Aula 05-01 Classificação Periódica dos Elementos

Prévia do material em texto

QUÍMICA GERAL
Aula 05-01 - Classificação Periódica dos Elementos
Autor: EXATAS para Engenheiros Data: 29 de dezembro de 2020.
1 Introdução
Classificar é uma atividade que executamos com frequência em nossa vida diária. Para or-
ganizarmos livros em uma estante, poderemos, por exemplo, classificá-los usando como critério
a área do conhecimento a qual eles pertencem. Este critério será, provavelmente, aquele que
permitirá localizarmos com facilidade um livro de determinado assunto.
Nas ciências em geral, classificar é uma atitude de rotina. Os biólogos classificam os diver-
sos tipos de animais, de vegetais etc. e comparam suas características.
Durante a primeira metade do século XIX, apesar de serem conhecidos mais ou menos 50
elementos químicos, alguns pesquisadores propuseram classificações desses elementos, basea-
das em suas propriedades.
Em 1869, dois pesquisadores apresentaram trabalhos independentes porém semelhantes na
organização dos elementos: Lothar Meyer (alemão) e Dimitri Mendeleyev (russo).
Cada um deles organizou os elementos em ordem crescente de seus pesos atômicos. Como
algumas propriedades dos elementos iam variando e de certa forma se repetindo (dentro de
alguns intervalos, isto é, periodicamente), dispuseram os elementos semelhantes em verticais
(grupos). A repetição de propriedades com certa regularidade fez com que este tipo de organi-
zação ficasse conhecida como Classificação Periódica dos Elementos.
Embora Meyer tenha se dedicado à análise de propriedades físicas dos elementos (densi-
dade, ponto de fusão etc.) e Mendeleyev, a suas características físicas e químicas (se eram
atacados pelo oxigênio do ar, por ácidos etc.), a classificação de ambos foi análoga.
Vários cientísticas contribuíram para que se chegasse à Classificação Periódica dos Ele-
mentos, porém o trabalho de Mendeleyev destaca-se por ser o mais completo. Ele colocou
aproximadamente 70 elementos em ordem crescente de pesos atômicos e deixou "vazios"para
que se colocassem futuramente elementos até então desconhecidos (Ga, Ge, Sc), além de fazer
previsões de suas propriedades.
Para designar alguns elementos desconhecidos, Mendeleyev usou eka (que significa pri-
meiro) seguido do nome de um elemento conhecido. Exemplo: eka - alumínio, que depois de
descoberto foi chamado gálio; eka-silício, posteriormente chamado de germânio.
1
Figura 1: Dimitri Mendeleyev
Observe o quadro comparativo de propriedades do elemento eka-silício (previstas por Men-
deleyev em 1871) e do elemento germânio (determinadas experimentalmente).
PROPRIEDADE PREV. DE MENDELEYEV PROP. EXP.
Densidade 5,50 g/cm3 5,47 g/cm3
Cor cinzento cinzento claro
Massa atômica 72,00 72,60
Dens. do seu óxido 4,7 g/cm3 4,7 g/cm3
O trabalho de Mendeleyev teve grande mérito, já que no desenvolvimento de suas pesquisas,
enfrentou condições adversas, como por exemplo:
• Muitos elementos naturais eram desconhecidos até então, dentre os quais os gases nobres
(descobertos no fim do século XIX), que se destacam por falta quase total de reatividade
química.
• O desconhecimento da existência de prótons, nêutrons e elétrons e consequentemente da
estrutura eletrônica.
• Não eram conhecidos os números atômicos que são o critério de organização dos elemen-
tos na Classificação Periódica atual; apesar disto, Mendeleyev fez algumas inversões nas
posições de elementos, com base nos pesos atômicos (ordem que ele adotara), procurando
deixar nos mesmo grupos (verticais) elementos semelhantes quanto ao comportamento
químico.
2
Com a determinação dos números atômicos (Z), em 1913, por Moseley, praticamente chegou-
se à tabela atual, onde os elementos estão em ordem crescente de Z. Porém, a explicação para as
semelhanças de propriedades nos grupos e das variações periódicas de propriedades só ocorreu
com o estudo da estrutura eletrônica.
2 A classificação atual
Figura 2: Tabela Periódica dos Elementos
Observação:
3
Acompanhe nos materiais destas aulas, o arquivo Periodic Table of Elements. Este arquivo
está completo, em excelente qualidade para ser impresso. O idioma desta tabela é a Língua
Inglesa, entretanto, é necessário que o estudante se acostume a trabalhar com documentos nesta
linguagem, pois é adotada no padrão científico internacional.
Observando cuidadosamente a tabela apresentada, você poderá notar:
• Acima dos símbolos são vistos números que indicam o número atômico (Z) do elemento;
sendo assim, a sequência dos elementos coincide com a ordem crescente de Z: 1H; 2He;
3Li ...
