Aula 6 07/04/2016 Tabela Periódica Parte 2 Classificação dos elementos - De acordo com as propriedades físicas dos elementos, eles são subdividos em: Metais: Esses são a maioria dos elementos da tabela periódica, sendo 87 no total. São sólidos nas CNTP (exceção: mercúrio), são bons condutores de calor e eletricidade, apresentam brilho metálico, são dúcteis e maleáveis. Exemplos: ferro, ouro, prata, crômio. Ametais: podem ser sólidos, líquidos ou gasosos na CNTP, são maus condutores de calor e eletricidade, não apresentam brilho, são quebradiços. Exemplos: fósforo (sólido), bromo (líquido), oxigênio (gasoso). Semimetais: São sete elementos (boro (B), silício (Si), germânio (Ge), arsênio (As), antimônio (Sb), telúrio (Te) e polônio (Po)).Possuem propriedades intermediárias entre os metais e ametais. São sólidos nas CTNP. Exemplo: silício. Gases nobres: são todos gases nas CNTP e são bastante inertes, ou seja, pouco reativos. Existem na forma de substâncias simples. Exemplos: hélio, neônio, kriptônio. Hidrogênio: é um gás inflamável representado na coluna IA da tabela periódica por apresentar 1 elétron no subnível s de sua camada de valência (1s 1 ), porém não faz parte da família dos metais alcalinos terrosos por apresentar propriedades químicas distintas. Estão distribuídos na tabela periódica da seguinte maneira: 1
Propriedades periódicas e aperiódicas - A tabela periódica pode ser utilizada para relacionar as propriedades dos elementos químicos com suas estruturas atômicas, podendo ser de dois tipos: propriedades periódicas e aperiódicas. - As propriedades aperiódicas são aquelas cujos valores variam na medida que o número atômico aumenta e que não se repetem em períodos determinados. Um exemplo de propriedade aperiódica é a massa atômica, que sempre aumenta com o número atômico (Z). - As propriedades periódicas são aquelas que, na medida em que o número atômico aumenta, assumem valores semelhantes para intervalos regulares, isto é, repetem-se periodicamente. Exemplo: o número de elétrons na camada de valência. Propriedades periódicas - Raio atômico: o raio atômico pode ser considerado uma medida aproximada do tamanho de um átomo. É a distância aproximada do seu núcleo até o elétron mais externo. Para se avaliar a variação do raio atômico na tabela periódica, temos que considerar dois fatores: Número de níveis ou camadas: quanto maior o número de camadas preenchidas na distribuição eletrônica, maior será o tamanho do átomo. Exemplo: 11Na 1s 2 / 2s 2 2p 6 / 3s 1 K L M 9F 1s 2 / 2s 2 2p 5 K L Como, na distribuição eletrônica, o número de camadas ocupadas para o átomo de sódio (Na) é maior do que para o átomo de flúor (F), o raio atômico do Na é maior que o do F. 2
- Caso os átomos comparados apresentem o mesmo número de camadas preenchidas, devemos usar um outro critério: Número de prótons: o átomo que apresenta o maior número de prótons possui um tamanho menor. Exemplo: 11Na 1s 2 / 2s 2 2p 6 / 3s 1 K L M 17Cl 1s 2 / 2s 2 2p 6 / 3s 2 3p 5 K L M Como, na distribuição eletrônica, o número de camadas ocupadas para o átomo de sódio (Na) e de cloro (Cl) é o mesmo (3), o átomo com maior raio atômico será aquele com menor número de prótons, nesse caso, Na. Generalizando: - numa mesma família: o raio atômico aumenta de cima para baixo na tabela, devido ao aumento do número de níveis. - num mesmo período: o raio atômico aumenta da direita para a esquerda na tabela periódica. Estudo de caso: O tamanho dos íons e átomos Quando comparamos com os respectivos átomos neutros, os cátions são sempre menores e os ânions maiores. Num cátion, a saída de elétrons (de carga negativa) reduz as repulsões entre os que ficam. Assim, o núcleo (positivo) consegue atrair com mais intensidade esses elétrons remanescentes e, então, a eletrosfera encolhe. No caso dos ânions, o inverso acontece: a entrada de elétrons aumenta a repulsão entre eles e, para ficarem mais afastados, a eletrosfera incha. 1 pm = 10-12 m Na Na + Cl Cl - - Energia de ionização: a energia necessária para remover um ou mais elétrons de um átomo isolado no estado gasoso. Assim, podemos equacionar genericamente: 0 X (g) + energia X + (g) + e - 3
