AULA 09 Tabela periódica e propriedades periódicas

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1 AULA 09 Tabela periódica e propriedades periódicas Em nossas aulas passadas aprendemos a respeito da composição dos átomos, suas subpartículas (prótons, elétrons e nêutrons) e como a distribuição dessas partículas se faz no átomo. Vimos também que os elementos químicos são diferentes uns dos outros, sendo essa diferença verificada no número atômico (Z) de cada elemento químico. Desse modo, para facilitar a compreensão a respeito dos elementos torna-se necessária alguma ferramenta que agrupe esses de acordo com as suas similaridades e diferencie-os quando possuírem propriedades diferenciadas, quando for esse caso. Com estudos nesse âmbito surgiu a tabela periódica. Tabela Periódica No início do século XIX, os químicos conheciam apenas cerca de 30 elementos e já dispunham de técnicas de laboratório que lhes permitiam determinar uma série de características desses elementos, como densidade, massa atômica, reatividade, etc. Com isso, surgiu a necessidade de organizar esses elementos de acordo com alguma característica comum entre eles. Para isso DIVERSAS teorias surgiram, tais como a lei das tríades proposta em 1829 por Johann Wolfgang Döbereiner ( ) (Figura 1), onde o autor classificava os elementos de acordo com propriedades semelhantes e separavaos em trios onde a massa do elemento central é aproximadamente igual a média aritmética dos outros dois elementos. Figura 1 - Proposta de Organização da Lei das Tríades.

2 Já em 1862 surgiu o parafuso telúrico proposto por Alexandre de Chacourtois ( ) (Figura 2) onde o autor distribuía os elementos de acordo com a sua massa, formando uma espécie de parafuso onde a massa dos elementos aumentava gradativamente ao longo das voltas desse objeto. Em 1865, J. A. R. Newlands ( ) surge com a Lei das oitavas, que comparou a distribuição dos elementos químicos com a escala musical, verificando que alguns elementos químicos variavam de maneira semelhante as notas musicais, formando as oitavas da escala musical. Veja as comparações desse cientista na tabela 1. Tabela 1 - Associação proposta por Newlands das notas musicais com os elementos Escala Musical (nota) Elementos Dó H, F, Cl,... Ré Mi Fá Sol Li, Na, K... Be, Mg, Ca,... B, Al, Cr,... C, Si, Ti,... Lá N, P, Mn,... Si Figura 2 - O parafuso telúrico proposto por Alexandre de Chacourtois O, S, Fe,... Verificando essas teorias, com o conhecimento atual, verificamos que essas não efetuavam classificações seguras dos elementos químicos e também não se baseiam em propriedades intrínsecas dos elementos químicos. Com base nessa fundamentação, aproximadamente em 1869, Dimitri Ivanovich Mendeleev ( ), um cientista russo, criou o modelo de tabela que utilizamos até hoje. Dimitri era uma pessoa muito organizada e costumava anotar as propriedades de cada elemento em fichas específicas para cada um deles. Um dia estudando esses dados verificou que ao colocar as fichas dos elementos em ordem crescente de massas, certas propriedades repetiam-se várias vezes. Com isso, Mendeleev organizou os elementos em linhas horizontais, adotando o seguinte critério: quando as propriedades de um elemento eram semelhantes às de outro da mesma linha, esse elemento era deslocado para

3 uma próxima linha e posto na coluna do elemento com o qual possuía semelhança. Desse modo, formaram-se colunas com os elementos que apresentavam propriedades químicas semelhantes. As linhas horizontais foram denominadas períodos, e as colunas, grupos ou famílias. Veja o exemplo da tabela utilizada atualmente na figura 4. Figura 3 - Tabela Periódica utilizada atualmente baseada na proposta de Mendeleev Uma das coisas mais brilhantes do seu trabalho é que ele deixou em sua tabela espaços vazios que correspondiam a elementos desconhecidos na época. Mendeleev previu a existência desses elementos, assim como algumas de suas características, que foram confirmadas posteriormente. Por exemplo, o elemento químico chamado de Germânio (Z = 32). Mendeleev fez previsões sobre esse elemento, chamando-o de Ecassilício. Veja na tabela 2 o que Mendeleev propôs e o que, posteriormente, foi verificado para esse elemento.

4 Tabela 2- Propriedades propostas por Mendeleev para o Ge e os valores dessas determinadas experimentalmente Propriedades Propriedades previstas por Mendeleev para o Ecassilício (1871) Propriedades determinadas experimentalmente para o Germânio (Ge) (1885) Massa Atômica 72 72,6 Densidade (g cm -3 ) 5,50 5,47 Cor Cinzento Cinzento Claro Densidade do óxido (g cm -3 ) 4,7 4,7 Para compreendermos melhor as conclusões de Mendeleev, dividimos a tabela em períodos e famílias ou grupos. PERÍODOS Na tabela atual existem 7 períodos, e o número do período de um determinado elemento químico corresponde a quantidade de níveis (camadas) eletrônicos que esse elemento apresenta. Por exemplo, fazendo a distribuição eletrônica do Be (Berílio) (Z = 4): 4 Be 1s 2 2s 2 Verificamos que esse elemento possui as camadas K e L, ou seja, níveis 1 e 2. Logo, esse elemento deve estar localizado no segundo período da tabela. Já o elemento Al (Alumínio) (Z = 13): 13 Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 Veja que nesse caso o elemento possui as camadas K, L e M, ou seja, níveis 1, 2 e 3. Logo, deve estar localizado no terceiro período da tabela. Um último exemplo é o elemento Os (Ósmio), cujo número atômico é 76. Sua distribuição eletrônica é: 76 Os 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2, 3d 10, 4p 6, 5s 2, 4d 10, 5p 6 6s 2 4f 14 5d 6. Veja que sua camada de valência é a camada 6. Logo, esse elemento químico deve estar localizado no sexto período da tabela.

