CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E

PERIODICIDADE QUÍMICA

A tabela periódica é o guia para a ordem na qual os orbitais são

preenchidos. Ela está estruturada de forma que os elementos com o

mesmo padrão de configurações eletrônicas de níveis mais externos

(valência) estejam distribuídos em colunas. O número total de orbitais

em cada nível é dado por n2: 1, 4, 9 ou 16. Cada orbital pode comportar 2 e-

, cada nível pode acomodar até 2n2 e-: 2, 8, 18 ou 32. Os elementos podem

ser agrupados pelos tipos dos orbitais dentro dos quais os elétrons são

colocados.

• Mendeleev foi o cientista que constribuiu

mais decisamente com a padronização e

organização da tabela periódica moderna.

• À época de Mendeleev, somente 63

elementos eram conhecidos. Mendeleev

colocou espaços vazios em sua tabela.

Quando Ga, Sc e Ge foram isolados e

caracterizados, suas propriedades quase

idênticas aos elementos previstos para eka-

aluminio, eka-boro e eka-silício,

respectivamente.

CONFIGURAÇÕES ELETRÔNICAS E

PERIODICIDADE QUÍMICA

Em 1913, Henry Moseley determinou as frequências de R-X emitidas pelos elementos, quando esses eram bombardeados por feixes de e- de altas energias. Ele descobriu que cada elemento produz R-X de frequência única, aumentando com o aumento do número atômico de cada elemento. Assim, ele propôs que os elementos químicos na T.P. deveriam ser dispostos em ordem crescente de seus números atômicos.

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PERIODICIDADE QUÍMICA

Carga Nuclear Efetiva (Zef)

Muitas das propriedades de um átomo são determinadas pela quantidade de carga positiva "sentida" pelos e- exteriores deste átomo. Com exceção do H, esta carga positiva é sempre menor que a carga nuclear total, pois a carga negativa dos elétrons nas camadas interiores neutraliza, ou "blinda", parcialmente a carga positiva do núcleo. Os elétrons interiores blindam os exteriores parcialmente do núcleo, assim, os exteriores "sentem" só uma fração da carga nuclear total do átomo.

Carga Nuclear Efetiva (Zef)

Zef = Relaciona-se com a força de atração entre o

núcleo e os e- mais externos, a qual depende da magnitude da carga nuclear líquida agindo no e- e da distância média entre o núcleo e o e-. A força de atração aumenta na mesma proporção que a carga nuclear, e diminui à medida que o e- se afasta do núcleo. Em um átomo polieletrônico, cada e- é simultaneamente atraído pelo núcleo e repelido pelos outros e-, havendo também muitas repulsões entre os e-. Assim, a Zef diz respeito sobre como um dado e- sente realmente a atração do núcleo.

Carga Nuclear Efetiva (Zef) A Zef é definida como:

Zef= Z –S Onde Z é a carga atômica do átomo e S é o fator de blindagem, o qual relaciona-se à proteção provocada nos e- de valência pelos e- que estão mais próximos do núcleo. Assim, qualquer densidade eletrônica entre o núcleo e um e- mais externo diminui Zef. Por outro lado, os e- de mesmo nível dificilmente blindam uns aos outros da carga do núcleo. Assim, a Zef sofrida pelos e- mais externos é determinada basicamente pela diferença entre a carga do núcleo e a presença dos e- internos.

Carga Nuclear Efetiva (Zef)

A Zef será calculada em função da posição do e- de interesse

de um dado átomo.

Determinação quantitativa da (Zef) São muitas as maneiras de calculas Zef. Nesse curso, usaremos as Regras de

Slater para calcular o fator de blindagem (S) de um dado elétron, segundo as

regras:

1. Colocar a configuração eletrônica da seguinte maneira:

(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p) etc.

2. Os e- colocados à direita do e- de interesse não são considerados no cálculo da

Zef.

3. Se o e- de interesse for do tipo ns ou np:

a) Cada e- do mesmo grupo (n) contribui com um fator de 0,35. Se for do orbital

1s, esse fator será 0,30.

b) Cada e- em um grupo n-1 contribui com um fator de 0,85.

c) Cada e- de um grupo n-2 ou menor (n-3, n-4) contribui com um fator de 1,00.

4. Se o e- de interesse for um nd ou nf:

a) Cada e- do mesmo grupo (n) contribui com 0,35.

b) Cada e- de um grupo menor (à esquerda do e- de interesse) contribui com um

fator de 1,00.

