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1.3. Tabela periódica 1 1.3. Tabela periódica 1.3.2. Tabela Periódica e configurações eletrónicas Tabela Periódica dos Elementos A Tabela Periódica dos Elementos (TPE) é um documento organizador de informação sobre os elementos químicos e respetivas substâncias elementares. Atualmente conhecem-se 118 elementos, dos quais 92 são naturais e 26 artificiais. Representação Organização da Tabela Periódica Na tabela periódica, os elementos químicos estão dispostos por ordem crescente de nº atómico (Z) e estão organizados em: 18 grupos ou famílias (colunas verticais); 7 períodos (linhas horizontais); 4 blocos (s, p, d e f). Grupos, períodos e blocos 1.3.2. Tabela Periódica e configurações eletrónicas 1.3.3. Propriedades periódicas dos elementos representativos 1.3.4. Propriedades dos elementos e das substâncias elementares Conceitos-chave 1.3. Tabela periódica 2 A organização dos elementos por grupos, períodos e blocos, está relacionada com as configurações eletrónicas dos elementos no estado fundamental. Grupos Para os elementos representativos (Grupos 1, 2 e 13-18), o algarismo das unidades do nº do grupo em que se encontram, corresponde ao nº de eletrões de valência de um átomo do elemento. Substâncias elementares formadas por elementos do mesmo grupo da Tabela Periódica apresentam propriedades semelhantes, como a reatividade química, que depende do nº de eletrões de valência, pois são estes que participam numa reação química. Períodos O nº do período em que um elemento se encontra, corresponde ao nº de níveis de energia ocupados por um átomo do elemento. Blocos A letra do bloco em que um elemento se encontra, corresponde à letra do último subnível com eletrões (de valência) de um átomo do elemento. Bloco s: Grupos 1 e 2 (+ He) Bloco p: Grupos 13-18 (exceto He) Bloco d: Grupos 3-12 Bloco f: Lantanídeos e actinídeos Representação Localização de elementos na tabela periódica através da sua configuração eletrónica 1.3. Tabela periódica 3 : Grupo 2: 2 eletrões de valência. 4º período: 4 níveis de energia ocupados (no estado fundamental). Bloco s: último nível de energia ocupado. : Grupo 17: 7 eletrões de valência. 2º período: 2 níveis de energia ocupados (no estado fundamental). Bloco p: último nível de energia ocupado. : Grupo 2: 2 eletrões de valência. 4º período: 4 níveis de energia ocupados (no estado fundamental). Bloco d: último subnível de energia ocupado. 1.3.3. Propriedades periódicas dos elementos representativos Propriedades periódicas dos elementos representativos O raio atómico e a 1ª energia de ionização são consideradas propriedades periódicas, pois variam de forma regular ao longo dos grupos e períodos da Tabela Periódica. As propriedades periódicas (raio atómico e 1ª energia de ionização) são influenciadas pelo nº de níveis de energia ocupados e pela carga nuclear. Raio atómico O raio atómico consiste na distância média entre o centro do núcleo de um átomo/ião e a sua periferia. Evolução do raio atómico ao longo do grupo O raio atómico aumenta ao longo do grupo porque, ao longo do grupo, o nº de níveis de energia ocupados com eletrões aumenta, o que provoca um aumento das repulsões eletrónicas, uma diminuição da atração entre o núcleo e os eletrões e um afastamento cada vez maior dos eletrões de valência do núcleo, sendo o nº de eletrões de valência constante. Evolução do raio atómico ao longo do período Ca20 1s 2s 2p 3s 3p 4s2 2 6 2 6 2 F9 1s 2s 2p2 2 5 Ti22 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d2 2 6 2 6 2 2 1.3. Tabela periódica 4 O raio atómico diminui ao longo do período porque, ao longo do período, a carga nuclear dos átomos dos elementos aumenta, sendo o nº de níveis de energia ocupados com eletrões constante, o que provoca um aumento da atração do núcleo sobre a nuvem eletrónica e, consequentemente, a sua contração. 1ª energia de ionização A 1ª energia de ionização consiste na energia necessária para remover um eletrão de valência de um átomo. Evolução da 1ª energia de ionização ao longo do grupo A 1ª energia de ionização diminui ao longo do grupo porque, como o raio atómico aumenta ao longo do grupo, os eletrões de valência ficam cada vez mais afastados do núcleo e sofrem menos a sua atração, sendo necessário fornecer cada vez menos energia para retirar um eletrão de valência. Evolução da 1ª energia de ionização ao longo do período A 1ª energia de ionização aumenta ao longo do grupo porque, como o raio atómico diminui ao longo do grupo, os eletrões de valência ficam cada vez mais próximos do núcleo e sofrem mais a sua atração, sendo necessário fornecer cada vez mais energia para retirar um eletrão de valência. 1.3.4. Propriedades dos elementos e das substâncias elementares Categorias da Tabela Periódica Elementos representativos Os elementos representativos são os elementos dos blocos s e p, ou seja, dos grupos 1, 2 e 13-18. Grupos com nome próprio Grupo 1: Metais alcalinos Grupo 2: Metais alcalinoterrosos Grupo 13: Família do boro Grupo 14: Família do carbono Grupo 15: Família do nitrogénio/Pictogéneos 1.3. Tabela periódica 5 Grupo 16: Calcogéneos Grupo 17: Halogéneos Grupo 18: Gases nobres Lantanídeos Actinídeos Metais, semimetais e não metais Os elementos químicos podem-se dividir, de acordo com as suas propriedades físicas e químicas, em: Metais; Metais de transição (externa): Grupos 3-12 Metais de transição interna: Lantanídeos e Actinídeos Semimetais; Não metais. A maioria dos elementos conhecidos são metais, apenas 8 são semimetais e 17 são não metais. Representação Propriedades dos elementos e das substâncias elementares A tabela periódica apresenta os valores de várias propriedades: Dos elementos (associadas a átomos): Símbolo químico, nº atómico, massa atómica relativa, distribuição eletrónica, raio atómico, 1ª energia de ionização. 