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1 TABELA PERIÓDICA Objetivo: organização dos elementos químicos. Através da Tabela Periódica é possível prever as propriedades dos elementos que serão importantes na compreensão das propriedades dos materiais. Tais propriedades irão definir o tipo de ligações químicas que os elementos poderão fazer. O desenvolvimento da Tabela Periódica Em 2002, haviam 115 elementos conhecidos. A maior parte dos elementos foi descoberta entre 1735 e 1843. Como organizar 115 elementos diferentes de forma que possamos fazer previsões sobre elementos não descobertos? 2 História da tabela periódica Um pré-requisito necessário para construção da tabela periódica, foi a descoberta individual dos elementos químicos. Uma lista de elementos químicos, que tinham suas massas atômicas conhecidas, foi preparada por John Dalton no início do século XIX. Os elementos não estavam listados em qualquer arranjo ou modelo periódico, mas simplesmente ordenados em ordem crescente de massa atômica, cada um com suas propriedades e seus compostos. Muitas das massas atômicas adotadas por Dalton, estavam longe dos valores atuais, devido a ocorrência de erros na tabela. Os químicos, ao estudar essa lista, concluíram que ela não estava muito clara. Os elementos cloro, bromo e iodo, que tinham propriedades químicas semelhantes, tinham suas massas atômicas muito separadas. 3 Em 1829, Johann W. Döbereiner teve a primeira ideia, com sucesso parcial, de agrupar os elementos em três - ou tríades. Essas tríades também estavam separadas pelas massas atômicas, mas com propriedades químicas muito semelhantes. A massa atômica do elemento central da tríade, era supostamente a média das massas atômicas do primeiro e terceiro membros. Lamentavelmente, muitos dos metais não podiam ser agrupados em tríades. Os elementos cloro, bromo e iodo eram uma tríade, lítio,sódio e potássio formavam outros. PARAFUSO TELÚRICO DE CHANCOURTOIS Em 1863, A. E. Béguyer de Chancourtois dispôs os elementos numa espiral traçada nas paredes de um cilindro, em ordem crescente de massa atômica. Tal classificação recebeu o nome de parafuso telúrico. 4 A segunda tentativa O segundo modelo foi sugerido em 1864 por John A.R. Newlands Sugerindo que os elementos poderiam ser arranjados comparativamente a uma escala musical. LEI DAS OITAVAS DE NEWLANDS Este modelo colocou o elemento lítio, sódio e potássio juntos. Esquecendo o grupo dos elementos cloro, bromo e iodo, e os metais comuns como o ferro e o cobre. A ideia de Newlands foi ridicularizada pela analogia com os sete intervalos da escala musical. A Chemical Society recusou a publicação do seu trabalho periódico (Journal of the Chemical Society). A tabela periódica, segundo Mendeleyev Em 1869, enquanto escrevia seu livro de química inorgânica, organizou os elementos na forma da tabela periódica atual, paralelamente a Mendeleyev, o alemão Lothar Meyer também desenvolvia um trabalho semelhante em seu país. Mendeleyev Lothar Meyer 5 Mendeleyev criou uma carta para cada um dos 63 elementos conhecidos. Cada carta continha o símbolo do elemento, massa atômica propriedades químicas e físicas. Colocando as cartas em uma mesa, organizou-as em ordem crescente de suas massas atômicas, agrupando-as em elementos de propriedades semelhantes. Formou-se então a tabela periódica. A Importância da tabela de Mendeleyev sobre as outras é que esta exibia semelhanças, não apenas em pequenos conjuntos, como as tríades. Mostravam semelhanças numa rede de relações vertical, horizontal e diagonal. 6 A partir deste fator, Mendeleyev conseguiu prever algumas propriedades pontos de fusão pontos de ebulição, densidade, dureza, retículo cristalino, óxidos, cloretos de elementos químicos que ainda não haviam sido descobertos em sua época. Devido a esta previsibilidade, o trabalho de Mendeleyev foi amplamente aceito, sendo assim considerado o pai da tabela periódica atual, mas de maneira justa, tanto ele quanto o seu correlato alemão, Meyer, são os verdadeiros pais da atual classificação periódica. A descoberta do número atômico Em 1913, o cientista britânico Henry Moseley descobriu que o número de prótons no núcleo de um determinado átomo era sempre o mesmo. Biografia de Henry Moseley (1887 - 1913). Físico inglês, colaborador de Ernest Rutherford. Contribuiu para a evolução da tabela periódica dos elementos. 