AULA 4 TABELA PERIÓDICA

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QUÍMICA GERAL Aula 4 TABELA PERIÓDICA

A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS  O número de elementos químicos conhecidos pelo homem aumentou com o passar dos séculos como podemos ver pelo gráfico e pela tabela dados abaixo:

 O grande aumento do número de elementos químicos no século XIX obrigou os cientistas a imaginarem gráficos, tabelas ou classificações em que todos os elementos ficassem reunidos em grupos com propriedades semelhantes  Em 1817, o cientista alemão Johann W. Döbereiner agrupou alguns elementos em tríades, que eram grupos de três elementos com propriedades semelhantes

 Em 1862, o cientista francês Alexander B. de Chancourtois imaginou o agrupamento dos elementos químicos sobre um parafuso, na ordem de suas massas atômicas  Desse modo encontra-se elementos com propriedades semelhantes. Essa arrumação foi denominada parafuso telúrico de De Chancourtois

 Em 1864, o cientista inglês John A. R. Newlands colocou os elementos químicos em ordem crescente de massas atômicas e verificou que as propriedades se repetiam a cada oito elementos (excluindo-se o hidrogênio), como as notas numa escala musical  Sendo Newlands também músico, essa regra passou a ser conhecida como lei das oitavas de Newlands

 Em 1869, Dimitri I. Mendeleyev, baseando-se principalmente em propriedades químicas, propôs tabela para a classificação dos elementos químicos  Ele anotava as propriedades dos elementos químicos em cartões; pregava esses cartões na parede de seu laboratório; mudava as posições dos cartões até obter uma seqüência de elementos em que se destacasse a semelhança das propriedades  Foi com esse quebra-cabeça que chegou à primeira tabela periódica, verificando então que havia uma periodicidade das propriedades quando os elementos químicos eram colocados em ordem crescente de suas massas atômicas

 Em uma de suas primeiras tabelas, Mendeleyev colocou os elementos químicos conhecidos (cerca de 60, na época) em 12 linhas horizontais, em ordem crescente de massas atômicas, tomando o cuidado de colocar na mesma vertical os elementos de propriedades químicas semelhantes. Surgiu, então, a seguinte tabela:

 Mendeleyev foi além: conseguiu prever com grande precisão as propriedades do escândio e do germânio alguns anos antes de esses elementos serem descobertos. Assim, por exemplo, temos para o germânio (Ge):

 Resumindo as conclusões de Mendeleyev, é possível dizer que ele estabeleceu a chamada lei da periodicidade:

A CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA MODERNA  Classificação Periódica moderna apresenta os elementos químicos dispostos em ordem crescente de números atômicos, sendo o 1º Hidrogênio Z=1  Em 1913, Henry G. J. Moseley estabeleceu o conceito de número atômico, verificando que esse valor caracterizava melhor um elemento químico do que sua massa atômica  A partir daí a lei da periodicidade ganhou um novo enunciado:

 A apresentação mais comum da Classificação Periódica é aquela onde cada elemento ocupa uma “casa” da tabela

 Elementos artificiais: 

43Tc

(tecnécio), 61Pm (promécio), (astato), Transurânicos (>92)

87Fr

(frâncio),

85At

PERÍODOS  As sete linhas horizontais, que aparecem na tabela, são denominadas períodos



É importante notar também que:

• No 6º período, a terceira ”casa” contém 15 elementos, com números atômicos de 57 a 71, por comodidade estão indicados numa linha fora e abaixo da tabela; começando com o lantânio, esses elementos formam a chamada série dos lantanídios • Analogamente, no 7º período, a terceira “casa” também contém 15 elementos químicos, com números atômicos de 89 a 103, começando com o actínio, eles formam a série dos actinídios

GRUPOS OU FAMÍLIAS  As dezoito linhas verticais que aparecem na tabela são denominadas grupos ou famílias de elementos ► Por de terminação da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) os grupos são numerados atualmente de 1 a 18, mas ainda é bastante comum a utilização de uma representação com letras e números (1A, 2A, etc.)

► A disposição dos elementos na Tabela Periódica é tal que elementos com propriedades semelhantes pertencem a um mesmo grupo

 Alguns grupos, por sua importância para a Química, recebem nomes especiais: ● Grupo 1 ou 1A, é o grupo dos metais alcalinos ● Grupo 2 ou 2A, é o grupo dos metais alcalinos-terrosos ● Grupo 16 ou 6A, é o grupo dos calcogênios ● Grupo 17 ou 7A, é o grupo dos halogênios ● Grupo 18 ou 0 (zero) ou 8 A é o grupo dos gases nobres

 É ainda importante considerar os seguintes aspectos: • O hidrogênio (H-1), embora apareça na coluna 1A, não é um metal alcalino. Aliás, o hidrogênio é tão diferente de todos os demais elementos químicos que, prefere-se colocá-lo fora da Tabela Periódica

• Quando a família não tem nome especial, é costume chamála pelo nome do primeiro elemento que nela aparece; por exemplo, os da coluna 5A são chamados de elementos da família ou do grupo do nitrogênio

ELEMENTOS REPRESENTATIVOS E DE TRANSIÇÃO  Os elementos dos grupos 1, 2, 13, 14, 15,16, 17 e 18 apresentam um comportamento químico relativamente menos complexo que os demais e são frequentemente denominados Elementos Representativos da Classificação Periódica  São os elementos das colunas A

 Em cada coluna A, a semelhança de propriedades químicas entre os elementos é máxima.

