Classificação Periódica

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1 Histórico O homem sempre esteve preocupado em organizar tabelas, diagramas e gráficos, pois assim, poderia, rapidamente, obter informações. Na química, esta tendência está presente com a utilização da tabela periódica. Dois cientistas contribuíram muito neste aspecto. Foram eles: Mendeleev (1871) organiza a primeira tabela periódica, onde os elementos estavam organizados em ordem de massa atômica (A) crescente. Moseley (1913) corrige a tabela de Mendeleev, introduzindo a ordem crescente de número atômico (Z) como critério de organização. Esta é a tabela periódica atual. Tabela Periódica Atual Dentre os mais de cem elementos conhecidos, temos os naturais, que constituem a matéria do nosso mundo físico, e os artificiais, que foram obtidos em laboratórios de pesquisa nuclear. Observe a posição dos elementos naturais e artificiais na tabela periódica: Organização da Tabela Periódica Atual Atualmente, os elementos estão dispostos em ordem crescente de número atômico, originando na horizontal os períodos e, na vertical, as famílias ou grupos. Períodos Denomina-se período ou série cada uma das linhas da tabela. O número do período corresponde ao número de camadas ocupadas pelos elétrons, daí termos sete períodos. Observe: 4Be : 1s 2 {{ 2s 2 (2º período) K L 11Na : 1s 2 { 2s 2 2p 6 3s { (3º período) K L Famílias As dezoito colunas da tabela são denominadas famílias ou grupos. Os elementos que pertencem a uma mesma família apresentam propriedades químicas semelhantes, devido ao fato de apresentarem a mesma configuração eletrônica na camada de valência. Os grupos são identificados de duas maneiras. A mais comum é utilizar números seguidos das letras A e B (1A, 2A, etc.). A IUPAC recomenda, atualmente, que se utilize o sistema que simplesmente numera de 1 a 18 as famílias e abandona as letras A e B. Famílias A Os elementos que constituem estas famílias são denominados representativos, e seus elétrons diferenciais 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. Observe: M Família ou grupo Nº de elétrons de valência Configurações de valência Observações: O hidrogênio, apesar de estar localizado na 1A, não é metal alcalino. O hélio (He) é o único gás nobre que não apresenta oito elétrons, pois somente dispõe da primeira camada. FAMÍLIAS B Estes elementos são chamados de elementos de transição. Uma parte ocupa o bloco central da tabela periódica, de 3B até 2B (10 colunas), e apresenta o elétron diferencial ocupando subnível d. Observe a distribuição teórica, que não corresponde a realidade em alguns casos: Se você observar a tabela atentamente, vai notar que existe uma sequência de duas linhas fora e abaixo do corpo da mesma. Esta sequência aloja as séries do lantanídeos e dos actinídeos. Nestas séries o elétron diferencial está contido em subnível f. São chamados de elementos de transição interna. Observe o esquema abaixo, mostrando a divisão por subníveis na tabela: Distribuição dos Elementos Nomes 1A 1 ns 1 Metais alcalinos 2A 2 ns 2 Metais alcalinos terrosos 3A 3 ns 2 np 1 Família do boro 4A 4 ns 2 np 2 Família do carbono 5A 5 ns 2 np 3 Família do nitrogênio 6A 6 ns 2 np 4 Calcogênios 7A 7 ns 2 mp 5 Halogênios 8A ou zero 8 ns 2 np 6 Gases nobres 3B 4B 5B 6B 7B 8B 8B 8B 1B 2B d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 10 A classificação dos elementos segundo a sua natureza é melhor entendida observando a estrutura da tabela: 20

2 H Onde: H Hidrogênio Metais dois terços dos elementos Semi-metais 7 elementos Ametais 11 elementos Gases nobres 6 elementos Metais constituem cerca de 74% dos elementos; são bons condutores de calor e de eletricidade, dúcteis e maleáveis, são sólidos nas condições ambiente, com exceção do mercúrio (Hg), que é líquido. Ametais constituem cerca de 20% dos elementos, porém são os mais dúcteis nem maleáveis. Sólidos: C, P, S, I; líquido: Br; gasosos: N, O, F, Cl. Semi-metais apresentam propriedades intermediárias entre os metais e ametais, são eles: B, Si, Ge, As, Sb, Te e Po. Gases nobres constituem cerca de 6% dos elementos; apresentam alta estabilidade devido à camada de valência com oito elétrons. Propriedades Periódicas As propriedades periódicas são aquelas que, na medida em que o número atômico aumenta, assumem valores semelhantes para intervalos regulares, ou seja, se repetem