O que determina que cada elemento químico apresente características únicas?

(UDESC SC) Os elementos químicos sódio, ferro e fósforo são de grande importância para a sociedade, pois possuem inúmeras aplicações. Esses três elementos possuem a seguinte distribuição eletrônica:

Na – 1s2 2s2 2p6 3s1

Fe – 1s2 2s2 2p6 3s26 4s2 3d6

P – 1s2 2s2 2p6 3p3

A partir das distribuições eletrônicas acima, assinale a alternativa incorreta.

a) O ferro é um elemento de transição interna.

b) O fósforo é um elemento pertencente ao grupo do nitrogênio.

c) O sódio é um metal alcalino.

d) O fósforo é um não metal.

e) O ferro é um metal.

Índice

Introdução

 A Tabela Periódica é a organização dos elementos químicos através dos seus números atômicos e configuração eletrônica. Saiba como interpretar a tabela e conhecer os principais conceitos relacionados a ela.

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O que é a Tabela Periódica?

Tabela Periódica, também denominada classificação periódica dos elementos, é um arranjo dos elementos químicos por meio de seus números atômicos e configuração eletrônica, que nos permite verificar as características dos elementos e suas repetições, assim como fazer previsões. Por exemplo, é possível saber se um átomo se liga a outro vendo sua posição na tabela periódica.

História da Tabela Periódica

Origem

Em 1869, um professor de Química da Universidade de São Petersburgo chamado Dimitri Ivanovich Mendeleev estava escrevendo um livro sobre os 63 elementos químicos conhecidos na época e anotando em fichas suas propriedades. Fazendo isso, ele percebeu que, ao organizar os elementos em função da massa atômica (A), algumas propriedades se repetiam diversas vezes, ou seja, eram propriedades periódicas.

Baseado nesses dados, Mendeleev organizou os elementos em linhas horizontais, adotando o seguinte critério: se as propriedades de um certo elemento fossem semelhantes às de outro da mesma linha, então este elemento seria deslocado para uma nova linha e colocado na mesma coluna do elemento com o qual compartilhava semelhanças.

Assim, foram formadas colunas com elementos que apresentavam propriedades químicas semelhantes. As linhas horizontais passaram a se chamar períodos e, as colunas, grupo ou famílias.

A partir da tabela proposta por Mendeleev, foi possível demonstrar a periodicidade dos elementos químicos, porém, ele não conseguia explicar essas propriedades.

Foi somente em 1913 que o químico inglês Henry Moseley descobriu que as propriedades dos elementos dependiam de sua carga nuclear, ou seja, seu número atômico (Z). Com isso, ele conseguiu corrigir algumas anomalias observadas por Mendeleev.

Modelos da Tabela Periódica

Ao longo da história, houveram diversas propostas de organização da Tabela Periódica. Tudo começou na Grécia Antiga com Empédocles,  por meio de quatro elementos principais: água, terra, ar e fogo. Mas foi somente Aristóteles quem, posteriormente, fez a organização desses elementos, através de suas características físicas, como sendo úmido, seco, frio e quente.

Alguns anos depois, Antoine Lavoisier conseguiu decompor a água em elementos menores, o oxigênio e o hidrogênio, classificando-as como substâncias elementares. Começou-se então uma série de descobertas de elementos químicos, totalizando 33 elementos, e em 1789, organizou-os de acordo com suas propriedades químicas como simples, metálicos, não-metálicos e terrosos.

Foi no início do século XIX que Johann W. Döbereiner organizou os elementos já descobertos de acordo com suas massas atômicas. Ele dividiu todos os 33 elementos de acordo com suas propriedades em trios de modo que a massa atômica do elemento central fosse a média das massas atômicas dos outros dois elementos.

O francês Alexandre-Emile B. de Chancourtois, ainda no século 19, distribuiu os elementos químicos de acordo com a massa atômica usando o modelo que ficou conhecido como Parafuso Telúrico. Assim, ele começou organizando os elementos pela base do cilindro e foi alinhando os demais elementos que possuíam propriedades semelhantes em cima de cada elemento que estava na base.

Ainda na mesma época, Julius Lothar Meyer introduziu a lei da periodicidade dos elementos, ou seja, ele descobriu a relação entre massa atômica e propriedade em um mesmo grupo.

Dmitri Mendeleiev, ao mesmo tempo, organizou os 63 elementos em colunas com base em suas massas atômicas, deixando espaços vagos para os elementos ainda desconhecidos.

Finalmente, no século XX, introduziu o conceito do número atômico, correspondente ao número de prótons do elemento químico.

Como interpretar a Tabela Periódica

Segundo a lei periódica proposta por Moseley, os elementos químicos são agrupados em ordem crescente de número atômico (Z), observando-se assim, a repetição periódica de diversas propriedades. Originaram-se, então, os períodos na horizontal (em linhas), e as famílias ou grupos na vertical (em colunas).

