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Un bloque de la tabla periódica es un conjunto de elementos unificados por los orbitales atómicos en los que se encuentran sus electrones de valencia o vacantes. [1] El término parece haber sido utilizado por primera vez por Charles Janet . [2] Cada bloque recibe el nombre de su orbital característico: bloque s, bloque p, bloque d, bloque f y bloque g.
Los nombres de los bloques (s, p, d y f) se derivan de la notación espectroscópica para el valor del número cuántico azimutal de un electrón : agudo (0), principal (1), difuso (2) y fundamental (3). Las notaciones siguientes se ordenan en orden alfabético, como g, h, etc., aunque aún no se han encontrado los elementos que pertenecerían a dichos bloques.
La división en bloques se justifica por su naturaleza distintiva: s se caracteriza, excepto en H y He, por metales altamente electropositivos; p por una gama de metales y no metales muy distintivos, muchos de ellos esenciales para la vida; d por metales con múltiples estados de oxidación; f por metales tan similares que su separación es problemática. Se pueden hacer afirmaciones útiles sobre los elementos en función del bloque al que pertenecen y su posición en él, por ejemplo, el estado de oxidación más alto, la densidad, el punto de fusión ... La electronegatividad se distribuye de forma bastante sistemática a través y entre bloques.
PJ Stewart
en Fundamentos de la química, 2017 [3]
Existe una correspondencia aproximada entre esta nomenclatura de bloques, basada en la configuración electrónica , y los conjuntos de elementos basados en propiedades químicas. El bloque s y el bloque p juntos suelen considerarse elementos del grupo principal , el bloque d corresponde a los metales de transición y el bloque f corresponde a los metales de transición interna y abarca casi todos los lantánidos (como el lantano , el praseodimio y el disprosio ) y los actínidos (como el actinio , el uranio y el einstenio ).
Los elementos del grupo 12, zinc , cadmio y mercurio , a veces se consideran parte del grupo principal, en lugar del grupo de transición, porque son química y físicamente más similares a los elementos del bloque p que a los otros elementos del bloque d. Los elementos del grupo 3 a veces se consideran elementos del grupo principal debido a sus similitudes con los elementos del bloque s. Sin embargo, siguen siendo elementos del bloque d incluso cuando se los considera parte del grupo principal.
Los grupos (columnas) en el bloque f (entre los grupos 2 y 3) no están numerados.
El helio es un elemento del bloque s , con sus electrones externos (y únicos) en el orbital atómico 1s, aunque sus propiedades químicas son más similares a las de los gases nobles del bloque p del grupo 18 debido a su capa completa.
Na, K, Mg y Ca son esenciales en los sistemas biológicos. Algunos otros elementos del bloque s se utilizan en medicina (por ejemplo, Li y Ba) y/o se presentan como contaminantes menores pero útiles en biominerales de Ca, por ejemplo, Sr… Estos metales muestran solo un estado de oxidación estable [+1 o +2]. Esto permite que [sus]… iones se muevan por la célula sin… peligro de ser oxidados o reducidos.
Wilkins, RG y Wilkins, PC (2003)
El papel del calcio y cationes comparables en el comportamiento animal, RSC , Cambridge, pág. 1
El bloque s, en el que la s representa el número cuántico "agudo" y azimutal 0, está en el lado izquierdo de la tabla periódica convencional y está compuesto por elementos de las dos primeras columnas más un elemento en la columna más a la derecha, los no metales hidrógeno y helio y los metales alcalinos (en el grupo 1) y los metales alcalinotérreos (grupo 2). Su configuración de valencia general es n s 1–2 . El helio es un elemento s, pero casi siempre se encuentra en el extremo derecho del grupo 18 , encima del elemento p neón . Cada fila de la tabla tiene dos elementos s.
Los metales del bloque s (a partir del segundo período ) son en su mayoría blandos y tienen puntos de fusión y ebullición generalmente bajos. La mayoría confiere color a la llama.
Químicamente, todos los elementos s, excepto el helio, son muy reactivos. Los metales del bloque s son muy electropositivos y a menudo forman compuestos esencialmente iónicos con no metales, especialmente con los no metales halógenos, que son muy electronegativos.
El bloque p, en el que la p representa el número cuántico principal y azimutal 1, se encuentra en el lado derecho de la tabla periódica estándar y abarca los elementos de los grupos 13 a 18. Su configuración electrónica general es n s 2 n p 1–6 . El helio , aunque es el primer elemento del grupo 18, no está incluido en el bloque p. Cada fila de la tabla tiene un lugar para seis elementos p, excepto la primera fila (que no tiene ninguno).