5 GRUPOS OU FAMÍLIAS Grupos ou Famílias são os nomes dados as colunas verticais verificadas na tabela periódica, conforme verificado na figura 3. Assim como elementos de um mesmo período, elementos de uma mesma família (ou grupo) possuem propriedades químicas semelhantes. Desse modo, foram atribuídos nomes a algumas famílias da tabela periódica. Para ver esses nomes todos em conjunto, verifique esses na figura 3 ou na tabela 3. As propriedades semelhantes observadas se atribuem as semelhanças na distribuição eletrônica dos elementos de uma mesma família Mas que semelhanças são essas? Ao fazermos a distribuição eletrônica de elementos de uma mesma família verificamos que esses possuem número de elétrons na camada de valência! Como assim? Veja a distribuição eletrônica dos elementos sódio e potássio abaixo: 11 Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 19 K 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 Veja que o sódio (Na) é um elemento do terceiro período da tabela periódica, visto que sua camada de valência é a 3 conforme a distribuição eletrônica. Já o potássio é um elemento do quarto período, de acordo com esse mesmo método. Como semelhanças entre esses verificamos que ambos possuem apenas 1 elétron em sua camada de valência, sendo o subnível mais energético do Na o 3s e o do K o 4s. Se efetuarmos a distribuição eletrônica dos demais elementos da família 1A (Li, Rb, Cs e Fr) verificaremos que todos terão apenas um elétron em sua camada de valência, terminando sua distribuição sempre no subnível s. Esse mesmo conceito dos elementos de uma mesma família possuírem o mesmo número de elétrons na camada de valência é aplicado às outras famílias da tabela periódica, havendo algumas exceções e diferenças entre esses. Como similaridade verificamos que os elementos de uma mesma família sempre

6 possuem o subnível mais energético semelhante, variando somente o número de períodos do elemento. Desse modo, verificamos que a tabela se divide de acordo com a figura 4. Figura 4 - Distribuições dos subníveis mais energéticos nos blocos da tabela periódica De acordo com a figura, os elementos do bloco em amarelo com a letra s indicada possuem como subnível mais energético o subnível s. Já os elementos do bloco com a letra p possuem como subnível mais energético o subnível p. Esses dois blocos da tabela compõe os elementos representativos (destacados em amarelo na figura), enquanto os elementos de transição externa (aqueles com o subnível d mais energético representados em verde) e os de transição interna (aqueles com o subnível f mais energético representados em roxo). Para compreendermos como ocorre a distribuição eletrônica e localização na tabela das diferentes famílias, vejamos a tabela 3.

7 Tabela 3 - Subnível mais energético e elétrons na camada de valência dos elementos representativos Subnível de maior energia Elétrons na valência Família Grupo Nome da família ns1 1 1A 1 Metais alcalinos ns2 2 2ª 2 Metais alcalinos terrosos ns2np1 3 3ª 13 Família do Boro ns2np2 4 4A 14 Família do Carbono ns2np3 5 5A 15 Família do Nitrogênio ns2np4 6 6A 16 Calcogênios ns2np5 7 7A 17 Halogênios ns2np6 8 8A 18 Gases Nobres Observando essa tabela verificamos então que todos os elementos que compõe os calcogênios (família 6A) possuem 6 elétrons na camada de valência e possuem o subnível p de sua camada de valência como o mais energético. Já os metais alcalinos terrosos possuem 2 elétrons em sua camada de valência e possuem como subnível mais energético o s. Para facilitar a compreensão desses tópicos abordados, pratique resolvendo os exercícios abaixo. 1) (FATEC 2005) Imagine que a Tabela Periódica seja o mapa de um continente, e que os elementos químicos constituem as diferentes regiões desse território. A respeito desse mapa são feitas as seguintes afirmações: I. Os metais constituem a maior parte do território desse continente. II. As substâncias simples gasosas, não metálicas, são encontradas no nordeste e na costa leste desse continente.

8 III. Percorrendo-se um meridiano (isto é, uma linha reta no sentido norte-sul), atravessam-se regiões cujos elementos químicos apresentam propriedades químicas semelhantes. Dessas afirmações, a) apenas I é correta. b) apenas I e II são corretas. c) apenas I e III são corretas. d) apenas II e III são corretas. e) I, II e III são corretas. 2) (UFSC) Observe os elementos químicos: Elemento Distribuição eletrônica A 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 B 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 C 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 D 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 E 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 Com base nas informações constantes no quadro acima, assinale a(s) proposição(ões) correta(s), considerando a posição do elemento na Tabela Periódica: 01. A é gás nobre. 02. E é calcogênio. 04. C é halogênio. 08. B é alcalino- terroso. Somatório 16. D é alcalino. Nesse aula abordamos principalmente os aspectos superficiais da tabela periódica e falamos separadamente apenas dos elementos representativos, visto que são aqueles com maior destaque nos vestibulares atuais. Nas próximas aulas daremos continuidade aos exemplos contendo elementos de transição interna e externa, bem como daremos continuidade as explicações das características das famílias da tabela periódica. Desse modo, se não entendeu algum conteúdo, NÃO SE DESESPERE! Tire dúvidas nas aulas de exercícios e não esqueça que retomaremos nas aulas seguintes! Mantenha os estudos em dia e bons estudos!