Aula 9 - Tabela Periódica - Prof. Ivo - 11-05

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Disciplina: Química

Prof.: Ivo

Turma: IU

11/05/2017

Tema da aula: A Tabela Periódica

A Tabela Periódica Quantos de nós não aprendemos a Tabela Periódica de maneira dogmática, carregada de regras de localização dos elementos? E quantos não aprendemos a variação das propriedades periódicas como um rosário de regras a decorar e aplicar? Isso, no entanto, não precisa ser assim. O essencial neste tópico é que você perceba como se relaciona as propriedades dos elementos, suas posições na Tabela Periódica e suas estruturas eletrônicas. Elementos

Propriedades

Posição na tabela

Estrutura Eletrônica Na Tabela Periódica atual, os elementos químicos são organizados em ordem crescente de número atômico, originando nas linhas horizontais os períodos e nas linhas verticais (colunas) os grupos (também conhecidos como famílias).

A tabela atual é formada por 18 grupos, sendo que cada um deles agrupa os elementos químicos com propriedades químicas semelhantes, devido ao fato de apresentarem a mesma configuração eletrônica na sua camada de valência. Todos os elementos em que, na distribuição eletrônica, o último elétron ocupa os subníveis s pertencem aos grupos 1 e 2. Todos os elementos em que o último elétron ocupa os subníveis p, pertencem aos grupos 13, 14, 15, 16, 17 e 18. Por exemplo: → 1s22s1 2 2 6 1 11Na → 1s 2s 2p 3s 2 2 6 2 6 1 19K → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 2 2 6 2 6 2 10 6 1 37Rb → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 3Li

→ 1s22s2 2 2 6 2 12Mg → 1s 2s 2p 3s 2 2 6 2 6 2 20Ca → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 2 2 6 2 6 2 10 6 2 38Sr → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s

GRUPO 1 Todos os elementos possuem 1e- de valência

4Be

→ 1s22s22p1 2 2 6 2 1 13Al → 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 10 2 1 31Ga → 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 2 2 6 2 6 2 10 6 10 2 1 49In → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 4d 5s 5p

GRUPO 2 Todos os elementos possuem 2e- de valência

5B

→ 1s22s22p2 2 2 6 2 2 14Si → 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 10 2 2 32Ge → 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 2 2 6 2 6 2 10 6 10 2 2 50Sn → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 4d 5s 5p

GRUPO 13 Todos os elementos possuem 3e- de valência

6C

→ 1s22s22p3 2 2 6 2 3 15P → 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 10 2 3 33As → 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 2 2 6 2 6 2 10 6 10 2 3 51Sb → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 4d 5s 5p

GRUPO 14 Todos os elementos possuem 4e- de valência

7N

→ 1s22s22p4 2 2 6 2 4 16S → 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 10 2 4 34Se → 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 2 2 6 2 6 2 10 6 10 2 4 52Te → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 4d 5s 5p

GRUPO 15 Todos os elementos possuem 5e- de valência

8O

GRUPO 16 Todos os elementos possuem 6e- de valência

9F

→ 1s22s22p5 2 2 6 2 5 17Cl → 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 10 2 5 35Br → 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 2 2 6 2 6 2 10 6 10 2 5 53I → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 4d 5s 5p

→ 1s22s22p6 2 2 6 2 6 18Ar → 1s 2s 2p 3s 3p 2 2 6 2 6 10 2 6 36Kr → 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 2 2 6 2 6 2 10 6 10 2 6 54Xe → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 4d 5s 5p

GRUPO 17 Todos os elementos possuem 7e- de valência

10Ne

GRUPO 18 Todos os elementos possuem 8e- de valência (Menos o He)

Todos os elementos pertencentes aos grupos s e p, ocupam os extremos direito e esquerdo da tabela periódica e são chamados de elementos representativos. Esses grupos recebem alguns nomes característicos de acordo com suas propriedades químicas: Grupo Nome 1 Metais Alcalinos 2 Metais Alcalinos-Terrosos 13 Família do Boro 14 Família do Carbono 15 Família do Nitrogênio 16 Calcogênios 17 Halogênios 18 Gases Nobres Os elementos não representativos, são formados pelos elementos de transição e apresentam seu elétron mais energético situado nos subníveis d ou f. Exemplos: 2 2 6 2 6 2 1 21Sc → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 26 Fe → 1s22s22p63s23p64s23d6 2 2 6 2 6 2 10 6 2 7 45Rh → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 2 2 6 2 6 2 10 6 2 10 6 2 3 59Pr → 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f

ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO

Na tabela atual existem sete períodos, sendo que o número do período corresponde à quantidade de níveis eletrônicos que os elementos químicos apresentam na distribuição eletrônica. Se um elemento possui elétrons de valência 3s2, ele pertencerá ao terceiro período da tabela periódica. Como localizar um elemento na tabela periódica apenas pela distribuição eletrônica? Exemplos: 15P