1.3. Tabela periódica 6 Das substâncias elementares correspondentes: Estado físico, ponto de fusão, ponto de ebulição, massa volúmica. Representação � Ver 🧪 Mundo Material Propriedades dos metais, semimetais e não metais Metais Propriedades físicas Bons condutores de calor e eletricidade; Brilho metálico; Maleáveis e dúcteis; Sólidos à temperatura ambiente (com exceção do mercúrio, que é líquido); Pontos de fusão elevados e densidade elevada. Propriedades químicas Os metais tendem a perder eletrões, formando iões positivos (catiões), e a sua reatividade aumenta ao longo do grupo, à medida que a 1ª energia de ionização diminui. Reação com o oxigénio Ao reagirem com oxigénio, os metais formam óxidos metálicos/básicos (compostos iónicos), que quando reagem com água originam soluções aquosas básicas/alcalinas. https://www.notion.so/Mundo-Material-60cdeaa5c9b349a5970e76ca010962f6 1.3. Tabela periódica 7 Metais (+ oxigénio) → Óxidos metálicos/básicos (+ água) → Soluções aquosas básicas/alcalinas O caráter metálico é uma propriedade periódica: diminui ao longo dos períodos (da esquerda para a direita) e aumenta ao longo dos grupos (de cima para baixo). Semimetais Propriedades intermédias entre as dos metais e dos não metais; Aspeto e algumas propriedades físicas dos metais, mas comportam-se quimicamente como os não metais. Não metais Propriedades físicas Maus condutores de calor e eletricidade; Apresentam-se em diferentes estados físicos à temperatura ambiente (a maioria encontra-se no estado gasoso); Os sólidos têm baixos pontos de fusão e são quebradiços; Os líquidos têm baixos pontos de ebulição. Propriedades químicas Os não metais tendem a ganhar eletrões, formando iões negativos (aniões), e a sua reatividade diminui ao longo do grupo, porque depende da tendência para ganhar eletrões, e esta é maior para átomos com menos níveis de energia ocupados, pois a atração nuclear é maior. Reação com o oxigénio Ao reagirem com oxigénio, os não metais formam óxidos não metálicos/ácidos (compostos moleculares), que quando reagem com águaoriginam soluções aquosas ácidas. Não metais (+ oxigénio) → Óxidos não metálicos/ácidos (+ água) → Soluções aquosas ácidas Propriedades dos elementos/substâncias elementares do mesmo grupo Grupo 1: Metais alcalinos Os metais alcalinos têm uma energia de ionização baixa, logo têm uma grande tendência para perderem o seu único eletrão de valência, formando 1.3. Tabela periódica 8 iões monopositivos. São muito reativos, pelo que não existem livres na natureza. Exceção do Hidrogénio Embora esteja localizado no grupo 1, por ter apenas 1 eletrão de valência, o hidrogénio é um não metal. O hidrogénio pode formar, como os restantes elementos do grupo 1, um ião monopositivo, mas também pode ganhar um eletrão, tornando-se num ião mononegativo. Grupo 2: Metais alcalinoterrosos Os metais alcalinoterrosos têm uma energia de ionização baixa, logo têm uma grande tendência para perderem os seus 2 eletrões de valência, formando iões dipositivos. São muito reativos, mas são menos reativos que os metais alcalinos, pois, para ganharem mais estabilidade, têm de perder 2 eletrões e não apenas 1. Grupo 17: Halogéneos Os halogéneos têm uma energia de ionização elevada, mas têm uma grande tendência a captar um eletrão, formando iões mononegativos, logo são muito reativos. Grupo 18: Gases nobres Os gases nobres (ou inertes), por terem o último nível de energia completo, têm uma elevada estabilidade, logo são pouco reativos quimicamente. São gases monoatómicos, pois, como têm o último nível de energia preenchido, não se agrupam para formar moléculas. Iões Formação de iões Tendência para a formação de catiões ao longo da TPE A tendência para a perda de eletrões, e formação de catiões: Aumenta ao longo do grupo, à medida que diminui a 1ª energia de ionização; Diminui ao longo do período, à medida que aumenta a 1ª energia de ionização. 1.3. Tabela periódica 9 Tendência para a formação de aniões ao longo da TPE A tendência para o ganho de eletrões, e formação de aniões: Diminui ao longo do grupo pois, à medida que existem mais níveis de energia ocupados, a atração nuclear é menor. Raio atómico e iónico Átomos e catiões resultantes O raio atómico de um átomo é superior ao raio iónico do catião resultante, porque, na nuvem eletrónica do catião existem menos repulsões eletrónicas e, como o catião tem a mesma carga nuclear, para menos eletrões, a atração do núcleo sobre os eletrões no catião aumenta, em comparação com o átomo. Átomos e aniões resultantes O raio atómico de um átomo é inferior ao raio iónico do anião resultante, porque, na nuvem eletrónica do anião existem mais repulsões eletrónicas e, como o anião tem a mesma carga nuclear, para mais eletrões, a atração do núcleo sobre os eletrões no anião diminui, em comparação com o átomo. Conceitos-chave
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