Professora: Ana Elisa B. Matias

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1 UNIÃO EDUCACIONAL DO PLANALTO CENTRAL FACULDADES INTEGRADAS DA UNIÃO EDUCACIONAL DO PLANALTO CENTRAL Professora: Ana Elisa B. Matias

2 O início... O que os Químicos queriam? Organizar os elementos químicos de maneira que suas semelhanças, diferenças e tendências se tornassem mais evidentes. Um dos recursos mais usados em Química para atingir essa finalidade é a tabela periódica. As primeiras tabelas foram propostas no início do século XIX; porém apresentavam mais erros do que acertos.

3 Ciências Introdução a tabela periódica Big Bang: origem dos elementos químicos O Big Bang é o momento da explosão que deu origem ao Universo, entre 12 e 15 bilhões de anos atrás. A evolução do Universo teve início logo após a explosão de uma bola de matéria compacta, densa e quente, com um volume aproximadamente igual ao volume do nosso sistema solar. Esta evolução é consequência das reações nucleares entre as partículas fundamentais do meio cósmico, cujo efeito mais importante foi a formação dos elementos químicos.

4 Ciências Introdução a tabela periódica Origem dos elementos químicos Os elementos químicos mais leves foram formados logo nos primeiros segundos após o Big Bang. Já os mais pesados, como o lítio, foram sintetizados nas estrelas. Durante os últimos estágios da evolução estelar, muitas das estrelas compactas queimaram e formaram o carbono (C), o oxigênio (O), o silício (Si), o enxofre (S) e o ferro (Fe).

5 Ciências Introdução a tabela periódica A história da tabela periódica Embora os elementos, tais como ouro (Au), prata (Ag), estanho (Sn), cobre (Cu), chumbo (Pb) e 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. Com o aumento do número de elementos descobertos, os cientistas iniciaram a investigação de modelos para reconhecer as propriedades e desenvolver esquemas de classificação.

6 Ciências Introdução a tabela periódica As primeiras tentativas A lista de elementos químicos, que tinham suas massas atômicas conhecidas, foi preparada por John Dalton no início do século XIX. Os elementos estavam ordenados em ordem crescente de 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, tinham suas massas atômicas muito separadas.

7 Ciências Introdução a tabela periódica As primeiras tentativas Em 1829, Johan Döbereiner teve a primeira idéia, com sucesso parcial, de agrupar os elementos em tríades. Essas tríades também estavam separadas pelas massas atômicas, mas com propriedades químicas muito semelhantes.

8 Ciências Introdução a tabela periódica A tabela periódica de Mendeleyev Em 1869, Mendeleyev criou uma carta para cada um dos 63 elementos conhecidos. Cada carta continha o símbolo do elemento, a massa atômica e suas 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. Em 1906, Mendeleyev recebeu o Prêmio Nobel por este trabalho.

9 O PRINCÍPIO... Em 1906, Mendeleyev recebeu o Prêmio Nobel por este trabalho.

10 Ciências Introdução a tabela 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. Quando os átomos foram arranjados de acordo com o aumento do número atômico (nº de prótons), os problemas existentes na tabela de Mendeleyev desapareceram. Devido ao trabalho de Moseley, a tabela periódica moderna está baseada no número atômico dos elementos.

11 Ciências Introdução a tabela periódica As últimas modificações A última maior troca na tabela periódica resultou do trabalho de Glenn Seaborg, na década de 50. Seaborg descobriu os elementos transurânicos. Reconfigurou a tabela periódica colocando a série dos actinídeos abaixo da série dos lantanídeos. Em 1951, Seaborg recebeu o Prêmio Nobel em química pelo seu trabalho. O elemento 106 da tabela periódica é chamado seabórgio, em sua homenagem.

12 Ciências Introdução a tabela periódica Representações da tabela periódica

13 Tabela periódica Figura 5: Classificação dos elementos Tabela Periódica. 13

14 Ciências Introdução a tabela periódica Classificação dos elementos da tabela periódica Períodos: são as linhas horizontais que aparecem nas tabelas. Indicam quantas camadas eletrônicas um elemento químico possui. Sendo assim, quando encontramos um elemento químico no quarto período, sabemos que ele possui quatro camadas eletrônicas. Colunas, grupos ou famílias: são as linhas verticais que aparecem na tabela. Nas colunas A, o número de elétrons na última camada eletrônica é igual ao próprio número da coluna. O nitrogênio, por exemplo, está na coluna 5A e a sua última camada eletrônica tem 5 elétrons.

