Como classificar os elementos Classificação periódica dos elementos químicos 1650: prata, arsênio, ouro, carbono, cobre, ferro, mercúrio, chumbo, enxofre, antimônio e estanho; Hemnning Brand: tentando criar ouro à partir da urina descobriu o potássio e desde então foram descobertos centenas de elementos; Prof. Alice Moraes As tríades de Döbereiner A primeira tentativa de organização foi feita no início do século XIX, pelo químico e físico inglês John Dalton. Em 1829, Döbereiner analisou os elementos cálcio, estrôncio e bário, e percebeu que a massa do átomo de estrôncio correspondia, aproximadamente, à média dos valores das massas atômicas do cálcio e do bário; Observou que essa relação também se dava em outra tríades, como enxofre/selênio/telúrio e cloro/bromo/iodo. O parafuso telúrico de Chancourtois (1862) Em uma espiral desenhada na face externa de um cilindro ele organizou os elementos químicos em ordem crescente de massas atômicas. O cilindro era dividido por linhas verticais em 16 faixas, de modo que os elementos que possuíam propriedades semelhantes apareciam uns sobre os outros dentro dessas faixas. Lei das oitavas Em 1864, Newlands enfileirou os elementos conhecidos na época em linhas horizontais, sete em cada linha, em ordem crescente de massas atômicas. As linhas eram posicionadas umas sobre as outras. O primeiro elemento de cada uma era o oitavo em relação à linha anterior e tinha as mesmas propriedades do primeiro elemento dessa linha anterior. O mesmo acontecia com o segundo elemento, o terceiro, e assim sucessivamente. Nessa forma de classificação, a cada oito elementos as propriedades se repetiam, por isso a proposta de Newlands recebeu o nome de Lei das Oitavas. 1
Lei periódica de Mendeleev Ele teve a ideia de associar a classificação dos elementos ao seu jogo de cartas preferido: o jogo de paciência. Os elementos de propriedades químicas semelhantes eram como cartas pertencentes ao mesmo naipe, e dentro de cada um desses naipes a ordem crescente de massas atômicas era como a ordem numérica crescente das cartas. Foi então que, vencido pelo cansaço, adormeceu sobre a mesa de estudo e teve um sonho. Vi num sonho uma tabela em que todos os elementos se encaixavam como requerido. Ao despertar, escrevi-a imediatamente numa folha de papel, contou Mendeleiev depois. Vídeo O sonho de Dimitri Mendeleev Organizando a Tabela Periódica Lei de Moseley Muitas propriedades físicas e químicas dos elementos variam periodicamente em função de seus números atômicos. Classificação periódica atual Atualmente estão dispostos em ordem crescente de número atômico, em sete linhas horizontais (períodos) e 18 colunas (famílias) 2
Períodos ou séries Grupos ou famílias IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada): as colunas são numeradas de 1 a 18; CASG (Chemical Abstract Service Group as colunas estão numeradas de 0 a 8, subdivididas em A e B. Famílias: grupos de elementos com propriedades químicas semelhantes e com o mesmo número de elétrons na camada de valência. Grupos ou famílias Família 1A (Grupo 1): Metais Alcalinos Família 2A (Grupo 2): Metais Alcalino-Terrosos Família B (Grupo 3 à 12): Metais de Transição Família 3A (Grupo 13): Família do Boro Família 4A (Grupo 14): Família do Carbono Família 5A (Grupo 15): Família do Nitrogênio Família 6A (Grupo 16): Calcogênios Família 7A (Grupo 17): Halogênios Família 0 ou 8A (Grupo 18): Gases Nobres Divisões da tabela periódica Elementos representativos ou normais Elementos cuja configuração eletrônica tem todas as camadas completas e o elétron de diferenciação colocado no subnível s ou p; Famílias A: número de elétrons na camada de valência coincide com o número da família: H é classificado à parte, não pertence a nenhuma família. Para alguns autores os gases nobres não são representativos. 3
