INTRODUÇÃO: BASES DA ORGANIZAÇÃO DOS ELEMENTOS

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1 INTRODUÇÃO: BASES DA ORGANIZAÇÃO DOS ELEMENTOS Se você é um filatelista ou um colecionador de CDs (compact discs), provavelmente utiliza algum critério para organizar os itens de sua coleção. Os selos, por exemplo, podem ser organizados por país de origem, tema ou ano de emissão; os CDs, por tipos de música ou nomes dos cantores, os quais podem ser catalogados em ordem alfabética. Em Química, os critérios utilizados para a organização dos elementos foram estabelecidos ao longo do tempo. A tabela periódica ou classificação periódica dos elementos é um arranjo que permite não só verificar as características dos elementos e suas repetições, mas também fazer previsões. Em 1869, um professor de Química da Universidade de São Petersburgo (Rússia), Dimitri Ivanovich Mendeleev ( ), estava escrevendo um livro sobre os elementos conhecidos na época cerca de 63, cujas propriedades ele havia anotado em fichas separadas. Ao trabalhar com suas fichas, ele percebeu que, organizando os elementos em função da massa de seus átomos (massa atômica), determinadas propriedades se repetiam diversas vezes, isto é, eram propriedades periódicas. Na organização de uma coleção, é necessário estabelecer critérios que facilitem a localização de cada peça. Veja como podemos fazer um arranjo semelhante ao de Mendeleev, usando alguns elementos que ele conhecia (Li, Be, Na, Mg) e outros que só foram descobertos posteriormente (Ne e Ar). Christof Gunkel

2 76 PARTE 1 QUÍMICA GERAL Li Lítio 1817 Alguns elementos e suas características MA: 7 u Ambligonita Bateria para marcapasso Medicamentos (antidepressivos) Ligas extraleves Cerâmica e vidro Metal macio Baixa densidade Muito reativo 1 átomo se combina com 1 átomo de cloro Be Berílio 1798 Ne Neônio 1898 MA: 9 u Berilo Ligas resistentes Molas e transmissores Desacelerador de nêutrons Joalheria: (água-marinha, berilo) MA: 20 u Livre no ar Luminosos Laser Metal mais duro que o Li Baixa densidade Menos reativo que o Li 1 átomo se combina com 2 átomos de cloro Gás incolor Não se combina com outros elementos Na Sódio 1807 Mg Magnésio 1802 Ar Argônio 1894 MA: 23 u Cloreto de sódio Sal de cozinha Iluminação de estradas Soda cáustica, sabão, vidro Bicarbonato (fermento, antiácido, extintor) MA: 24 u Magnesita e dolomita Flash fotográfico Fogos de artifício Ligas leves Leite de magnésia, talco Clorofila MA: 40 u Livre no ar Lâmpadas incandescentes Atmosfera inerte Luminosos (azul celestes) Laser, contador Geiger Metal macio Baixa densidade Muito reativo 1 átomo se combina com 1 átomo de cloro Metal mais duro que o Na Baixa densidade Menos reativo que o Na 1 átomo se combina com 2 átomos de cloro Gás incolor Não se combina com outros elementos MA: Massa atômica Ano da descoberta Livre (nativo) ou matéria-prima da qual é obtido Seu uso ou de seus compostos Algumas características

3 Unidade 4 Tabela periódica Mendeleev organizou os elementos com propriedades semelhantes em colunas verticais, chamadas grupos ou famílias, e em linhas horizontais, chamadas períodos, em ordem crescente de MA (massa atômica), em que as propriedades variam. Em nosso exemplo, teríamos: 77 Períodos Famílias Li Be Ne Na Mg Ar Naquela época, os químicos ainda não sabiam da existência de prótons e elétrons, portanto também não conheciam a distribuição dos elétrons na eletrosfera. Em 1913, o inglês Moseley ( ) verificou que as propriedades de cada elemento eram determinadas pelo número de prótons, ou seja, pelo número atômico (Z). Sabendo-se que em um átomo o número de prótons é igual ao número de elétrons, ao fazermos suas distribuições eletrônicas, verificamos que a semelhança de suas propriedades químicas está relacionada com o número de elétrons de sua camada de valência, ou seja, pertencem à mesma família. 3Li 1s 2 2s 1 11Na 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 4Be 1s 2 2s 2 12Mg 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 10Ne 1s 2 2s 2 2p mesmo número de camadas (níveis) (2): mesmo período 18Ar 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 mesmo número de camadas (níveis) (3): mesmo período Com base nessa constatação, foi proposta a tabela periódica atual, na qual os elementos químicos: estão dispostos em ordem crescente de número atômico (Z); originam os períodos na horizontal (em linhas); originam as famílias ou os grupos na vertical (em colunas). ORGANIZAÇÃO DA TABELA PERIÓDICA FAMÍLIAS OU GRUPOS A tabela periódica atual é constituída por 18 famílias. Existem, atualmente, duas maneiras de identificar as famílias ou grupos. A mais comum é indicar cada família por um algarismo romano, seguido das letras A e B, por exemplo, IA, IIA, VB. Essas letras A e B indicam a posição do elétron mais energético nos subníveis. No final da década de 80, a IUPAC propôs outra maneira: as famílias seriam indicadas por algarismos arábicos de 1 a 18, eliminando-se as letras A e B.

