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IEQ 601 – Química Geral I Curso – Engenharia de Pesca Profa. Karen Segala Capítulo 5: Periodicidade Química e Tabela Periódica INTRODUÇÃO BASES DA ORGANIZAÇÃO DOS ELEMENTOS Livros, CD´s......ordem de autores, alfabética, cronologia.... Química: critérios para organização da TP foram estabelecidos ao longo do tempo... Histórico A Tabela periódica dos elementos químicos é a disposição sistemática dos elementos químicos, na forma de uma tabela, em função de suas propriedades. É muito útil para se preverem as características e tendências dos átomos. Permite, por exemplo, prever o comportamento de átomos e das moléculas deles formadas, ou entender porque certos átomos são extremamente reativos, enquanto outros são praticamente inertes etc. Um pré-requisito necessário para construção da tabela periódica, foi a descoberta individual dos elementos químicos, embora elementos, tais como o Ouro (Au), a Prata (Ag), o Estanho (Sn), o Cobre (Cu), o Chumbo (Pb) e o Mercúrio (Hg) fossem conhecidos desde a antiguidade. A primeira descoberta científica de um elemento, ocorreu em 1669, quando o alquimista Henning Brand descobriu o fósforo. Durante os 200 anos seguintes, foi adquirido um grande volume de conhecimento relativo às propriedades dos elementos e seus compostos, pelos químicos. Com o aumento do número de elementos descobertos, os cientistas iniciaram a investigação de modelos para reconhecer as propriedades e desenvolver esquemas de classificação. A primeira classificação, foi a divisão dos elementos em metais e não-metais. Isso possibilitou a antecipação das propriedades de outros elementos, determinando assim, se seriam ou não metálicos. Os elementos não estavam listados em qualquer arranjo ou modelo periódico, mas simplesmente por ordem crescente da sua massa atômica, cada um com suas propriedades e seus compostos. Os químicos, ao estudar essa lista, concluíram que ela não estava muito clara. Os elementos Cloro, Bromo e Iodo, que tinham propriedades químicas semelhantes, apresentavam massas atômicas muito separadas. Em 1829, Johann Döbereiner teve a primeira ideia, com sucesso parcial, de agrupar os elementos em três - ou tríades. Essas tríades também estavam separadas pelas suas 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. No início do século XIX, Jonh Dalton preparou uma lista de elementos químicos, cujas massas atômicas já eram então conhecidas. Muitos desses valores estavam longe dos atuais, devido à ocorrência de erros na sua determinação. Os erros foram corrigidos por outros cientistas, e o desenvolvimento de tabelas dos elementos e suas massas atômicas, centralizaram o estudo sistemático da Química. John DALTON (1766-1844) Físico e Químico Inglês Os elementos Cloro, Bromo e Iodo eram uma tríade, Lítio, Sódio e Potássio formavam outra. Um segundo modelo, foi sugerido em 1864 por John Newlands. Sugerindo que os elementos, poderiam ser arranjados num modelo periódico de oitavas, ou grupos de oito, ordenando de forma crescente as suas massas atômicas. Este modelo, colocou os elementos Lítio, Sódio e Potássio juntos. Esquecendo o grupo dos elementos Cloro, Bromo e Iodo, e os metais comuns como o Ferro e o Cobre. Nenhuma regra numérica foi encontrada para que se pudesse organizar completamente os elementos químicos numa forma consistente, com as propriedades químicas e suas massas atômicas. A base teórica na qual os elementos químicos estão arranjados atualmente - número atômico e teoria quântica - era desconhecida naquela época e permaneceu assim por várias décadas. A organização da tabela periódica, foi desenvolvida não teoricamente, mas com base na observação química de seus compostos, por Dimitri Ivanovich Mendeleiev. John Newlands (1837 - 1898) Professor inglês de Química Mendeleiev criou uma