Qual a designação genérica dada aos elementos dos grupos 2 a12 da Tabela Periódica?

1 QuÍMICA Tito Canto professor módulo 3 A TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS CAPÍTULOs steve raymer/corbis/latinstock Fachada da Escola Técnica de Moskivsky Prospekt decorada com a Tabela Periódica de Dimitry Mendeleev. São Petersburgo, Rússia. 1 Breve história da Tabela Periódica 2 Estrutura da Tabela Periódica 3 Configuração eletrônica e a Tabela Periódica 4 Algumas propriedades periódicas dos elementos

2 O presente módulo trata da Tabela Periódica em vigor, com suas respectivas terminologias e com a classificação atualizada dos elementos, segundo critérios diversos. Revela também a relação existente entre as propriedades dos elementos e sua configuração eletrônica e a posição que eles assumem na Tabela Periódica. Acreditando que o conhecimento da periodicidade dos elementos é extremamente útil para o entendimento e o manuseio da Tabela Periódica, assim como para a previsão do comportamento dos elementos químicos, algumas propriedades periódicas dos elementos serão estudadas. Vale dizer ainda que se optou por usar, na configuração da Tabela Periódica, a numeração sugerida pela Iupac (International Union of Pure and Applied Chemistry) para a classificação dos grupos (de 1 a 18), embora, em muitos casos, a classificação anterior (1A, 2A...) tenha sido apresentada entre parênteses. 2

3 Professor: Consulte o Plano de Aulas. As orientações pedagógicas e sugestões didáticas facilitarão Objetivos seu trabalho com os alunos. Ao final deste módulo, você deverá ser capaz de: perceber que os conceitos científicos se relacionam com o que é vivenciado cotidianamente; notar que, na história da ciência, ideias são aprimoradas ou substituídas por outras mais pertinentes; consultar corretamente a Tabela Periódica para a obtenção do número atômico de um elemento; associar a posição de um elemento na Tabela Periódica (período e grupo) às suas propriedades e à sua distribuição eletrônica. 3

4 CAPÍTULO1 Breve história da Tabela Periódica AKG-LatinStock 1 Figura 1 Retrato de Johann Wolfgang Döbereiner ( ). 1 As tríades de Döbereiner No início do século XIX, valores aproximados para a massa dos átomos de alguns elementos (denominada massa atômica) haviam sido estabelecidos. Em 1829, o químico alemão Johann Döbereiner, analisando três elementos quimicamente semelhantes o cálcio (Ca), o estrôncio (Sr) e o bário (Ba), percebeu uma relação simples entre suas massas atômicas: a massa do átomo de estrôncio apresentava um valor bastante próximo da média das massas atômicas do cálcio e do bário. Ele observou também a mesma relação em outras tríades de elementos químicos, como cloro/bromo/iodo e enxofre/selênio/telúrio. 2 O parafuso telúrico de Chancourtois Em 1862, o geólogo francês Alexandre Chancourtois ( ) dispôs os elementos químicos conhecidos em uma linha espiral em volta de um cilindro, organizando-os em ordem crescente de suas massas atômicas. Tal disposição ficou conhecida como parafuso telúrico de Chancourtois. Ao redor do cilindro, foram feitas dezesseis divisões, e os elementos com propriedades semelhantes apareciam uns sobre os outros em voltas consecutivas da espiral. Chancourtois estava sugerindo que as propriedades dos elementos se relacionavam à posição que o elemento ocupava na sequência. SPL-LatinStock 4 2 Figura 2 Retrato de John Alexander Reina Newlands ( ). 3 As oitavas de Newlands Em 1864, o inglês John Newlands, um amante da música, organizou os elementos em linhas horizontais, de acordo com a ordem crescente de suas massas atômicas. Cada linha continha sete elementos, tendo o oitavo elemento propriedades semelhantes ao primeiro e assim por diante, em uma relação periódica que lembrava a periodicidade das notas musicais. A essa repetição de propriedades dentro de uma sequência, o químico inglês deu o nome de lei das oitavas. Por relacionar Química e Música, Newlands sofreu o desprezo e o escárnio dos membros da Sociedade de Química de Londres. Conta- -se que, ao apresentar sua teoria aos integrantes dessa entidade, um deles teria lhe perguntado, sarcasticamente, se ele já havia tentado organizar os elementos também em ordem alfabética. Posteriormente, entretanto, seu trabalho foi reconhecido: cerca de duas décadas mais tarde, ele foi considerado um precursor das ideias de Mendeleev.

