text{Cl}$ están en el período 3; $\text{Cl}$ (derecha) tiene mayor $Z_\text{ef}$ → radio menor. $\text{K}$ está un período debajo de $\text{Na}$ → radio mayor.
Orden de radio: $\text{Cl} < \text{Na} < \text{K}$ .
Mayor $\text{IE}_1$ : $\text{Cl}$ — está más a la derecha del período, $Z_\text{ef}$ máximo entre los tres; $\text{Na}$ y $\text{K}$ son alcalinos de baja $\text{IE}_1$ .

En el examen IB

Error frecuente: decir "tiene más protones, así que atrae más" sin mencionar el apantallamiento. La respuesta correcta siempre menciona $Z_\text{ef}$ y la distancia.
Error frecuente: invertir las excepciones $\text{Be}/\text{B}$ o $\text{N}/\text{O}$ ; justifica siempre con "subnivel lleno" o "electrón apareado que se repele".
Al comparar radios iónicos en una serie isoelectrónica, el único factor que cambia es $Z$ : más protones = radio menor.
La pregunta "explique" exige la cadena completa: posición → $Z_\text{ef}$ → tamaño → propiedad. No anotar solo el resultado.
El flúor tiene mayor electronegatividad que el cloro aunque también sea el átomo más pequeño: el argumento correcto es la distancia corta al núcleo y el alto $Z_\text{ef}$ .

Conceptos clave

Todas las tendencias periódicas derivan de la carga nuclear efectiva $Z_\text{ef} = Z - \sigma$ , donde $\sigma$ es el apantallamiento de los electrones internos.
A lo largo del período (→): $Z$ crece, el apantallamiento cambia poco (electrones en la misma capa), así que $Z_\text{ef}$ aumenta.
Al bajar en el grupo (↓): se añade una capa nueva; aunque $Z$ sube, el apantallamiento también, y $Z_\text{ef}$ apenas cambia; domina la mayor distancia.
Las cuatro propiedades siguen la misma lógica: radio ↓ período / ↑ grupo; $\text{IE}_1$ , electronegatividad, afinidad electrónica ↑ período / ↓ grupo.

Radio atómico e iónico

Radio atómico: disminuye a lo largo del período (mayor $Z_\text{ef}$ contrae la nube) y aumenta al bajar (nivel nuevo, más lejano). Período 3 de referencia: $\text{Na}$ 186 pm $>$ $\text{Cl}$ 99 pm.
Catión < átomo (pierde una capa o reduce repulsión): $\text{Na}^+$ 102 pm vs. $\text{Na}$ 186 pm.
Anión > átomo (gana electrón, aumenta repulsión, baja $Z_\text{ef}$ por e⁻): $\text{Cl}^-$ 181 pm vs. $\text{Cl}$ 99 pm.
Serie isoelectrónica (mismo $n$ de e⁻): a mayor $Z$ , menor radio. Orden: $\text{N}^{3-} > \text{O}^{2-} > \text{F}^- > \text{Na}^+ > \text{Mg}^{2+}$ .

Primera energía de ionización (IE₁)

Energía para $\text{X}(g) \rightarrow \text{X}^+(g) + e^-$ . Aumenta con $Z_\text{ef}$ (mayor atracción) y decrece al añadir capas.
Tendencia general: $\text{IE}_1$ sube a lo largo del período y baja al descender en el grupo.
Excepción $\text{Be}/\text{B}$ : $\text{Be}$ ( $2s^2$ , subnivel lleno) > $\text{B}$ ( $2p^1$ , electrón más alto en energía y apantallado por $2s$ ). $\text{Be}$ = 899 kJ mol $^{-1}$ > $\text{B}$ = 801 kJ mol $^{-1}$ .
Excepción $\text{N}/\text{O}$ : $\text{N}$ ( $2p^3$ , semilleno, sin apareamientos) > $\text{O}$ ( $2p^4$ , electrón apareado que se repele). $\text{N}$ = 1402 kJ mol $^{-1}$ > $\text{O}$ = 1314 kJ mol $^{-1}$ .

Electronegatividad y afinidad electrónica

Electronegatividad (escala Pauling): tendencia de un átomo a atraer el par de enlace. Aumenta a lo largo del período y disminuye al bajar. Máximo: flúor (3,98).
Afinidad electrónica: energía al ganar un e⁻. Más exotérmica a lo largo del período y menos al bajar. Los halógenos presentan los valores más negativos.
Electronegatividad e $\text{IE}_1$ son consecuencias paralelas de $Z_\text{ef}$ y del tamaño: el mismo razonamiento explica ambas.

Ejemplo resuelto

Problema: ordena $\text{Cl}$ , $\text{Na}$ , $\text{K}$ por radio atómico creciente y señala cuál tiene mayor $\text{IE}_1$ .
$\text{Na}$ y $\text{Cl}$ están en el período 3; $\text{Cl}$ (derecha) tiene mayor $Z_\text{ef}$ → radio menor. $\text{K}$ está un período debajo de $\text{Na}$ → radio mayor.
Orden de radio: $\text{Cl} < \text{Na} < \text{K}$ .
Mayor $\text{IE}_1$ : $\text{Cl}$ — está más a la derecha del período, $Z_\text{ef}$ máximo entre los tres; $\text{Na}$ y $\text{K}$ son alcalinos de baja $\text{IE}_1$ .

En el examen IB

Error frecuente: decir "tiene más protones, así que atrae más" sin mencionar el apantallamiento. La respuesta correcta siempre menciona $Z_\text{ef}$ y la distancia.
Error frecuente: invertir las excepciones $\text{Be}/\text{B}$ o $\text{N}/\text{O}$ ; justifica siempre con "subnivel lleno" o "electrón apareado que se repele".
Al comparar radios iónicos en una serie isoelectrónica, el único factor que cambia es $Z$ : más protones = radio menor.
La pregunta "explique" exige la cadena completa: posición → $Z_\text{ef}$ → tamaño → propiedad. No anotar solo el resultado.
El flúor tiene mayor electronegatividad que el cloro aunque también sea el átomo más pequeño: el argumento correcto es la distancia corta al núcleo y el alto $Z_\text{ef}$ .