carta para cada um dos 63 elementos conhecidos. Cada carta continha o símbolo do elemento, a massa atômica e as suas propriedades químicas e físicas. Colocando as cartas em cima de uma mesa, organizou-as em ordem crescente das suas massas atômicas, agrupando-as em elementos de propriedades semelhantes. Formou-se então a tabela periódica. A vantagem da tabela periódica de Mendeleiev 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. Em 1906, Mendeleiev recebeu o Prêmio Nobel por este trabalho. Dimitri Ivanovich Mendeleiev nasceu na Sibéria, sendo o mais novo de dezessete irmãos. Mendeleiev foi educado em St. Petersburg, e posteriormente na França e Alemanha. Conseguiu o cargo de professor de química na Universidade de St. Petersburg. Escreveu um livro de química orgânica em 1861. Em 1869, enquanto escrevia seu livro de química inorgânica, organizou os elementos na forma da tabela periódica atual. Dmitri Mendeleiev (1834-1907) Prémio Nobel em 1906 Mendeleev's Periodic Table Lei de Mendeleev: As propriedades dos elementos se repetem em ciclos regulares (periodicamente) quando os elementos estão dispostos por ordem crescente das massas atômicas. Predicted Properties Observed Properties Atomic weight 72 72.61 Density 5.5 g/cm3 5.32 g/cm3 Melting point 825 šC 938 šC Oxide formula RO2 GeO2 Density of oxide 4.7 g/cm3 4.70 g/cm3 Chloride formula RCl4 GeCl4 Chloride boiling point 100 C 86 C Em 1913, o cientista britânico Henry Moseley descobriu que o número de prótons no núcleo de um determinado átomo, era sempre o mesmo. Moseley usou essa ideia para o número atômico de cada átomo. Quando os átomos foram ordenados por ordem crescente do seu número atômico, os problemas existentes na tabela de Mendeleiev desapareceram. Devido ao trabalho de Moseley, a tabela periódica moderna está baseada no número atômico dos elementos químicos. A tabela atual é bastante diferente da de Mendeleiev. 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. Henry MOSELEY (1887-1915 ) Cientista britânico A última maior troca na tabela periódica, resultou do trabalho de Glenn Seaborg, na década de 50. A partir da descoberta do plutônio em 1940, Seaborg descobriu todos os elementos transurânicos (do número atômico 94 até ao 102). Reconfigurou a tabela periódica colocando a série dos actinídeos abaixo da série dos lantanídios. Em 1951, Seaborg recebeu o Prémio Nobel em química, pelo seu trabalho. O elemento 106 tabela periódica é chamado Seabórgio, em sua homenagem. 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. Glenn SEABORG (1912 -1999) Nobel Química RESUMINDO.... Mendelev organizou os elementos em função da massa de seus átomos (MA). Notou que determinadas propriedades se repetiam diversas vezes, ou seja, eram propriedades periódicas. Desta forma, ele organizou os elementos com propriedades semelhantes em colunas verticais, chamadas de GRUPOS OUFAMÍLIAS, e em linhas horizontais, chamadas PERÍODOS, em ordem crescente de suas MA. Moseley, em 1913, verificou que as propriedade de cada elemento eram determinadas pelo número de prótons, ou seja, pelo nº atômico (Z). Posteriormente, descobriu-se que em um átomo neutro, o nº de prótons é igual ao nº de elétrons. Foi observado que as propriedades químicas está relacionada com o nº de elétrons da camada de valência (pertencem a mesma família) Baseado nestas observações, foi proposta a Tabela Periódica atual, na qual os elementos químicos: • Estão dispostos em ordem crescente de nº atômico (Z); • Originam os PERÍODOS na horizontal (em linhas); • Originam as FAMÍLIAS OU GRUPOS, na vertical (em colunas). Os químicos usam a existência dos átomos para definir o elemento: Elemento químico é uma substância formada por um único tipo de átomo. Hoje em dia, há instrumentação específica que fornece evidências muito mais diretas da existência