→ 1s22s22p63s23p3

Último elétron preenchido -> p -> elemento representativo Número de elétrons na camada de valência -> 5 -> pertencente ao grupo 15 da tabela periódica

Número de níveis eletrônicos -> 3 -> pertencente ao terceiro período da tabela 45Rh

→ 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d7

Último elétron preenchido -> d -> elemento de transição Subnível mais energético -> 4d -> pertencente à segunda série de transição Número de elétrons no subnível mais energético -> 7 -> Sétimo elemento da série Número de camadas -> 5 -> pertencente ao quinto período da tabela

Disciplina: Química

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Turma: IU

11/ 05/2017

Tema da Aula: A Tabela Periódica 2222

As Tríades de Döbereiner No início do século XIX, valores aproximados para a massa dos átomos de alguns elementos (denominada massa atômica) haviam sido estabelecidos. Em 1829, o químico alemão Johann Döbereiner, analisando três elementos quimicamente semelhantes — o cálcio (Ca), o estrôncio (Sr) e o bário (Ba) —, percebeu uma relação simples entre suas massas atômicas: a massa do átomo de estrôncio apresenta um valor bastante próximo da média das massas atômicas do cálcio e do bário. Ele também observou o mesmo efeito para outras tríades (trios) de elementos químicos, por exemplo, cloro/bromo/iodo e enxofre/selênio/telúrio. Os químicos da época não se impressionaram muito com as observações de Döbereiner, e estas passaram praticamente despercebidas. Seu mérito foi ter sido, aparentemente, o primeiro a mostrar relações entre elementos conhecidos.

O Parafuso Telúrico de Chancourtois Em 1862, o geólogo francês Alexandre Chancourtois (1819-1886) dispôs os elementos químicos conhecidos em ordem crescente de suas massas atômicas numa linha espiral em volta de um cilindro. Tal disposição ficou conhecida como parafuso telúrico de Chancourtois (telúrico significa relativo à Terra). Ao redor do cilindro, foram feitas dezesseis divisões, e os elementos com propriedades semelhantes apareciam uns sobre os outros em voltas consecutivas da espiral. Chancourtois estava sugerindo que as propriedades dos elementos estavam relacionadas ao número que o elemento ocupava na sequência. As regularidades que ele encontrou não funcionavam para todos os elementos conhecidos, e a ideia não recebeu muita atenção.

As Oitavas de Newlands Em 1864, o inglês John Newlands, um amante da música, organizou os elementos em ordem crescente de suas massas atômicas em linhas horizontais, contendo sete elementos cada uma. O oitavo elemento apresentava propriedades semelhantes às do primeiro e assim por diante, numa relação periódica que lembra os intervalos das notas musicais. A essa repetição de propriedades dentro da sequência o químico inglês deu o nome de lei das oitavas. Por buscar essar elação entre Química e Música, Newlands sofreu o desprezo e o escárnio dos membros da

Sociedade de Química de Londres. Ao apresentála aos membros dessa entidade, um deles teria perguntado sarcasticamente se ele já teria tentado organizar os elementos na ordem alfabética das letras iniciais dos nomes. Entretanto, seu trabalho foi reconhecido cerca de duas décadas mais tarde, por ser um precursor das ideias de Mendeleev. O grande mérito de Newlands foi introduzir a ideia da periodicidade das propriedades dos elementos em função das massas atômicas.

Mendeleev: periodicidade e previsões Dmitri Mendeleev (sobrenome também grafado de outras maneiras, por exemplo, Mendeleiev) foi professor universitário na Rússia e fez uma importante descoberta na história da Ciência enquanto estava escrevendo um livro de Química. Ele registrou as propriedades de cada um dos elementos químicos conhecidos (na época eram 63; hoje são mais de 100) em fichas de papel, cada ficha para um elemento. Manipulando as fichas, na tentativa de encadear as ideias antes de escrever determinada parte da obra, Mendeleev percebeu algo extraordinário. Como já dissemos, na época havia evidências científicas de que os átomos de cada elemento têm massas diferentes. Mendeleev organizou as fichas de acordo com a ordem crescente da massa dos átomos de cada elemento. Notou que nessa sequência apareciam, a intervalos regulares, elementos com propriedades semelhantes, de modo similar ao que Newlands fizera. Havia uma periodicidade, ou seja, uma repetição nas propriedades dos elementos. Entre os muitos exemplos de elementos com propriedades semelhantes, podemos citar: • sódio (Na), potássio (K) e rubídio (Rb) — reagem explosivamente com a água; combinam-se com o cloro e o oxigênio, formando, respectivamente, compostos de fórmulas ECl e E2O (E representa o elemento); • magnésio (Mg), cálcio (Ca) e estrôncio (Sr) — reagem com água, mas não tão violentamente; combinam-se com o cloro e o oxigênio, formando, respectivamente, compostos de fórmulas ECl 2 e EO. Em 1869, Mendeleev pôde organizar os elementos em uma tabela, na qual aqueles com propriedades semelhantes apareciam numa mesma coluna. Entre essas propriedades, estava a valência na combinação com elementos de referência, tais como hidrogênio, oxigênio e cloro. (Valência, conceito que será estudado com mais detalhes oportunamente, é o número de ligações

