Física y Química 3.º ESO · La tabla periódica: grupos, familias y carácter metálico
Las familias de la tabla periódica
Objetivo: Al terminar, sabrás nombrar los principales grupos de la tabla periódica (alcalinos, alcalinotérreos, halógenos, gases nobles…), relacionar el grupo y el periodo con los electrones de la última capa y explicar por qué los elementos de un mismo grupo se parecen.
Explicación
Las familias de elementos
Ya en 1869, el químico ruso Dmitri Mendeléiev colocó en una misma columna los elementos que se comportaban de forma parecida. Hoy sabemos por qué se parecen: los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en su última capa, y son esos electrones los que intervienen en las reacciones químicas.
Además, el número del periodo coincide con el número de capas con electrones que tiene el átomo.
| Átomo | Electrones por capas | Periodo | Grupo | |
|---|---|---|---|---|
| Litio (Li) | 3 | 2, 1 | 2 (2 capas) | 1 |
| Sodio (Na) | 11 | 2, 8, 1 | 3 (3 capas) | 1 |
| Potasio (K) | 19 | 2, 8, 8, 1 | 4 (4 capas) | 1 |
Para los grupos 1 y 2, el número de electrones de la última capa coincide con el número del grupo; para los grupos 13 a 18, es el número del grupo menos 10 (el cloro, del grupo 17, tiene 7). El helio es la excepción: tiene solo 2, pero su única capa está completa.
Los grupos más importantes
| Grupo | Nombre | Electrones en la última capa | Cómo son | Ejemplos |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Alcalinos (menos el H) | 1 | Metales blandos (se cortan con un cuchillo), poco densos y muy reactivos: reaccionan con el agua y con el oxígeno del aire, por eso se guardan en aceite | Li, Na, K |
| 2 | Alcalinotérreos | 2 | Metales reactivos, aunque menos que los alcalinos | Mg, Ca |
| 3–12 | Metales de transición | — | Metales duros, densos, buenos conductores; muchos dan compuestos de colores | Fe, Cu, Zn, Ag, Au |
| 13 | Térreos (boroideos) | 3 | Casi todos metales | B, Al |
| 14 | Carbonoideos | 4 | De no metal (C) a metal (Sn, Pb) | C, Si |
| 15 | Nitrogenoideos | 5 | N, P | |
| 16 | Anfígenos (calcógenos) | 6 | O, S | |
| 17 | Halógenos | 7 | No metales muy reactivos, formados por moléculas de dos átomos (); tienen colores llamativos | F, Cl, Br, I |
| 18 | Gases nobles | 8 (2 el He) | Gases que casi no reaccionan: existen como átomos sueltos | He, Ne, Ar |
Las dos filas de abajo son los lantánidos y los actínidos (metales de transición interna).
Ojo: que dos elementos estén en el mismo periodo no significa que se parezcan; el sodio (metal muy reactivo) y el argón (gas noble) están los dos en el periodo 3.
Puntos clave
- Los elementos de un mismo grupo tienen el mismo número de electrones en la última capa y por eso tienen propiedades químicas parecidas.
- El número del periodo es el número de capas con electrones.
- Grupo 1: alcalinos; grupo 2: alcalinotérreos; grupos 3–12: metales de transición; grupo 17: halógenos; grupo 18: gases nobles.
- Alcalinos y halógenos son muy reactivos; los gases nobles casi no reaccionan.
- Los elementos de un mismo periodo no se parecen entre sí.
Errores frecuentes
ErrorPensar que los elementos de un mismo periodo tienen propiedades parecidas.
Cómo corregirloSe parecen los de una misma columna (grupo), porque tienen los mismos electrones en la última capa. A lo largo de un periodo las propiedades cambian mucho, de metal a gas noble.
ErrorIncluir el hidrógeno entre los alcalinos.
Cómo corregirloEl hidrógeno está en el grupo 1, pero es un gas no metálico; los alcalinos son Li, Na, K, Rb, Cs y Fr.
ErrorConfundir alcalinos (grupo 1) y alcalinotérreos (grupo 2).
Cómo corregirloAlcalinos: 1 electrón en la última capa. Alcalinotérreos: 2. Truco: el nombre más largo es el del grupo 2.