Na Vertical Se Encontram Os Períodos E Na Horizontal As Famílias.

Símbolos da Tabela Periódica

Os elementos químicos são representados por símbolos compostos por uma ou duas letras do alfabeto, sendo a primeira letra maiúscula e a segunda minúscula. Por exemplo, o oxigênio é representado pelo símbolo O, o carbono é representado por C, o sódio por Na e assim por diante. Essa denominação é utilizada por todo o mundo, independente do alfabeto ou língua local.

O símbolo dos elementos químicos foi introduzido pelo químico sueco Berzelius, no início do século XIX, sendo as iniciais dos seus nomes originais, sendo o idioma latim ou grego. Por exemplo, ouro no latim, significa Aurium, então seu símbolo ficou Au. Cobre, por exemplo, em latim é Cuprum, e seu símbolo ficou Cu. 

Nomes dos elementos

O nome dos elementos surgiu através de diversos meios, como por exemplo, localização em que foram descobertos ou em homenagem ao cientista ou, até mesmo, planetas, astros ou minerais.

Números atômicos

O número atômico de um átomo representa a quantidade de prótons presente no núcleo desse elemento químico. Este número representa a identidade do átomo, sendo única para cada elemento químico da Tabela Periódica.

Quando o elemento está com a carga neutra, o número atômico equivale também ao número de elétrons na eletrosfera do elemento químico. Caso o elemento esteja com falta ou excesso de elétrons, ou seja, no caso de íons, o número de elétrons é diferente do número atômico. 

Representamos o número atômico pela letra Z e podemos utilizar esse número, juntamente com a massa atômica do elemento, para encontrar a quantidade de nêutrons (representado pela letra n) presentes no núcleo atômico. Para isso, basta subtrairmos o número de massa (representado pela letra A) pelo número atômico (Z), como mostrado a seguir:

n = A - Z

Além disso, podemos também identificar um elemento químico desconhecido, só tendo como informações o número de nêutrons e o número de massa.

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Estrutura e organização da Tabela Periódica 

Atualmente, a tabela periódica é composta por 18 famílias ou grupos. Há duas maneiras de identificar as famílias ou grupos:

  • Usando algarismos romanos seguidos pelas letras A ou B, que indicam a posição do elétron mais energético nos subníveis (IA, IIA, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB, IB, IIB, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA e VIIIA ou zero);
  • Usando algarismos arábicos de 1 a 18.

Tabela Periódica.

Famílias da tabela periódica

Famílias A (1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18)

As famílias A são constituídas pelos elementos representativos e seus elétrons mais energéticos estão localizados nos subníveis s ou p.

Nessas famílias, o número antes da letra A representa a quantidade de elétrons na camada de valência. Observe a tabela a seguir com mais detalhes sobre cada uma das famílias A.

Família ou grupo Nome Configuração do último nível Nº de elétrons de valência Elementos químicos
1 – IA Metais alcalinos ns1 1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
2 – IIA Metais alcalinoterrosos ns2 2 Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
13 – IIIA Família do boro ns2 np1 3 B, Aℓ, Ga, In, Tl
14 – IVA Família do carbono ns2 np2 4 C, Si, Ge, Sn, Pb
15 – VA Família do nitrogênio ns2 np3 5 N, P, As, Sb, Bi
16 – VIA Calcogênios ns2 np4 6 O, S, Se, Te, Po
17 – VIIA Halogênio ns2 np5 7 F, Cℓ, Br, I, At
18 – VIIIA (zero) Gases nobres ns2 np6 8 He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

Famílias B (de 3 a 12)

As famílias B são constituídas pelos elementos de transição e seus elétrons mais energéticos estão localizados nos subníveis d.

Nessas famílias, o número antes da letra A representa a quantidade de elétrons na camada de valência. Observe a tabela a seguir com mais detalhes sobre cada uma das famílias B:

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
IIIB IVB VB VIB VIIB VIIIB IB IIB

d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10

A outra parte deles encontra-se deslocada do corpo central e forma as séries dos lantanídeos e dos actinídeos, que contêm 14 colunas. O elétron mais energético está situado nos subníveis f.

O esquema abaixo mostra o subnível ocupado pelo elétron mais energético:

Representação Dos Subníveis.

Períodos da Tabela Periódica

Atualmente, as 7 linhas da tabela periódica representam os seus 7 períodos, que correspondem à quantidade de níveis ou camadas eletrônicas presentes nos elementos químicos.

O que determina que cada elemento químico apresente características únicas?

Por exemplo, a 1ª linha da tabela representa o 1º período e contém os átomos de hidrogênio e hélio. Os elétrons desses dois átomos estão distribuídos em uma única camada eletrônica: a K.

A 2ª linha da tabela representa o 2° período e contém os átomos de lítio, berílio, boro, carbono, nitrogênio, oxigênio, flúor e neônio. Os elétrons desses átomos estão distribuídos em duas camadas eletrônicas: a K e a L. E assim por diante.

