Bloques de la tabla periódica
Los bloques s, p, d y f son un mapa del tipo de subcapa atómica que se va llenando a lo largo de la tabla periódica. Sus anchuras y posiciones no son decorativas: surgen de la capacidad de los orbitales y del orden en que las energías de las subcapas pasan a estar disponibles.
Definición de bloque y capacidad de las subcapas
El bloque s corresponde principalmente al llenado de orbitales ns; el bloque p a np, el bloque d a (n−1)d y el bloque f a (n−2)f. Una subcapa s admite 2 electrones, p 6, d 10 y f 14, exactamente las anchuras características de los bloques.
bloque s
Grupos 1–2 más helio por configuración electrónica. Patrón externo típico ns¹–².
bloque p
Grupos 13–18 excepto He. Patrón externo típico ns²np¹–⁶.
bloque d
Elementos de transición. Se llenan orbitales (n−1)d; la química suele implicar tanto electrones ns como d.
bloque f
Lantánidos y actínidos. Se llenan orbitales (n−2)f; suelen dibujarse debajo para mantener compacta la tabla.
Construcción del diseño de la tabla periódica
El período 1 solo contiene 1s y, por tanto, dos elementos. Los períodos 2 y 3 llenan ns y después np, con 8 elementos cada uno. Los períodos 4 y 5 insertan un bloque d de diez elementos entre s y p, por lo que tienen 18. Los períodos 6 y 7 incluyen el bloque f de 14 elementos y pueden contener 32 elementos.
Las filas f separadas son una elección tipográfica. En la tabla larga completa, lantánidos y actínidos pertenecen entre las partes s y d de los períodos 6 y 7; colocarlos debajo evita una tabla extremadamente ancha.
Leer configuraciones a partir de la posición
La posición dentro de un bloque permite obtener rápidamente el patrón de la subcapa final. Un elemento situado en la segunda columna del bloque p tiene np²; uno en la quinta tiene np⁵, junto con el ns² precedente en los elementos de los grupos principales.
Por ejemplo, el azufre está en el período 3 y en la cuarta columna del bloque p, lo que da [Ne]3s²3p⁴. El calcio está en el período 4, segunda columna de s, por lo que es [Ar]4s². El escandio inicia la serie 3d después de 4s²: [Ar]3d¹4s².
El mapa de bloques es útil, pero no infalible
La clasificación por bloques sigue la estructura electrónica, pero las configuraciones reales de estado fundamental incluyen excepciones. Cr y Cu no siguen la predicción más simple 4s²3dⁿ, y elementos d y f más pesados presentan otras irregularidades porque las subcapas vecinas están próximas en energía.
El helio es otro caso instructivo: su configuración es 1s², electrónicamente un patrón de bloque s, pero se coloca en el grupo 18 porque su capa cerrada y su comportamiento químico coinciden con los gases nobles.
Así, la tabla periódica codifica al mismo tiempo configuración electrónica y similitud química. Ambos principios se refuerzan, pero no son reglas de clasificación siempre idénticas.
Construcción período a período
| Período | Subcapas que se llenan a lo largo del período | Número máximo de elementos |
|---|---|---|
| 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 |
El patrón muestra por qué el número de período y el valor n de la subcapa que se llena no siempre coinciden. El bloque d del período 4 es 3d y el bloque f del período 6 es 4f.
Los bloques conectan la posición con la química
Los metales del bloque s suelen tener uno o dos electrones ns fáciles de extraer. La química del bloque p va desde metales y metaloides hasta no metales muy electronegativos a medida que la subcapa np se llena a lo largo de seis columnas. Los elementos del bloque d muestran estados de oxidación variables y química de coordinación porque varios estados d y s están próximos en energía.
El bloque f muestra cambios más sutiles a lo largo de los lantánidos porque los electrones 4f apantallan mal y permanecen relativamente contraídos. Ese apantallamiento deficiente provoca la contracción lantánida, que a su vez afecta al tamaño de los metales de transición posteriores.
El helio y los límites de una sola clasificación
Electrónicamente, He es 1s² y encajaría en una definición de bloque s. Químicamente, su capa cerrada lo convierte inequívocamente en un gas noble, por lo que se sitúa sobre Ne en el grupo 18. Es un recordatorio útil de que la tabla periódica codifica tanto el llenado orbital como la química recurrente.
Debates similares sobre la ubicación exacta de algunos extremos del bloque f reflejan lo mismo: las etiquetas de bloque son herramientas explicativas, mientras que las estructuras electrónicas reales pueden encontrarse cerca de fronteras de clasificación.
Números de grupo y posición dentro del bloque
Para el bloque p, el número de grupo moderno puede convertirse en el número de electrones externos s y p: los grupos 13 a 18 corresponden aproximadamente a ns²np¹ hasta ns²np⁶. Por eso C y Si, ambos del grupo 14, comparten un patrón de valencia ns²np² aunque sus números de capa principal sean distintos.
En el bloque d la relación es menos directa porque las ocupaciones ns y (n−1)d pueden reorganizarse. El número de grupo sigue reflejando de forma amplia el recuento electrónico y la química, pero los estados de oxidación y las configuraciones reales deben comprobarse elemento por elemento.
La secuencia retrasada del bloque d
La primera subcapa d es 3d, pero no empieza a llenarse hasta el período 4 porque 4s se vuelve accesible energéticamente antes. Del mismo modo, 4d pertenece al período 5 y 5d al período 6. El número de período indica, por tanto, la capa principal de mayor n ocupada al comienzo y al final de la fila, no cada subcapa que se llena entre medias.
El bloque f y la contracción lantánida
A lo largo de la serie 4f, los electrones f añadidos apantallan mal el aumento de carga nuclear. La nube electrónica externa es atraída progresivamente hacia dentro, produciendo la contracción lantánida. El efecto se extiende más allá del bloque f: Hf acaba teniendo un tamaño parecido al de Zr, lo que influye en la química de toda la serie de transición 5d.
Por tanto, el bloque f no es un apéndice separado. Su estructura electrónica modifica las dimensiones y la química de los elementos que le siguen en el cuerpo principal de la tabla.
Ejercicios
Longitud del período 4
¿Por qué el período 4 contiene 18 elementos?
Solución
Se llenan 4s² + 3d¹⁰ + 4p⁶ = 18 electrones a lo largo del período.
Selenio
Se está en el período 4, cuarta columna del bloque p. Indica su configuración externa.
Solución
4s²4p⁴, precedida por 3d¹⁰ completo y el núcleo [Ar].
bloque f
¿Por qué el bloque f tiene una anchura de 14 elementos?
Solución
f tiene ℓ = 3, por lo que 2ℓ + 1 = 7 orbitales; 7 × 2 = 14 electrones.