5 4 Mendeleev: periodicidade e previsões O cientista russo Dmitri Ivanovicht Mendeleev ( ) foi professor universitário na Rússia e fez uma importante descoberta, na história da ciência, enquanto escrevia um livro de Química. Na tentativa de encadear as ideias antes de escrever determinada parte da obra, Mendeleev registrou as propriedades de cada elemento químico (na época, eram conhecidos 63 elementos) em uma ficha de papel. Manipulando as fichas, percebeu algo extraordinário: organizando as fichas na ordem crescente de massa dos átomos de cada elemento, apareciam, a intervalos regulares, elementos com propriedades semelhantes, de modo similar ao que Newlands observara. Havia, pois, uma periodicidade, ou seja, uma repetição das propriedades dos elementos. Entre os muitos exemplos de elementos com propriedades análogas, podemos citar: Sódio (Na), potássio (K) e rubídio (Rb) reagem explosivamente com a água; combinam-se com os gases cloro e oxigênio formando, respectivamente, compostos de fórmulas ECl e E 2 O 1 ; Magnésio (Mg), cálcio (Ca) e estrôncio (Sr) reagem com a água, mas não tão violentamente quanto o sódio, o potássio e o rubídio; combinam-se com o cloro e com o oxigênio formando, respectivamente, compostos de fórmulas ECl 2 e EO. Em 1869, Mendeleev organizou os elementos em uma tabela. Nela, os elementos com propriedades parecidas eram acomodados em uma mesma coluna. Aprimorando a elaboração de sua descoberta, ele percebeu que pareciam estar faltando alguns elementos para que a tabela ficasse completa. Mendeleev resolveu, então, deixar algumas lacunas julgando que algum dia alguém descobriria novos elementos químicos que pudessem ser encaixados nesses locais. 3 Hulton Archive-Getty Images 1 E representa um dos elementos em questão. SPL-LatinStock Figura 3 Esboço da classificação periódica proposta por Mendeleev. No detalhe, retrato do químico. 5

6 Glossário Eka. Palavra do sânscrito que pode ser traduzida como o primeiro a seguir. Com base em sua organização, previu algumas das propriedades que esses elementos ainda não descobertos teriam. Abaixo do silício, por exemplo, Mendeleev suspeitou que deveria existir um elemento, o qual ele denominou eka-silício e cujas propriedades previu. Esse elemento acabou por ser descoberto em 1886 pelo alemão Clemens Winkler, que o chamou de germânio. As propriedades do germânio são espantosamente próximas às previstas por Mendeleev, como mostra a tabela 1. Tabela 1. Propriedades do elemento químico germânio Propriedade Prevista por Mendeleev Observada Massa atômica 72 72,3 Densidade (g/cm 3 ) 5,5 5,47 Temperatura de fusão ( o C) Muito alta 960 Fórmula óxido RO 2 GeO 2 Fórmula cloreto RCl 4 GeCl 4 Além do germânio, outros elementos, cuja existência foi prevista por Mendeleev, foram descobertos posteriormente, como o escândio (Sc), o gálio (Ga) e o polônio (Po), e suas propriedades são iguais às previstas pelo químico ou bastante próximas delas. Quem faz a Química O alemão Julius Lothar Meyer ( ) propôs uma classificação periódica para os elementos similar à de Mendeleev, com a diferença de que sua organização se baseava nos padrões de semelhança entre os elementos. Ele não previu, contudo, a existência de elementos ainda não descobertos nem de suas possíveis propriedades. Por isso, embora também seja considerado descobridor da Lei Periódica dos Elementos, o mérito maior costuma ser atribuído ao russo Mendeleev. 4 SPL-LatinStock Antes de Mendeleev, outros cientistas, como Döbereiner, Chancourtois e Newlands, já haviam percebido que alguns elementos tinham propriedades semelhantes. A grande inovação do químico russo, porém, foi fazer uma extensiva organização dos elementos com base em suas propriedades ordenando-os de acordo com a sequên cia crescente de suas massas atômicas e deixar lacunas para elementos que pudessem existir mas ainda não haviam sido descobertos. Assim, fazendo algumas inversões na ordem dos elementos e pequenos ajustes necessários, em 1871 Mendeleev publicou uma versão revista e aperfeiçoada de seu trabalho. 6