Elementos de transição Transição externa ou simples, ou somente transição elementos que apresentam elétron de diferenciação no subnível d (famílias B); Transição interna: elementos que apresentam elétrons de diferenciação no subnível f (lantanídeos e actinídeos). Classificação dos elementos químicos Metais Elementos sólidos (exc. Hg) em geral duros, brilhantes, densos, com altos pontos de fusão e ebulição, bons condutores de calor e corrente elétrica, maleáveis e dúcteis; Apresentam em geral menos de 4 elétrons na camada de valência, por isso, tendem a perder elétrons. Exemplo: Família IA: cátion 1+; Família IIA: cátion 2+ Metais de transição podem gerar mais de um cátion, desobedecem a regra do octeto (Ex: Fe 2+ ou 3+; Cu 1+ ou 2+ Ametais ou não metais Propriedades opostas às dos metais, podendo se apresentar nos três estados físicos à temperatura ambiente: Sólidos: C, P, S, Se, I, At; Líquido: Br; Gasoso: N, O, F, Cl Têm mais de 4 elétrons na camada de valência, tendem a receber elétrons. 4
Semimetais B, Si, Ge, As, Sb, Te, Po; Todos sólidos em temperatura ambiente e apresentam características intermediárias entre metais e não metais. Exemplo: Si é mau condutor de energia elétrica a 25 C, com o aumento de temperatura, torna-se bom condutor. Gases nobres Elementos de maior estabilidade química Elementos naturais e artificiais 90 naturais e 22 artificiais; Os elementos artificiais dividem-se em: Cisurânicos: apresentam número atômico menor que o do urânio (Tecnécio, Promécio, Astato e Frâncio; Transurânicos: apresentam Z maior que o do urânio Raio atômico Propriedades periódicas Propriedades periódicas e aperiódicas 5
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Propriedades aperiódicas Aumentam ou diminuem à medida que o número atômico aumenta; Massa: aumenta com o aumento do número atômico; Calor específico: diminui com o aumento do número atômico Ligações químicas: Ligação iônica; Ligação covalente; Ligação metálica LIGAÇÕES IÔNICAS Exemplo da interação entre um átomo de sódio e cloro: Transferência de elétrons entre átomos com baixa energia de ionização: Na 11 k:2; L:8; M:1 Cl 17 k:2; L:8; M:7 Após a transferência de elétrons do metal para o ametal ocorre forte atração eletrostática 7
Exemplos: Al 2 O 3 Fórmula eletrônica ou de Lewis LIGAÇÕES COVALENTES 8
Ligações covalentes ou moleculares Se estabelece pelo compartilhamento de um o mais pares de elétrons; Atração entre os átomos mantém as molécula unidas; Ligação covalente simples Ligação covalente tripla Ligação covalente dupla Ligação covalente dativa Ocorre quando um átomo contribuiu com os dois elétrons necessários para a realização de uma ligação covalente dupla estando quimicamente estável. Ligação covalente dativa 9
Características de compostos moleculares Ligações metálicas Polaridade das ligações Polaridade depende da eletronegatividade: Ligação Apolar (=0); Ligação Polar ( 0) 10
Polaridade nas moléculas Moléculas diatômicas: polaridade da ligação; Moléculas formadas por um elemento só são apolares; Moléculas diatômicas formadas por elementos diferentes são polares; Uma molécula pode ser apolar e apresentar ligações polares. Forças de Van der Waals e Pontes de hidrogênio LIGAÇÕES INTERMOLECULARES Ligações que ocorrem entre moléculas São as forças de atração de repulsão que determinam as características das moléculas: Forças de Van der Waals; Pontes de hidrogênio. Forças de Van der Waals Forças de fraca intensidade: Dipolo-dipolo; Dipolo instantâneo-dipolo induzido; Vetor momento dipolo: direção, sentido e intensidade da polaridade da ligação; Este vetor se orienta sempre no sentido do pólo negativo 11
Forças de Van der Waals Dipolo-dipolo: Ligação que ocorre entre moléculas polares (ligações iônicas); Dipolo instantâneo-dipolo induzido: ocorrem entre moléculas apolares no estado sólido e líquido Pontes de hidrogênio Interação dipolo-dipolo, em que o dipolo formado é de grande intensidade; Hidrogênio flúor, oxigênio e nitrogênio 12