Veja mais exemplos:

12Mg → 1s2     2s2 2p6   3s2

             K            L           M        

3 camadas eletrônicas (K, L e M): 3º período

26Fe → 1s2    2s22p6    3s2 3p6 3d6          4s2

            K         L                    M                  N     

4 camadas eletrônicas (K, L, M e N): 4º período

Elementos da Tabela Periódica

A tabela periódica também leva em consideração a classificação dos elementos químicos de acordo com suas propriedades físicas e químicas, em metais, ametais (ou não metais), semimetais e gases nobres, como mostra a figura abaixo.

Tabela De Classificação Dos Elementos.

  • Metais: Formam cátions (perdem elétrons e se tornam positivamente carregados) e geralmente se encontram no estado sólido (exceto o mercúrio, que é líquido). Apresentam alto ponto de fusão, são maleáveis e dúcteis. São bons condutores de calor e eletricidade.
  • Ametais ou não metais: Cerca de metade dos elementos deste grupo se encontram no estado gasoso. A outra metade é sólida e o bromo é líquido. Os halogênios, como flúor, cloro, bromo, iodo e astato, reagem com metais, formando sais. Os ametais são maus condutores de calor e eletricidade, são quebradiços e possuem baixo ponto de fusão.
  • Semimetais: Possuem propriedades intermediárias entre os metais e os ametais.
  • Gases nobres: Encontram-se no estado gasoso, são geralmente inertes, ou seja, pouco reativos.

Atualmente, a tabela periódica conta com 118 elementos químicos, tanto naturais quanto artificiais (produzidos em laboratório).

Propriedades periódicas

A partir da distribuição eletrônica de um elemento químico é possível determinar sua localização na tabela periódica. Observe o exemplo a seguir:

19K → 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1

Camadas (níveis): K = 2; L = 8; M = 8; N = 1

Característica da distribuição eletrônica Localização e classificação
4 camadas (K, L, M, N) 4º período
Elétron de maior energia situado no subnível (4p5) Bloco p (elemento representativo)
7 elétrons na camada de valência (4s2 4p5) Família VIIA (halogênios) = grupo 17

8O → 1s22s2 2p4

Camadas (níveis): K = 2; L = 6

Característica da distribuição eletrônica Localização e classificação
2 camadas (K, L) 2º período
Elétron de maior energia situado no subnível (2p4) Bloco p (elemento representativo)
6 elétrons na camada de valência (2s2 2p4) Família VIA (calcogênios) = grupo 16

26Fe → 1s22s2 2p63s23p64s23d6

Camadas (níveis): K = 2; L = 8; M = 14; N = 2

Característica da distribuição eletrônica Localização e classificação
4 camadas (K, L, M, N) 4º período
Elétron de maior energia situado no subnível (3d6) Bloco d (elemento de transição)
2 elétrons na camada de valência (4s2) + 6 elétrons no subnível de maior energia (3d6) Família VIIIB = grupo 8

Conclusão

O processo de criação da Tabela Periódica sofreu diversas mudanças até seu formato atual e definitivo, baseado na massa atômicaEm uma mesma família, os elementos químicos apresentam características semelhantes por possuírem a mesma quantidade de elétrons na camada de valência. Em um período,  os elementos têm seus elétrons distribuídos no mesmo número de camadas.

Referências

Química - Volume único / João Usberco, Edgard Salvador - 5ª edição, 2002.

ATKINS - Princípios de Química 3ª Edição

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Exercício de fixação

UERJ/2011

Considere as quatro caixas abaixo, que contêm diferentes materiais residuais de uma indústria:

A única caixa que contém apenas metais está indicada pela seguinte letra:

O que determina que cada elemento químico apresenta características únicas?

Uma característica comum e importante dos elementos químicos que compõem cada grupo é possuir a mesma quantidade de elétrons na camada de valência. O número de elétrons de valência é uma importante característica química, pois define a estabilidade e a reatividade de um elemento químico.

O que caracteriza cada um dos elementos químicos?

“Um elemento químico é o conjunto de átomos que possuem o mesmo número atômico.” O número atômico, simbolizado pela letra “Z”, é, na verdade, a quantidade de prótons que o átomo possui em seu núcleo. Assim, cada elemento é diferenciado pela quantidade de prótons que seus átomos possuem.

Qual e a principal característica que caracteriza um elemento químico?

Elemento químico é o conjunto de átomos de mesmo número atômico. O número atômico é a quantidade de prótons que um átomo possui em seu núcleo. Desse modo, a menor parte ou partícula que conserva as propriedades de um elemento químico é um átomo só com aquele determinado número atômico.

O que determina a função periódica das propriedades dos elementos químicos?

Essas propriedades estão relacionadas à carga nuclear efeitva dos elementos químicos, a qual aumenta conforme o número de elétrons de valência aumenta também. As principais propriedades periódicas são o raio atômico, a energia de ionização, a afinidade eletrônica e a eletronegatividade.