Divulgación propiedades de los elementos

[China]

Hola, la variación de la densidad en la tabla periódica se supone que es del siguiente modo:
-Aumenta al bajar en el grupo
-Aumenta hasta la mitad del periodo y luego disminuye
Teniendo en cuenta que d=m/v y que el volumen aumenta a lo largo del grupo y disminuye a lo largo del periodo y que la masa aumenta en ambos caso, como se explica dicha variación??

[arivasm]

Aportaré mi granito de arena, hasta donde sé.

En primer lugar, es evidente que el que la densidad aumente significa que el crecimiento del volumen es inferior al de la masa.

Por tanto, comencemos echando un vistazo a cómo varía el volumen atómico:

Como vemos, al descender por un grupo, aunque crece no se dispara. Una explicación simplificada es la de que a medida que pasamos de una capa electrónica a la siguiente, el número de electrones que ésta puede alojar es mayor.

Al recorrer un período, el volumen tiende a disminuir, lo que conduce inmediatamente al aumento de la densidad. La explicación del comienzo de la tendencia está clara: la masa aumenta y los átomos son cada vez ligeramente más pequeños.

Por tanto, la pregunta es ¿por qué disminuye después? Está claro que la explicación no puede estar relacionada exclusivamente con el tamaño y la masa de los átomos. ¿Qué otras cosas pueden entonces intervenir?: cómo se empaquetan.

La explicación se vuelve, por tanto, más compleja. En primer lugar, si comparamos metales con no metales es evidente que jugará un papel importante el que en los primeros las fuerzas cohesivas sean enlaces metálicos mientras que en los segundos son fuerzas intermoleculares. Por supuesto, ese salto nos lo pone fácil y resulta sencillo entender la reducción de la densidad del lado derecho respecto del centro: hablamos de líquidos o gases frente a sólidos metálicos.

Pero el problema auténtico está en ¿por qué si recorremos un período como el 4º, 5º o 6º la densidad alcanza un máximo antes de llegar a los no metales? (la imagen la he tomado de aquí)

La verdad es que no soy capaz de dar una buena respuesta. Quizá algún otro forero lo haga.

La idea que tengo es que guarda relación con cómo es exactamente el enlace metálico: es semejante a un gran enlace covalente (bandas) que resultan de la superposición de los orbitales de átomos vecinos. Esto es lo mismo que decir que en un metal, al igual que en un enlace covalente "típico", hay orbitales (internos) que podemos asociar con un átomo determinado, mientras que los demás no, sino que pertenecen al conjunto, en este caso formado por el metal completo (y que, como sabemos, da lugar al mar de electrones). Como consecuencia, la distancia entre núcleos no es la simple suma de los radios atómicos, sino menor (los orbitales más externos están "transformados" en dichas bandas).

Lo que no sé explicar es el motivo por el que a medida que se añaden electrones llega un punto en que la distancia interatómica comienza a aumentar. Imagino que tendrá que ver con que al haber más y más orbitales d o f llenos eso afecta a cómo se superponen en las bandas. De todos modos, a ver si alguien arroja más luz al respecto.

Saludos!

[Richard R Richard]

Por tanto, la pregunta es ¿por qué disminuye después? Está claro que la explicación no puede estar relacionada exclusivamente con el tamaño y la masa de los átomos. ¿Qué otras cosas pueden entonces intervenir?: cómo se empaquetan.

Eso lo pensé tambien pero el iridio y el oro ambos tienen estructuras centradas en las caras.

La verdad es que no soy capaz de dar una buena respuesta. Quizá algún otro forero lo haga.

Pues yo no me lo había planteado nunca tampoco y adhiero a tu idea.

Solo se me ocurre que al aumentar el numero de electrones de la ultima capa es grande se repelen mas entre si y se mantiene más alejado, aumentando el volumen , pero eso contradice tu primer tabla... Así que habrá que pensarlo mejor.

Quizá la discrepancia se deba a la forma en que se mide el radio atómico,la que puede diferir difiera de como se mide la celda cristalina. , Nada seguro al escribirlo...

[Richard R Richard]

He mirado por ahí que la constante reticular $a$, es proporcional al radio atómico $R$ es decir $4R=a\sqrt3$ luego la estructura cristalina lleva la misma relación que el radio y del calculo del volumen directo. Me llama la atención, intentar encontrar la causa-

[JCB]

Hola a tod@s.