dos átomos. Os átomos existem e são as unidades que formam os elementos Até 2009, 116 elementos haviam sido descobertos ou criados, mas em alguns casos, somente em quantidades muito pequenas. Atualmente, existe mais de 116 EQ conhecidos, ~ 20% não existe na natureza: foram sintetizados em laboratórios. IDENTIFICAÇÃO DOS ÁTOMOS: ASPECTOS ATUAIS Modelo Atômico Clássico X Modelo Atômico Atual Modelo atômico da nuvem eletrônica Os cientistas abandonaram a ideia de que o e- descrevia uma trajetória definida em torno do núcleo; Orbitais: Regiões de maior probabilidade de encontrar os e - X Carga + , prótons (p) e nêutrons (n)), Regiões praticamente vazias (eletrosfera), encontram-se os elétrons (e), de carga - Número Atômico (Z): quantidades de prótons. Z = p = e (eletricamente neutro) PRINCIPAIS CARACTERÍSTICAS DO ÁTOMO Número de Massa (A): a soma das partículas que constitui o átomo. A = p + n A = Z + n REPRESENTAÇÃO DE UM ÁTOMO DISTRIBUIÇÃO ELETRÔNICA Linus Pauling (1901-1994) determinou a ordem crescente de energia dos subníveis : NÚMEROS QUÂNTICOS: caracterizam a energia do elétron no átomo • Principal (n): indica o nível de energia do e- ; • Secundário ou azimutal (l): indica a energia do e- no sub-nível; • Magnético (m ou ml): indica a energia do e- no orbital; • Spin (s ou ms): é o movimento de rotação do e-. Configurações eletrônicas e a tabela periódica Números Quânticos e Tabela Periódica • A localização de um elemento na TP reflete o nº quântico do último orbital preenchido. The s-block (in orange) has 2 columns, because a maximum of 2 electrons can occupy the single orbital in an s-subshell. The p-block (in purple) has 6 columns, because a maximum of 6 electrons can occupy the three orbitals in a p- subshell. The d-block (in green) has 10 columns, because a maximum of 10 electrons can occupy the five orbitals in a d-subshell. The f-block (in dark blue) has 14 columns, because a maximum of 14 electrons can occupy the seven orbitals in a f-subshell. O PRINCÍPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI O princípio de exclusão de Pauli (1925): mecânica quântica. “Num átomo não existem dois elétrons com os seus quatro números quânticos iguais” “Um mesmo orbital não pode ter + que 2 e-. Num orbital com 2 e-, um deles tem spin + ½ e o outro, - ½; DISTRIBUIÇÃO ELETRONICA EM ORBITAIS: PRINCIPIO DA EXCLUSÃO DE PAULI: um orbital comporta no máximo dois elétrons com spins contrários. REGRA DE HUND: em um mesmo subnível, os orbitais são preenchidos de forma a obter o maior número de elétrons desemparelhados. “Cada orbital do subnível que está sendo preenchido recebe inicialmente apenas 1 elétron. Somente depois de o último orbital desse subnível receber o seu primeiro elétron começa o preenchimento de cada orbital com o seu segundo elétron” Regra de Hund • As configurações eletrônicas nos dizem em quais orbitais os elétrons de um elemento estão localizados. • Três regras: - Os orbitais são preenchidos em ordem crescente de n. - Dois elétrons com o mesmo spin não podem ocupar o mesmo orbital (Pauli). - Para os orbitais degenerados, os elétrons preenchem cada orbital isoladamente antes de qualquer orbital receber um segundo elétron (regra de Hund). Configurações eletrônicas • A tabela periódica pode ser utilizada como um guia para as configurações eletrônicas. • O número do período é o valor de n. • Os grupos 1A e 2A têm o orbital s preenchido. • Os grupos 3A -8A têm o orbital p preenchido. • Os grupos 3B -2B têm o orbital d preenchido. • Os lantanídeos e os actinídeos têm o orbital f preenchido. Configurações eletrônicas e a tabela periódica As filas sao chamadas de Periodos Cada periodo mostra padroes repetitivos de propriedades As colunas sao chamadas de Grupos ou familias. Elementos com propriedades quimicas e fisicas similares estao na mesma