7 Moseley usou essa idéia para o número atômico de cada átomo. Quando os átomos foram arranjados de acordo com o aumento do número atômico, os problemas existentes na tabela de Mendeleev desapareceram. Devido ao trabalho de Moseley, a tabela periódica esta baseada no número atômico dos elementos. A tabela atual difere bastante da de Mendeleev. Com o passar do tempo, os químicos foram melhorando a tabela periódica moderna, aplicando novos dados, como as descobertas de novos elementos ou um número mais preciso na massa atômica, e rearranjando os existentes, sempre em função dos conceitos originais As últimas modificações O último elemento que ocorre na natureza a ser descoberto, em 1925, foi o rénio. Desde então, os novos elementos que entraram para a tabela periódica foram produzidos pelos cientistas, através da fusão de átomos de diferentes substâncias. O rênio é um metal branco prateado, brilhante, que apresenta um dos maiores pontos de fusão, excedido somente pelo tungstênio e carbono. 8 A última maior troca na tabela, resultou do trabalho de Glenn Seaborg, na década de 1950. À partir da descoberta do plutônio em 1940, Seaborg descobriu todos os elementos transurânicos (do número atômico 94 até 102). O que são elementos transurânicos e como podemos obtê-los? Reconfigurou a tabela periódica colocando a série dos actnídeos abaixo da série dos lantanídios. Em 1951, Seaborg recebeu o Prêmio Nobel em química, pelo seu trabalho. O elemento 106 tabela periódica é chamado seabórgio, em sua homenagem 24 Tabela Periódica ModernaTabela Periódica Moderna 9 O sistema de numeração dos grupos da tabela periódica, usados atualmente, são recomendados pela União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC). A numeração é feita em algarismos arábicos de 1 a 18, começando a numeração da esquerda para a direita, sendo o grupo 1, o dos metais alcalinos e o 18, o dos gases nobres. Tabela Periódica atual. A história da tabela periódica é tambem uma história da descoberta dos elementos químicos. A IUPAC sugere cinco "principais períodos de descobertas": Roberto Zaidan 10 Na Tabela Periódica os elementos estão ordenados em crescente de número atômico O número do período corresponde aos níveis de energia, ou número de camadas ocupadas pelos elétrons, daí temos 7 períodos. 29 Distribuição em blocos da tabela periódica - princípio da construção 30 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p A tabela periódica moderna: organiza os elementos em ordem crescente de número atômico.* K L M N N O P 11 O nome "Tabela Periódica" é devido à periodicidade, ou seja, à repetição de propriedades, de intervalos em intervalos. A base da classificação periódica atual é a tabela de Mendeleev. A diferença de que as propriedades dos elementos variam periodicamente com seus números atômicos e não com os pesos atômicos, como era a classificação feita por Mendeleev. A Tabela Periódica atual é formada por 115 elementos distribuídos em 7 linhas horizontais, cada uma sendo chamada de período. Os elementos pertencentes ao mesmo período possuem o mesmo número de camadas de elétrons. O lítio, o carbono e o neônio possuem 2 camadas (K e L); portanto são do segundo período. 2s 2p PERIODO 12 As linhas verticais da Tabela Periódica são denominadas de famílias e estão divididas em 18 colunas. Os elementos químicos que estão na mesma coluna na Tabela Periódica possuem propriedades químicas e físicas semelhantes. A família é caracterizada pelos elétrons do sub-nível mais energético, portanto os elementos de uma mesma família apresentam a mesma configuração na última camada. O berílio e o cálcio tem a mesma configuração na última camada, isto é, s2; portanto ambos pertencem à família 2A ou 2. Algumas colunas possuem nomes especiais. Podemos classificar os elementos químicos de acordo com suas propriedades físicas em METAIS, AMETAIS e GASES NOBRES 13 Os elementos da Tabela Periódica podem ser classificados como: Metais: Eles são a maioria dos elementos da tabela. São bons condutores de eletricidade e calor, maleáveis e dúcteis, possuem brilho metálico característico e são sólidos, com exceção do mercúrio. METAIS ALCALINOS Os Alcalinos são os elementos do Grupo 1 (1A) da Tabela Periódica, constituindo uma família ou uma série química. Têm este nome porque reagem muito facilmente com a água e, quando isso ocorre, formam hidróxidos (substâncias básicas ou alcalinas), liberando hidrogênio. Estes metais também reagem facilmente com o oxigênio produzindo óxidos. METAIS ALCALINOS TERROSOS Os alcalino-terrosos são os elementos químicos do grupo 2 (2 A) da tabela periódica, formando uma família ou uma série química, e são os seguintes: berílio ( Be ), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e radio (Ra). Este último apresenta um tempo de vida média muito curto. 