4 78 PARTE 1 QUÍMICA GERAL 1 IA 1 H Hidrogênio 2 IIA 3 Li Lítio 4 Be Berílio 11 Na Sódio 12 Mg Magnésio 19 K Potássio 20 Ca Cálcio 37 Rb Rubídio 38 Sr Estrôncio 55 Cs Césio 56 Ba Bário 87 Fr Frâncio 88 Ra Rádio nº atômico (Z) Símbolo Nome do elemento IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB 21 Sc Escândio 22 Ti Titânio 23 V Vanádio 24 Cr Crômio 25 Mn Manganês 26 Fe Ferro 27 Co Cobalto 28 Ni Níquel 29 Cu Cobre 30 Zn Zinco 39 Y Ítrio 40 Zr Zircônio 41 Nb Nióbio 42 Mo Molibdênio 43 Tc Tecnécio 44 Ru Rutênio 45 Rh Ródio 46 Pd Paládio 47 Ag Prata 48 Cd Cádmio 57 La Lantânio 72 Hf Háfnio 73 Ta Tantálio 74 W Tungstênio 75 Re Rênio 76 Os Ósmio 77 Ir Irídio 78 Pt Platina 79 Au Ouro 80 Hg Mercúrio 89 Ac Actínio 104 Rf Rutherfórdio 105 Db Dúbnio 106 Sg Seabórgio 107 Bh Bóhrio 108 Hs Hássio 109 Mt Meitnério 110 Uun Ununílio 111 Uuu Ununúnio 112 Uub Unúnbio Série dos lantanídeos 58 Ce Cério 59 Pr Praseodímio 60 Nd Neodímio 61 Pm Promécio 62 Sm Samário 63 Eu Európio 64 Gd Gadolínio 65 Tb Térbio Série dos actinídeos 90 Th Tório 91 Pa Protactínio 92 U Urânio 93 Np Netúnio 94 Pu Plutônio 95 Am Amerício 96 Cm Cúrio 97 Bk Berquélio * Elementos ainda não descobertos IIIA IVA VA VIA VIIA 5 6 B C Boro Carbono 7 N Nitrogênio 8 O Oxigênio 9 F Flúor 13 Al Alumínio 14 Si Silício 15 P Fósforo 16 S Enxofre 17 Cl Cloro 31 Ga Gálio 32 Ge Germânio 33 As Arsênio 34 Se Selênio 35 Br Bromo 49 In Índio 50 Sn Estanho 51 Sb Antimônio 52 Te Telúrio 53 I Iodo 81 Tl Tálio 82 Pb Chumbo 83 Bi Bismuto 84 Po Polônio 85 At Astato 113* Uut Ununtrio 114 Uuq Ununquádio 115* Uup Ununpentio 116 Uuh Ununhexio 117* Uus Ununséptio 66 Dy Disprósio 67 Ho Hólmio 68 Er Érbio 69 Tm Túlio 70 Yb Itérbio 98 Cf Califórnio 99 Es Einstênio 100 Fm Férmio 101 Md Mendelévio 102 No Nobélio He Hélio 10 Ne Neônio 18 Ar Argônio 36 Kr Criptônio 54 Xe Xenônio 86 Rn Radônio 118 Uuo Ununóctio 71 Lu Lutécio 103 Lr Lawrêncio Período

5 Unidade 4 Tabela periódica Famílias A ou zero Os elementos que constituem essas 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. 79 Família ou grupo Nº de elétrons na camada de valência Distribuição eletrônica da camada de valência Nome (1) IA 1 ns 1 metais alcalinos (2) IIA 2 ns 2 metais alcalino-terrosos (13) IIIA 3 ns 2 np 1 família do boro (14) IVA 4 ns 2 np 2 família do carbono (15) VA 5 ns 2 np 3 família do nitrogênio (16) VIA 6 ns 2 np 4 calcogênios (17) VIIA 7 ns 2 np 5 halogênios (18) VIIIA ou 0 8 ns 2 np 6 gases nobres Observação: Nessa configuração, n é igual ao número do nível de valência. Observações: 1. A família 0 recebeu esse número para indicar que sua reatividade nas condições ambientes é nula. 2. O elemento hidrogênio (H), embora não faça parte da família dos metais alcalinos, está representado na coluna IA por apresentar 1 elétron no subnível s na camada de valência. 3. O único gás nobre que não apresenta 8 elétrons na camada de valência é o He: 1s 2. 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 d 1 IVB d 2 VB d 3 VIB d 4 VIIB VIIIB IB d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 IIB d 10 A outra parte deles está deslocada do corpo central, constituindo as séries dos lantanídeos e dos actinídeos. Essas séries apresentam 14 colunas. O elétron mais energético está contido em subnível f (f 1 a f 14 ).