15 Na tabela atual, os elementos químicos estão dispostos em ordem crescente de número atômico, originando na horizontal os períodos, e na vertical (em coluna), as famílias ou grupos. Família (ou grupo) 1º período (ou série) 2º período (ou série) 3º período (ou série) 4º período (ou série) 5º período (ou série) 6º período (ou série) 7º período (ou série) Série dos Lantanídeos Série dos Actinídeos

16 Ciências Introdução a tabela periódica Classificação dos elementos da tabela periódica Metais: são a maioria dos elementos da tabela, sendo bons condutores de eletricidade e calor, maleáveis e dúcteis, possuem brilho metálico característico e são sólidos, com exceção do mercúrio. Ametais: são os mais abundantes na natureza, não são bons condutores de calor e eletricidade, não são maleáveis e dúcteis e não possuem brilho como os metais. Gases Nobres: são no total 6 elementos e sua característica mais importante é a estabilidade química. Hidrogênio: O hidrogênio é um elemento considerado à parte por ter um comportamento único.

17 Organização da Tabela Periódica Famílias ou grupos A tabela atual é constituída por 18 famílias. Cada uma delas agrupa elementos com propriedades químicas semelhantes, devido ao fato de apresentarem a mesma configuração eletrônica na camada de valência. 3 Li - 11 Na 2 1 s - 1 2s 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3s Família IA = todos os elementos apresentam 1 elétron na camada de valência. 1

18 Os elementos que constituem as famílias são denominados elementos representativos, e seus elétrons mais energéticos estão situados em subníveis s ou p. Nas famílias A, o número da família indica a quantidade de elétrons na camada de valência. Elas recebem ainda nomes característicos. Família ou grupo Nº de elétrons na camada de valência Distribuição eletrônica da camada de valência Nome IA 1 ns¹ Metais alcalinos IIA 2 ns² Metais alcalinos terrosos IIIA 3 ns² np¹ Família do boro IVA 4 ns² np² Família do carbono VA 5 ns² np³ Família do nitrogênio VIA 6 ns² np4 Calcogênios VIIA 7 ns² np5 Halogênios VIIIA ou O 8 ns² np6 Gases nobres

19 Localização dos elementos nas Famílias A A distribuição eletrônica do átomo de um dado elemento químico permite que determinemos sua localização na tabela. Exemplo: Sódio(Na) Z = 11 1s²2s²2p 6 3s¹ Período: 3º Família: 1A Metais Alcalinos

20 Localização dos elementos nas Famílias B Os elementos dessas famílias são denominados genericamente elementos de transição. Uma parte deles ocupa o bloco central da tabela periódica, de IIIB até IIB (10 colunas), e apresenta seu elétron mais energético em subníveis d. IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 10 Exemplo: Ferro (Fe) / Z = 26 1s²2s²2p 6 3s²3p 6 4s²3d 6 Período: 4º Família: 8B

21 O esquema abaixo mostra o subnível ocupado pelo elétron mais energético dos elementos da tabela periódica.

22 Ciências Introdução a tabela periódica Será uma nova tabela periódica? Em fevereiro de 2006, os leitores da revista Super Interessante puderam conhecer o novo designer da nova tabela periódica elaborada por Philip Stewart, botânico da Universidade de Oxford. O que esta nova tabela tem de diferente? O formato proposto assume a forma de galáxia (classificação planetária dos elementos químicos) e apresenta um novo elemento. Na nova tabela periódica, os elementos químicos não mais se situam em quadros adjacentes, mas sim em um círculo de cor que os interligam até o centro, o nêutron. É de se confessar que a aparência da nova tabela tornou-se mais atraente, resta saber se a sua utilidade também foi aperfeiçoada; é o que este artigo trata em específico.