- A remoção do primeiro elétron, que é o mais afastado do núcleo, requer uma quantidade de energia denominada primeira energia de ionização (1ª E.I.) e assim sucessivamente. - Podemos associar a energia de ionização com o tamanho do átomo. Quanto maior o raio atômico, menor será a energia necessária para remover o elétron mais afastado (ou mais externo), pois a força de atração núcleo-elétron será menor. Quanto maior o raio atômico do átomo, menor será a energia de ionização. Generalizando: - numa mesma família: a energia de ionização aumenta de baixo para cima na tabela. - num mesmo período: a energia de ionização aumenta da esquerda para a direita na tabela periódica. - A energia necessária para remover o segundo elétron mais externo (2ª E.I.) de um mesmo átomo é sempre maior que a 1ª E.I., pois quando se retira o primeiro elétron ocorre uma diminuição do raio. Com isso, a atração do núcleo sobre os demais elétrons aumenta, provocando um aumento na energia de ionização necessária. - Assim, para um mesmo átomo, temos: 0 X (g) + 1ª E.I. X + (g) + e - X 1+ (g) + 2ª E.I. X 2+ (g) + e - X 2+ (g) + 3ª E.I. X 3+ (g) + e - 1ª E.I. < 2ª E. I.< 3ª E.I. - Afinidade eletrônica ou eletroafinidade: a energia liberada quando um átomo isolado, no estado gasoso, recebe um elétron. Assim, podemos escrever genericamente: 0 X (g) + e - X (g) + energia - Pode-se dizer que a afinidade eletrônica é uma medida da força com que o átomo segura esse elétron adicional. Assim, tem-se que, quanto maior o raio atômico, menor será a energia de interação entre o núcleo e esse elétron adicionado (pois o mesmo estará mais distante). Quanto maior o raio atômico do átomo, menor será a afinidade eletrônica. 4
- Eletronegatividade: a força de atração exercida sobre os elétrons de uma ligação, ou seja, é uma medida da afinidade que um determinado elemento químico tem em receber elétrons. - Essa força de atração tem uma relação com o RAIO ATÔMICO: Quanto menor o tamanho de um átomo, maior será a força de atração, pois a distância núcleo-elétron da ligação é menor. Quanto maior o raio atômico do átomo, menor será a eletronegatividade. - Assim, podemos representar a variação da eletronegatividade, esquematicamente, da seguinte maneira: - Eletropositividade ou caráter metálico: a capacidade de um átomo perder elétrons, originando cátions (íons positivos). - Os metais apresentam elevadas eletropositividades, pois uma de suas características é a grande capacidade de perder elétrons. - Entre o tamanho do átomo e sua eletropositividade, há uma relação genérica, uma vez que quanto maior o tamanho do átomo, menor a atração núcleo-elétron e, portanto, maior a sua facilidade em perder elétrons. Quanto maior o raio atômico do átomo, maior será a eletropositividade. - Assim, podemos representar a variação da eletropositividade na tabela periódica, esquematicamente, da seguinte maneira: 5
Obs.: Algumas propriedades físicas dos elementos químicos, que são determinadas experimentalmente, podem ser previstas de acordo com a posição do elemento químico na tabela periódica. Essas propriedades são: -Densidade, que, de maneira geral, aumenta das extremidades para o centro da tabela; - Volume atômico, que numa família aumenta com Z e nos períodos aumenta do centro para as extremidades da tabela; - Ponto de fusão e de ebulição, que, nas famílias IA e IIA, aumentam de baixo para cima, e, nas demais famílias, aumenta de cima para baixo. Nos períodos, essas duas propriedades aumentam das extremidades para o centro da tabela. Essas propriedades físicas serão estudadas mais adiante, conforme avançarmos em outros conceitos importantes na Química. 6