6 80 PARTE 1 QUÍMICA GERAL O esquema a seguir mostra o subnível ocupado pelo elétron mais energético dos elementos da tabela periódica. s d f p As cores dos vitrais das igrejas são obtidas misturando-se ao vidro alguns elementos de transição: Cromo (Cr 3+ ) verde Manganês (Mn 3+ ) púrpura Ferro (Fe 2+ ) verde-água Cobalto (Co 2+ ) azul Níquel (Ni 2+ ) marrom e verde Ric Ergenbright/CORBIS PERÍODOS Na tabela atual existem sete períodos, e o número do período corresponde à quantidade de níveis (camadas) eletrônicos que os elementos químicos apresentam. Veja alguns exemplos: 4Be 1s 2 2s 2 K L 2 camadas eletrônicas (K e L): 2º período 13Al 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 K L M 3 camadas eletrônicas (K, L e M): 3º período LOCALIZAÇÃO NA TABELA PERIÓDICA A distribuição eletrônica do átomo de um dado elemento químico permite que determinemos sua localização na tabela. Vejamos um exemplo de como se pode localizar o elemento químico a partir da distribuição eletrônica: 35Br 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 10 4 p 5 camadas (níveis): K = 2 L = 8 M = 18 N = 7 Características da distribuição eletrônica 4 camadas (K, L, M, N) 7 elétrons na camada de valência (4s 2 4p 5 ) elétron de maior energia situado no subnível p (4p 5 ) Localização e classificação 4º período família VIIA (halogênios) bloco p (elemento representativo)

7 Unidade 4 Tabela periódica CLASSIFICAÇÃO DOS ELEMENTOS Outra maneira de classificar os elementos é agrupá-los, segundo suas propriedades físicas e químicas, em: metais, ametais, semimetais, gases nobres e hidrogênio. 81 H H : hidrogênio Metais : dois terços dos elementos Ametais : 11 elementos Semimetais : 7 elementos Observação: Gases nobres : 7 elementos : 3 elementos ainda não descobertos A linha vermelha, de acordo com sugestão da Sociedade Brasileira de Química, separa os metais dos ametais. Os elementos próximos à linha são conhecidos por semi-metais. NASA/SPL CEDOC Metais apresentam brilho metálico conduzem corrente elétrica e calor são maleáveis são usados em moedas e jóias Prata. Silício. Semimetais apresentam brilho metálico têm pequena condutibilidade elétrica fragmentam-se O hidrogênio É um elemento atípico, pois possui a propriedade de se combinar com metais, ametais e semimetais. Nas condições ambientes, é um gás extremamente inflamável. Gases nobres Como o próprio nome sugere, nas condições ambientes apresentam-se no estado gasoso e sua principal característica química é a grande estabilidade, ou seja, possuem pequena capacidade de se combinar com outros elementos. Ametais não apresentam brilho não são condutores fragmentam-se são utilizados na produção de pólvora e na fabricação de pneus Enxofre. O hidrogênio liquefeito é utilizado como combustível de foguetes. CEDOC O argônio é um gás nobre e está presente nas lâmpadas de filamento. CEDOC Sérgio Luiz Pereira

8 82 OCORRÊNCIA DOS ELEMENTOS PARTE 1 QUÍMICA GERAL Oficialmente, são conhecidos hoje 115 elementos químicos, dos quais 88 são naturais (encontrados na natureza) e 27 artificiais (produzidos em laboratório); estes últimos podem ser classificados em: cisurânicos apresentam número atômico inferior a 92, do elemento urânio, e são os seguintes: tecnécio (Tc), astato (At), frâncio (Fr), promécio (Pm); transurânicos apresentam número atômico superior a 92 e são atualmente em número de 23. Os elementos que constituem uma certa família da tabela periódica têm números atômicos iguais a 7, 15, X, Y e 83. Determine os valores de X e Y. SOLUÇÃO Então: e EXERCÍCIO RESOLVIDO (Z = 7) 1s 2 2s 2 2p 3 = 2 camadas (Z = 15) 13 1s s 2 2p s 2 3p 3 = 3 camadas X: deve apresentar 4 camadas e 5 elétrons na última camada X: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 e = 33 p = 33 Z = 33 Y: deve apresentar 5 camadas e 5 elétrons na camada de valência Y: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 3 e = 51 p = 51 Z = 51 Exercícios de classe A representação a seguir corresponde à parte superior da tabela periódica, na qual as letras não correspondem aos verdadeiros símbolos dos elementos A S K M O Q B D J N R E F H L P T C G I U Com base na tabela, responda às questões de 1 a 8: 1. Indique o calcogênio de maior número atômico. 2. Identifique o metal alcalino de menor número atômico. 3. Qual elemento apresenta a configuração 2s 2 2p 3 na camada de valência? 4. Escreva a configuração eletrônica, em subníveis, da camada de valência do elemento E. 5. Qual elemento apresenta propriedades químicas semelhantes ao elemento P? 6. Indique o elemento de transição de menor número atômico. 7. Identifique o estado físico dos elementos D e T a 25 ºC e a 1 atm. 8. Quais são os números atômicos dos elementos R e C? 9. (UFPA) O termo halogênio significa formador de sal. A configuração eletrônica da camada de valência desses elementos pode ser representada por ns x np y. Os valores corretos de x e y são: a) 2 e 5. c) 2 e 4. e) 2 e 7. b) 2 e 6. d) 1 e 7.