coluna. Classificação dos elementos METAIS: brilho metálico; conduz corrente elétrica e calor; são maleáveis SEMI-METAIS: brilho metálico; pequena condutividade elétrica; fragmentam-se; AMETAIS: não apresentam brilho; não são condutores; fragmentam-se GASES NOBRES: gases nas condições ambientes; grande estabilidade química Metais Alcalinos - Grupo IA (1A) Metais Alcalinos Terrosos - Group IIA (2A) Calcogenios - Group VIA (6A) Halogenios - Group VIIA (7A) Gases Nobres – VIIIA (8A) ORGANIZAÇÃO DA TABELA PERIÓDICA Famílias A • elementos representativos; elétron mais energético: subnível s ou p • o nº da família indica o nº de elétrons na camada de valência Família ou Grupo Distribuição eletrônica da camada de valência Nome Família 1 (1A) ns 1 Metais Alcalinos Família 2 (2A) ns 2 Metais Alcalino-terrosos Família 13 (3A) ns 2 np1 Família do boro Família 14 (4A) ns 2 np2 Família do carbono Família 15 (5A) ns 2 np3 Família do nitrogênio Família 16 (6A) ns 2 np4 Calcogênios Família 17 (7A) ns 2 np5 Halogênios Família 18 (Zero) ns 2 np6 Gases Nobres Famílias B • elementos de transição elétron mais energético: subnível d Família ou Grupo Distribuição eletrônica 3B d 1 4B d 2 5B d 3 6B d 4 7B d 5 8B d6 d7 d8 1B d 9 2B d 10 Série dos Lantanídeos (6) e Actinídeos (7 ): subnível f, mais energético Períodos • 7 períodos – Níveis ou camadas eletrônicas Localização na Tabela Periódica Exemplo: Bromo (35 Br) K 1 s2 2 L 2 s2 2 p6 8 M 3 s2 3 p6 3d 10 18 N 4 s2 4p5 7 Família: A s2 4p5 7A (halogênios) Camada N = 4º período Configurações eletrônica condensadas • O neônio tem o subnível 2p completo. • O sódio marca o início de um novo período. • Logo, escrevemos a configuração eletrônica condensada para o sódio como Na: [Ne] 3s1 • [Ne] representa a configuração eletrônica do neônio. • Elétrons mais internos: os elétrons no [Gás Nobre]. • Elétrons de valência: os elétrons fora do [Gás Nobre]. Configurações eletrônicas Metais de transição • Depois de Ar, os orbitais d começam a ser preenchidos. • Depois que os orbitais 3d estiverem preenchidos, os orbitais 4p começam a ser preenchidos. • Metais de transição: são os elementos nos quais os elétrons d são os elétrons de valência. Configurações eletrônicas Lantanídeos e actinídeos• Do Ce em diante, os orbitais 4f começam a ser preenchidos. • Observe: La: [Kr]6s25d14f1 • Os elementos Ce -Lu têm os orbitais 4f preenchidos e são chamados lantanídeos ou elementos terras raras. • Os elementos Th -Lr têm os orbitais 5f preenchidos e são chamados actinídeos. • A maior parte dos actinídeos não é encontrada na natureza. Configurações eletrônicas 1.6 Elements and the Periodic Table •Periodic Table, shown below, is a representation of 113 elements in a tabular format. •Large amounts of information regarding the properties of elements is embedded in periodic table. Elements are roughly divided into 3 groups Metals Nonmetals Metalloids Metals, nonmetals, and metalloids appear in distinct places on the periodic table •Metals: 89 of the 113 elements are metals. They appears on the left side of the Periodic Table. •Some common properties of metals are: Solid at room temperature (except mercury which is a liquid) Good conductor of heat Good conductor of electricity Malleable. •Nonmetals: Appears on the right side of the Periodic Table. 17 elements are nonmetals. •Nonmetals are poor conductor of heat and electricity. •Out of these 17 nonmetal elements – Eleven are gases at room temperature (H, N, O, etc.) – Five are solids (sulfur) – One is a liquid (bromine). •Metalloids: Appears between metals on the left side and nonmetals on the right side on the periodic table. Their properties are between metals and nonmetals. Boron, silicon, arsenic are examples of some of the metalloids. ATÉ A PRÓXIMA AULA !!!
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