QUÍMICA GERAL / QUÍMICA TECNOLÓGICA

ELEMENTOS QUÍMICOS E PERIODICIDADE

Professora: Cíntia Helena de FreitasQuímica Licenciada - UIT

Ms. Ciência e Tecnologia das Radiações, Minerais e Materiais - CDTN/UFMG

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.

Elementos Químicos e Periodicidade

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 e Compostos

• Substância simples, fundamental e elementar. •Podem ser representados por uma abreviação designada por símbolo químico.

Elementos Químicos e Periodicidade

• 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

Representação Química

Elementos Químicos e Periodicidade

Atenção: a notação química na tabela se difere da forma conceitual de escrita apesar de informar os mesmos dados!

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.

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Outras informações

Exemplo

Periodicidade Química 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.

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Fam

ília

do N

Calco

gêni

os

Fam

ília

do C

Fam

ília

do B

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.

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Em resumo

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.

Elementos Químicos e Periodicidade

Bloco S: elementos representativos.

Bloco P: elementos representativos.

Bloco d: elementos de transição

Bloco f: elementos de transição interna.

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.

Elementos Químicos e Periodicidade

Densidade

Pontos de Fusão e Ebulição

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.

Elementos Químicos e Periodicidade

Elementos Químicos e Periodicidade

A Tabela Periódica Atual

Elementos Químicos e Periodicidade

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 físicasTodos 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 químicasOs 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.

Elementos Químicos e PeriodicidadeGRUPO VII DA TABELA PERIÓDICA: OS HALOGÊNIOSEste 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 físicasNo 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 químicasOs 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 PeriodicidadeO 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 INERTESOs 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 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 4s2, 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 VIBCrômio e Molibidênio Família 11 ou IBCobre, Prata e Ouro                                          

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Elementos Químicos e PeriodicidadeElementos 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)