# Exercícios de fixação 1) Dadas as configurações eletrônicas fundamentais de dois átomos neutros: A = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 B = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 Temos: I A possui maior raio atômico II A possui maior energia de ionização III A é um ametal e B um metal Estão corretas as informações: a) I b) II c) III d) I e III e) I, II e III 2) (VUNESP) A energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo neutro gasoso é chamada de: a) entalpia de formação b) afinidade eletrônica c) eletronegatividade d) energia de ionização e) energia de ligação 3) Quanto menor o raio atômico de um átomo: I maior a sua dificuldade para perder elétrons, isto é, maior a sua energia de ionização. II maior a sua facilidade para receber elétrons, isto é, maior a sua afinidade eletrônica. III Maior a sua tendência de atrair elétrons, isto é, maior a sua eletronegatividade. Estão corretas as afirmações: a) I b) II c) III d) I e II e) I, II e III 4) (UFBA) Considere as afirmações: I nos metais alcalinos (Grupo I), o raio iônico aumenta com o aumento do número atômico. II A afinidade eletrônica do bromo é maior que a do bário e menor que a de flúor. III Os elementos da família IIA possuem menor energia de ionização do que os elementos da família VIIA. Quais afirmações estão corretas? Justifique as falsas. 5) (FEI-SP) Baseando-se nas configurações eletrônicas em ordem crescente de energia dos elementos a seguir, identifique a alternativa correta. A - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s2 B - 1s2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 C - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 2 D - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 2 a) C e D estão no mesmo período da Tabela Periódica. b) A e C pertencem ao mesmo grupo, mas estão em períodos diferentes. c) A, B, C, D pertencem todos à família IIA. d) C é mais eletropositivo que A. e) B e D são elementos de transição. 6) (UFV) A eletronegatividade, o potencial de ionização e o raio atômico são exemplos de propriedades periódicas dos elementos. a) O que é uma propriedade periódica? b) Faça dois esquemas da Tabela Periódica, indicando com setas, em um deles, o crescimento do potencial de ionização e, em outro, o crescimento do raio atômico. Para ambos os esquemas, considere a família e o período. c) Coloque os alcalinos Li, Na, K, Rb, Cs em ordem crescente deeletropositividade. 7) (PUC-SP) A alternativa que apresenta os elementos em ordem crescente de seus potencias de ionização é: a) hélio, carbono, berílio, sódio. b) neônio, flúor, oxigênio, lítio. c) sódio, neônio, carbono, lítio. d) flúor, potássio, carbono, berílio. 7
e) potássio, sódio, nitrogênio, neônio. 8) (UNITAU-SP) Na equação Na (g) + energia Na + (g) + e -, a energia necessária é 5,3 ev. Essa energia é a: a) energia livre. b) energia de ativação. c) 1ª energia de ionização. d) energia de ligação. e) eletroafinidade. 9) (UFPA) Apresenta o maior raio atômico: a) Cl. b) Mg. c) Al. d) P. e) Na. 10) (UFPA) Os elementos químicos com Z = 19, 29, 37 e 47 têm em comum: a) pertencer ao mesmo período da tabela periódica. b) pertencer ao mesmo grupo da tabela periódica. c) raios atômicos diferentes. d) apresentar 1 elétron na camada mais externa. e) pertencer à família IIA. 11) (OSEC-SP) Comparando-se as propriedades periódicas dos elementos representativos simbólicos X e Y, se X tem maior raio atômico do que Y, X também terá maior: a) densidade. b) 1ª energia de ionização. c) facilidade em doar elétrons. d) eletroafinidade. e) caráter não-metálico. 