Este bloque es el único que tiene los tres tipos de elementos: metales , no metales y metaloides . Los elementos del bloque p se pueden describir grupo por grupo como: grupo 13, los icoságenos ; 14, los cristalógenos ; 15, los pnicógenos ; 16, los calcógenos ; 17, los halógenos ; y 18, el grupo del helio , compuesto por los gases nobles (excluyendo el helio) y el oganesón . Alternativamente, el bloque p se puede describir como que contiene metales post-transición ; metaloides ; no metales reactivos incluyendo los halógenos ; y gases nobles (excluyendo el helio).
Los elementos del bloque p están unificados por el hecho de que sus electrones de valencia (los más externos) están en el orbital p. El orbital p consta de seis formas lobuladas que surgen de un punto central en ángulos espaciados uniformemente. El orbital p puede contener un máximo de seis electrones, por lo que hay seis columnas en el bloque p. Los elementos de la columna 13, la primera columna del bloque p, tienen un electrón en el orbital p. Los elementos de la columna 14, la segunda columna del bloque p, tienen dos electrones en el orbital p. La tendencia continúa de esta manera hasta la columna 18, que tiene seis electrones en el orbital p.
El bloque es un bastión de la regla del octeto en su primera fila, pero los elementos de las filas posteriores suelen mostrar hipervalencia . Los elementos del bloque p muestran estados de oxidación variables que suelen diferir en múltiplos de dos. La reactividad de los elementos de un grupo generalmente disminuye hacia abajo. (El helio rompe esta tendencia en el grupo 18 al ser más reactivo que el neón, pero como el helio es en realidad un elemento del bloque s, la parte del bloque p de la tendencia permanece intacta).
La unión entre metales y no metales depende de la diferencia de electronegatividad. La ionicidad es posible cuando la diferencia de electronegatividad es suficientemente alta (p. ej. Li 3 N , NaCl , PbO ). Los metales en estados de oxidación relativamente altos tienden a formar estructuras covalentes (p. ej. WF 6 , OsO 4 , TiCl 4 , AlCl 3 ), al igual que los metales más nobles incluso en estados de oxidación bajos (p. ej. AuCl , HgCl 2 ). También hay algunos óxidos metálicos que muestran conductividad eléctrica (metálica) , como RuO 2 , ReO 3 e IrO 2 . [4] Los metaloides tienden a formar compuestos covalentes o aleaciones con metales, aunque incluso entonces la ionicidad es posible con los metales más electropositivos (p. ej. Mg 2 Si ).
Los elementos ... muestran una similitud horizontal en sus propiedades físicas y químicas, así como la relación vertical habitual. Esta similitud horizontal es tan marcada que la química de la primera serie ... se analiza a menudo por separado de la de la segunda y tercera series, que son más similares entre sí que con la primera serie.
Kneen, WR, Rogers, MJW y Simpson, P. (1972)
Química: hechos, patrones y principios, Addison-Wesley, Londres, págs. 487-489
El bloque d, en el que la d significa "difuso" y número cuántico azimutal 2, está en el medio de la tabla periódica y abarca elementos de los grupos 3 a 12; comienza en el cuarto período . Los períodos a partir del cuarto tienen un espacio para diez elementos del bloque d. La mayoría o todos estos elementos también se conocen como metales de transición porque ocupan una zona de transición en propiedades, entre los metales fuertemente electropositivos de los grupos 1 y 2, y los metales débilmente electropositivos de los grupos 13 a 16. El grupo 3 o el grupo 12, aunque todavía se cuentan como metales del bloque d, a veces no se cuentan como metales de transición porque no muestran tanto las propiedades químicas características de los metales de transición, por ejemplo, múltiples estados de oxidación y compuestos coloreados.
Los elementos del bloque d son todos metales y la mayoría tienen uno o más electrones orbitales d químicamente activos. Debido a que existe una diferencia relativamente pequeña en la energía de los diferentes electrones orbitales d, el número de electrones que participan en el enlace químico puede variar. Los elementos del bloque d tienen una tendencia a exhibir dos o más estados de oxidación, que difieren en múltiplos de uno. Los estados de oxidación más comunes son +2 y +3. El cromo , el hierro , el molibdeno , el rutenio , el tungsteno y el osmio pueden tener números de oxidación formales tan bajos como −4; el iridio tiene la singular distinción de ser capaz de alcanzar un estado de oxidación de +9 , aunque solo en condiciones que distan mucho de ser estándar.
