Transcript Elementos Químicos e Periodicidade

QUÍMICA GERAL / QUÍMICA TECNOLÓGICA
ELEMENTOS QUÍMICOS E PERIODICIDADE
Professora: Cíntia Helena de Freitas
Química Licenciada - UIT
Ms. Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais - CDTN/UFMG
Elementos Químicos e Periodicidade
História dos Elementos
A ciência é a busca da simplicidade. Embora a complexidade do mundo pareça
ilimitada, ela tem origem na simplicidade fundamental que a ciência busca descrever. A
contribuição da química para essa busca é mostrar como tudo que nos cerca – montanhas,
árvores, pessoas, computadores, cérebros, concretos, oceanos - é, de fato, constituído por um
punhado de entidades simples.
Os gregos antigos tinham a mesma ideia. Eles pensavam que havia quatro elementos –
terra, ar, fogo e água – que podiam produzir todas as outras substâncias quando combinados
nas proporções corretas. Seu conceito de elemento é semelhante ao nosso, mas, sabemos agora,
com base em experimentos, que existem na realidade mais de 100 elementos que – em várias
combinações – compõem toda a matéria da Terra.
Toda a matéria é feita de várias combinações de formas simples da matéria, chamadas elementos
químicos. Um elemento é uma substância formada por um único tipo de átomo.
Elementos Químicos e Periodicidade
Elementos e Compostos
• Substância simples, fundamental e
elementar.
•Podem ser representados por uma
abreviação designada por símbolo
químico.
• São constituídos por dois ou mais
elementos combinados em uma relação
definida e, assim, são substâncias mais
complexas do que os elementos.
•Têm composição definida.
•São representados por fórmulas
químicas.
Exemplo de
Composto:
Hexafluoreto de
Enxofre
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Representação Química
Atenção: a notação química na tabela se difere
da forma conceitual de escrita apesar de
informar os mesmos dados!
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Isótopos
Átomos de um dado elemento podem ter diferentes números de massa e, portanto,
massas diferentes porque eles podem ter diferentes números de nêutrons em seu núcleo. Tais
átomos são denominados isótopos (grego “mesmo lugar”).
A maioria dos elementos é encontrada como uma mistura de isótopos. As massas e
abundâncias isotópicas são atualmente determinadas por meio de uma técnica denominada
espectrometria de massas.
Exemplo
Outras informações
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Periodicidade Química
Família do B
Família do C
Família do N
Calcogênios
A lei periódica estabelece que as propriedades dos elementos são funções periódicas de
seus números atômicos. Um arranjo baseado nesta lei agrupa, na tabela periódica, famílias de
elementos com propriedades semelhantes em colunas verticais denominadas grupos.
Elementos Químicos e Periodicidade
Periodicidade Química
As filas horizontais, na tabela periódica, são denominadas períodos e são numeradas
de 1 a 7 (do topo para a base). O período 1 consiste em somente 2 elementos, os períodos 2 e 3 em
oito elementos cada. Os períodos 4 e 5 consistem em 18 elementos cada, incluindo 10 elementos de
transição. O período 6 consiste em 32 elementos porque inclui 14 lantanóides, e o período 7
igualmente inclui 14 actinóides.
Em resumo
Elementos Químicos e Periodicidade
Periodicidade Química
A lei periódica e a organização da tabela periódica são consequências da configuração
eletrônica dos elementos, resultante da hierarquia mecânico-quântica dos orbitais, subcamadas e
camadas. A periodicidade eletrônica é a causa fundamental das periodicidades observadas nas
propriedades atômicas, físicas e químicas.
Bloco P: elementos
representativos.
Bloco S: elementos
representativos.
Bloco d: elementos
de transição
Bloco f: elementos de
transição interna.
Elementos Químicos e Periodicidade
Periodicidade Química / Propriedades Atômicas
As propriedades atômicas que ilustram a periodicidade são o raio atômico (medida
efetiva do tamanho do átomo em condições específicas), a energia de ionização (energia
necessária para a remoção de um elétron de um átomo gasoso, no estado fundamental), e a
afinidade eletrônica (variação de entalpia envolvida na adição de um elétron em um átomo gasoso
no estado fundamental)/eletronegatividade (capacidade que o átomo tem de atrair para si o par
de elétron compartilhado com outro átomo).
A variação destas propriedades com o número atômico pode ser explicada em termos
de carga nuclear, blindagem pelos elétrons da camada interna, número, tipo e população de
subcamadas e camadas atômicas ocupadas.