12) (ITA-SP) Como variam, à medida de cresce o número atômico, a energia de ionização, a eletronegatividade e o raio atômico dos elementos pertencentes a uma mesma família da tabela periódica? 13) (FEI-SP) As configurações eletrônicas no estado fundamental dos átomos dos elementos E 1, E 2 e E 3 são: E1 = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 E2 = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 E3 = 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 A alternativa correta é: a) O elemento E 2 tem maior raio atômico que o elemento E 1. b) O elemento E 1 tem maior potencial de ionização que o elemento E 3. c) O elemento E 3 tem maior afinidade eletrônica que o elemento E 2. d) Os elementos E 1 e E 2 são metais e o elemento E 3 é um não-metal. e) Os elementos E 3 e os íons E 2 - e E 1 + são isoeletrônicos. 14) (UERJ) Na tabela periódica, os elementos estão ordenados em ordem crescente de: a) número de massa. b) massa atômica. c) número atômico. d) raio atômico. e) eletroafinidade. 15) (ITA-SP) Em relação ao tamanho dos átomos e íons, são feitas as seguintes afirmações: I O Cl - é menor que o Cl. II O Na + é menor que o Na. III O Ca 2+ é maior que o Mg 2+. IV O Cl é maior que o Br. Estão corretas apenas: a) II. b) I e II. c) II e III. d) I, III e IV. e) II, III e IV. 8
16) (USF SP) Qual a afirmação correta? Quanto menor a energia de ionização de um elemento químico, maior será a sua tendência de: a) perder elétrons e formar ânions. b) perder elétrons e formar cátions. c) ganhar elétrons e formar ânions. d) ganhar elétrons e formar cátions. e) nenhuma das alternativas está correta. 17) (UFPB) O uso de matérias-primas de fontes renováveis, com pouca ou nenhuma toxicidade é uma prática ecologicamente correta. Um exemplo é a substituição do antidetonante chumbo tetraetila da gasolina pelo etanol anidro. A respeito do chumbo, identifique as afirmativas corretas: ( ) É um metal de transição. ( ) Possui eletronegatividade maior que a do carbono. ( ) Encontra-se no 6º período da Tabela Periódica. ( ) Possui raio atômico maior que o do estanho. ( ) Possui energia de ionização superior a do bário. 18) (ENEM) A atividade física intensa faz nosso organismo perder, junto com o suor, muitos íons necessários à saúde, como é o caso dos íons sódio e potássio. É importantíssimo que tais íons sejam repostos mediante uma dieta alimentar adequada, incluindo a ingestão de frutas e sucos. Analisando os elementos químicos sódio e potássio, assinale verdadeiro (V) ou falso (F) nas seguintes afirmativas. ( ) Os dois elementos pertencem ao mesmo grupo da tabela periódica, pois têm o mesmo número de elétrons na última camada. ( ) Os dois elementos possuem caráter metálico e apresentam potencial de ionização alto. ( ) O raio atômico do sódio é maior que o raio atômico do potássio, pois o sódio tem um maior número de camadas eletrônicas. A sequência correta é a) V F F. b) V F V. c) F V V. d) V V F. e) F F V. 19) (UEPG PR) Comparando-se as propriedades periódicas dos elementos que compõem o KC, assinale o que for correto. Dados: K (Z=19) e C (Z=17). a) O potássio possui maior caráter metálico. b) O cloro possui maior eletronegatividade. c) O cloro tem maior raio atômico. c) O potássio tem maior eletroafinidade. d) O potássio tem maior potencial de ionização 20) (PUC-RJ) Potássio, alumínio, sódio e magnésio, combinados ao cloro, formam sais que dissolvidos em água liberam os 3 2 íons K, A, Na e Mg, respectivamente. Sobre esses íons é CORRETO afirmar que: 3 a) A possui raio atômico maior do que Mg 2+. b) Na + tem configuração eletrônica semelhante à do gás nobre Argônio. 3 c) A, Na + e Mg 2+ são espécies químicas isoeletrônicas, isto é, possuem o mesmo número de elétrons. d) K + possui 18 prótons no núcleo e 19 elétrons na eletrosfera. e) K + e Mg 2+ são isótonos, isto é, os seus átomos possuem o mesmo número de nêutrons. 21) (UFPR-Mod) Desde o século XIX, várias tentativas de reunir os elementos químicos em uma tabela foram feitas, sem grande sucesso. O trabalho mais detalhado foi feito em 1869 por Mendeleev. Ele ordenou os elementos em função de suas massas atômicas crescentes, respeitando suas propriedades químicas. O trabalho foi tão importante que ele chegou a prever a existência de elementos que ainda não haviam sido descobertos. 9