7 5 Moseley e o número atômico: rumo à Tabela Periódica atual Entre 1913 e 1914, o inglês Henry Moseley fez importantes descobertas trabalhando com uma complexa técnica envolvendo raios X. Ele constatou uma característica numérica dos átomos de cada elemento que ficou conhecida como número atômico e que posteriormente foi associada ao número de prótons. Os elementos não estão dispostos na Tabela Periódica atual por ordem crescente de massa atômica, mas sim por ordem crescente de número atômico. De modo geral, à medida que o número atômico cresce, a massa atômica também cresce. Há apenas quatro casos de elementos consecutivos na tabela em que o de menor número atômico apresenta maior massa atômica: o argônio ( 18 Ar), cuja massa atômica é 39,9, vem antes do potássio ( 19 K), cuja massa atômica é 39,1; o cobalto ( 27 Co), cuja massa atômica é 58,9, vem antes do níquel ( 28 Ni), cuja massa atômica é 58,7; o telúrio ( 52 Te), cuja massa atômica é 127,6, vem antes do iodo ( 53 I), cuja massa atômica é 126,9; o tório ( 90 Th), cuja massa atômica é 232, vem antes do protactínio ( 91 Pa), cuja massa atômica é 231. Figura 5 Retrato de Henry Gwyn Jeffreys Moseley ( ). Exercícios dos conceitos 1 Que critérios Mendeleev adotou para organizar os elementos químicos? Mendeleev fundamentou-se nas propriedades periódicas dos elementos. 2 Mendeleev deixou alguns espaços vagos em sua Tabela Periódica. A que eles se destinavam? O que o motivou a fazer isso? Os espaços vagos deixados por Mendeleev destinavam-se a novos elementos que pudessem vir a ser descobertos. Mendeleev fundamentou-se nas propriedades periódicas dos elementos. 5 Professor: Uma das características do método científico de realizar investigações é organizar os objetos estudados de acordo com suas propriedades. Antes de prosseguir o estudo deste módulo, utilize os dados mostrados na tabela que consta no Plano de Aulas, intitulada Elabore uma classificação, e proponha à classe uma atividade: que disponham os elementos químicos em grupos, de acordo com suas propriedades. Em seguida, discuta com os alunos questões como: Quantos grupos você escolheu para organizar os elementos? Por quê? Qual critério (ou quais critérios) você usou para fazer essa classificação? Justifique-o(s). Haveria outros critérios possíveis? Em caso afirmativo, quais seriam e por que você não optou por eles? Bettmann / Corbis-LatinStock 3 A Tabela Periódica atual preserva a organização proposta por Mendeleev? Comente. Não. A Tabela Periódica atual organiza os elementos em ordem crescente de número atômico. 4 O que se entende por Lei Periódica dos Elementos? Lei segundo a qual as propriedades físicas e químicas dos elementos são função periódica do peso atômico. 7

8 CAPÍTULO2 Estrutura da Tabela Periódica 1 Períodos Na página 38, você encontrará uma r e p r o d u ç ã o d a Tabela Periódica em vigor. Recorte-a, conforme indicado, e plastifique-a para preservá-la. Consulte-a sempre que necessário. Figura 1 Representações esquemáticas da Tabela Periódica atual. 1 A A Tabela Periódica em uso atualmente dispõe os elementos em sete linhas. Cada linha é denominada período e, assim, a Tabela Periódica atual é composta por sete períodos. Esse arranjo, chamado de forma longa da Tabela Periódica, é, contudo, uma representação demasiadamente extensa, e por isso é mais comum alguns elementos serem representados em linhas à parte. As figuras 1A e 1B ajudam a entender o arranjo dos elementos na Tabela Periódica atual: na Figura A, a representação da forma longa da Tabela Periódica; na figura 1B, a representação de sua forma curta. Os elementos são dispostos em ordem crescente de número atômico a partir do hidrogênio (Z 5 1), um em cada quadradinho. Os elementos com números atômicos de 57 a 71, chamados lantanídios, e os com números atômicos de 89 a 103, chamados actinídios, são os representados à parte dos demais, ficando em linhas dispostas abaixo da tabela. Independentemente dessa disposição, os lantanídios pertencem ao sexto período e os actinídios, ao sétimo período B Lantanídios Actinídios