Elementos Químicos e Periodicidade
Periodicidade Química / Propriedades Físicas
As propriedades físicas como a densidade e o ponto de fusão também ilustram a
periodicidade, embora esta não seja muito regular devido à complexa relação destas
propriedades com a estrutura.
Densidade
Pontos de Fusão e Ebulição
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Periodicidade Química / Propriedades Químicas
As propriedades químicas são frequentemente usadas na ilustração do comportamento
periódico. Há uma transição gradual das propriedades metálicas para as não metálicas, da
esquerda para a direita através de um período, e da base para o topo em um grupo.
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A Tabela Periódica Atual
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GRUPO I DA TABELA PERIÓDICA: OS METAIS ALCALINOS
O grupo I da Tabela Periódica é constituído por seis elementos muito semelhantes nas suas propriedades
físicas e no seu comportamento químico: o lítio, o sódio, o potássio, o rubídio, o césio e o frâncio. O sódio e o
potássio aparecem com abundância na natureza; o lítio, o rubídio e o césio são mais raros; o frâncio só se
encontra em vestígios e todos os isótopos que se conhecem são instáveis (radioativo).
1 - Propriedades físicas.
Todos os elementos deste grupo são sólidos à temperatura ambiente, são pouco duros, excelentes
condutores do calor e da eletricidade.
2 - Propriedades químicas.
Os metais alcalinos não se encontram livres na natureza devido à sua extrema reatividade. Expostos ao ar
oxidam-se rapidamente; por essa razão, só as superfícies recém-formadas apresentam brilho metálico. Têm
que se guardar ao abrigo do ar, em petróleo ou tolueno, por exemplo, ou numa atmosfera inerte.
O comportamento químico dos elementos do grupo I é muito homogêneo. Todos eles apresentam uma
primeira energia de ionização extremamente pequena, o que indica, por parte do núcleo, uma atração fraca,
sobre o elétron de valência.
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GRUPO II DA TABELA PERIÓDICA: OS METAIS ALCALINO-TERROSOS
O grupo II da Tabela Periódica comporta seis elementos, o berílio, o magnésio, o cálcio, o estrôncio, o bário e
o rádio, muito semelhantes entre si, como acontecia com os metais alcalinos, mas em que a gradação das
propriedades é muito mais acentuada, ao longo do grupo. No elemento de maior número atômico, o rádio,
tal como acontecia, ainda, no grupo I, com o frâncio, todos os isótopos são instáveis (radioativos).
1 - Propriedades físicas
Todos os elementos deste grupo apresentam caráter metálico acentuado, embora menos que os do grupo I;
designam-se por metais alcalino-terrosos. São moles, mas menos que os elementos do grupo I; a dureza,
como nos metais alcalinos, decresce ao longo do grupo, à medida que o número atômico cresce. São sólidos
à temperatura ambiente, bons condutores do calor e da eletricidade.
2 - Propriedades químicas
Os metais alcalino-terrosos, tal como os metais alcalinos, não se encontram livres na natureza. A causa
disso está na grande reatividade que apresentam, inferior, contudo, à dos elementos do grupo I; reagem
com numerosas substâncias, principalmente com os elementos não metálicos da parte direita da Tabela
Periódica, e reagem, também, com a água; estas reações diferem, das dos metais alcalinos, no vigor com que
se processam. A família dos metais alcalino-terrosos é uma família de comportamento químico homogêneo.
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GRUPO VII DA TABELA PERIÓDICA: OS HALOGÊNIOS
Este grupo inclui cinco elementos, o flúor, o cloro, o bromo, o iodo e o ástato, dos quais os mais abundantes
são o flúor e o cloro. O astato não aparece na natureza e todos os isótopos que se conhecem são instáveis
(radioativos).
Os elementos do grupo VII da Tabela Periódica são designados por halogênios, nome que significa geradores
de sais; estes elementos são dotados de grande reatividade química e reagem com quase todos os elementos
formando haletos. Os haletos dos elementos metálicos são iônicos; é a partir destes sais que normalmente se
obtêm os halogênios, pois não existem livres na Natureza.
1 - Propriedades físicas
No estado elementar os halogênios existem sob a forma de moléculas diatômicas que apresentam grande
estabilidade; sob este aspecto, são semelhantes aos átomos dos gases inertes e aos íons dos metais alcalinos e
alcalino-terrosos.