periodicamente. Exemplo: o número de elétrons na camada de valência. Carga Nuclear Efetiva Para se entender as propriedades periódicas de uma maneira mais eficiente, sem apenas decorar o seu desenvolvimento, é necessário entender o conceito de carga nuclear efetiva. Vamos imaginar um átomo com vários elétrons. Devemos lembrar de dois fatos simples: Núcleo (prótons) atrai os elétrons; Os elétrons se repelem mutuamente. Então podemos imaginar que duas forças atuam no átomo: a atração e a repulsão. Podemos também considerar que a força efetiva com a qual o núcleo atrai um determinado elétron, é diminuída pelos outros elétrons, isto é, quantos mais elétrons existirem entre o núcleo e um determinado elétron, menor será a atração do núcleo sobre o determinado elétron, pois os outros elétron tentam afasta-lo. Podemos definir matematicamente esta relação: Z ef = Z - S onde: Z ef : carga nuclear efetiva Z: número de prótons (número atômico do átomo) S: número de elétrons que estão entre o núcleo e o elétron em questão (níveis internos). Observe que a carga nuclear efetiva sobre elétrons externos de um átomo é sempre menor que a carga nuclear total do átomo, pois os elétrons internos produzem um efeito de blindagem sobre os elétrons externos. Observação: Quanto maior a carga nuclear efetiva em um átomo, maior será a atração do núcleo sobre os seus elétrons externos. Raio Atômico Esta propriedade mede o tamanho do átomo, porém esta medida é relativa, pois a eletrosfera do átomo não tem limites definidos. Devemos levar em conta dois fatores determinantes: Número de níveis (camadas): quanto maior o número de níveis, maior será o tamanho do átomo. Se os átomos apresentam o mesmo número de camadas, devemos observar outro critério. Número de prótons: o átomo que apresenta maior número de prótons exerce uma maior atração sobre os seus elétrons, o que ocasiona uma redução do seu tamanho. Podemos esquematizar a tendência de crescimento do raio atômico da seguinte forma: Numa mesma família: o raio atômico aumenta de cima para baixo na tabela, devido ao aumento do número de níveis ocupados. Num mesmo período: o raio aumenta da direita para a esquerda na tabela, devido à diminuição do número de prótons nesse sentido que diminui a carga nuclear efetiva sobre os elétrons externos. Observe: Energia de Ionização É a energia absorvida pelo átomo para permitir a retirada de um ou mais elétrons, a partir de um átomo isolado no estado gasoso: X 0 (g) + Energia X + (g) + e Podemos perceber que, quanto maior a carga nuclear efetiva sobre os elétrons, maior será a energia necessária para retirada do elétron. Observação: Quanto maior o tamanho do átomo, menor será a energia de ionização. Outro ponto importante é a relação entre as energias de ionização sucessivas de um átomo: X 0 (g) + Energia X + (g) + e 21

3 X + (g) + Energia X 2+ (g) + e X 2+ (g) + Energia X 3+ (g) + e Podemos perceber que a terceira energia de ionização é a maior das três, pois existe um maior desequilíbrio de carga positivas e negativas, aumentando a atração. Observe a relação entre os três valores: E 1 < E 2 < E 3 Volume Atômico É definido como o volume ocupado (em cm³ ou ml) por 1 mol de átomos do elemento no estado sólido. Na tabela: Eletroafinidade É a energia liberada quando um átomo isolado, no estado gasoso, recebe um elétron. 22 X 0 (g) + e X (g) + Energia A eletroafinidade é uma medida experimental muito difícil de ser determinada, verifica-se que, de maneira geral, quanto menor o tamanho do átomo, maior será a sua eletroafinidade. Como a energia é liberada, é uma quantidade exotérmica. Os gases nobres apresentam valores positivos. Densidade É definida como a razão entre a massa do elemento dividida pelo volume ocupado (d = m/v). A densidade dos elementos depende de fatores que serão estudados em outros capítulos. Neste ponto, apenas vamos descrever o comportamento da propriedade na tabela periódica. Observe o esquema: Na tabela, o elemento mais denso é o ósmio (Os, 22,5 g/cm 3 ) Ponto de Fusão (PF) e Ponto de Ebulição (PF) O ponto de fusão marca a passagem do estado sólido para o estado líquido e ponto de ebulição marca a passagem do estado líquido para o estado gasoso. Na tabela periódica estas propriedades apresentam um desenvolvimento semelhante à densidade, pois dependem de fatores ainda não estudados. Especial atenção deve ser dada aos elementos tugstênio (W), que