Blocs de la taula periòdica
Els blocs s, p, d i f indiquen quin tipus de subcapa atòmica s’està omplint en recórrer la taula periòdica. Les seves amplades i la seva posició no són decoratives: deriven de la capacitat dels orbitals i de l’ordre energètic amb què les subcapes es fan accessibles.
Definició de bloc i capacitat de les subcapes
El bloc s correspon principalment a l’ompliment d’orbitals ns; el p, a np; el d, a (n−1)d; i el f, a (n−2)f. Una subcapa s conté com a màxim 2 electrons, p en conté 6, d en conté 10 i f en conté 14: exactament les amplades característiques dels blocs.
Bloc s
Grups 1 i 2, més l’heli si es classifica estrictament per configuració electrònica. El patró exterior típic és ns¹–². Una subcapa s té un sol orbital espacial i, pel principi d’exclusió de Pauli, hi caben dos electrons amb espins oposats.
Bloc p
Grups 13–18, excepte l’heli en la classificació estricta per subcapa. El patró exterior general és ns²np¹–⁶. Tres orbitals p donen sis places electròniques i expliquen les sis columnes del bloc.
Bloc d
Elements de transició. S’hi omplen progressivament orbitals (n−1)d; la química real sol implicar tant electrons ns com d perquè aquestes subcapes poden quedar molt properes en energia.
Bloc f
Lantànids i actínids. S’hi omplen orbitals (n−2)f. Les dues files es dibuixen habitualment sota la taula per fer-la compacta, però electrònicament pertanyen entre les zones s i d dels períodes 6 i 7.
Com es construeix la forma de la taula periòdica
Un període pot omplir subcapes de més d’un nombre quàntic principal. El període 4 comença a 4s, continua per 3d i acaba a 4p. Per això la fila no és una simple successió de subcapes amb el mateix valor de n.
El període 1 només conté 1s i té 2 elements. Els períodes 2 i 3 omplen ns i np i en tenen 8. Els períodes 4 i 5 insereixen un bloc d de deu elements entre s i p i arriben a 18. Els períodes 6 i 7 incorporen també el bloc f de catorze places i poden arribar a 32 elements.
Les files f separades són una decisió tipogràfica. En una taula llarga, els lantànids i els actínids se situen dins dels períodes 6 i 7 entre el bloc s i el bloc d; desplaçar-los cap avall evita una taula excessivament ampla.
Llegir configuracions a partir de la posició
La posició dins d’un bloc permet obtenir ràpidament el patró de la darrera subcapa. A la segona columna del bloc p, per exemple, el final és np²; a la cinquena és np⁵, juntament amb el ns² precedent en els elements dels grups principals.
El sofre és al període 3 i a la quarta columna del bloc p: [Ne]3s²3p⁴. El calci és al període 4, segona columna del bloc s: [Ar]4s². L’escandi inicia la sèrie 3d després de 4s²: [Ar]3d¹4s². La posició és una drecera poderosa, però s’ha de contrastar amb la configuració observada quan hi ha subcapes d o f properes en energia.
Selecciona s, p, d o f per veure’n el patró.
El mapa de blocs és útil, però no infal·lible
La classificació en blocs segueix l’estructura electrònica, però algunes configuracions fonamentals presenten excepcions. Cr i Cu no segueixen la predicció més simple 4s²3dⁿ, i en elements d i f pesants apareixen més irregularitats perquè subcapes veïnes competeixen en energia.
L’heli és un cas especialment instructiu: 1s² correspon electrònicament a un patró de bloc s, però es col·loca al grup 18 perquè la seva capa tancada i el seu comportament químic coincideixen amb els gasos nobles. La taula codifica alhora ompliment orbital i semblança química.
Construcció període a període
| Període | Subcapes omplertes | Màxim d’elements |
|---|---|---|
| 1 | 1s | 2 |
| 2 | 2s, 2p | 8 |
| 3 | 3s, 3p | 8 |
| 4 | 4s, 3d, 4p | 18 |
| 5 | 5s, 4d, 5p | 18 |
| 6 | 6s, 4f, 5d, 6p | 32 |
La seqüència dels períodes mostra per què el número de període i el valor n de la subcapa que s’omple no sempre coincideixen. Al període 4 s’omple 3d; al període 6 s’omple 4f.
Els blocs connecten posició i química
Els metalls del bloc s solen disposar d’un o dos electrons ns relativament fàcils d’extreure. El bloc p va de metalls a no-metalls molt electronegatius a mesura que s’omple np. Els elements d presenten sovint diversos estats d’oxidació i química de coordinació perquè diversos estats s i d són pròxims en energia.
Al bloc f, els electrons 4f apantallen malament l’augment de càrrega nuclear i romanen relativament contrets. Aquest apantallament deficient produeix la contracció dels lantànids, que també afecta la mida i la química dels metalls de transició que venen després.
L’heli i els límits d’una sola classificació
Electrònicament, He és 1s² i encaixaria en una definició de bloc s. Químicament, la capa completa el converteix inequívocament en un gas noble i per això se situa damunt de Ne al grup 18. És un recordatori que cap etiqueta única resumeix tota l’estructura de la taula.
Debats semblants sobre l’extrem exacte del bloc f reflecteixen el mateix problema: les etiquetes de bloc són eines explicatives, mentre que les estructures electròniques reals poden quedar prop dels límits d’una classificació.
Números de grup i posició dins del bloc
Al bloc p, els grups 13–18 corresponen aproximadament a ns²np¹–ns²np⁶. Per això C i Si, tots dos del grup 14, comparteixen el patró de valència ns²np² encara que el nombre quàntic principal sigui diferent.
Al bloc d la relació és menys directa, perquè les ocupacions ns i (n−1)d es poden reorganitzar. El número de grup continua donant informació sobre el recompte electrònic i la química, però els estats d’oxidació i les configuracions reals s’han de comprovar element per element.
La seqüència retardada del bloc d
La primera subcapa d és 3d, però no comença a omplir-se fins al període 4 perquè 4s es fa accessible energèticament abans. De manera anàloga, 4d correspon al període 5 i 5d al període 6. El número de període identifica la capa principal més alta ocupada a l’inici i al final de la fila, no totes les subcapes intermèdies.
El bloc f i la contracció dels lantànids
Al llarg de la sèrie 4f, els electrons afegits apantallen poc l’augment de càrrega nuclear. El núvol exterior es contrau progressivament: és la contracció dels lantànids. L’efecte travessa el límit del bloc f; Hf acaba tenint una mida sorprenentment semblant a Zr i això influeix en la química de la sèrie 5d.
Per tant, el bloc f no és un apèndix desconnectat. La seva estructura electrònica modifica les dimensions i la química dels elements que el segueixen al cos principal de la taula.
Exercicis
Longitud del període 4
Per què el període 4 conté 18 elements?
Solució
S’omplen 4s² + 3d¹⁰ + 4p⁶: en total, 18 electrons afegits al llarg del període.
Seleni
El Se és al període 4 i a la quarta columna del bloc p. Quina és la seva configuració exterior?
Solució
4s²4p⁴, precedida per 3d¹⁰ complet i el nucli [Ar]. La configuració completa després d’[Ar] és 3d¹⁰4s²4p⁴.
Bloc f
Per què el bloc f té una amplada de 14 elements?
Solució
Per a f, ℓ = 3 i per tant hi ha 2ℓ + 1 = 7 orbitals. Cada orbital admet dos electrons: 7 × 2 = 14.