1.1 Metais e Ligas Metálicas. Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos Elementos

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1 1.1 Metais e Ligas Metálicas Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos Elementos

2 Os elementos metálicos na Tabela Periódica (blocos s, p, d, f) Uma representação é o agrupamento dos elementos em blocos, onde se pretende realçar o tipo de orbitais em preenchimento para estes.

3 Os elementos metálicos na Tabela Periódica (blocos s, p, d, f) Outra representação é a que salienta uma das classificações possíveis para o conjunto de elementos que a compõem: elementos "metálicos",elementos "semimetálicos" (ou metalóides como são conhecidos também), elementos "não metálicos",

4 Os elementos metálicos na Tabela Periódica (blocos s, p, d, f) E como distinguir os metais dos não-metais? Um outro olhar sobre a tabela periódica o tipo de iões mais vulgares que os metais e os não-metais formam. sobressaem os iões positivos na zona dos metais e os iões negativos na zona dos não-metais. Os "elementos metálicos" formam, predominantemente, iões positivos e os "elementos não metálicos" iões negativos.

5 Os elementos metálicos na Tabela Periódica (blocos s, p, d, f) E por que será que ísto acontece? Um outro olhar sobre a tabela periódica A Energia de ionização ( "Energia de ionização (E i ) é a energia mínima necessária para ejectar uma mole de electrões de uma mole de átomos neutros, no estado gasoso e fundamental (T= 0 K), de modo a formar uma mole iões positivos." Para um átomo M, a primeira ionização traduzse por: M(g) M + (g) + e - Ei > 0

6 A Energia de ionização é sempre um processo endotérmico, pelo que a energia de ionização (E i ) é sempre positiva. um átomo tem tantas energias de ionização quantos os electrões que esse átomo comporta e de valores sucessivamente crescentes. Para o mesmo átomo M, a segunda ionização traduzse por: M + (g) M 2+ (g) + e - E 2 > E 1 > 0

7 A Energia de ionização Como será que a energia de ionização varia ao longo da Tabela Periódica?

8 A Energia de ionização Como será que a energia de ionização varia ao longo da Tabela Periódica? Os metais apresentam valores baixos de energia de ionização e os não-metais apresentam valores mais elevados.

9 Afinidade electrónica "Afinidade electrónica (E ea ) é a energia libertada (E inicia l - E final ) quando se adiciona uma mole de electrões a uma mole de átomos neutros no estado gasoso (T= 0 K) e fundamental." A afinidade electrónica é a energia em jogo no processo: M(g) + e - M - (g) Qto mais energia libertada mais estável é o anião em relação ao átomo.

10 Afinidade electrónica A afinidade electrónica aumenta em valor absoluto e ao longo de um período dos metais para os não-metais (com algumas excepções).

11 Diferenças fundamentais entre metais e não-metais Um outro olhar sobre a tabela periódica metais apresentam baixos valores de energia de ionização e de afinidade electrónica; os não-metais apresentam altos valores absolutos para a afinidade electrónica e para a energia de ionização.

12 RESUMINDO APSA 2 Propriedades periódicas dos elementos: E i e E ea

13 Os Metais de Transição: a especificidade das orbitais d O que são elementos semimetálicos da Tabela Periódica? são aqueles que apresentam, simultaneamente, propriedades características dos elementos metálicos e dos elementos não metálicos.

14 Os Metais de Transição: a especificidade das orbitais d E o que é um elemento de transição? Os 38 elementos nos grupos 3 a 12 da Tabela Periódica Como todos os outros metais, os elementos de transição são maleáveis e dúcteis e conduzem a electricidade e o calor. Os seus electrões de valência, ou os electrões que eles utilizam para se combinarem com outros elementos, encontram-se em mais do que um nível de energia. Razão pela qual estes elementos apresentam muitas vezes vários estados de oxidação. o ferro, o cobalto e o níquel, que são os únicos elementos conhecidos que dão origem a campos magnéticos.