apresenta o maior ponto de fusão entre os metais (aprox C), e carbono (C), com PF acima de 3500 C. Na tabela: 01. (UECE-04) Famílias e blocos indicam a localização e caracterizam os elementos da Tabela Periódica. Das alternativas abaixo, assinale a única verdadeira: a) os lantanídeos e os actinídeos são chamados de elementos de transição interna porque apresentam o subnível f incompleto b todos os elementos representativos têm os subníveis s do último nível incompletos c) todos os gases nobres apresentam o subnível p do último nível completo e) os elétrons de valência de um elemento do bloco d se encontram na penúltima camada 02. A classificação periódica dos elementos coloca na mesma coluna: a) elementos de propriedades químicas e físicas iguais e com fórmulas diferentes. b) elementos de propriedades químicas e físicas diferentes, fórmulas e nomes semelhantes. c) elementos de propriedades químicas semelhantes, propriedades físicas variando gradativamente e compostos com fórmulas e nomes semelhantes. d) compostos de fórmulas e nomes diferentes, propriedades físicas e químicas diferentes. e) apenas elementos com propriedades químicas iguais. 03. Maleabilidade, ductibilidade, brilho e condutividade elétrica são propriedades características dos: a) gases nobres b) halogênios c) semimetais d) ametais e) metais 04. (Imes-SP) Afinidade eletrônica ou eletroafinidade é uma propriedade periódica que tem por finalidade medir a: a) Capacidade que um átomo possui de atrair elétrons para perto

4 de si, em comparação a outro átomo. b) Capacidade que um átomo possui de doar elétrons, em comparação a outro átomo. c) Quantidade de energia necessária para tirar o elétron do átomo, transformando-o em íon positivo. d) Quantidade de energia requerida para tirar o elétron mais fracamente ligado de um íon. e) Quantidade de energia liberada quando um átomo neutro e isolado, no estado gasoso, captura um elétron. 05. (Fatec-SP) Com relação às seguintes propriedades periódicas: I. Em uma mesma família química, quanto menor o número atômico, menor é o potencial de ionização. II. Os átomos da família 6A possuem um raio atômico menor que os átomos da família 1A, pertencentes ao mesmo período. III. Na tabela periódica, quanto maior o caráter metálico do elemento, menor sua afinidade eletrônica. Há correção em: a) I e II. b) II e III. c) I e III. d) III apenas. e) I, II e III. 06. (PUC-RS) Os elementos classificados na tabela periódica que apresentam, de um modo geral, os menores raios atômicos e os maiores valores de energia de ionização são os: a) metais alcalinos, que são elementos representativos do grupo 1. b) lantanídios, metais de transição interna, localizados no 6º período. c) actinídios, metais de transição interna, localizados no 7º período. d) halogênios, que são elementos representativos do grupo 17. e) gases nobres, que são elementos representativos do grupo A equação que está associada a energia de ionização do cloro é: a) Cl 2 (g) 2 Cl (g) b) Cl (g) Cl (g) + 1e c) Cl 2 (g) Cl 2 + (g) + 1e d) Cl (g) Cl+ (g) + 1e e) Cl (g) + 1e Cl (g) 08. (UFPB) Considerando-se as definições abaixo: I. Energia necessária para retirar um elétron de um átomo no estado gasoso formando um íon gasoso. II. Tendência que um átomo possui de atrair para próximo de si o par de elétrons em uma ligação química. III. Energia dissolvida quando um átomo, no estado gasoso, recebe um elétron. Verifica-se que I, II e III são, respectivamente, a) potencial de ionização, afinidade eletrônica e eletronegatividade. b) eletronegatividade, afinidade eletrônica e potencial de ionização. c) potencial de ionização, eletrone-gatividade e afinidade eletrônica. d) afinidade eletrônica, eletronegatividade e potencial de ionização. e) afinidade eletrônica, potencial de ionização e eletronegatividade. 09. (PUC-MG) Os íons X +2 e Y 3 são isoeletrônicos do argônio. Em relação aos átomos eletricamente neutros correspondentes aos íons, é CORRETO afirmar que: a) são do mesmo período. b) X tem maior afinidade eletrônica que Y. c) Y tem menor raio atômico que X. d) X tem caráter metálico menos acentuado que Y. e) Y é um semimetal. 10. Considere as seguintes configurações fundamentais do último nível de energia (nível de valência) dos átomos neutros X e Y: Átomo X:2s 1. Átomo Y: 2s 2 2p 5. Com base nessas configurações, é possível afirmar que: a) O átomo X é maior que Y. b) O átomo X ganha elétrons mais facilmente. c) O átomo Y perde elétrons mais facilmente. d) Ambos são gases nobres. e) X e Y pertencem a períodos diferentes na classificação periódica. 