9 Unidade 4 Tabela periódica 10. (UFES) Na tabela a seguir são dadas informações sobre os núcleos de 4 átomos neutros. átomo A B C D número de massa (A) 19 número de nêutrons (N) Associe os pares de átomos que possuem propriedades químicas semelhantes. Justifique. 11. Determine o Z e o A do gás nobre pertencente ao 4º período da tabela periódica, sabendo que o mesmo apresenta 47 nêutrons. 12. (PUC) Resolva a questão com base na análise das alternativas 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 tipo 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. c) II e III. e) III e IV. b) I e III. d) II e IV. 13. (Fuvest-SP) Os elementos I, II e III têm as seguintes configurações eletrônicas em suas camadas de valência: I 3s 2 3p 3 II 4s 2 4p 5 III 3s 2 Com base nestas informações, indique a afirmação errada. a) O elemento I é um não-metal. b) O elemento II é um halogênio. c) O elemento III é um metal alcalino-terroso. d) Os elementos I e III pertencem ao terceiro período da tabela periódica. e) Os três elementos pertencem ao mesmo grupo da tabela periódica. 83 Exercícios propostos Numa nave espacial alienígena foi encontrada a seguinte mensagem: Em nosso planeta, um químico rapidamente reconheceu a mensagem como uma parte da tabela periódica que mostrava os elementos importantes para qualquer forma de vida do planeta de origem desta nave. Com base nessa tabela, resolva as questões de 1 a Qual o elemento de maior número atômico? 2. Quais são os elementos que pertencem à família dos alcalino-terrosos? 3. Quais são os calcogênios? 4. Faça a distribuição eletrônica da camada de valência dos elementos,,. 5. (UECE) Dados os elementos químicos: G: 1s 2 J: 1s 2 2s 1 L: 1s 2 2s 2 M:1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 Apresentam propriedades químicas semelhantes: a) G e L, pois são gases nobres. b) G e M, pois têm dois elétrons no subnível mais energético. c) J e G, pois são metais alcalinos. d) L e M, pois são metais alcalino-terrosos. 6. (UFF-RJ) Conhece-se, atualmente, mais de cem elementos químicos que são, em sua maioria, elementos naturais e, alguns poucos, sintetizados pelo homem. Esses elementos estão reunidos na tabela periódica segundo suas características e propriedades químicas. Em particular, os halogênios apresentam: a) o elétron diferenciador no antepenúltimo nível. b) subnível f incompleto. c) o elétron diferenciador no penúltimo nível. d) subnível p incompleto. e) subnível d incompleto.

10 84 PARTE 1 QUÍMICA GERAL 7. (Centec-BA) Esta questão deve ser respondida de acordo com o seguinte código: a) Apenas a afirmativa I é correta. b) Apenas a afirmativa II é correta. c) Apenas as afirmativas I e III são corretas. d) Apenas as afirmativas II e III são corretas. e) As afirmativas I, II e III são corretas. I Um elemento representativo possui o subnível d ou f completo. II Elementos de transição possuem somente o subnível d semipreenchido. III Os elementos da família VIIA são representativos. 8. (UCDB-MT) Os elementos x A, x+1 B e x+2 C pertencem a um mesmo período da tabela periódica. Se B é um halogênio, pode-se afirmar que: a) A tem 5 elétrons no último nível e B tem 6 elétrons no último nível; b) A tem 6 elétrons no último nível e C tem 2 elétrons no último nível; c) A é um calcogênio e C é um gás nobre; d) A é um metal alcalino e C é um gás nobre; e) A é um metal e C é um não-metal. 9. (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 IIA apresentam, na última camada, a configuração geral ns 2. III Quando o subnível mais energético é tipo 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. c) II e III. e) III e IV. b) I e III. d) II e IV. 10. (EEM-SP) Um certo átomo do elemento E, genérico, apresenta o elétron mais energético no subnível 4p 6. Pede-se: a) qual o período e família do sistema periódico a que pertence o elemento E? b) qual o número atômico dos elementos que antecedem e sucedem o elemento E na mesma família do sistema periódico? 11. (UEL-PR) Considere as afirmações a seguir: I O elemento químico de número atômico 30 tem 3 elétrons de valência. II Na configuração eletrônica do elemento químico com número atômico 26, há 6 elétrons no subnível 3d. III 3s 2 3p 3 corresponde à configuração eletrônica dos elétrons de valência do elemento químico de número atômico 35. IV Na configuração eletrônica do elemento químico de número atômico 21, há 4 níveis energéticos. Estão corretas, somente: a) I e II. c) II e III. e) III e IV. b) I e III. d) II e IV. Atualmente, o elemento titânio é muito utilizado em Medicina como componente de várias próteses. Considere o íon de titânio 48 Ti 4+ com 18 elétrons e responda às questões de 12 a Determine o número atômico do titânio. 13. Dê a localização deste elemento na tabela periódica. 14. O elemento titânio pode ser classificado como metal, ametal ou gás nobre? PROPRIEDADES PERIÓDICAS E APERIÓDICAS A tabela periódica pode ser utilizada para relacionar as propriedades dos elementos com suas estruturas atômicas. Essas propriedades podem ser de dois tipos: periódicas e aperiódicas. PROPRIEDADES PERIÓDICAS As propriedades periódicas são aquelas que, à medida que o número atômico aumenta, assumem valores crescentes ou decrescentes em cada período, ou seja, repetem-se periodicamente. Exemplo: o número de elétrons na camada de valência.