Ejemplos resueltos
Ejemplo 1. Sodio y potasio en un vaso de agua experimental (vídeo o demostración)
En un vídeo vemos que al echar un trocito de litio al agua burbujea despacio; uno de sodio corre por la superficie, burbujea con fuerza y se funde; uno de potasio arde con llama violeta. a) ¿A qué familia pertenecen los tres? b) ¿Por qué reaccionan de forma parecida? c) ¿Cómo crees que reaccionará el rubidio (Rb), que está justo debajo del potasio?
Resolución
a) Li, Na y K están en el grupo 1: alcalinos. b) Los tres tienen 1 electrón en la última capa (Li: 2, 1; Na: 2, 8, 1; K: 2, 8, 8, 1). Ese electrón es el que interviene en la reacción, y por eso se comportan de forma parecida: todos reaccionan con el agua y desprenden hidrógeno. c) Vemos que la reacción es cada vez más violenta al bajar en el grupo (Li < Na < K). El rubidio, debajo del potasio, reaccionará de forma todavía más violenta (de hecho, explota).
Ejemplo 2. De la distribución en capas a la familia razonamiento con la estructura del átomo
Un átomo neutro tiene 17 electrones. a) Escribe su distribución por capas. b) ¿En qué periodo y grupo está? c) ¿A qué familia pertenece? ¿Qué elemento es?
Resolución
a) Llenamos las capas en orden (2, 8, 8…): 2, 8, 7. b) Tiene 3 capas → periodo 3. Tiene 7 electrones en la última capa → grupo 17 (7 + 10). c) El grupo 17 son los halógenos. En el periodo 3 está el cloro (Cl), con .
Ejercicios
De menos a más. Intenta cada uno antes de mirar la solución.
1. Fácil
Relaciona cada grupo con su nombre y escribe el símbolo de un elemento de cada uno: grupo 1, grupo 2, grupo 17, grupo 18. Nombres: halógenos, alcalinos, gases nobles, alcalinotérreos.
Ver solución
Grupo 1: alcalinos (Na). Grupo 2: alcalinotérreos (Ca). Grupo 17: halógenos (Cl). Grupo 18: gases nobles (Ne).
Grupo 1 → alcalinos (Li, Na, K…). Grupo 2 → alcalinotérreos (Be, Mg, Ca…). Grupo 17 → halógenos (F, Cl, Br, I). Grupo 18 → gases nobles (He, Ne, Ar…). Cualquier elemento correcto de cada grupo vale.
2. Media
Escribe la distribución de los electrones por capas de los átomos con , y . Para cada uno, indica el periodo, el grupo y la familia.
Ver solución
Z = 9: 2, 7 → periodo 2, grupo 17, halógeno (flúor). Z = 12: 2, 8, 2 → periodo 3, grupo 2, alcalinotérreo (magnesio). Z = 19: 2, 8, 8, 1 → periodo 4, grupo 1, alcalino (potasio).
- : 2, 7. Dos capas → periodo 2; 7 electrones en la última → grupo 17, halógenos. Es el flúor (F).
- : 2, 8, 2. Tres capas → periodo 3; 2 electrones → grupo 2, alcalinotérreos. Es el magnesio (Mg).
- : 2, 8, 8, 1. Cuatro capas → periodo 4; 1 electrón → grupo 1, alcalinos. Es el potasio (K).
3. Fácil
Identifica la familia de cada elemento por su descripción: a) X es un metal blando que se corta con un cuchillo, se guarda en aceite y reacciona con el agua desprendiendo hidrógeno. b) Y es un gas incoloro que no arde ni reacciona; se usa en los letreros luminosos rojos. c) Z es un gas amarillo verdoso, tóxico, que huele a lejía y se usa para desinfectar el agua de las piscinas.
Ver solución
a) Alcalino (p. ej., sodio). b) Gas noble (neón). c) Halógeno (cloro).
a) Blando, muy reactivo con el agua, se guarda en aceite → alcalino (grupo 1), por ejemplo el sodio. b) No reacciona → gas noble (grupo 18); el de los letreros rojos es el neón. c) Gas coloreado y muy reactivo que desinfecta → halógeno (grupo 17): el cloro.