Los orbitales d (cuatro con forma de trébol de cuatro hojas y el quinto con forma de mancuerna con un anillo alrededor) pueden contener hasta cinco pares de electrones.
Debido a su compleja estructura electrónica, los importantes efectos de correlación electrónica y las grandes contribuciones relativistas, los elementos del bloque f son probablemente el grupo de elementos más desafiante para la teoría de la estructura electrónica.
Dolg, M., ed. (2015)
Método computacional en química de lantánidos y actínidos, John Wiley & Sons, Chichester, pág. xvii
El bloque f, donde f representa el número cuántico "fundamental" y azimutal 3, aparece como una nota al pie en una tabla estándar de 18 columnas, pero se encuentra en el centro-izquierda de una tabla de ancho completo de 32 columnas, entre los grupos 2 y 3. Los períodos del sexto en adelante tienen un lugar para catorce elementos del bloque f. Estos elementos generalmente no se consideran parte de ningún grupo . A veces se los llama metales de transición interna porque proporcionan una transición entre el bloque s y el bloque d en la sexta y séptima fila (período), de la misma manera que los metales de transición del bloque d proporcionan un puente de transición entre el bloque s y el bloque p en la cuarta y quinta filas.
Los elementos del bloque f se dividen en dos series: del lantano al iterbio en el periodo 6, y del actinio al nobelio en el periodo 7. Todos son metales. Los electrones del orbital f son menos activos en la química de los elementos del bloque f del periodo 6, aunque sí hacen alguna contribución; [5] estos son bastante similares entre sí. Son más activos en los elementos del bloque f del periodo 7 temprano, donde las energías de las capas 5f, 7s y 6d son bastante similares; en consecuencia, estos elementos tienden a mostrar tanta variabilidad química como sus análogos de metales de transición. Los elementos del bloque f del periodo 7 posterior, desde aproximadamente el curio en adelante, se comportan más como sus contrapartes del periodo 6.
Los elementos del bloque f se caracterizan por tener en su mayoría uno o más electrones en un orbital f interno. De los orbitales f, seis tienen seis lóbulos cada uno y el séptimo parece una mancuerna con un donut con dos anillos. Pueden contener hasta siete pares de electrones; por lo tanto, el bloque ocupa catorce columnas en la tabla periódica. No se les asignan números de grupo, ya que no se pueden discernir tendencias periódicas verticales en un "grupo" de dos elementos.
Las dos filas de 14 miembros de los elementos del bloque f se confunden a veces con los lantánidos y los actínidos , que son nombres para conjuntos de elementos basados en propiedades químicas más que en configuraciones electrónicas. Esos conjuntos tienen 15 elementos en lugar de 14, y se extienden hasta los primeros miembros del bloque d en sus períodos, lutecio y lawrencio respectivamente.
En muchas tablas periódicas, el bloque f se desplaza un elemento hacia la derecha, de modo que el lantano y el actinio se convierten en elementos del bloque d, y Ce–Lu y Th–Lr forman el bloque f, desgarrando el bloque d en dos porciones muy desiguales. Esto es un remanente de las primeras mediciones erróneas de las configuraciones electrónicas, en las que se pensaba que la capa 4f completaba su llenado solo en el lutecio. [6] De hecho, el iterbio completa la capa 4f, y sobre esta base Lev Landau y Evgeny Lifshitz consideraron en 1948 que el lutecio no puede considerarse correctamente un elemento del bloque f. [7] Desde entonces, la evidencia física, química y electrónica ha apoyado abrumadoramente que el bloque f contiene los elementos La–Yb y Ac–No, [6] [8] como se muestra aquí y como lo respaldan los informes de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada que datan de 1988 [8] y 2021. [9]
Se prevé que un bloque g, con número cuántico azimutal 4, comience en las proximidades del elemento 121. Aunque no se espera que los orbitales g comiencen a llenar el estado fundamental hasta alrededor del elemento 124-126 ( véase la tabla periódica ampliada ), es probable que ya tengan una energía lo suficientemente baja como para comenzar a participar químicamente en el elemento 121, [10] similar a la situación de los orbitales 4f y 5f.
Si la tendencia de las filas anteriores continuara, entonces el bloque g tendría dieciocho elementos. Sin embargo, los cálculos predicen una difuminación muy marcada de la periodicidad en el octavo período, hasta el punto de que los bloques individuales se vuelven difíciles de delinear. Es probable que el octavo período no siga exactamente la tendencia de las filas anteriores. [11]
La tabla periódica tetraédrica de elementos. Animación que muestra la transición de la tabla convencional a un tetraedro.