11 Unidade 4 Tabela periódica Raio atômico: o tamanho do átomo 85 O tamanho do átomo é uma característica difícil de ser determinada, pois a eletrosfera de um átomo não tem fronteira definida. De maneira geral, para comparar o tamanho dos átomos, devemos levar em conta dois fatores: Número de níveis (camadas): quanto maior o número de níveis, maior será o tamanho do átomo. Caso os átomos comparados apresentem o mesmo número de níveis (camadas), devemos usar outro critério. Número de prótons: o átomo que apresenta maior número de prótons exerce uma maior atração sobre seus elétrons, o que ocasiona uma redução no seu tamanho. Generalizando: numa mesma família: o raio atômico (tamanho do átomo) aumenta de cima para baixo na tabela, devido ao aumento do número de níveis; num mesmo período: o tamanho do átomo aumenta da direita para a esquerda na tabela, devido à diminuição do número de prótons nesse sentido, o que diminui a força de atração sobre os elétrons. raio atômico Variação do raio atômico na tabela periódica. Energia de ionização Energia de ionização (E.I.): é a energia necessária para remover um ou mais elétrons de um átomo isolado no estado gasoso. X 0 (g) + energia X + (g) + e Quanto maior o raio atômico, menor será a atração exercida pelo núcleo sobre o elétron mais afastado; portanto, menor será a energia necessária para remover esse elétron. Generalizando: Quanto maior o tamanho do átomo, menor será a primeira energia de ionização. numa mesma família: a energia de ionização aumenta de baixo para cima; num mesmo período: a E.I. aumenta da esquerda para a direita. energia de ionização Variação da energia de ionização. 1ª- E.I.

12 86 PARTE 1 QUÍMICA GERAL Ao retirarmos o primeiro elétron de um átomo, ocorre uma diminuição do raio. Por esse motivo, a energia necessária para retirar o segundo elétron é maior. Assim, para um mesmo átomo, temos: 1ª E.I. < 2ª E.I. < 3ª E.I. Esse fato fica evidenciado pela analogia a seguir, referente ao átomo de magnésio (Z = 12): 1s 2 2s 2 2p 6 3s p + 12p + Mg Mg + Mg (g) kj Mg + (g) + e Mg + (g) kj Mg 2+ (g) + e Afinidade eletrônica ou eletroafinidade Eletroafinidade: é a energia liberada quando um átomo isolado, no estado gasoso, captura um elétron. X(g) 0 + e X (g) + energia A medida experimental da afinidade eletrônica é muito difícil e, por isso, seus valores foram determinados para poucos elementos. Veja no quadro ao lado alguns valores conhecidos de eletroafinidade. Generalizando: IA Li... VIIA F 60 kj 328 kj K... Br 48 kj 325 kj Numa família ou num período, quanto menor o raio, maior a afinidade eletrônica. afinidade eletrônica Variação da afinidade eletrônica na tabela periódica: aumenta de baixo para cima e da esquerda para a direita.

13 Unidade 4 Tabela periódica Eletronegatividade 87 Eletronegatividade: a força de atração exercida sobre os elétrons de uma ligação. A eletronegatividade dos elementos não é uma grandeza absoluta, mas, sim, relativa. Ao estudá-la, na verdade estamos comparando a força de atração exercida pelos átomos sobre os elétrons de uma ligação. Essa força de atração tem relação com o raio atômico: quanto menor o tamanho do átomo, maior será a força de atração, pois a distância núcleo-elétron da ligação é menor. A eletronegatividade não é definida para os gases nobres. As variações de eletronegatividade podem ser representadas pela ilustração a seguir: eletronegatividade Na tabela periódica, a eletronegatividade cresce de baixo para cima e da esquerda para a direita. A eletronegatividade relaciona-se com o raio atômico: de maneira geral, quanto menor o tamanho de um átomo, maior será a força de atração sobre os elétrons. Densidade Experimentalmente, verifica-se que: a) Entre os elementos das famílias IA e VIIA, a densidade aumenta, de maneira geral, de acordo com o aumento das massas atômicas, ou seja, de cima para baixo. b) Num mesmo período, de maneira geral, a densidade aumenta das extremidades para o centro da tabela. Assim, os elementos de maior densidade estão situados na parte central e inferior da tabela periódica, sendo o ósmio (Os) o elemento mais denso (22,5 g/cm 3 ). Temperatura de fusão (TF) e temperatura de ebulição (TE) Experimentalmente, verifica-se que: a) Nas famílias IA e IIA, os elementos de maiores TF e TE estão situados na parte superior da tabela. Na maioria das famílias, os elementos com maiores TF e TE estão situados geralmente na parte inferior. b) Num mesmo período, de maneira geral a TF e a TE crescem das extremidades para o centro da tabela. Assim, a variação das TF e TE na tabela periódica pode ser representada como no esquema ao lado. C Entre os metais, o tungstênio (W) é o que apresenta W TF e TE Variação de TF e TE. maior TF: ºC. O carbono, por formar estruturas com grande número de átomos, apresenta TF (3550 ºC) e TE (4 287 ºC) elevados. densidade Os Variação da densidade.

14 88 Volume atômico Quando usamos a expressão volume atômico, não estamos nos referindo ao volume de um átomo. Na verdade, usamos essa expressão para designar para qualquer elemento o volume ocupado por uma quantidade fixa de número de átomos. O volume atômico sempre se refere ao volume ocupado por 6, átomos, e pode ser calculado relacionando-se a massa desse número de átomos com a sua densidade. Assim, temos: volume atômico = Por meio de medidas experimentais, verifica-se que: numa mesma família, o volume atômico aumenta com o aumento do raio atômico; num mesmo período, o volume atômico cresce do centro para as extremidades. De maneira geral, a variação do volume atômico pode ser representada pelo seguinte esquema: massa de 6, átomos do elemento densidade do elemento no estado sólido PARTE 1 QUÍMICA GERAL PROPRIEDADES APERIÓDICAS As propriedades aperiódicas são aquelas cujos valores variam (crescem ou decrescem) à medida que o número atômico aumenta e que não se repetem em períodos determinados ou regulares. Exemplos: a massa atômica de um elemento sempre aumenta de acordo com o número atômico desse elemento, o calor específico, a dureza, o índice de refração etc. As espécies químicas: O Al Ne 12Mg e constituem uma série isoeletrônica, isto é, apresentam o mesmo número de elétrons. Disponha-as em ordem crescente de raio. SOLUÇÃO nº de p nº de n nº de e volume atômico 16 8 O Mg Como as espécies apresentam o mesmo número de elétrons, apresentam o mesmo número de níveis ou camadas. Assim, o critério a ser utilizado para comparar seus raios será o número de prótons. Quanto maior o número de prótons, menor o raio. Portanto: Al 3 < Mg 2+ < Ne < O 2 EXERCÍCIO RESOLVIDO Al Variação do volume atômico na tabela periódica. massa atômica Ne nº atômico (Z)

15 Unidade 4 Tabela periódica Exercícios de classe Para responder às questões 1 e 2, considere as seguintes informações: a) para elementos de uma mesma família: quanto maior o número de níveis, maior o raio; b) genericamente, para elementos de um mesmo período: quanto maior o número de prótons, menor será o raio. 1. Quais os elementos de maior raio: 3 Li ou 19 K? 11Na ou 17 Cl? 2. Qual elemento tem menor raio: 19 K ou 20 Ca? 3. (UFF-RJ) Dois ou mais íons ou, então, um átomo e um íon que apresentam o mesmo número de elétrons denominam-se espécies isoeletrônicas. Comparando-se as espécies isoeletrônicas F, Na +, Mg 2+ e Al 3+, conclui-se que: a) a espécie Mg 2+ apresenta o menor raio iônico. b) a espécie Na + apresenta o menor raio iônico. c) a espécie F apresenta o maior raio iônico. d) a espécie Al 3+ apresenta o maior raio iônico. e) a espécie Na + apresenta o maior raio iônico. Para responder às questões de 4 a 6, considere as seguintes informações: a) genericamente, quanto menor o raio atômico, maior será a sua energia de ionização; b) x (g) + energia x + (g) + e : esta é a representação da equação que envolve a 1ª energia de ionização; c) enxofre (Z = 16): 1ª E.I. = kj cloro (Z = 17): 1ª E.I. = kj selênio (Z = 34): 1ª E.I. = 941 kj 4. Escreva as equações que representam a 1ª ionização dos elementos. 5. Explique por que a 1ª energia de ionização do cloro é maior que a do enxofre. 6. Explique por que a 1ª energia de ionização do enxofre é maior que a do selênio. 7. No processo de ionização do magnésio ( 12 Mg) E.I. 1 Mg (g) Mg + E.I. 2 (g) Mg 2+ E.I. 3 (g) Mg 3+ (g) foram obtidos, experimentalmente, os seguintes valores: 7732 kj; 738 kj; 1451 kj. A partir desses dados, associe corretamente os valores das energias de ionização. Justifique. 8. A equação química que poderá ser associada à afinidade eletrônica do flúor será: a) F 2(g) + 2 e 2 F (g) b) F 2(l) 2 F + (g) + 2 e c) F (g) F + (g) + e d) F (g) + e F (g) e) F (s) + e F (s) O gráfico a seguir mostra os valores de eletronegatividade, determinados por Pauling, em função do número atômico. Observe o gráfico e responda às questões de 9 a 14 considerando somente os elementos nele representados Eletronegatividade H Li F Na Cl 9. Identifique o elemento mais eletronegativo e o menos eletronegativo. 10. Qual dos metais alcalinos é o mais eletronegativo? 11. Qual dos halogênios é o menos eletronegativo? 12. Faça uma representação genérica da eletronegatividade na tabela periódica. 13. Observe os gráficos a seguir: a) 3 b) 3 densidade (g/cm 3 ) Como deve variar, genericamente, a densidade em uma família e nos períodos da tabela periódica? 14. O tungstênio (W) é utilizado na fabricação de filamentos de lâmpadas incandescentes. Entre os metais, é o que apresenta maior temperatura de fusão e ebulição: 3410 ºC e 5657 ºC, respectivamente. Sabendo que seu número atômico é 74, localize este elemento na tabela periódica e represente, esquematicamente, a variação genérica das TF e TE. K Rb Br Nº atômico (Z) Li Na K Rb Cs densidade (g/cm 3 ) Li Be B C N O F Ne 89

16 90 Exercícios propostos O texto a seguir deve ser utilizado para responder às questões 1 e 2. A atração real exercida pelos prótons sobre os elétrons do nível de valência é denominada carga nuclear efetiva (Zef) e corresponde à carga nuclear (nº de prótons) menos a blindagem exercida pelos elétrons intermediários. Vejamos alguns exemplos: 11 X = 11p K L M blindagem carga nuclear blindagem Zef = +1 A atração real sobre os elétrons de valência corresponde à carga de 1 próton (+1). 17 Y=17p K L M blindagem carga nuclear blindagem Zef = +7 A atração real sobre os elétrons de valência corresponde à carga de 7 prótons (+7). Assim, podemos perceber que, como a carga efetiva do cloro (Zef = +7) é maior que a do sódio (Zef = +1), a atração sobre os elétrons de valência do cloro é maior e, portanto, o seu raio é menor. Maior Zef maior atração menor raio maior a 1ª energia de ionização 1. Compare os raios atômicos dos elementos 12Mg e 16 S; 19 K e 9 F. 2. Compare a 1ª energia de ionização do 3 Li e do 8O. 3. (Cesgranrio-RJ) Considerando um grupo ou família na tabela periódica, podemos afirmar em relação ao raio atômico: ) Zef igual raios iguais ) PARTE 1 QUÍMICA GERAL a) Aumenta com o aumento do número atômico, devido ao aumento do número de camadas. b) Aumenta à medida que aumenta o número de elétrons do nível L. c) Não sofre influência da variação do número atômico. d) Diminui à medida que aumenta o número atômico, devido ao aumento da força de atração do núcleo. e) Diminui com o aumento do número atômico, devido ao aumento do número de elétrons. Baseado na tabela abaixo, leia as questões de 4 a 11 e indique: H Li Be B C N O F Ne Na Mg P S Cl Ar K Ca Rb Sr Te I Cs Ba Fr Ra 4. o halogênio de menor raio; 5. o calcogênio de maior raio; 6. o alcalino-terroso de maior raio; 7. o elemento de maior raio; 8. o elemento de menor raio; As Se Br Po At 9. o elemento de maior energia de ionização; 10. o elemento de menor energia de ionização; 11. dos elementos do 2º período, o que apresenta maior raio. 12. A tabela a seguir mostra os raios atômicos de três espécies químicas: Espécie A B C Raio 0,070 nm 0,095 nm 0,140 nm Associe as espécies A, B e C com 16 S 2, 10Ne, 11 Na +. Justifique sua resposta. 13. (UFRJ) Desde o primeiro trabalho de Mendeleev, publicado em 1869, foram propostas mais de quinhentas formas para apresentar uma classificação periódica dos elementos químicos. A figura a seguir apresenta um trecho de uma destas propostas, na qual a disposição dos elementos é baseada na ordem de preenchimento dos orbitais atômicos. Na figura, alguns elementos foram propositadamente omitidos. He

17 Unidade 4 Tabela periódica Linhas a) Identifique os elementos químicos da quarta linha da figura apresentada. b) Identifique o elemento químico de maior potencial de ionização dentre todos os da terceira linha da figura apresentada. 14. (EFOA-MG) Energia de ionização é a energia necessária para se retirar um elétron de um átomo neutro no estado gasoso. Complete a tabela abaixo com os elementos Ca,I e K,ordenando-os de acordo com os valores de energia apresentados (consulte a tabela periódica): Elemento??? 15. (Fuvest-SP) O gráfico mostra a variação do potencial de ionização para elementos com número atômico (Z) de 1 a a) Dê o nome dos três elementos que têm maior dificuldade de formar cátions, no estado gasoso. b) Explique por que, no intervalo de Z = 3 a Z = 10, o potencial de ionização tende a crescer com o aumento do número atômico. 16. (PUC-SP) O elemento de maior eletronegatividade é o que apresenta a seguinte configuração eletrônica: a) 1s 2 2s 1 b) 1s 2 2s 2 2p 1 c) 1s 2 2s 2 2p 2 d) 1s 2 2s 2 2p 5 e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s (Acafe-SC) Em relação à eletronegatividade, a alternativa verdadeira é: H Li He Be B C?? F??? 1ª energia de ionização (kj mol 1 ) P.I. (e. V.) He H Li Ne Na Ar Nº atômico (Z) K a) Os metais, em geral, são os elementos mais eletronegativos. b) Os elementos que apresentam os maiores valores de eletronegatividade são os metais alcalinos. c) Os elementos mais eletronegativos estão na parte superior direita da tabela periódica. d) Os gases nobres são estáveis devido à sua alta eletronegatividade. e) Os elementos de transição são os elementos com os mais altos valores de eletronegatividade. 18. (UFJF-MG) Na mesma família da tabela periódica dos elementos químicos, em geral: a) a eletronegatividade cresce de cima para baixo; b) a energia de ionização diminui de cima para baixo; c) o tamanho dos átomos diminui de cima para baixo; d) a afinidade eletrônica cresce de cima para baixo. 19. (UFV-MG) Em relação à família dos metais alcalinos, indique a alternativa correta: a) Esses elementos apresentam propriedades químicas semelhantes, principalmente por apresentarem um elétron de valência. b) Essa família é chamada de metais alcalinos pela facilidade em ceder prótons. c) O raio atômico do sódio é maior que o do potássio. d) O potencial de ionização do sódio é maior que o do lítio. e) A densidade do lítio é igual à do rubídio. 20. (Unifor-CE) Dentre os elementos a seguir, o que deve apresentar menor temperatura de ebulição sob pressão ambiente é o: a) sódio. c) oxigênio. e) iodo. b) ferro. d) bromo. 21. (UFSM-RS) Considerando as propriedades periódicas, indique a alternativa correta: a) Para elementos de um mesmo período, a primeira energia de ionização é sempre maior que a segunda. b) Com o aumento do número de camadas, o raio atômico, em um mesmo grupo, diminui. c) Para íons de elementos representativos, o número do grupo coincide com o número de elétrons que o átomo possui no último nível. d) Os elementos com caráter metálico acentuado possuem grande afinidade eletrônica. e) Para elementos de um mesmo grupo, o volume atômico aumenta com o aumento do número atômico. 91

18 92 PARTE 1 QUÍMICA GERAL E X E R C Í C I O S G L O B A L I Z A N T E S Leia o texto a seguir e, depois, resolva as questões: Os elementos e a manutenção da vida Para facilitar o estudo da constituição da Terra, os geólogos costumam dividi-la em três camadas: núcleo, manto e crosta terrestre. O núcleo é a camada mais profunda, e acreditase ser formada por níquel e ferro (NiFe), provavelmente fundidos. O manto localiza-se entre o núcleo e a crosta. Supõe-se que seja formado por oxigênio, silício e alumínio (OSiAl). A crosta terrestre é a camada mais externa, cuja profundidade é estimada em 40 km. Os 12 elementos que constituem 99,7% da crosta terrestre são (em ordem decrescente de abundância): O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, H, P e Mn. crosta manto núcleo 2900 km 3480 km 6380 km A exemplo da Terra, o nosso corpo também é constituído por muitos elementos, os quais podem ser encontrados em quantidades muito grandes ou extremamente pequenas, chamadas traços. Independentemente da quantidade, todos esses elementos são fundamentais à manutenção da vida. Os oito elementos mais abundantes em nosso corpo são (em ordem decrescente de abundância): O, C, H, N, Ca, P, K e S. Outros elementos, denominados microelementos, são encontrados em nosso corpo em quantidades muito pequenas, o que não os torna menos importantes, pois sua ausência ou deficiência pode provocar sérias alterações nos processos biológicos. Observe, na tabela a seguir, alguns desses microelementos e a sua importância para o nosso corpo: Elemento Ferro (Fe) Cobre (Cu) Zinco (Zn) Necessidade diária Homem: 10 mg Mulher: 18 mg 2 a 5 mg 15 mg Iodo (I) 150 µg Função biológica Formação de hemoglobina e enzimas. Formação de enzimas, células vermelhas e colágeno. Metabolismo de aminoácidos; formação de enzimas e colágeno. Funcionamento da tireóide. Sintomas de carência Anemia. Desmineralização óssea. Retarda o crescimento e a formação de ossos. Hipotiroidismo, gota, cretinismo. Alimentos em que é encontrado Carne, fígado, espinafre, feijão. Ovos, frango, verduras, trigo. Trigo, marisco, leite, peixe, ovos, grãos. Sal iodado, marisco, ostra, peixe, camarão. Obs.: 1 mg = 10 3 g; 1 µg = 10 6 g.

19 Unidade 4 Tabela periódica 1. Dados os números atômicos: H = 1, C = 6, N = 7, O = 8, Fe = 26, Ni = 28, Al = 13, Si = 14, S = 16, K = 19 a) faça a distribuição eletrônica em subníveis dos elementos que compõem o núcleo e o manto da Terra; b) em função da distribuição eletrônica dos elementos do item a, classifique-os em representativos ou de transição; c) indique a localização, na tabela periódica, do elemento mais abundante na crosta terrestre. 2. A utilização de panelas de ferro na preparação de alimentos diminui a incidência de qual doença? 3. Ao sal de cozinha usado na alimentação devem ser adicionados, por lei, compostos à base de iodo. Esse procedimento é necessário para evitar uma disfunção em qual glândula? 4. Qual dos elementos presentes no manto terrestre apresenta maior dificuldade para originar cátions? 5. Considere os seguintes diagramas (a 1 atm): t ºC níquel t ºC ferro Se a pressão no núcleo da Terra fosse de 1 atm, qual seria a menor e a maior temperatura dos elementos níquel e ferro no estado líquido (quando fundidos)? 6. Se analisarmos 1 tonelada da crosta terrestre, cuja massa é composta de 50% de oxigênio e 25% de silício, qual massa de silício será encontrada (dar a resposta em gramas)? 7. Os cristais de rocha (areia) podem ser representados pela fórmula SiO 2. a) Essa fórmula representa uma substância simples, uma substância composta ou uma mistura? b) Qual o número de átomos e de elementos presentes nessa fórmula? 8. Entre os oito elementos mais abundantes do nosso corpo, podem existir átomos do tipo Ca e 40 19K. Tais átomos são classificados como isótopos, isóbaros ou isótonos? 9. Dos metais encontrados em nosso corpo, qual apresenta coloração diferente? 93