¿Cuáles son los últimos elementos conocidos de la tabla periódica?

Los últimos elementos sintetizados han sido

Para más información: Investigación y Ciencia, Noviembre de 1998, página 60, La síntesis de los elementos superpesados, P. Armbruster.

¿Por qué los cationes que no poseen estructura de gas noble dan mayor carácter covalente al enlace?  

Sabemos que un átomo es eléctricamente neutro. Esto significa que, en un punto externo al átomo, la carga nuclear positiva es anulada (apantallada) por la carga negativa de los electrones. En cambio, en un punto interno al átomo, la carga nuclear únicamente es apantallada por una parte de la densidad electrónica, la situada más próxima al núcleo que dicho punto. La carga resultante es lo que conocemos con el nombre de Carga Nuclear Efectiva. En otras palabras, un punto cercano al núcleo siente una carga nuclear efectiva elevada que va disminuyendo hasta hacerse nula en puntos muy alejados.

Algo análogo pasa en el caso de un catión. Pongamos el ejemplo de cationes de carga iónica 2+, como Ca²⁺ y Hg²⁺. Al alejarnos del núcleo, la carga nuclear efectiva disminuye hasta alcanzar el valor mínimo de 2+.

El problema estriba en representar los iones como esferas de fronteras bien definidas y que se colocan tangentes unas a otras. Dentro de este modelo simple, se supone que todos los electrones de un catión están completamente dentro de su esfera y, por tanto, los puntos externos a dicha esfera son afectados sólo por el valor de la carga iónica (2+, en nuestro ejemplo), ya que en ellos los electrones apantallan la carga nuclear al 100%. Pero esto es únicamente una aproximación y en los puntos externos pero cercanos al catión, el efecto pantalla de los electrones del catión no es al 100% perfecto. Es en estos puntos donde se sitúan los aniones, por lo que de hecho están sometidos a cargas mayores que la iónica.

La justificación de la tercera regla de Fajans se encuentra en este hecho. El anión, que se sitúa tangente al catión, es polarizado por una carga positiva que es realmente mayor que la carga iónica del catión. Y esta es la razón por la que la configuración del catión es importante. Los iones de los metales de transición tienen uno o más electrones d que apantallan mal la carga nuclear (ver "Resúmenes de Enlace Químico y Estructura de la Materia" tema 1, pág. 17). Ca²⁺ y Hg²⁺ tienen las misma carga iónica y aproximadamente el mismo tamaño. Pero Hg²⁺ es considerablemente más polarizante que Ca²⁺, lo que se refleja palpablemente en las diferencias químicas entre CaCl₂₊ y HgCl2.

Más información en J. E. Huheey, "Química Inorgánica. Principios de estructura y reactividad", páginas 98-100 en la segunda edición en castellano (Para otras ediciones, buscar en el índice "Fajans, reglas de").

Estudiando el grupo 16, leí que los óxidos de los grupos principales en los que el estado de oxidación del metal es menor de 3 son más iónicos por regla general mientras que si es mayor de 3 son más covalentes. ¿Por qué?

Empecemos recordando algunos conceptos previos importantes.

El carácter iónico-covalente de un enlace se puede analizar desde dos perspectivas (ver "Resúmenes de Enlace Químico y Estructura de la Materia", tema 2, Electronegatividad y Polarización).

1) En un enlace covalente, los electrones del enlace no están igualmente distribuidos sobre los dos átomos cuando su electronegatividad (capacidad de atraer los electrones del enlace) es distinta. El enlace se torna entonces parcialmente iónico ya que un átomo (el menos electronegativo) adquiere una carga parcial positiva mientras que el otro átomo (el más electronegativo) la adquiere negativa.

A mayor diferencia de electronegatividad, enlaces más iónicos.

Un enlace iónico lo podemos considerar como un caso extremo de la evolución anterior, en el que los electrones del enlace se han desplazado a uno de los átomos (el anión).

Enlace covalente --- aumenta la diferencia de electronegatividad ---> enlace iónico

2) En sentido contrario, podemos partir de un enlace iónico y estudiar qué factores lo transforman en covalente. Idealmente, un enlace iónico se forma entre dos iones de carga opuesta que se comportan como esferas indeformables que se atraen mútuamente.

Ahora bien, en realidad estas esferas están constituidas en su parte externa por electrones. Cuando se le acerca un catión, la esfera electrónica del anión se deforma parcialmente hacia el catión debido a la atracción de la carga positiva. Una parte de la densidad electrónica del anión pasa a ser compartida con el catión y el enlace adquiere un carácter parcialmente covalente. Esta deformación será tanto mayor cuanto más polarizable (deformable) sea el anión (mayor carga negativa y mayor tamaño) y más poder polarizante sea el catión (mayor carga negativa y menor tamaño).

anión más polarizable (más carga, más tamaño)
Enlace iónico --- ---> enlace covalente
catión más polarizante (más carga, menos tamaño)

===================================================

Desde este segundo punto de vista, el Fe₃₊es más polarizante que el Fe₂₊ Por ello, el FeCl₃es menos iónico que el FeCl₂. Hay que notar que la carga es un factor más importante que el tamaño ya que éste cambia en mucha menor proporción (una carga 2+ es el doble que una 1+, mientras que es raro que un catión sea el doble de tamaño que otro). De ahí que la carga de un catión sea un factor muy determinante del carácter iónico-covalente de sus sales y podamos establecer orientaciones como la que formulas en tu pregunta. Ahora bien, no debemos olvidadar que el tamaño del catión y la naturaleza del anión son también factores importantes.

La pregunta se refiere a óxidos de los grupos principales. Y este es un matiz importante. A igualdad de carga y tamaño, los cationes de los metales de transición son más polarizantes que los de los grupos principales . Por ejemplo, Hg₂₊ es más polarizante que Ca₂₊, a pesar de ser casi del mismo tamaño, y eso se refleja en que el cloruro del primero es covalente mientras que el del segundo es iónico. (Ver ¿Por qué los cationes que no poseen estructura de gas noble dan mayor carácter covalente al enlace?)

===================================================

Aunque el concepto de polarización es más idóneo para analizar casos como los anteriores (donde en definitiva se estudia cómo un enlace iónico toma más o menos carácter covalente), un razonamiento paralelo que use el concepto de electronegatividad es también posible.

Aunque algunas escalas de electronegatividad asignan un único valor a cada átomo, independientemente de su estado de oxidación, está claro que ésto no es más que una aproximación ya que la capacidad de atraer electrones de un átomo debe aumentar con el estado de oxidación. Si comparamos nuevamente FeCl₃ y FeCl₂ el hierro es más electronegativo (menos electropositivo) en el primer caso. Por tanto, se espera que FeCl₃ tenga mayor carácter covalente ya que la diferencia de electronegatividad entre hierro y cloro es más pequeña que en FeCl₂.