11. (Unisinos-RS) Entre as alternativas abaixo, indique aquela que contém afirmações exclusivamente corretas sobre os elementos cujas configurações eletrônicas são apresentadas a seguir: Elemento Configuração eletrônica A 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 B 1s 2 2s 2 2p 4 C 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 D 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 E 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 a) O elemento C é um gás nobre e o elemento B é um halogênio. b) Os elementos A e C situam-se, respectivamente, no terceiro e quarto períodos da Tabela Periódica. c) O elemento E é um calcogênio e situa-se no quinto período da Tabela Periódica. d) O elemento B é um halogênio do segundo período, enquanto o elemento D situa-se no sexto período da Tabela Periódica. e) O elemento A é um metal alcalino-terroso. 12. (Vunesp-SP) Considerando as propriedades dos elementos químicos e a Tabela Periódica, é incorreto afirmar que: a) Um metal é uma substância dúctil e maleável que conduz corrente elétrica. b) Um não-metal é uma substância que não conduz corrente elétrica, não é dúctil nem maleável. c) Um metalóide (ou semimetal) tem aparência física de um metal, mas tem comportamento químico semelhante ao de um nãometal. d) A maioria dos elementos químicos é constituída de não-metais. e) Os gases nobres são monoatômicos. 13. (UFPel-RS) A Província Mineral de Carajás, situada no estado do Pará, considerada a mais rica reserva de minério de ferro do mundo, apresenta, na sua extensão, bilhões de toneladas de metais, 23

5 tais como: ferro, cobre, manganês, níquel, prata, ouro, alumínio, zinco, estanho, cromo e tungstênio. Considerando os elementos citados e a posição que cada um ocupa na Tabela Periódica, podemos afirmar que: a) O alumínio pertence à classe dos elementos representativos e apresenta configuração final ns 2 np 3. b) O tungstênio é um semimetal, com 4 elétrons na camada de valência. c) A prata e o ouro são metais e pertencem ao mesmo período da Tabela Periódica d) O níquel e o cromo são metais que, no estado fundamental, apresentam seus elétrons distribuídos em três camadas eletrônicas. e) Ferro, cobre e zinco são metais de transição que, no estado fundamental, apresentam seus elétrons distribuídos em quatro camadas eletrônicas. Assinale a opção correspondente ao átomo que apresenta maior energia de ionização: a) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 4p 1 b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 4p 2 c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 d) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s (UFRN) Qual alternativa explica o aumento de Energia de ionização no grupo dos metais alcalinos? a) Aumento do raio atômico. b) Diminuição do raio atômico. c) Aumento do número atômico. d) Aumento do número de camadas. e) Número de elétrons na camada de valência. 14. (PUC) Resolva a questão com base na análise das afirmativas a seguir: I. Em um mesmo período, os elementos apresentam o mesmo número de níveis. II. Os elementos do grupo 2A apresentam, na última camada, a configuração geral ns 2. III. Quando o subnível mais energético é s ou p, o elemento é de transição. IV. Em um mesmo grupo, os elementos apresentam o mesmo número de camadas. Conclui-se que, com relação à estrutura da classificação periódica dos elementos, estão corretas as afirmativas: a) I e II b) I e III c) II e III d) II e IV e) III e IV 15. O comportamento químico semelhante dos elementos de uma dada família da tabela periódica é melhor explicado pelo fato de que os átomos destes elementos têm: a) o mesmo número total de elétrons. b) o mesmo número de elétrons na última camada. c) o mesmo número de prótons. d) a mesma estrutura do núcleo. e) o mesmo número de neutrôns. 16. (UFPB) Na tabela periódica moderna, os elementos químicos estão dispostos em ordem crescente de: a) massa atômicas b) valências c) propriedades físicas d) volumes atômicos e) cargas do núcleo 17. (UFRN) Energia de ionização é a energia mínima necessária para remover e elétron mais fracamente ligado de um átomo gasoso em seu estado fundamental. 24

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