14 METAIS DE TRANSIÇÃO Os elementos de transição ou metais de transição são definidos pela IUPAC como "Um elemento cujo átomo possui um subnível d incompleto ou que possa vir a formar cátions com um subnível d incompleto" e são representados na tabela pelo bloco d (grupo 3 ao 12). METAIS DE TRANSIÇÃO INTERNA Metais de transição interna são aqueles que apresentam ao menos um elemento orbital f incompleto. Estão situados nos períodos 6 e 7 do grupo 3 ( 3 B ). A denominação metal de transição interna provém do fato de serem elementos cuja diferenciação na configuração eletrônica ocorre num nível interno,ou seja, no antepenúltimo nível de energia ( 4f ou 5f ). Aparecem separados do corpo principal da tabela periódica Os elementos de transição interna são subdividos em duas séries: Não-Metais: São os mais abundantes na natureza e, ao contrário dos metais, não são bons condutores de calor e eletricidade, não são maleáveis e dúcteis e não possuem brilho como os metais. 15 GASES NOBRES Gases Nobres: São no total 6 elementos e sua característica mais importante é a inércia química. CALCOGÊNIOS O grupo VI A ou a família dos calcogênios, é formada pelos elementos Oxigênio, Enxofre, Selênio, Telúrio e Polônio. Os elementos dessa família possuem número de oxidação – 2. Sua configuração eletrônica sempre finaliza em ns2np4. Nessa família se encontra o elemento de maior presença na crosta terrestre: HALOGÊNIOS Os halogênios são elementos pertencentes à família 17 (7A). Os seus átomos apresentam 7 elétrons periféricos havendo diferença no número de níveis energéticos. Nas reações químicas, os halogênios apresentam propriedades oxidantes, recebendo um elétron. 16 O elemento químico HIDROGÊNIO não é classificado em nenhum destes grupos, ele possui características próprias Hidrogênio: O hidrogênio é um elemento considerado à parte por ter um comportamento único. Muitas características dos elementos químicos se repetem periodicamente, estas propriedades são denominadas de PROPRIEDADES PERIÓDICAS São aquelas que, à medida que o número atômico aumenta, assumem valores crescentes ou decrescentes em cada período, ou seja, repetem-se periodicamente. RAIO ATÔMICO Dois fatores são importantes na determinação do raio atômico: NÚMERO DE CAMADAS ELETRÔNICAS e CARGA NUCLEAR 17 O S K = 2 L = 6 K = 2 L = 8 M = 6 8 16 Com o aumento do número de camadas ocorre um aumento no raio do átomo Este fator tem influência quando se considera elementos químicos de mesmo período na tabela periódica, pois possuem o mesmo número de camadas Quanto maior a carga nuclear maior é a atração do núcleo pelos elétrons periféricos, isto é, menor será o átomo. 18 RAIO ATÔMICO O tamanho de um ÌON é diferente do átomo que o originou Um CÁTION tem um raio MENOR que o átomo que o produziu Um ÂNION tem um raio MAIOR que o átomo que o produziu Quanto menor for o átomo maior será a dificuldade para retirar seu elétron, isto é, maior será a energia de ionização É a energia mínima necessária para retirar um elétron de um átomo neutro isolado no estado gasoso 19 1ª E. I. 2ª E. I. As energias de ionização são determinadas a partir de dados espectroscópicos e são medidas em KJ.mol-1. OBS: Quanto maior o tamanho do átomo, menor será a energia de ionização. 01) São dados cinco elementos genéricos e seus números atômicos: A (Z = 17); B (Z = 15); C (Z = 13); D (Z = 12); E (Z = 11). O elemento que apresenta a primeira energia de ionização mais elevada é: a) A. b) B. c) C. d) D. e) E. A: 1s 2s 2p 3s 3p2 62 52 3° período família 7A B: 1s 2s 2p 3s 3p2 62 32 3° período família 5A C: 1s 2s 2p 3s 3p2 62 12 3° período família 3A D: 1s 2s 2p 3s2 62 2 3° período família 2A E: 1s 2s 2p 3s2 62 1 3° período família 1A energia de ionização período aumenta 20 AFINIDADE ELETRÔNICA É a energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo gasoso neutro. Energia expressa em eV. X (g) + e- → X-(g) + Energia H Fr F AFINIDADE ELETRÔNICA Não definimos afinidade eletrônica para os GASES NOBRES ELETRONEGATIVIDADE E a tendência que um átomo possui em atrair o par de elétrons para perto de si. (quando combinado, formando um composto). B C N O F Cl Br I H Fr 21 ELETRONEGATIVIDADE ELETRONEGATIVIDADE Átomos pequenos atraem mais fortemente os elétrons que os átomos grandes. Quanto menor o raio atômico, maior é a eletronegatividade, ou seja, átomos pequenos são mais eletronegativos. ELETROPOSITIVIDADE Os metais são eletropositivos e apresentam a tendência de perder elétrons, quando lhes é fornecida energia: M → M+ + e- Quanto mais acentuada for essa tendência mais eletropositico e maior será o caráter metálico do elemento. Essa tendência em perder elétrons depende da energia de ionização. É mais fácil remover um elétron de um átomo grande do que de um átomo pequeno. 22 PROPRIEDADES FÍSICAS DENSIDADE É relação entre a massa e o volume de uma amostra. D = Massa (g) Volume (cm3) Os Ósmio (Os) é o elemento mais denso (22,6 g/cm3) DENSIDADE PONTO DE FUSÃO E PONTO DE EBULIÇÃO Aumentam com aumento da densidade.