9 2 Grupos ou famílias A disposição dos elementos em períodos sobrepostos acaba por formar colunas de elementos. Cada coluna é denominada grupo ou família e nelas ficam agrupados elementos com propriedades semelhantes. Na forma curta da Tabela Periódica, há 18 colunas de elementos. Por determinação da Iupac, atualmente os grupos são numerados de 1 a 18, mas ainda é bastante comum o emprego da nomenclatura anteriormente usada, em que os grupos eram representados por letras acompanhadas de números (1A, 2A etc.). Alguns dos grupos, devido a sua importância para a Química, recebem nomes especiais: O grupo 1, ou 1A, é o grupo dos metais alcalinos 1. O grupo 2, ou 2A, é o grupo dos metais alcalino-terrosos 2. O grupo 16, ou 6A, é o grupo dos calcogênios. O grupo 17, ou 7A, é o grupo dos halogênios. O grupo 18, ou 0 (zero), é o grupo dos gases nobres. Professor: Anteriormente, foi proposta uma atividade: elaborar uma classificação para determinados elementos de acordo com algumas de suas propriedades. A sugestão, neste momento, é solicitar aos alunos que comparem a classificação elaborada com a Tabela Periódica atual e registrem suas conclusões. 3 Elementos representativos e de transição Os elementos dos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 apresentam um comportamento químico relativamente menos complexo que os demais e são frequentemente denominados elementos representativos. Os dos grupos de 3 a 12 são chamados elementos de transição 3, sendo os lantanídios e os actinídios especificamente denominados elementos de transição interna. Quem faz a Química Um brasileiro associado à descoberta de um novo elemento químico José Bonifácio de Andrada e Silva foi o primeiro cientista brasileiro a se projetar internacionalmente e está ligado à descoberta de um novo elemento químico. Em um artigo escrito na revista alemã Allgemeines journal der Chenuie, publicada em Leipzig no ano de 1800, são descritos doze novos minerais por ele descobertos quando realizava pesquisas na Escandinávia. Dentre esses minerais, destacam-se a petalita e o espodumênio, que na realidade são aluminossilicatos do elemento lítio. Ao descrever esses minerais, Andrada e Silva demonstrou que eles apresentavam características alcalinas. Referenciando-se às observações feitas por José Bonifácio, o químico, médico e professor sueco Jöns Jacob Berzelius, ( ) escreveu ao também químico Claude-Louis Berthollet ( ), de origem francesa, relatando que seu aluno Johan August Arfvedson ( ) constatara que nos minerais descobertos pelo cientista brasileiro havia, de fato, um novo elemento com características alcalinas. Finalmente, Humphry Davy ( ), químico inglês, utilizou a técnica recém-descoberta do processo da eletrólise e isolou o novo elemento. A ele foi dado o nome lítio, do grego líthos: pedra. Até a época, já haviam sido descobertos dois outros elementos alcalinos: o sódio e o potássio, ambos obtidos de plantas. 2 Figura 2 Retrato de José Bonifácio de Andrada e Silva ( ). Glossário Aluminossilicato. Substância (Al 2 SiO 5 ) usada especialmente em odontologia e com largo emprego industrial na fabricação de vidros, pedras semipreciosas, vernizes e cerâmicas, dentre outros produtos. Acervo Iconographia / Reminiscências Glossário Alcalinos. Do árabe al-qali, pelo latim medieval alkali: cinza de plantas. Nas cinzas vegetais, são encontrados sódio e potássio na forma de óxidos e carbonatos. Calcogênio. A palavra calcogênio ou chalcogênio vem do grego khalkós: cobre 1 génos: tronco, família. Assim, seu significado é família de cobre, porque os minérios dos quais o cobre é extraído são geralmente compostos de cobre e enxofre (por exemplo, Cu 2 S) ou de cobre e oxigênio (por exemplo, Cu 2 O). Outros membros do grupo dos calcogênios aparecem nas rochas, que contêm esses minérios em quantidades menores. Halogênios. Do grego háls: sal 1 génos: tronco, família. Assim, o termo significa família de sais. 1 Como será comentado mais à frente, o hidrogênio não é considerado metal. Assim, apesar de estar no grupo 1, o hidrogênio não é um metal alcalino. 2 O termo alcalino-terroso é uma alusão tanto à semelhança que os elementos desse grupo apresentam com os metais alcalinos em algumas de suas propriedades quanto ao fato de que alguns deles são encontrados na terra. Há autores que preferem grafar o nome desse grupo como alcalinos terrosos. É relevante saber ainda que alguns autores não consideram berílio e magnésio como metais alcalino-terrosos. 3 Há autores que consideram elementos de transição apenas os grupos 3 a 11. 9