 Os grupos de 3 a 12 são os chamados Elementos de Transição

 São os elementos das colunas 3B, 4B, 5B, 6B, 7B, 8B, 1B e 2B. Note que, em particular, a coluna 8B é uma coluna tripla

 Os lantanídeos e os actinídeos são especificamente denominados de Elementos de Transição Interna

• Outra separação importante, existente na

Classificação Periódica, é a que divide os elementos em metais, não-metais (ou ametais), semimetais e gases nobres

 Os elementos conhecidos como metais formam substâncias simples, que de modo geral:

• Conduzem bem a corrente elétrica e o calor • Facilmente transformadas em lâminas (maleáveis) e fios (dúcteis) • Sólidas nas condições ambientes (25oC de temperatura e pressão atmosférica no nível do mar), com exceção do mercúrio (Hg) que é líquido • Apresentam brilho característico — brilho metálico

• Pontos de fusão e de ebulição altos • Formam íons positivos (cátions)

 Os não-metais têm propriedades opostas, e formam substâncias simples que:

• Não conduzem bem o calor nem a corrente elétrica • Não são facilmente transformadas em lâminas ou fios • Dos não-metais, 11 formam substâncias gasosas nas condições ambientes (hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, flúor, cloro e gases nobres), 1 forma substância líquida (bromo) e os demais formam substâncias simples sólidas

 Os semimetais têm propriedades intermediárias entre os metais e os não-metais. Formam substâncias simples sólidas nas condições ambientes. Dois semimetais de muita importância prática são o silícios e o germânio, empregados em componentes eletrônicos  Os gases nobres, ou gases raros, têm comportamento químico específico

CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS DOS ELEMENTOS AO LONGO DA CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA  Caminhando horizontalmente ao longo dos sete períodos da Tabela, ao passarmos de uma “casa” para a seguinte, o número atômico aumenta de uma unidade  Esse acréscimo indica que a eletrosfera está recebendo um novo elétron - é o chamado elétron de diferenciação

 Seguindo o Diagrama de Pauling para distribuir os elétrons para os átomos neutros dos elementos que aparecem na Tabela Periódica, verifica-se que, à medida que aumenta o número atômico, há um comportamento periódico no modo como termina essa distribuição



A configuração eletrônica:

▪ grupo 1 - termina em s1 ▪ grupo 2 - termina em s2

▪ grupo 13 - termina em p1 ▪ grupo 14 – termina em p2 ▪ e assim por diante

 Note que, o hélio destoa diante dos outros gases nobres

 4 regiões distintas de preenchimento dos subníveis eletrônicos: • na região azul, os elétrons entram em subníveis s

• na região verde, os elétrons entram em subníveis p • na região amarela, os elétrons entram em subníveis d • na região rosa, os elétrons entram em subníveis f



É muito importante notar que:

• Os 7 períodos da Tabela Periódica correspondem às 7 camadas ou níveis eletrônicos dos átomos. Desse modo, exemplificando, o ferro (Fe-26) está no 4o período, e por isso já sabemos que seu átomo possui 4 camadas eletrônicas (K, L, M, N) • Nas colunas A, o número de elétrons na última camada eletrônica é igual ao próprio número da coluna. Por exemplo, o nitrogênio está na coluna 5A e, portanto, sua última camada eletrônica tem 5 elétrons (s2 p3). É por esse motivo que os elementos de uma mesma coluna A têm propriedades químicas muito semelhantes

 Quando um elemento ganha 1, 2, 3... elétrons e se transforma num íon negativo (ânion), sua configuração eletrônica é semelhante à de outro elemento situado 1, 2, 3... “casas” à frente na Tabela Periódica

 Ao contrário, quando um elemento perde 1, 2, 3... elétrons e se transforma num íon positivo (cátion), sua configuração eletrônica torna-se semelhante à de outro elemento situado 1, 2, 3... “casas” para trás na Tabela Periódica

Exercício  Um átomo apresenta normalmente 2 elétrons na primeira camada, 8 elétrons na segunda, 18 elétrons na terceira camada e 7 na quarta camada. A família e o período em que se encontra esse elemento são, respectivamente: a) família dos halogênios, sétimo período b) família do carbono, quarto período

c) família dos halogênios, quarto período d) família dos calcogênios, quarto período

e) família dos calcogênios, sétimo período  Resolução - Tendo quatro camadas eletrônicas, o elemento será do 4º período. Com 7 elétrons na quarta camada, o elemento estará na coluna 7A. Trata-se, pois, do halogênio situado no quarto período - Outra resolução possível é somar o número total de elétrons: 2 + 8 + 18 + 7 = 35. Procurando na Tabela Periódica, encontramos o bromo (número atômico 35), que é o halogênio do quarto período