23 Ciências Introdução a tabela periódica

24 Ciências Introdução a tabela periódica Representação dos elementos químicos Massa atômica Z E A Nº atômico Dê a representação química dos seguintes elementos químicos: a) Cloro b) Iodo c) Sódio d) Carbono e) Potássio f) Oxigênio

25 Ciências Introdução a tabela periódica Componentes básicos de um átomo

26 Ciências Introdução a tabela periódica Utilizando a tabela periódica, resolva o desafio 1. Determine o nome, os nº de prótons, elétrons e nêutrons, a massa atômica e o número atômico dos seguintes elementos químicos: a) Sb b) Hg c) Au d) Cs e) Fe f) In g) Mg h) Ca 2. Quais são as colunas e períodos de todos os elementos citados no primeiro desafio?

27 Propriedades Aperiódicas Os valores crescem ou decrescem a medida que o número atômico aumenta: logo não se repetem em períodos regulares

28 Propriedades Periódicas São aquelas que a medida que o número atômico (Z) aumenta, assumem valores semelhantes para intervalos regulares: Repetem-se periodicamente

29 O Desenvolvimento da Tabela Periódica Em 2002 haviam 115 elentos conhecidos A maior parte foi descoberta entre 1735 e1843 Como organizar 115 elementos diferentes de forma que possamos fazer previsões sobre elementos não descobertos

30 O Desenvolvimento da Tabela Periódica Ordenar os elementos de modo que reflita Em 1871, Mendeleev observou que a essas tendências químicas e físicas. posição mais adequada para o As seria abaixo do P, e não do Si, o que deixou um A elemento primeira faltando tentativa abaixo (Mendeleiev do Si. Ele e previu Meyer) ordenaram um número os de elementos propriedades em para ordem este crescente elemento. de Em massa 1886 o atômica. Ge foi descoberto. As propriedades do Ge se equiparam bem à previsão de Mendeleev. Faltaram alguns elementos nesse esquema.

31 Tabela Periódica

32 Tamanho dos átomos e íons Raios atômicos: Considere uma molécula diatômica simples. A distância entre os dois núcleos é denominada distância de ligação. Se os dois átomos que formam a molécula são os mesmos, metade da distância de ligação é denominada raio covalente do átomo.

33 Tamanho dos átomos e íons À medida que o número quântico principal aumenta (ex., descemos em um grupo), a distância do elétron mais externo ao núcleo aumenta. Consequentemente, o raio atômico aumenta.

34 Tamanho dos átomos e íons Ao longo de um período na tabela periódica, o número de elétrons mais internos mantém-se constante. Entretanto, a carga nuclear aumenta. Conseqüentemente, aumenta a atração entre o núcleo e os elétrons mais externos. Essa atração faz com que o raio atômico diminua.

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36 Tamanho de íons O tamanho do íon é a distância entre os íons em um composto iônico. O tamanho do íon também depende da carga nuclear, do número de elétrons e dos orbitais que contenham os elétrons de valência. Os cátions deixam vago o orbital mais volumoso e são menores do que os átomos que lhes dão origem. Os ânions adicionam elétrons ao orbital mais volumoso e são maiores do que os átomos que lhe dão origem.

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38 Tamanho de íons Para íons de mesma carga, o tamanho do íon aumenta à medida que descemos em um grupo na tabela periódica. Todos os membros de uma série isoeletrônica têm o mesmo número de elétrons. Quando a carga nuclear aumenta em uma série isoeletrônica, os íons tornam-se menores : O 2- > F - > Na + > Mg 2+ > Al 3+

39 Raio Atômico

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41 Energia de Ionização É a energia necessária para retirar um ou mais elétrons de átomos isolados

42 Energia de Ionização A primeira energia de ionização, I 1, é a quantidade de energia necessária para remover um elétron de um átomo gasoso: Na(g) Na + (g) + e -. A segunda energia de ionização, I 2, é a energia necessária para remover um elétron de um íon gasoso: Na + (g) Na 2+ (g) + e -. Quanto maior a energia de ionização, maior é a dificuldade para se remover o elétron.

43 Energia de Ionização Variações nas energias de ionização sucessivas Há um acentuado aumento na energia de ionização quando um elétron mais interno é removido.

44 Energia de Ionização A energia de ionização diminui à medida que descemos em um grupo. Isso significa que o elétron mais externo é mais facilmente removido ao descermos em um grupo. À medida que o átomo aumenta, torna-se mais fácil remover um elétron do orbital mais volumoso.