estabelecidas por um átomo com outros átomos.) Elaborando melhor sua descoberta, ele percebeu que parecia estar faltando alguns elementos para que ela fosse completa. Mendeleev resolveu, então, deixar alguns locais em branco nessa tabela, julgando que algum dia alguém descobriria novos elementos químicos que pudessem ser encaixados nesses locais, com base em suas propriedades. Ele chegou até a prever algumas das propriedades que esses elementos teriam. Abaixo do silício, por exemplo, Mendeleev suspeitou que deveria existir um elemento que ele denominou eka-silício e cujas propriedades previu (eka é uma palavra do sânscrito que pode ser traduzida como “o primeiro a seguir”). Esse elemento foi descoberto em 1886 pelo alemão Clemens Winkler, que o chamou de germânio. As propriedades do germânio são espantosamente próximas das previstas por Mendeleev. Mendeleev também percebeu que em alguns locais da tabela seria melhor fazer pequenas inversões na ordem dos elementos. Em 1871, ele publicou uma versão aprimorada de seu trabalho. Antes de Mendeleev, outros cientistas — como Döbereiner, Chancourtois e Newlands — já haviam percebido que alguns elementos têm propriedades semelhantes, mas o mérito do químico russo foi fazer uma extensiva organização dos elementos com base em suas propriedades, realizar pequenos ajustes necessários e deixar locais para elementos que poderiam existir, mas que ainda não haviam sido descobertos. Além do germânio, outros elementos cuja existência foi prevista por Mendeleev foram descobertos posteriormente, como o escândio (Sc), o gálio (Ga) e o polônio (Po). E as propriedades desses elementos são iguais às previstas por ele ou bastante próximas delas.

Moseley e o número atômico: rumo a tabela periódica atual Mendeleev ordenou os elementos de acordo com a sequência crescente de suas massas atômicas. Percebeu, contudo, que algumas pequenas inversões eram necessárias para que os elementos ficassem corretamente posicionados juntamente a outros com propriedades semelhantes. Em 1913 e 1914, o inglês Henry Moseley fez importantes descobertas trabalhando com uma complexa técnica envolvendo raios X. Ele descobriu uma característica numérica dos átomos de cada elemento que ficou conhecida como número atômico e que posteriormente foi associada ao número de prótons. Lembre-se, do que já estudamos, de que cada elemento químico

apresenta o seu número atômico. De modo geral, à medida que o número atômico cresce, a massa atômica também cresce. Há apenas quatro casos de elementos consecutivos na tabela em que o de menor número atômico apresenta a maior massa atômica. Outros cientistas aprimoraram as descobertas de Mendeleev e de Moseley. Esses aprimoramentos conduziram à atual tabela periódica dos elementos (ou classificação periódica dos elementos). Apesar de nela aparecerem muitos elementos que não eram conhecidos na época de Mendeleev, a ideia envolvida é essencialmente aquela proposta por ele, com a ressalva de estarem em ordem crescente de número atômico e não de massa atômica.

EXERCÍCIOS SOBRE O TEXTO 1) Mendeleev foi o primeiro a propor maneiras de organizar os elementos químicos de acordo com suas propriedades? Justifique. 2) Mendeleev deixou alguns “buracos” em sua tabela periódica. Comente o motivo que fez Mendeleev deixá--los. A que se destinavam tais “buracos”? 3) Mendeleev dispôs os elementos químicos em ordem crescente da massa de seus átomos. Na tabela periódica atual ainda é assim? Comente. 4) O que se entende por Lei Periódica dos Elementos? 5) Dos elementos com números atômicos até o urânio (Z = 92), o frâncio (grupo 1, sétimo período) e o astato (grupo 17, sexto período) estão entre os últimos a ser identificados. Tais identificações aconteceram em 1939 e 1940, respectivamente, mediante a produção artificial (isto é, em laboratório) dos átomos desses elementos. Mesmo antes disso, os cientistas já suspeitavam de sua existência e de qual seria a distribuição dos elétrons nas camadas, em seus átomos. a) Que motivo teria levado os cientistas a suspeitar da existência desses elementos? b) Como foi possível prever a distribuição eletrônica de átomos de elementos ainda não conhecidos?

