Ejemplos resueltos y ejercicios guiados - Tabla periódica
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Introducción
La tabla periódica ordena todos los elementos químicos conocidos según su número atómico (Z), es decir, según el número de protones de su núcleo. Saber leerla permite deducir muchas cosas de un elemento solo por el lugar que ocupa. En esta lección repasamos lo esencial y lo aplicamos en ejemplos resueltos paso a paso.
Explicación
La tabla tiene 7 filas horizontales, llamadas periodos, y 18 columnas verticales, llamadas grupos. En cada casilla aparecen el símbolo del elemento, su número atómico y, normalmente, su masa atómica.
Periodo: indica el número de capas de electrones que tiene el átomo. El sodio, con tres capas, está en el periodo 3.
Grupo: reúne elementos con el mismo número de electrones en la última capa (electrones de valencia). Por eso los elementos de un mismo grupo tienen propiedades químicas parecidas.
Algunos grupos tienen nombre propio: el grupo 1 son los metales alcalinos (litio, sodio, potasio…), el grupo 2 los alcalinotérreos (magnesio, calcio…), el grupo 16 los anfígenos o calcógenos (oxígeno, azufre…), el grupo 17 los halógenos (flúor, cloro…) y el grupo 18 los gases nobles (helio, neón, argón…), que casi no reaccionan.
Según su posición, los elementos se clasifican en:
Metales: ocupan la izquierda y el centro de la tabla. Brillan, conducen bien el calor y la electricidad y tienden a perder electrones.
No metales: están a la derecha (y el hidrógeno, que, aunque se coloca arriba a la izquierda, es un no metal). Tienden a ganar electrones.
Semimetales o metaloides: forman una línea en escalera entre metales y no metales (boro, silicio, germanio…) y tienen propiedades intermedias.
Gases nobles: en el grupo 18, con la última capa completa.
Para los 20 primeros elementos podemos repartir los electrones en capas con un modelo sencillo: 2 en la primera, 8 en la segunda y 8 en la tercera, y el resto en la cuarta. Con ese reparto se localiza el elemento: el número de capas da el periodo y los electrones de la última capa dan el grupo (grupos 1 y 2: el mismo número; grupos 13 a 18: el número de electrones de valencia más 10). El helio es la excepción: tiene 2 electrones y está en el grupo 18.
Ejemplo
Ejemplo 1. ¿Dónde está el sodio (Z = 11)?
Reparto de electrones: 2, 8, 1.
Tiene 3 capas, así que está en el periodo 3.
Tiene 1 electrón en la última capa, así que está en el grupo 1: es un metal alcalino y tiende a perder ese electrón.
Ejemplo 2. ¿Dónde está el cloro (Z = 17)?
Reparto de electrones: 2, 8, 7.
3 capas: periodo 3.
7 electrones de valencia: grupo 7 + 10 = grupo 17. Es un halógeno, un no metal que tiende a ganar 1 electrón.
Ejemplo 3. ¿Qué elemento está en el periodo 2 y el grupo 18? Tiene 2 capas y la última llena con 8 electrones: 2, 8. En total, 10 electrones, luego Z = 10: es el neón (Ne), un gas noble.
Ejercicios
Un elemento tiene número atómico Z = 12. ¿En qué periodo y en qué grupo de la tabla periódica está?
¿Qué elemento tendrá propiedades químicas más parecidas a las del sodio (Na)?
Material adicional
El calor y la temperatura
El calor y la temperatura son conceptos que a menudo se confunden, pero son muy diferentes. La temperatura mide el grado de agitación de las partículas de un cuerpo, mientras que el calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos a diferente temperatura.
Temperatura
La temperatura se mide con un termómetro. Las escalas más usadas son:
Escala
Símbolo
Punto de fusión del agua
Punto de ebullición del agua
Celsius
°C
0 °C
100 °C
Kelvin
K
273 K
373 K
Fahrenheit
°F
32 °F
212 °F
🔬 Fórmula clave
Conversiones:
T(K) = T(°C) + 273 T(°C) = T(K) − 273
Calor
El calor (Q) es energía en tránsito: pasa del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura hasta alcanzar el equilibrio térmico (ambos a la misma temperatura).
La cantidad de calor que absorbe o cede un cuerpo depende de:
• Su masa (m). • La variación de temperatura (ΔT = T_final − T_inicial). • Su calor específico (ce): capacidad de la sustancia para absorber calor.
🔬 Fórmula clave
Ecuación fundamental de la calorimetría:
Q = m · ce · ΔT
donde Q = calor (J), m = masa (kg), ce = calor específico (J/(kg·°C)), ΔT = variación de temperatura (°C).
Calor específico del agua: ce = 4 180 J/(kg·°C)
📘 Ejemplo resuelto
¿Cuánto calor necesitamos para calentar 2 kg de agua de 20 °C a 80 °C?
Datos: m = 2 kg, ce = 4 180 J/(kg·°C), ΔT = 80 − 20 = 60 °C Fórmula: Q = m · ce · ΔT Cálculo: Q = 2 × 4 180 × 60 = 501 600 J ≈ 502 kJ
Mecanismos de transferencia de calor
Mecanismo
Descripción
Ejemplo
Conducción
Transferencia por contacto directo entre partículas
Calentar una sartén en el fuego
Convección
Transferencia por movimiento de un fluido
El radiador calienta el aire de la habitación
Radiación
Transferencia mediante ondas electromagnéticas (no necesita medio material)
El Sol calienta la Tierra
Dilatación térmica
Cuando un cuerpo se calienta, sus partículas vibran más y se separan: el cuerpo se dilata (aumenta su volumen). Al enfriarse, se contrae.
Este fenómeno es importante en la vida cotidiana: por eso los puentes y vías de tren tienen juntas de dilatación, y los cables eléctricos cuelgan con cierta holgura en verano para que no se tensen en invierno.
🤔 ¿Sabías que…?
El agua tiene un comportamiento anómalo: entre 0 °C y 4 °C se contrae al calentarse (en lugar de dilatarse). Por eso el agua más densa (a 4 °C) se sitúa en el fondo de los lagos, y el hielo (menos denso) flota en la superficie.
✏️ Ejercicios
1. Diferencia entre calor y temperatura.
2. Convierte: a) 25 °C a K; b) 350 K a °C; c) 100 °C a K.
3. ¿Cuánto calor se necesita para calentar 500 g de agua de 15 °C a 90 °C?
4. Se suministran 41 800 J de calor a 1 kg de agua a 30 °C. ¿Cuál será la temperatura final?
5. Explica los tres mecanismos de transferencia de calor y pon un ejemplo de cada uno.
6. ¿Hacia dónde fluye el calor siempre? ¿Qué es el equilibrio térmico?
7. ¿Por qué los raíles del tren tienen pequeños huecos entre ellos?
8. El calor específico del hierro es 449 J/(kg·°C). Calcula el calor necesario para calentar 3 kg de hierro de 20 °C a 120 °C.
9. ¿Por qué el agua tarda más en calentarse que el metal? Relaciónalo con el calor específico.
10. Explica por qué la arena de la playa está más caliente que el agua del mar al mediodía en verano.
📋 Resumen de la lección
La temperatura mide la agitación de las partículas; el calor es transferencia de energía térmica.
Q = m · c_e · ΔT permite calcular el calor absorbido o cedido.
El calor se transfiere por conducción, convección y radiación.
El calor fluye siempre del cuerpo más caliente al más frío hasta el equilibrio térmico.
Los cuerpos se dilatan al calentarse y se contraen al enfriarse.
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