45 Energia de Ionização Geralmente a energia de ionização aumenta ao longo do período. Ao longo de um período, Zef aumenta. Consequentemente, fica mais difícil remover um elétron. São duas as exceções: a remoção do primeiro elétron p e a remoção do quarto elétron p.

46 Energia de Ionização Os elétrons s são mais eficazes na proteção do que os elétrons p. Consequentemente, a formação de s 2 p 0 se torna mais favorável. Quando um segundo elétron é colocado em um orbital p, aumenta a repulsão elétron-elétron. Quando esse elétron é removido, a configuração s 2 p 3 resultante é mais estável do que a configuração inicial s 2 p 4. Portanto, há uma diminuição na energia de ionização.

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48 Energia de Ionização Configurações eletrônicas de íons Cátions: os elétrons são primeiramente removidos do orbital com o maior número quântico principal, n: Li (1s 2 2s 1 ) Li + (1s 2 ) Fe ([Ar]3d 6 4s 2 ) Fe 3+ ([Ar]3d 5 ) Ânions: os elétrons são adicionados ao orbital com o mais baixo valor de n disponível: F (1s 2 2s 2 2p 5 ) F - (1s 2 2s 2 2p 6 )

49 Energia de Ionização A medida que vamos retirando elétrons de um átomo a retirada do elétron seguinte fica mais difícil, em decorrencia da diminuição sucessiva do tamanho dos íons

50 Energia de Ionização Esquematizando Raio atômico Energia de ionização

51 Afinidade Eletrônica A afinidade eletrônica é o oposto da energia de ionização. A afinidade eletrônica é a alteração de energia quando um átomo gasoso ganha um elétron para formar um íon gasoso: Cl(g) + e - Cl - (g) A afinidade eletrônica pode ser tanto exotérmica (como o exemplo acima) quanto endotérmica: Ar(g) + e - Ar - (g)

52 Afinidade Eletrônica Analise as configurações eletrônicas para determinar se a afinidade eletrônica é positiva ou negativa. O elétron extra no Ar precisa ser adicinado ao orbital 4s, que tem uma energia significativamente maior do que a energia do orbital 3p.

53 Afinidade Eletrônica

54 Metais, não-metais e metalóides

55 Metais, não-metais e metalóides Metais O caráter metálico refere-se às propriedades dos metais (brilhante ou lustroso, maleável e dúctil, os óxidos formam sólidos iônicos básicos e tendem a formar cátions em solução aquosa). O caráter metálico aumenta à medida que descemos em um grupo.

56 Metais, não-metais e metalóides O caráter metálico diminui ao longo do período. Os metais têm energias de ionização baixas. A maioria dos metais neutros sofre oxidação em vez de redução.

57 Metais, não-metais e metalóides Quando os metais são oxidados, eles tendem a formar cátions característicos. Todos metais do grupo 1A formam íons M+. Todos metais do grupo 2A formam íons M2+. A maioria dos metais de transição têm cargas variáveis.

58 Metais Metais, não-metais e metalóides

59 Metais, não-metais e metalóides Metais A maior parte dos óxidos metálicos são básicos: Óxido metálico + água hidróxido metálico Na 2 O(s) + H 2 O(l) 2NaOH(aq) Não-metais Os não-metais apresentam um comportamento mais variado do que os metais. Quando os não-metais reagem com os metais, os nãometais tendem a ganhar elétrons: metal + não-metal sal 2Al(s) + 3Br 2 (l) 2AlBr 3 (s)

60 Eletronegatividade É a tendência que um átomo tem de atrair elétrons para perto de si: Quando um átomo se encontra ligado a outro átomo de um elemento químico diferente em uma substancia composta

61 Eletronegatividade

62 Distribuição Eletrônica Distribuições eletrônicas dos elementos a seguir, com as devidas indicações de que família pertencem, qual deles apresenta maior raio? Justifique.

63 Distribuição Eletrônica Dadas as distribuições eletrônicas a seguir qual deles apresentam o maior raio? Justifique.

64 Distribuição Eletrônica Coloque os elementos abaixo em ordem crescente de raio atômico e indique a qual família e a qual período este átomo pertence.

65 Vamos a ligações químicas...