4. Media
El bromo (Br) es un líquido rojizo y el yodo (I) un sólido gris violáceo, pero los dos están en el mismo grupo que el cloro. a) ¿Cuántos electrones tienen en su última capa? b) ¿Por qué tienen propiedades químicas parecidas aunque su aspecto sea tan distinto? c) ¿Cuántas capas tiene un átomo de bromo, que está en el periodo 4?
Ver solución
a) 7. b) Porque tienen el mismo número de electrones en la última capa. c) 4 capas.
a) Están en el grupo 17 → 7 electrones en la última capa, como el cloro. b) Las propiedades químicas (cómo reaccionan) dependen de los electrones de la última capa, que son los mismos; el estado físico y el color son propiedades físicas que cambian a lo largo del grupo. c) El periodo indica el número de capas: 4 capas.
Para practicar más
1. Fácil
Completa la tabla para los átomos de litio (), oxígeno (), neón () y calcio (): distribución de electrones por capas, periodo, grupo y nombre de la familia (si lo tiene).
Ver solución
Li: 2, 1 · periodo 2 · grupo 1 · alcalino. O: 2, 6 · periodo 2 · grupo 16 · anfígeno. Ne: 2, 8 · periodo 2 · grupo 18 · gas noble. Ca: 2, 8, 8, 2 · periodo 4 · grupo 2 · alcalinotérreo.
Se reparten los electrones (2, 8, 8, 2) y se cuentan las capas (periodo) y los electrones de la última (grupo):
- Li (): 2, 1 → periodo 2, grupo 1, alcalinos.
- O (): 2, 6 → periodo 2, grupo 16, anfígenos.
- Ne (): 2, 8 → periodo 2, grupo 18, gases nobles.
- Ca (): 2, 8, 8, 2 → periodo 4, grupo 2, alcalinotérreos.
2. Media
Explica por qué el sodio y el potasio se guardan en frascos con aceite y, en cambio, el argón se usa para rellenar algunas bombillas y proteger los metales al soldarlos.
Ver solución
Sodio y potasio son alcalinos, muy reactivos con el agua y el oxígeno del aire; el argón es un gas noble y casi no reacciona.
El sodio y el potasio son alcalinos: con solo 1 electrón en la última capa reaccionan con mucha facilidad con el agua (también la humedad del aire) y con el oxígeno. El aceite los aísla del aire. El argón es un gas noble: su última capa está completa (8 electrones) y casi no reacciona, así que rodea el filamento o el metal caliente sin quemarlo ni oxidarlo.
3. Media
Di si es verdadero o falso y corrige las falsas: a) El magnesio y el calcio están en el mismo periodo. b) El flúor y el cloro tienen el mismo número de electrones en la última capa. c) El sodio y el cloro se parecen porque los dos están en el periodo 3. d) Todos los elementos del grupo 1 son metales alcalinos.
Ver solución
a) F: están en el mismo grupo (2). b) V: 7. c) F: no se parecen; están en el mismo periodo, no en el mismo grupo. d) F: el hidrógeno no es alcalino.
a) Falso: Mg (periodo 3) y Ca (periodo 4) están en el mismo grupo, el 2. b) Verdadero: los dos son halógenos (grupo 17), con 7 electrones en la última capa. c) Falso: el sodio es un metal muy reactivo y el cloro un gas no metálico; los elementos de un periodo no se parecen. d) Falso: el hidrógeno está en el grupo 1 pero no es un metal alcalino.
4. Difícil
El cesio (Cs) está en el grupo 1, periodo 6. Sin mirar sus datos, predice: a) si es metal o no metal; b) cuántos electrones tiene en la última capa y cuántas capas tiene; c) cómo reaccionará con el agua comparado con el sodio; d) qué ion tenderá a formar.
Ver solución
a) Metal. b) 1 electrón; 6 capas. c) Mucho más violentamente. d) Cs⁺.
a) Grupo 1 (y no es el hidrógeno) → metal alcalino. b) Grupo 1 → 1 electrón en la última capa; periodo 6 → 6 capas. c) La reactividad de los alcalinos aumenta al bajar en el grupo, así que reaccionará mucho más violentamente que el sodio. d) Perderá su único electrón de la última capa: .