10 piumati sergio/age/agb Ti Os elementos químicos no cotidiano Os elementos químicos estão presentes em praticamente todas as atividades do cotidiano. A seguir, um texto ilustrado que elenca aplicações de alguns elementos químicos no dia a dia. Texto adaptado da Association of the Dutch Chemical Industry VCNI, Holanda, detentora de seu copyright. Titânio Pinos para fraturas e próteses. Pigmento para tintas e papel. Trocadores especiais de calor. Corpo do motor de avião. Mercúrio Termômetros. Barômetros. Iluminação pública. Na composição do amálgama utilizado na odontologia e em desinfetantes. Hg javier jaime/cid H Hidrogênio Combustível para automotores. Enchimento de balões. Hidrogenação de gorduras. Dessulforização de petróleo. Co michael klinec/alamy/other images renault/cid gabor nemes/kino K Potássio Fósforos, pólvora. Adubo químico. Na composição de vidro para lentes. Na fabricação de máscaras de oxigênio. Sal dietético. Cobalto Catalisador de gás de escape. Fonte de radiação beta. Na composição de lâminas de aço. Ímã permanente. Pigmentos para coloração de diversos materiais. 10

11 colin cuthbert/spl/latinstock N Nitrogênio Líquido para conservação de sêmen. Criocirurgia. Na composição de adubos e explosivos. Cd trece por dieciocho/cid Cádmio Bateria recarregável. Proteção anticorrosiva. Fotômetros. Pigmento vermelho-amarelado. Estanho. Latas de conserva. Artigos decorativos. Na composição de tintas antiadesivas. Vidros foscos. Peças esmaltadas. Cu Cobre Cabos elétricos. Materiais hidráulicos. Hélice de navios. Sinos e carrilhões. david hebden/alamy/ other images david young-wolff/alamy/other images Ne Sn jesper jensen/alamy/ other images Estanho Latas de conserva. Artigos decorativos. Na composição de tintas antiadesivas. Vidros foscos. Peças esmaltadas. gabor nemes/kino Si Magnésio Fogos de sinalização, flash. Pigmentos de materiais de enchimentos. Na composição de ligas metálicas leves e de tijolos refratários. Silício Componentes semicondutores que entrem na fabricação de chips. Na composição de óleos e borrachas de silicone. Mg Neônio Iluminação para propaganda. Lâmpada para neblina. Tubo de TV laser. Líquido de refrigeração. peter guttman/corbis/latinstock 11