O estado físico dos halogênios varia gradualmente ao longo do grupo: o primeiro elemento, o flúor, é um gás à
temperatura ambiente e é difícil de liquefazer; o segundo elemento, o cloro, é ainda gasoso à temperatura
ambiente mas é substancialmente mais fácil de liquefazer; o terceiro elemento, o bromo, é líquido e o quarto, o
iodo, é sólido. Todos estes elementos são muito tóxicos produzindo queimaduras difíceis de curar.
2 - Propriedades químicas
Os halogênios são muito reativos; o seu comportamento químico está de acordo com as energias de ionização e
afinidades eletrônicas elevadas que os átomos apresentam. Devido à sua grande reatividade, estes elementos
não se encontram livres na Natureza. Formam compostos binários praticamente com quase todos os
elementos e a reação processa-se, muitas vezes, de maneira espontânea, à temperatura ambiente.
Elementos Químicos e Periodicidade
O HIDROGÊNIO, UM ELEMENTO SINGULAR NA TABELA PERIÓDICA
O hidrogênio, o primeiro elemento do Quadro Periódico, apresenta uma configuração eletrônica muito especial. Por
ter um único elétron na camada de valência, ela assemelha-se à configuração eletrônica dos metais alcalinos; por
lhe faltar apenas um elétron para preencher completamente a camada de valência, a configuração eletrônica do
hidrogênio assemelha-se à de um halogênio.
A química do hidrogênio mostra que ele se assemelha, aos metais alcalinos e não aos halogênios. É por esta razão
que o hidrogênio se coloca, na Tabela Periódica, no grupo I. Na realidade, ele constitui, em si só, uma família
distinta e não se enquadra, verdadeiramente, em nenhum grupo da Tabela Periódica.
GRUPO VIII DA TABELA PERIÓDICA: OS GASES INERTES
Os gases inertes, o hélio, o néon, o argônio, o criptônio, o xenônio e o radônio, constituem o grupo VIII da Tabela
Periódica. Existem na atmosfera, como gases não combinados; as suas moléculas, no estado elementar, são
monoatômicas, isto é, os átomos encontram-se isolados, sem se ligarem uns aos outros.
Tal como acontece nos grupos I, II e VII, também, neste grupo, o elemento de maior número atômico, o radônio, é
instável (radioativo). Todos os compostos formados à custa de um gás nobre mostram pequena estabilidade; é,
contudo suficiente para se poderem estudar as suas propriedades. Por decomposição, estes compostos põem em
liberdade o gás inerte.
Elementos Químicos e Periodicidade
Elementos de Transição
Os elementos de transição, no centro da tabela periódica (IIIB até IIB, ou 3 a 12) possuem como subnível de maior
energia o subnível d, que se encontra na penúltima camada. Portanto, os metais de transição preenchem
subníveis nos quais o número quântico principal é uma unidade menor que o número do período. Afora
algumas exceções, podemos considerar que os elementos de transição apresentam 2 elétrons na camada de
valência e podem ser representados da seguinte maneira:
Exemplificando, podemos dizer que o 21Sc encontra-se no 4º período, cuja camada de valência é 4s
2
, e possui
subnível de maior energia, 3d.
Para localizarmos o número da família, utilizando a distribuição eletrônica, basta somar o número de elétrons
que se encontram no subnível de maior energia com o número de elétrons da camada de valência.
Por exemplo:
Obs. – Alguns metais de transição, não seguem a distribuição eletrônica de Linus Pauling, dentre os quais
destacamos:
Família 6 ou VIB
Crômio e Molibidênio
Família 11 ou IB
Cobre, Prata e Ouro
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Elementos de Transição Interna
São os elementos pertencentes à série dos lantanídeos (6º período) e actnídeos (7º período) e que apresentam
subnível mais energético o subnível f. São considerados pertencentes à família IIIB ou 3 e estão indicados em
linhas fora e abaixo da tabela periódica.
O subnível f, de maior energia, encontra-se na antepenúltima camada e apresenta 2 elétrons na camada de
valência. A representação do preenchimento eletrônico para os elementos de transição interna fica.
Exemplo
Elementos Químicos e Periodicidade
Referências Bibliográficas
•RUSSEL, J.B. Química Geral. São Paulo: Makron Books, 1994. V. 1 e 2 (540 R964q – 25ex)
•ATKINS, P.; JONES, L. Princípios da Química. São Paulo: Bookman, 2001. (540 A874p- 10ex)
•MAHAN, B.M. Química: um curso universitário. São Paulo: Edgard Blucher, 4 ed., 2002. (540
M214q – 15ex)