Z* = Z -

Exemplo: Calcular a Zef do e- de valência do O (Z = 8).

1- Configuração eletrônica: 1s2 2s2 2p4

2- (1s2) (2s2 2p4), O e- de interesse é do tipo ns, np (n=2)

3- S = (2 * 0,85) + (5 * 0,35) = 3,45

1s 2s,2p

Zef = Z - S

Zef = 8 – 3.45 = 4,55

O e- de valência do O sente, efetivamente, aproxidamente 57%

da força de atração do núcleo.

Exemplo de uso das Regras de Slater

Z* = Z -

Exemplo de cálculo para dois e- do Ni, Z = 28 Configuração eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d8

1- (1s2) (2s2 2p6) (3s2 3p6) (3d8) (4s2)

2- Para um e- 3d do Ni, usa-se a Regra 4 de Slater:

S = (18 x 1,00) + (7 x 0,35) = 20,45 1s,2s,2p,3s,3p 3d

3- Zef = Z – S Zef = 28 – 20,45 = 7,55

2- Para um e- 4s e- do Ni, usa-se a Regra 3 de Slater:

S = (10 x 1,00) + (16 x 0,85) + (1 x 0,35) = 23,95 1s,2s,2p 3s,3p,3d 4s

3- Zef = Z – S Zef = 28 – 23,95 = 4,05

Exemplo de uso das Regras de Slater

Periodicidade da Zef

H1.00

He1.65

Li1.30

Na2.20

K2.20

Rb2.20

Cs2.20

Ba2.85

Sr2.85

Ca2.85

Mg2.85

Be1.95

B2.60

Al3.50

Ga5.00

In5.00

Tl5.00

Pb5.65

Sn5.65

Ge5.65

Si4.15

C3.25

N3.90

P4.80

As6.30

Sb6.30

Bi6.30

Po6.95

Te6.95

Se6.95

S5.45

O4.55

F5.20

Cl6.10

Br7.60

I7.60

At7.60

Rn8.25

Xe8.25

Kr8.25

Ar6.75

Ne5.85

Zef dos e- de valência

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Tamanhos de átomos e íons

De acordo com a mecânica quântica, os átomos e íons não têm limites pontuais definidos. Os limites dos átomos/íons são relativamente “vagos”.

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Tendências periódicas nos tamanhos atômicos: 1- Em cada período, o último e- entra sempre na mesma camada, o fator de blindagem aumenta muito pouco, da esquerda para a direita. Assim, o principal fator a ser considerado é o aumento da Z ao longo do período, a qual atrai continuamente os e-, inclusive os mais externos para mais perto do núcleo, diminuindo o tamanho atômico, da esquerda para a direita. 2- Em cada grupo, o Z tende a crescer à medida que descemos. Os e- tendem a entrar em camadas cada vez mais distantes do núcleo. Dessa maneira, descendo-se em um dado grupo, há um aumento progressivo e considerável no fator de blindagem. Como consequência, os e- mais externos apresentam baixos valores de Zef, fazendo com que o átomos aumentem progressivamente de tamanho ao se descer em um dado grupo.

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Tendências periódicas nos íons: 1- O tamanho de um íon também depende de sua carga nuclear, do número de e- que ele possui e dos orbitais dos e- mais externos. A formação de um cátion diminui as repulsões elétron-elétron e desocupa os orbitais mais energéticos. Assim, os cátions são menores que os átomos que lhes dão origem. 2- Quando e- são adicionados a um átomo neutro para formar um ânion, o aumento das repulsões elétron-elétron faz com os e- se espalhem mais no espaço. Assim, os ânions são maiores que os átomos que lhes dão origem. Para íons de mesma carga, o tamanho aumenta à medida que descemos um grupo na T.P. e n do orbital mais externo ocupado de um íon aumenta, o tamanho dele próprio aumenta.

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PERIODICIDADE QUÍMICA

Tendências periódicas nos íons:

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PERIODICIDADE QUÍMICA

Tendência de tamanhos em séries isoeletrônicas:

O termo “isoeletrônico” significa que os íons possuem o mesmo número de e-. A série isoeletrônica do O, F, Na, Mg e Al apresenta 10 e-. Uma vez que o número de e- permanece constante, o raio do íon diminui com o aumento da carga nuclear, à medida que os e- estão mais fortemente presos ao núcleo.

Arranjar os seguintes elementos em ordem

crescente de tamanho: Br, Se, Te.

35

Br

34

Se

52

Te Te é maior do que Se.

Se é maior do que Br.

Br < Se < Te