Com base na tabela periódica, pode-se constatar que: a) a energia de ionização de um elemento é a energia máxima necessária para remover um elétron do átomo desse elemento no estado gasoso. b) os elementos de transição interna são aqueles cujo subnível de maior energia da distribuição eletrônica de seus átomos é f. c) a afinidade eletrônica ou eletroafinidade é a energia associada à saída de um elétron num átomo do elemento no estado gasoso. d) as propriedades dos elementos são funções aperiódicas de seus números atômicos. e) os elementos representativos são os elementos cujo subnível de menor energia da distribuição eletrônica de seus átomos é s ou p. 22) (UFSM) Sob o ponto de vista químico, o solo se torna ácido não somente pela oxidação da matéria orgânica, mas também pela lavagem seletiva de íons pela água. Sais formados pelos elementos dos grupos 1 e 2 da Tabela Periódica são mais solúveis que os formados pelos elementos dos outros grupos. Sabe-se que um solo contendo íons Ca 2+, Mg 2+, Fe 3+, Al 3+ será levemente alcalino. Se houver lavagem seletiva, haverá, preferencialmente, remoção dos íons Ca 2+ e Mg 2+, e o solo se tornará ácido, porque os íons Fe 3+ e Al 3+ reagem com a água, de acordo com as equações: Fe 3+ + H 2O Fe (OH) 2 + + H + Al 3+ + H 2O Al (OH) 2 + + H + Assinale verdadeira (V) ou falsa (F) em cada afirmativa a seguir. ( ) Os elementos Fe e Al são metais representativos. ( ) O íon Fe 3+ tem 2 elétrons na camada de valência. ( ) O elemento neutro Ca tem raio atômico maior que o elemento neutro Mg. ( ) O elemento Mg tem potencial de ionização maior que o elemento Al. A sequência correta é: a) V V F F b) V F V F c) F V F V d) F F V F e) V V F V 23) Observe a tabela periódica esquematizada abaixo: Sobre os elementos representados pelas letras A, B, C, D e E é incorreto afirmar que: a) o elemento A possui raio atômico maior que o elemento B. b) o elemento C é um ametal menos eletronegativo que o elemento D. c) o elemento B possui energia de ionização menor que o elemento E. d) o elemento D possui menor raio atômico que o elemento C. e) o elemento E por ter menor raio atômico perde elétrons mais facilmente que o elemento C. 24) (UERGS) Considere os seguintes elementos químicos representados pelas letras A, B, C e D e as afirmações feitas sobre eles: A: pertence ao 2 período e ao 15 grupo da tabela periódica. B: pertence ao 3 período e ao 1 grupo da tabela periódica. C: pertence ao 3 período e ao 13 grupo da tabela periódica. D: pertence ao 4 período e ao 1 grupo da tabela periódica. A alternativa que apresenta esses elementos em ordem crescente de raios atômicos é: a) A -B -C D b) A -C -B D c) D-C -B A d) B -C -D -A e) C -A -B D 25) (ENEM) O Brasil é o maior produtor de nióbio do mundo, com produção aproximada de 80 mil toneladas em 2010, o que corresponde a 96% do total mundial. Minas Gerais é o principal estado brasileiro produtor de nióbio. O consumo de nióbio 10