15 A - Estrutura electrónica dos elementos de transição Elemento de transição e elemento do bloco d não significam a mesma coisa Então, o que serão elementos do bloco d? Elementos da TP aos quais corresponde o preenchimento das orbitais d Então, o que são elementos de transição? Elementos que formam um ou mais iões estáveis e que tem orbitais d incompletas (ou em preenchimento) NEM TODOS OS ELEMENTOS DO BLOCO D SÃO ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO

16 Relembremos 18Ar - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 mas 19K - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 20Ca - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 Só depois da orbital 4s estar completa é que se começava a preencher as 3d

17 As configurações electrónicas dos elementos do bloco d representados são: Sc - [Ar] 3d 1 4s 2 Mn - [Ar] 3d 5 4s 2 Ni - [Ar] 3d 8 4s 2 Ti - [Ar] 3d 2 4s 2 Fe - [Ar] 3d 6 4s 2 Cu - [Ar] 3d 10 4s 1 V - [Ar] 3d 3 4s 2 Co - [Ar] 3d 7 4s 2 Zn - [Ar] 3d 10 4s 2 Cr - [Ar] 3d 5 4s 1 O padrão de preenchimento não é totalmente cumprido e é quebrado no crómio e no cobre (não existe a configuração [Ar] 3d 4 4s 2 nem a [Ar] 3d 9 4s 2 ).

18 Serão todos estes elementos de transição? Com base na definição, Elementos que formam um ou mais iões estáveis e que tem orbitais d incompletas (ou em preenchimento) Escândio, Sc - [Ar] 3d 1 4s 2 - forma iões Sc 3+ ([Ar]) não tem electrões d - logo não é elemento de transição

19 Serão todos estes elementos de transição? Zinco, Zn - [Ar] 3d 10 4s 2 - forma iões Zn 2+ ([Ar] 3d 10 ) tem as orbitais d totalmente preenchidas - logo não é elemento de transição Cobre, Cu - [Ar] 3d 10 4s 1 - forma iões Cu + ([Ar] 3d 10 ) e Cu 2+ ([Ar] 3d 9 ) - o cobre é efectivamente um elemento de transição porque, pelo menos o ião Cu 2+, tem uma orbital d incompleta.

20 B - Iões dos metais de transição Energias das orbitais em átomos polielectrónicos -Vimos que a orbital 4s é preenchida primeiro que as 3d. -Contudo a orbital 4s comportase como a mais externa, a orbital de energia mais elevada. -A ordem inversa das orbitais 3d e 4s apenas se aplica na "construção" do preenchimento das orbitais do átomo. -Em todas as outras situações('), os electrões das orbitais 4s são tratados como os mais externos e, portanto, os primeiros a serem perdidos. ( ) Não há explicação para esta situação. É uma daquelas evidências que se têm de aceitar. É preciso recordar que logo que se tenha a estrutura electrónica para qualquer um destes átomos, os electrões da orbital 4s passam a ser os electrões mais externos.

21 B - Iões dos metais de transição Exemplos da estrutura electrónica de alguns iões Para o ião Co 2+ : Co - [Ar] 3d 7 4s 2 Co 2+ - [Ar] 3d 7 o ião Co 2+ forma-se pela perda dos dois electrões da orbital 4s. Para o ião V 3+ : V - [Ar] 3d 3 4s 2 V 3+- [Ar] 3d 2 o ião V 3+ forma-se pela perda dos dois electrões da orbital 4s, em primeiro lugar, e depois por um electrão 3d.

22 B - Iões dos metais de transição E quantas orbitais d existem? As orbitais d correspondem a l = 2. (Recordar 10. ano: l = 0, orbital tipo s; l = 1, orbital tipo p; l = 2, orbital tipo d). Quando l = 2 = m, (número quântico magnético) pode tomar valores de: - 2, -1, 0, +1, +2 5 valores de m l 5 orbitais d

23 Para saber mais Um outro olhar sobre a tabela periódica

24 Os Metais de Transição Interna e as orbitais f O que são elementos de transição interna? Elementos de transição interna, os actinídeos e os lantanídeos, fazem parte do bloco f Bloco em que as orbitais f estão em preenchimento Estas orbitais ocorrem pela primeira vez no nível n = 4 e é de esperar que tenham formas ainda mais complexas do que as orbitais d

25 Os Metais de Transição Interna e as orbitais f E quantas orbitais f existem? As orbitais f correspondem a l = 3. Quando l = 3 m l (número quântico magnético) pode tomar valores de: -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3 7 valores de m l 7 orbitais f

26 Para saber mais As 7 orbitais f têm orientações diferentes no espaço e podem apresentar a seguinte representação APSA 3 Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos