Tabela Viva. ClubeCV Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde

Transcrição

1 Tabela Viva Patrícia Isabel Magalhães Araújo Sofia Raquel Magalhães Araújo Clara Ângela Magalhães Loureiro Vânia Manuela Pereira Pinto Íris Raquel F. Sampaio da Costa ClubeCV Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde

2 Tabela Viva A história de uma construção Ao tomarmos conhecimento da proposta feita no Concurso Tabela Periódica, começámos por fazer uma breve pesquisa histórica sobre a sua evolução até surgir na sua forma actual, de modo a conhecer a evolução que tinha sofrido e a ficar com uma visão menos redutora desse poderoso instrumento de trabalho para o químico. A sistematização dessa evolução é aqui apresentada em anexo. Lançado que foi o desafio de construir uma Tabela Periódica com objectivo de estimular a criatividade artística aplicada ao conhecimento científico, muitas ideias foram surgindo. Do conjunto de propostas, foram-se formando as seguintes ideias a contemplar no trabalho a realizar: - Privilegiar um trabalho tridimensional (em contraponto com a tabela tradicional, plana); - Produzir uma tabela que, não fornecendo um volume de informação demasiado elevado (uma vez que não se pretendia uma visão original/artística e não um veículo poderoso de informação), permitisse conhecer as principais características de alguns elementos escolhidos (ou por serem muito importantes e conhecidos ou, de forma oposta, por serem muito pouco abundante e desconhecidos da maioria das pessoas) - Manter agrupados de algum modo os elementos químicos com propriedades semelhantes (grupos); - Atribuir uma função à Tabela, conciliando a forma e a função. Assim nasceu a Tabela Viva, um candeeiro de pé de forma aproximadamente cónica, onde os elementos do mesmo grupo se encontram alinhados ao longo de uma geratriz. Nas casas de 22 elementos seleccionados, saem tubos que permitem

3 visualizar informações relativas ao elemento em questão (nome, símbolo químico, número atómico, massa atómica relativa, ponto de fusão, ponto de ebulição, densidade), bem como um pequeno texto referindo-se a aspectos históricos, semânticos, propriedades químicas e físicas, abundância, etc. Quando aceso o candeeiro, a luz pode sair pelos elementos seleccionados, iluminando-os. A Tabela Viva foi construída em arame forrado a papel maché. Inicialmente construiu-se um molde em cartolina (fig. 1), para testar o sistema de funcionamento dos tubos. A maior dificuldade consistiu na marcação dos lugares dos elementos, devido ao facto de a base não ser cilíndrica, mas sim praticamente cónica (ou seja o espaçamento em largura entre elementos consecutivos não era sempre igual, mas teria de aumentar à medida que o número atómico fosse aumentando). Assim, foram feitas umas saias Fig. 1 - O primeiro modelo (Fig.2) que serviriam de guias para a descoberta dos locais da rede a furar, para lá serem colocados os tubos dos elementos seleccionados. Fig.2 - A Clara às voltas com as saias

4 Depois foi feita a construção (laboriosa ) dos 22 tubos, a recolha de informação relativamente aos elementos seleccionados, a pintura, a electrificação e adaptação da tabela ao suporte e os acabamentos (decalque das letras, impressão em papel vegetal da informação para os tubos, a sua forragem e encaixe). Por último, os retoques final na pintura, o decalque dos símbolos químicos, e a colocação da lâmpada! Fig.3 - Os testes do papel maché e das tintas O relato aqui feito, que segue complementado com algumas fotos ilustrativas, refere-se apenas aos sucessos, que os insucessos ficaram para trás. Mas, nesta construção, muitas tentativas de técnicas foram goradas e muito se aprendeu neste percurso feito de avanços e recuos. E agora, que a obra está feita, há que admirá-la e usufrui-la e, depois descansar, pelo menos até ao próximo desafio! A equipa em trabalho

5 Anexo ORGANIÇÃO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS NA TABELA PERIÓDICA No ano de 1860, época áurea da Química, a comunidade científica internacional mobilizou-se para classificar os 63 elementos já identificados, começando por tentar compreender o porquê das suas propriedades químicas e físicas. Mas como? Pelo peso? Pelas semelhanças químicas? Pela cor? A contribuição de vários cientistas para a construção da tabela periódica. A ideia de que o mundo que nos rodeia é constituído por algumas substâncias fundamentais é uma ideia antiga. Os antigos gregos pensavam que toda a matéria era composta por apenas quatro elementos : terra, fogo, ar e água. Hoje em dia, os químicos reconhecem mais de 100 elementos. É então necessário ordená-los. Quando somos jovens aprendemos conceitos bastante importantes que vão ser usados durante a vida toda. Por exemplo, é na nossa tenra idade que aprendemos o alfabeto e a partir dele é-nos possível construir um número infinito de palavras, aprendemos também as operações matemáticas e ao longo dos anos vamos ordenando o nosso conhecimento matemático aplicando-o a problemas cada vez mais complexos. A Tabela Periódica tem algo em comum com estes exemplos. É a partir dela que o nosso conhecimento de química adquire uma certa ordem. Mas, a organização dos vários elementos era difícil e demorou muito tempo até se conseguir construir a Tabela Periódica tal como ela é actualmente.

6 Vários foram os cientistas que tentaram ordenar os elementos. Uns foram bem sucedidos, uma vez que a sua classificação foi aceite durante alguns anos, mas outros houve que até foram ridicularizados pelas suas propostas. A CONTRIBUIÇÃO DE VÁRIOS CIENTISTAS PARA A CONSTRUÇÃO DA TABELA PERIÓDICA ANTOINE LAVOISIER E OS GRUPOS Antoine Lavoisier ( ) Primeiro químico a agrupar os vários elementos. Classificação em grupos Em 1789 Lavoisier publicou um dos livros mais influentes na química. Esse livro denominava-se de Traité Élémentaire de Chimie, e nele Lavoisier deu a conhecer uma lista de substâncias simples que não poderiam ser decompostas por qualquer tipo de processo de análise, ou seja, deu a conhecer uma lista de elementos, dividindo-a em vários grupos. No primeiro grupo ele colocou o oxigénio, o azoto ou nitrogénio, o hidrogénio, a luz e o calor. No segundo grupo colocou o enxofre, o fósforo, o carbono, o cloro e o flúor. A estes elementos Lavoisier chamou-os de elementos acídicos uma vez que estes formavam um ácido quando reagiam com o oxigénio. No terceiro grupo colocou os elementos metálicos: a prata, o arsénio, o bismuto, o cobalto, o cobre, o tungsténio e o zinco. Finalmente no quarto grupo, colocou elementos a que chamou de simple earthy salt forming substances : a lima (óxido de cálcio), a baryta (óxido de bário), a magnésia (óxido de magnésio), a alumina (óxido de alumínio) e a sílica (dióxido de silício). Lavoisier considerava este último grupo constituído por

7 elementos uma vez que era difícil decompor estas substâncias em algo mais simples. Sabemos agora que esses compostos não são mais do que combinações de vários elementos com o oxigénio que são difíceis de decompor. J.W.DOBEREINER E AS TRÍADES J.W. Dobereiner ( ) Agrupou os vários elementos em três dando o nome de tríades. Classificação em tríades - O trabalho de Lavoisier foi bastante importante, uma vez que foi ele que implementou a ideia de que existe uma relação entre os vários elementos. Contudo, não conseguiu classificar os elementos tendo em conta uma propriedade específica desses mesmos elementos. Foi Dobereiner, cientista alemão, que em 1817 tentou compor o quebracabeças. Dobereiner percebeu que três elementos recentemente isolados, cálcio (Ca), estrôncio (Sr) e bário ( Ba), tinham propriedades que eram muito semelhantes. Pensou o seguinte: Se estes elementos eram muito semelhantes poderiam então ser relacionados quimicamente. Apercebeu-se do seguinte: O cálcio, o estrôncio e o bário existem naturalmente sob a forma de carbonatos e sulfatos que não se dissolvem na água e que não se decompõem facilmente quando aquecidos. Os cloretos de cálcio, estrôncio e bário são solúveis em água. Os óxidos quando dissolvidos em água dão origem a uma solução fortemente alcalina.

8 Estes três elementos foram isolados do mesmo modo; através da electrólise de cloreto fundido por Davy em Dobereiner observou também que a massa atómica relativa do estrôncio era praticamente a média aritmética das massas atómicas relativas dos elementos dos extremos, neste caso do cálcio, Ar (Ca) = 40, e do bário, Ar (Ba) = 137, ( ) : 2 = 88,5. A esta série de três elementos que apresentavam propriedades muito semelhantes ele denominou de Tríades. Em anos mais tarde descobriu mais dois grupos de tríades constituidos pelos seguintes elementos: cloro, bromo e iodo e lítio, sódio e potássio. Dobereiner verificou que para além das propriedades serem semelhantes verificava-se ainda que a média aritmética das massas atómicas relativas dos elementos extremos era praticamente igual à massa atómica relativa do elemento do meio. Pensou então que tinha descoberto a chave do problema: todos os elementos da natureza deveriam ser agrupados em grupos de três. A descoberta de Dobereiner ficou conhecida como a Lei das Tríades. Contudo, nem todos os elementos se podiam classificar deste modo. Irá surgir então uma nova classificação... JONH NEWLANDS E AS OITAVAS J.A. R. Newlands, propôs em 1863 a Lei das oitavas na qual os elementos se agrupavam em oito tal como acontece na escala musical. Classificação em oitavas - Antes de se propor uma nova classificação era necessário descobrir as massas atómicas relativas dos vários elementos que eram conhecidos. Em 1864, Newlands ordenou os elementos então conhecidos por ordem crescente de massas atómicas relativas. Newlands verificou que se considerasse

9 uma classificação baseada na massa atómica relativa, um dado elemento (por exemplo, o lítio) apresentava propriedades semelhantes ao oitavo elemento a contar a partir dele (isto é, o sódio). A esta relação Newlands chamou a Lei das Oitavas, que dizia ser uma espécie de repetição tal como ocorre com as oitavas da escala musical. Apesar de ter sido ridicularizado pela Sociedade de Química de Londres, Newlands sugere, com a Lei das Oitavas, uma classificação sistemática onde surge pela primeira vez o princípio envolvido na actual classificação dos elementos. O problema com que Newlands se deparou foi o de que a sua lei apenas funcionava correctamente para as duas primeiras oitavas, na terceira e nas seguinte não se verificava. Foram encontrados então dois grandes erros: em algumas colunas onde se encontram elementos com propriedades semelhantes, há elementos que não deveriam pertencer a essa coluna por exemplo, os metais cobalto e níquel que se encontram entre o cloro e o bromo. Esta foi uma das razões para que a classificação de Newlands não fosse aceite. Mas existe ainda um outro erro: O telúrio (Te) foi colocado antes do iodo, mas a sua massa atómica relativa é maior. H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Cr Ti Mn Fe Co,Ni C Zn Y In As Se Br Rb Sr Ce,La Zr Di,Mo Ro,Ru Pd Ag Cd Sn U Sb Te I Cs Ba,V Ta W Nb Au Pt,Ir Os Hg Tl Pb Bi Th

10 LOTHAR MEYER E AS CURVAS Lothar Meyer ( ) relacionou o volume atómico com o número atómico dos elementos. As curvas de Meyer Em 1864 Lothar Meyer, químico alemão, estudou a relação existente entre o volume atómico dos elementos e as respectivas massas. Ele representou graficamente o volume atómico em função da massa atómica relativa. Se repararmos, o lítio, sódio e potássio correspondem aos pontos mais altos da curva, assim como o rubídio e o césio, todos eles pertencem à mesma família. Foi fácil construir esta família, mas para formar outros grupos foi um pouco mais complicado uma vez que era mais difícil relacionar a sua posição relativa. Da curva de Lothar Meyer foi possível chegar a uma classificação periódica dos elementos que tinham propriedades semelhantes. Figura 2 Curva de Lothar Meyer que demonstra que existe uma relação entre o volume atómico e a massa atómica relativa.

11 Dimitri Ivanovitch Mendeleev, um químico russo que trabalhava em conjunto com Lothar Meyer publicou em 1869 o seu trabalho. Mendeleev começou por estudar com especial cuidado os elementos constituintes de substâncias que se nos deparam no nosso dia-a-dia, como a água, os compostos orgânicos e o sal (cloreto de sódio). Continuou o seu trabalho convencido de que todas as substâncias puras existentes, quer elementares, quer compostas, eram formadas de diferentes modos, a partir das diversas classes de átomos os elementos químicos resultando daí propriedades específicas para essas substâncias. Pela análise cuidadosa, descobriu as propriedades de alguns elementos mais comuns na Natureza (hidrogénio, carbono, azoto, oxigénio, cloro, etc.), e anotou-as em cartões, um para cada elemento. Procurou, depois, dispor esses cartões de várias maneiras, de modo a encontrar a melhor forma de os classificar. E, aí, fez-se luz no seu espírito! Os elementos ordenados segundo o valor do seu peso atómico apresentavam uma periodicidade nas suas propriedades! Eles deveriam pois, ser, arrumados de modo a que esta periodicidade fosse visível. Mendeleev tinha feito o mesmo que Newlands mas com duas grandes diferenças: Mendeleev assumiu que a posição relativa de alguns elementos deveria ser alterada. Assim, por exemplo, o telúrio deveria ser colocado antes do iodo, embora a sua massa atómica relativa seja 127,60 e a do iodo seja 126,90. Assinalou também as inversões de outros pares de elementos como o árgon e o potássio, cobalto e níquel e tório e protactínio. Quando Mendeleev elaborou o seu quadro periódico alguns elementos ainda estavam por descobrir, pelo que deixou alguns espaços em branco.

12 A genialidade e ousadia de Mendeleev tornaram-se evidentes por ter previsto a existência de elementos então desconhecidos baseando-se na sua classificação. Mendeleev deixou alguns espaços vazios na sua tabela para elementos como o ekaboro, o eka-alumínio e o eka-silício, que foram descobertos posteriormente e que se conhecem, actualmente, com os nomes de escândio, gálio e germânio, respectivamente. Exemplo: No caso do germânio, Mendeleev previu uma massa atómica de 72 quando experimentalmente se verificou que é de 72,6 e uma densidade de 5,5 quando experimentalmente é de 5,47. Na tabela que construiu, Mendeleev associou os elementos de tal modo que: Os que constituem um grupo eram dotados de comportamento químico semelhante; Havia um diferencial gradual nas propriedades reveladas pelos elementos dos vários grupos, sendo o sódio e o cloro os que mais se afastavam entre si pelos valores que apresentavam para essas propriedades; Percorrendo a sua tabela, de elemento para elemento, por ordem crescente de massas atómicas, iam-se encontrando periodicamente os elementos de um mesmo grupo. Daí a designação de Tabela Periódica dos Elementos. O sistema periódico de Mendeleev obteve um grande êxito e é uma ferramenta imprescindível para os químicos actuais. Não obstante, esta classificação periódica não está isenta de defeitos. Assim, por exemplo, existem discrepâncias ao ordenar os elementos atendendo às suas massas atómicas. Também não é fácil encontrar uma única ligação para o hidrogénio dado que as suas propriedades são muito peculiares. Existe ainda uma

13 separação nítida entre metais e não-metais, especialmente nos grupos centrais do sistema periódico. Figura 3 Tabela periódica original, criada por Dimitri Mendeleev. Com o evoluir da Física no século XX e o conhecimento da estrutura do átomo, os cientistas começaram a interrogar-se sobre a periodicidade das propriedades químicas dos elementos, se esta não seria uma consequência da estrutura interna do átomo. Foi Moseley quem, ao considerar como unitária a carga do núcleo do átomo de hidrogénio, prova que as cargas positivas dos núcleos de todos os átomos são múltiplas daquele, designando-se esse número por número atómico que se representa por Z. Comparando esses números atómicos dos diferentes elementos com o número de ordem anteriormente atribuído devido à sua posição na tabela, Moseley verifica serem iguais. Daí conclui que as propriedades físicas dos elementos, bem como o seu comportamento químico, são função do número atómico desse elemento.

14 A TABELA PERIÓDICA ACTUAL Actualmente a tabela periódica dos elementos químicos é constituída por 109 elementos diferentes, ordenados da esquerda para a direita e de cima para baixo, por ordem crescente do seu número atómico. Os elementos situados na parte esquerda e no centro da tabela periódica são metálicos. Os elementos situados na parte direita da tabela periódica são não-metais. A transição dos metais para não metais não é brusca mas é dada por seis elementos com propriedades intermédias que se designam por semi-metais e são: o silício (Si), o germânio (Ge), o arsénio (As), o antimónio (Sb), o telúrio (Te) e o polónio (Po). A estrutura da tabela periódica assenta na colocação dos elementos em 18 colunas (grupos) e 7 linhas (período) devidamente numeradas. Figura 4 Tabela periódica actual

15 OUTRAS VERSÕES DA TABELA PERIÓDICA Há outras versões diferentes da tabela periódica. Quase todas estão divididas nos mesmos grupos e períodos. No entanto, acentuam algumas relações entre os elementos químicos. Assim: A figura mostra uma tabela periódica semelhante à actual, no entanto, apresenta algumas diferenças. Por exemplo, o elemento hidrogénio está situado à direita da tabela periódica. O hélio não faz parte do grupo dos gases nobres. Por outro lado, os elementos de transição não constituem um bloco à parte como na tabela periódica actual Outra versão conhecida da tabela periódica é indicada na figura 6. As linhas evidenciam uma pronunciada semelhança no comportamento químico dos elementos. Figura 6

16 A figura 7 mostra uma tabela periódica um pouco invulgar. Figura 7 Outra versão da tabela periódica é a indicada na figura 8. Nesta tabela os elementos estão organizados de acordo com o nível de energia preenchido. Figura 8