deve aumentar no futuro, especialmente devido à sua aplicabilidade em práticas industriais sustentáveis. O ferro-nióbio pode, por exemplo, ser usado na produção de carros mais leves, que consomem menos combustível. (www.ibram.org.br. Adaptado.) Quanto às propriedades do nióbio, podemos afirmar que a sua primeira energia de ionização e seu raio atômico, quando comparados aos do ferro, são, respectivamente, a) maior e maior, e o nióbio localiza-se no quarto período da classificação periódica. a) I b) II c) III d) IV e) V 29) (UFRS) Considere o desenho a seguir, referente à tabela periódica dos elementos. As setas 1 e 2 referem-se, respectivamente, ao aumento de valor das propriedades periódicas: b) maior e maior, e o nióbio localiza-se no quinto período da classificação periódica. c) maior e menor, e o nióbio localiza-se no quinto período da classificação periódica. d) menor e maior, e o nióbio localiza-se no quinto período da classificação periódica. e) menor e menor, e o nióbio localiza-se no quarto período da classificação periódica. 26) (Fuvest) Considere os íons isoeletrônicos: Li +, H, B 3+ e Be 2+. Coloqueos em ordem crescente de raio iônico, justificando a resposta. 27) (UFF-RJ) Analisando-se a classificação periódica dos elementos químicos, pode-se afirmar que: a) O raio atômico do nitrogênio é maior que o do fósforo. b) A afinidade eletrônica do cloro é menor que a do fósforo. c) O raio atômico do sódio é menor que o do magnésio. d) A energia de ionização do alumínio é maior que a do enxofre. e) A energia de ionização do sódio é maior que a do potássio. 28) (PUC-SP) O gráfico que melhor representa a variação da massa atômica dos elementos é: a) eletronegatividade e raio atômico. b) raio atômico e eletroafinidade. c) raio atômico e caráter metálico. d) potencial de ionização e eletronegatividade. e) potencial de ionização e potencial de ionização. 30) (VUNESP) Considerando as propriedades dos elementos químicos e a tabela periódica, é incorreto afirmar que: a) Um metal é uma substância que conduz eletricidade, é dúctil e maleável. b) Um não-metal é uma substância que não conduz eletricidade, não é dúctil nem maleável. c) Um semi-metal tem aparência física de um metal, mas seu comportamento químico é semelhante a de um não-metal. d) A maioria dos elementos químicos é constituída de não-metais. e) Os gases nobres são monoatômicos. O gabarito será divulgado na próxima lista de exercícios! 11
Gabarito Lista Atomística (Parte 2) e Tabela Periódica (Parte 1) Aula dia 24/03/16 1) d) 2) Átomo 26Fe: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Cátion 26Fe 2+ : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 p = 26, e- = 24. A = p + n 56 = 24 + n n = 32 Cátion 23Fe 2+ : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 p = 26, e- = 23. A = p + n 56 = 23 + n n = 33 3) d) 4) e) 5) e) 6) e) 7) b) 8) a) Família 8A, b) Família 7A, c) Família 1A, d) Família 2A. 9) a) 10) c) 11) e) 12) d) 13) a) I, b) VI, c) VII, d) III. 14) e) 15) a) 16) b) 17) Nenhuma! O correto seria 2, 8, 18,18. 18) b) (Questão repetida) 19) b) 20) c) 21) c) 22) Fazendo a distribuição eletrônica para o átomo neutro ou íon, os elementos representativos são aqueles cujo subnível mais energético é o s ou p. Já os de transição se caracterizam por ter como subnível mais energético o d ou f. 23) b) 24) e) 25) X 2+ possui 18 e -. Como sua carga é 2+ significa que o átomo neutro que gerou esse íon perdeu 2 elétrons. Assim, X possui 20 e -, e sua distribuição é: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 Como o subnível mais energético é o s, o elemento faz parte de uma família A. Somando os elétrons de valência, descobrese que esse elemento faz parte da família 2A. Na distribuição eletrônica, 4 camadas foram preenchidas (K, L, M, N), logo, o elemento está no 4º período da tabela periódica. 26) a) 53X 87Y 1s 2 1s 2 2s 2 2p 6 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 5 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6 7s 1 b) Em ambos os átomos, fazendo-se a distribuição eletrônica, percebe-se que os subníveis mais energéticos são o s ou p. Assim, os dois átomos são de elementos químicos que pertencem à Famílias A. O átomo X pertence à Família 7A e o Y, 1A. 27) b) 28) b) 29) d 12
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