Aunque no estoy seguro de que mi aportación sirva para alguna aclaración, he comparado a tres metales del período 6: Iridio, Platino y Oro. Estos tres elementos tienen la estructura cristalina cúbica centrada en las caras (FCC). Haciendo la división de la masa de la celda unidad entre su volumen, obtengo la densidad volumétrica teórica, que es decreciente. No veo inconveniente, pues significa que el radio atómico aumenta más rápido que la masa.

Saludos cordiales,
JCB.

[arivasm]

Precisamente el problema es ése: cómo justificar el aumento del radio atómico a pesar del llenado de orbitales d internos y el aumento de la carga nuclear. Además, sea cual sea la causa, ¿por qué no afecta a la tendencia Ta < W < Re < Os y sí a Os > Ir > Pt > Au?

Por otra parte, acudiendo a la fuente de datos que señalé antes, los radios atómicos son Ta(200 pm) > W(193) > Re(188) > Os(185) > Ir(180) > Pt(177) > Au(174). Entiendo que estos valores se corresponderán con átomos aislados, no formando parte de la red metálica, por lo que la causa de la "alteración" estaría en ese hecho.

[Richard R Richard]

Buceando en diferentes tablas he encontrado mucha diferencia entre tablas para los valores aportados del radio atómico de los elementos desde Os hasta Au, pero ninguna me ha convencido para que con un incremento de masa el incremento del cubo del radio sea superior, para que el ratio m/v sea inferior entre osmio y oro, o con iridio y oro que tiene la misma estructura cristalina. Por el contrario las tablas aporta que el radio atomico del oro es inferior al del iridio, por lo que debería ser más denso que este, pero sigo sin hallar la justificación de porque sucede lo contrario.

[carroza]

Hola.

El tema de los radios atómicos es un concepto más complejo de lo que parece. En https://www.webelements.com/gold/atom_sizes.html podeis ver una ilustración de los diferentes radios que pueden definirse, y sus diferentes valores. En general, una cosa sería el radio cuadrático medio, para todos los electrones. Otra sería el radio cuadrático del último electrón, que es el que intervendría en los enlaces. Otra sería la distancia de mínima energía, que dependería de la interacción con otros átomos, y que sería la que, junto con la estructura electrónica, determina la densidad.

En general, para la regíon de osmio, iridio, platino, oro y mercurio, lay una competencia entre el orbital 5d y el 6s https://www.webelements.com/iridium/atoms.html con lo cual, en general, el átomo va a estar en una combinación de diferentes configuraciones electrónicas. Como el orbital 6s tiene un radio más grande que el 5d, el radio del átomo variará a lo largo de esa secuencia de elementos, y dependerá de cómo lo definamos (con o sin interacción con otros átomos).

Un saludo

[JCB]

Hola a tod@s.

He preparado la siguiente tabla, a ver que os parece.

Metal	Estructura	Nº de átomos por celda unidad	Radio atómico ($\dot{A}$)	a=constante reticular ($\dot{A}$)	c=constante reticular ($\dot{A}$)	Volumen celda unidad (cc)	Masa atómica (g/mol)	Masa celda unidad (g)	Densidad volumétrica teórica (g/cc)	Error (%)
Ta	BCC	2	1,49	3,44	-	4,074E-23	180,94	6,009E-22	14,75	-11,2
W	BCC	2	1,41	3,26	-	3,453E-23	183,85	6,106E-22	17,68	-8,4
Re	HCP ideal	6	1,37	2,74	4,47	8,727E-23	186,20	1,855E-21	21,26	1,2
Os	HCP ideal	6	1,35	2,70	4,41	8,351E-23	190,20	1,895E-21	22,69	0,4
Ir	FCC	4	1,36	3,85	-	5,692E-23	192,20	1,277E-21	22,43	-0,3
Pt	FCC	4	1,39	3,93	-	6,077E-23	195,09	1,296E-21	21,32	-0,4
Au	FCC	4	1,46	4,13	-	7,042E-23	196,96	1,308E-21	18,58	-3,7

Nota: para el Renio y el Osmio, como no he encontrado las constantes reticulares propias, he utilizado las constantes reticulares de la estructura hexagonal compacta (HCP) ideal: $a=2R$ y $\dfrac{c}{a}=1,633$.

Saludos cordiales,
JCB.