• Colunas de elementos, acima das quais aparece um número (que pode ser seguido de A
ou B). Estas colunas são chamadas grupos ou famílias.
• A existência de 7 filas horizontais de elementos. Cada uma delas é chamada período.
3 Os grupos e períodos
A classificação periódica adquiriu grande importância após o conhecimento da distribuição
eletrônica (século XX).
Vamos distribuir os elétrons para os elementos representativos (grupos A). Eles seguem exa-
tamente as regras que estudamos para a distribuição dos elétrons nos níveis de energia.
3.1 Grupo 1A ou família dos alcalinos
K L M N O P Q
1H 1
3Li 2 1
11Na 2 8 1
19K 2 8 8 1
37Rb 2 8 18 8 1
55Cs 2 8 18 18 8 1
87Fr 2 8 18 32 18 8 1
Observação importante:
Apesar de pertencer ao grupo 1A, o H não é considerado um alcalino.
4
Você nota que, ao fazermos a distribuição eletrônica de átomos neutros destes elementos,
obtivemos para todos eles 1 elétron no último nível. Então:
Grupo 1A −→ 1 elétron no último nível.
3.2 Grupo 2A ou família dos alcalino-terrosos
4Be 2 2
12Mg 2 8 2
Para eles, concluímos que:
Grupo 2A −→ 2 elétrons no último nível.
3.3 Grupo 3A ou família do boro
5B 2 3
13Al 2 8 3
Grupo 3A −→ 3 elétrons no último nível.
3.4 Grupo 4A ou família do carbono
6C 2 4
14Si 2 8 4
Grupo 4A −→ 4 elétrons no último nível.
3.5 Grupo 5A ou família do nitrogênio
7N 2 5
15P 2 8 5
Grupo 5A −→ 5 elétrons no último nível.
3.6 Grupo 6A ou família dos chalcogênios (calcogênios)
8O 2 6
16S 2 8 6
Grupo 6A −→ 6 elétrons no último nível.
5
3.7 Grupo 7A ou família dos halogênios
9F 2 7
18Cl 2 8 7
Grupo 7A −→ 7 elétrons no último nível.
Generalizando:
Para os elementos representativos (grupos A), o número do grupo coincide
com o número de elétrons que os átomos possuem no último nível.
Como o número de elétrons no último nível é importante na determinação do comporta-
mento químico de um elemento, elementos de um mesmo grupo têm comportamento químico
semelhante.
Um grupo ainda importante é o que ocupa a última coluna da direita da Classificação Perió-
dica:
3.8 Grupo O ou família dos gases nobres
2He 2
10Ne 2 8
18Ar 2 8 8
.
.
.
86Rn 2 8 18 32 18 8
Grupo O −→ 8 elétrons no último nível. (exceção He)
Além dos grupos vistos (8) de elementos representativos, temos os grupos B. Eles são cha-
mados de transição e constituem a parte central da classificação.
Os elementos de números atômicos de 57 a 71 e de 89 a 103 são indicados no grupo 3B e
estão representados em 2 linhas horizontais abaixo da tabela. Eles são elementos de transição
interna ou terrar raras e compreendem 2 séries: a dos lantanídeos, que se inicia com o lantânio
(La), e a dos actinídeos, que se inicia com o actínio (Ac).
Já vimos que existem 7 linhas horizontais de elementos, que se chamam períodos (ou séries).
Observe alguns elementos de cada período, com as suas respectivas distribuições eletrônicas:
6
1º Período 1H 1 2He 2
2º Período 3Li 2 1 7Ne 2 5
3º Período 11Na 2 8 1 17Cl 2 8 7
4º Período 20Ca 2 8 8 2 34Se 2 8 18 6
Podemos notar que elementos de um mesmo período, possuem em comum o número
de níveis (ou camadas) eletrônicos usados. Este número coincide com o
número do período.
Diante do que foi visto, você poderá entender que o 1º período seja o mais curto, com 2
elementos, já que a 1ª camada pode ter, no máximo 2 elétrons.
O 2º e o 3º período são constituídos de 8 elementos cada. Nesses períodos encontramos
elementos importantes pela abundância naturale pela aplicabilidade. Podemos destacar o oxi-
gênio, elemento essencial à vida, já que está no ar que respiramos, na água que bebemos; o
carbono, constituinte essencial da matéria orgânica (açúcar, gorduras, petróleo etc.).
O 4º e o 5º período contêm 18 elementos cada. Neles é que passamos a ter elementos de
transição.
O 6º período é o mais longo e contém 32 elementos, aparecendo aí os elementos chamados
Terras Raras (57 a 71).
O 7º período é aquele que contém a maior quantidade de elementos artificiais, já que do
93 em diante temos os chamados Transurânicos, que são todos artificiais. É por isto que o
número de elementos deste período cresce a medida que novos elementos são obtidos pelos
físicos nucleares.
7