PROPRIEDADES PERIÓDICAS DOS ELEMENTOS QUÍMICOS  Generalizando, podemos dizer que muitas propriedades dos elementos químicos variam periodicamente ao longo da Tabela Periódica, sendo por isso chamadas propriedades periódicas

POTENCIAL DE IONIZAÇÃO  Chama-se potencial ou energia de ionização a energia necessária para “arrancar” um elétron de um átomo isolado no estado gasoso  Essa energia é, em geral, expressa em elétron-volt (eV)

 Na prática, o mais importante a ser considerado é o 1o potencial de ionização, isto é, a energia necessária para “arrancar” o 1º elétron da camada mais externa do átomo. O 1º potencial de ionização aumenta conforme o esquema:

 Ex: Na(g) + 5,1 eV → Na+ (g) + 1e Segunda energia de ionização, a energia necessária para retirar o 2º elétron do cátion resultante da 1ª ionização, e assim sucessivamente

 Um átomo possui várias energias de ionização  Mg (g) + 1ª EI → Mg+ (g) + 1 e Mg+ (g) + 2ª EI → Mg2+ (g) + 1 e Mg2+ (g) + 3ª EI → Mg3+ (g) + 1 e-

 A 2ª energia de ionização é maior que a 1ª, a 3ª é maior que a 2ª, etc

ELETROAFINIDADE OU AFINIDADE ELETRÔNICA  Chama-se eletroafinidade ou afinidade eletrônica a energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo neutro no estado gasoso  Essa energia é também expressa, em geral, em elétron-volt (eV)  A eletroafinidade aumenta conforme o esquema:

 Os elementos com maiores eletroafinidades são os halogênios e o oxigênio.  Cl (g) + 1e- → Cl- (g) + E (energia liberada)  E = 3,61 eV

TRÊS FAMÍLIAS IMPORTANTES  OS METAIS ALCALINOS (COLUNA 1A)

 Em ordem de importância destacam-se, primeiramente, o sódio e, depois, o potássio

 O sódio é encontrado em vários compostos naturais, sendo o principal o sal comum (NaCl - cloreto de sódio). O sódio é produzido industrialmente pela ação da corrente elétrica (eletrólise) do NaCl fundido:

 O sódio é um sólido leve e mole, podendo ser cortado com uma faca. É extremamente reativo e perigoso; pega fogo em contato com o ar (4Na + O2 → 2 Na2O), devendo, por isso, ser guardado em recipientes que contenham querosene ou benzeno

 Não deve ser segurado com as mãos, só com pinças e luvas grossas de borracha, pois provoca fortes queimaduras na pele

 É usado na produção de compostos orgânicos (corantes, perfumes, medicamentos etc.); na produção de compostos inorgânicos (cianeto de sódio, peróxidos etc.); na transferência de calor em reatores atômicos; e era utilizado na produção de “lâmpadas de sódio”; etc

OS METAIS ALCALINO-TERROSOS (COLUNA 2A)  Em ordem de importância destacam-se, primeiramente, o cálcio e, depois, o magnésio

 O cálcio é um sólido muito abundante na natureza. Existe na água do mar e na crosta terrestre na forma de vários minerais: calcita (CaCO3, que constitui também o calcário, o mármore etc.), anidrita (CaSO4), gipsita (CaSO4 + 2 H2O, que é o gesso natural), fluorita (CaF2) etc

 É produzido industrialmente pela eletrólise do CaCl2, fundido:

 Tem grande importância biológica, pois está presente nos ossos, dentes, carapaças de animais etc. Seus compostos são muito importantes, como, por exemplo, a cal virgem (CaO), a cal extinta (Ca(OH)2) e o gesso, usado para proteger fraturas ósseas

 O magnésio é um sólido leve, prateado e maleável. Ele existe na água do mar e em vários minerais, como magnesita (MgCO3), dolomita (CaCO3 + MgCO3) e carnalita (KCl + MgCl2 + 6 H2O)

 É usado em ligas metálicas leves para aviação, em rodas “de magnésio” para automóveis, e também como metal de sacrifício ligado a cascos de navios, tubulações de aço etc

 O hidróxido de magnésio, Mg(OH)2, é conhecido como “leite de magnésia” e é usado para combater a acidez estomacal

OS HALOGÊNIOS (COLUNA 7A)  Os mais importantes são o cloro, o bromo e o iodo

 O cloro é o mais abundante e o mais importante dos halogênios. É um gás denso, amarelo-esverdeado, muito tóxico e pouco solúvel na água

 Na indústria, o cloro é produzido pela eletrólise de soluções aquosas de NaCl:

 No laboratório, é usualmente preparado pela reação:

 O “cloro líquido” é uma solução aquosa de hipoclorito de sódio (NaClO) presente na chamada água sanitária. O “cloro sólido” é o hipoclorito de cálcio - Ca(ClO)2, usado em piscinas. Ambos têm poder germicida

 O cloro é muito usado na produção de compostos orgânicos, inseticidas - ORGANOCLORADOS

 Branqueamento da celulose destinada à fabricação de papel, no tratamento de águas e esgotos etc