EXERCÍCIOS SOBRE A AULA 6) De que forma a atual tabela periódica está organizada? 7) Como são chamados os elementos pertencentes aos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 da tabela periódica? 8) Como são chamados os elementos pertencentes aos grupos de 3 a 12 da tabela periódica? 9) Qual das seguintes afirmações é falsa? a) 1s22s22p63s23p4 representa um calcogênio. b) 1s22s22p63s23p64s23d1 é um elemento de transição. c) 1s22s22p63s23p64s23d104p5 é um halogênio.

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d) 1s22s2 é um gás nobre. e) 1s22s22p63s1 é um metal alcalino. Cinco amigos resolveram usar a tabela periódica como tabuleiro para um jogo. Regras do jogo: Para todos os jogadores, sorteia-se o nome de um objeto, cujo constituinte principal é determinado elemento químico. Cada um joga quatro vezes um dado e, a cada jogada, move sua peça somente ao longo de um grupo ou de um período, de acordo com o número de pontos obtidos no dado. O início da contagem é pelo elemento de número atômico 1. Numa partida, o objeto sorteado foi "latinha de refrigerante" (principal constituinte: Alumínio) e os pontos obtidos com os dados foram: Ana (3,2,6,5), Bruno (5,4,3,5), Célia (2,3,5,5), Décio (3,1,5,1) e Elza (4,6,6,1). Assim, quem conseguiu alcançar o elemento procurado foi: a) Ana. b) Bruno. c) Célia. d) Décio. e) Elza. Um astronauta foi capturado por habitantes de um planeta hostil e aprisionado numa cela, sem seu capacete espacial. Logo começou a sentir falta de ar. Ao mesmo tempo, notou um painel, igual a uma tabela periódica, em que cada elemento era uma tecla. Apertou duas delas, voltando a respirar bem. As teclas apertadas foram: a) 1 e 2. b) 2 e 3. c) 3 e 7. d) 7 e 8. e) 8 e 17. Utilizando uma tabela periódica, responda sobre o elemento químico ródio – Rh. a) possui massa atômica menor do que a do cobalto (Co). b) Apresenta reatividade semelhante à do estrôncio (Sr). c) É um elemento representativo. d) Possui configuração eletrônica com subnível mais energético em 4d7. e) Possui número atômico maior que o paládio (Pd). Um aluno estava analisando a tabela periódica e encontrou vários conjuntos de três elementos que apresentavam propriedades semelhantes. Um dos conjuntos que ele pode ter encontrado foi: a) Ge, As e Se. b) Ti, Eu e Dy. c) Fe, He e Ne. d) Li, Na e K. e) C, Si e Cu. O chumbo é o elemento do sexto período, grupo 14. Só com essa informação é possível prever

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quantos elétrons há na camada de valência de um átomo de chumbo? Explique seu raciocínio. O fenômeno da supercondução de eletricidade, descoberto em 1911 por Kamerlingh Onnes, voltou a ser objeto da atenção do mundo científico com a constatação de Bednorz e Müller de que materiais cerâmicos podem exibir esse tipo de comportamento. Houve, em seguida, uma verdadeira avalanche de novas descobertas, criando a expectativa de sensacionais aplicações do fenômeno. Os físicos citados foram contemplados com o Prêmio Nobel de 1987. Um dos elementos químicos mais importantes na formulação da cerâmica supercondutora é o ítrio. Relativamente ao ítrio, pede-se: a) a estrutura eletrônica (distribuição); b) sua classificação na tabela periódica, tendo em conta sua estrutura eletrônica. Uma tecnologia promissora para atender parte de nossas necessidades energéticas, sem a poluição gerada pela queima de combustíveis fósseis, envolve a transformação direta de parte da energia luminosa do Sol em energia elétrica. Nesse processo são utilizadas as chamadas células fotogalvânicas, que podem funcionar utilizando semicondutores extrínsecos de silício, constituídos por uma matriz de silício de alta pureza, na qual são introduzidos níveis controlados de impurezas. Essas impurezas são elementos químicos em cujas camadas de valência há um elétron a mais ou a menos, em relação à camada de valência do silício. Semicondutores do tipo n são produzidos quando o elemento utilizado como impureza tem cinco elétrons na camada de valência. Considerando os elementos B, P, Ga, Ge, As e In como possíveis impurezas para a obtenção de um semicondutor extrínseco de silício, poderão ser do tipo n apenas aqueles produzidos com a utilização de: a) B. b) Ge. c) Ga e Ge. d) P e As. e) B, Ga, In. Escreva a configuração eletônica da camada de valência do átomo de antimônio (Sb), olhando sua posição na tabela periódica. Um elemento neutro possui configuração eletrônica 1s22s22p63s23p5. Que elemento é esse? Um elemento que apresenta nos últimos subníveis a configuração 4s23d2 é um elemento: a) alcalino. b) de transição. c) alcalino terroso. d) gás nobre. e) halogênio.