12 Professor: É importante que os alunos percebam que os metais correspondem à maior parte dos elementos e aparecem no centro e à esquerda da Tabela Periódica. Os não metais localizam- se à direita da tabela. Já os semimetais correspondem a uma região fronteiriça entre os metais e os não metais. Os semimetais não terão destaque no estudo da Química realizado nesta obra. Figura 3 Representação da classificação dos elementos na Tabela Periódica segundo suas propriedades físicas. Figura 4 Substâncias simples formadas por metais: alumínio (papel-alumínio), ferro (pregos), cobre (fio). Figura 5 Substâncias simples formadas por não metais: enxofre (pó amarelo), carbono (os dois pedaços de grafite na ponta das molas) e iodo. Figura 6 Substâncias simples formadas por gases nobres: gás hélio (o balão está preenchido com gás) e argônio (o bulbo da lâmpada contém argônio). Figura 7 Substâncias simples formadas por semimetal: silício, misturado a pequenas quantidades de outros materiais, constituindo células fotoelétricas (que transformam energia luminosa em energia elétrica, usadas, por exemplo, em calculadoras portáteis). 4 Metais, não metais e semimetais De acordo com suas propriedades físicas, os elementos podem ser classificados em três grupos: metais, não metais e semimetais. Os elementos conhecidos como metais formam substâncias simples que, de modo geral: conduzem bem a corrente elétrica e o calor; são facilmente transformadas em lâminas e em fios; são sólidas em condições ambientes (isto é, 25 C de temperatura e pressão equivalente ao valor médio da pressão atmosférica ao nível do mar), exceção feita à substância simples formada pelo mercúrio (Hg), que é líquida. Os elementos denominados não metais, também chamados por alguns estudiosos de ametais, formam substâncias simples que: não conduzem bem o calor nem a corrente elétrica (exceto o carbono, que na forma da grafita é um bom condutor de eletricidade e na forma de diamante conduz bem calor); não são facilmente transformadas em lâminas ou em fios; apresentam-se em diferentes estados de agregação em condições ambientes: onze formam substâncias simples gasosas (hidrogênio, nitrogênio, oxigênio, flúor, cloro e gases nobres), um forma substância simples líquida (bromo) e os demais formam substâncias simples sólidas. Elementos que apresentam propriedades intermediárias entre as dos metais e as dos não metais são denominados por alguns autores de semimetais. Eles formam substâncias simples sólidas nas condições ambientes. Dois semimetais de muita importância prática são o silício e o germânio, empregados em componentes eletrônicos. 3 Metais Li Be Na Mg Al K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Cs Ba Hf Ta Li Re Os Ir Pi Au Hg Tl Pb Bi Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Semimetais Não metais B H He Si C N O F Ne Ge As P S Cl Ar Sb Te Se Br Kr Po I Xe At Rn * Os elementos Cn, Fl e Lv não estão classificados nesta representação da Tabela Periódica por ainda não haver descrição de substâncias formadas a partir deles. 4 5 Eduardo Santaliestra / CID Eduardo Santaliestra / CID 6 7 Eduardo Santaliestra Rosenfeld Images Ltd / SPL-LatinStock 12

13 Ampliando Estado físico das substâncias simples Veja, na Tabela Periódica abaixo representada, o estado físico, nas condições ambientes (25 wc e pressão equivalente à pressão média do ar ao nível do mar), das substâncias simples formadas pelos elementos. 8 H He Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn Fr Ra La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Legenda: sólido líquido gasoso 5 Elementos naturais e elementos artificiais Em 1937, a Tabela Periódica tinha um aspecto bem próximo do atual, porém havia menos elementos químicos conhecidos. Os cientistas já haviam identificado e nomeado os elementos com números atômicos de 1 (hidrogênio) a 92 (urânio). Dentre esses, porém, não eram conhecidos os elementos 43, 61, 85 e 87. A existência desses quatro espaços vagos na Tabela Periódica, no entanto, encorajava os cientistas a procurá-los. De fato, átomos desses quatro elementos foram produzidos artificialmente pelos cientistas por meio da indução de processos que geravam transformações no núcleo dos átomos. O tecnécio ( 43 Tc) foi produzido em 1937; o promécio ( 61 Pm), em 1947; o frâncio ( 87 Fr), em 1939, e o astato ( 85 At), em Eles ficaram conhecidos como elementos artificiais por terem sido produzidos em laboratório. Também são artificiais todos os elementos transurânicos, isto é, elementos com números atômicos superiores ao do urânio. São assim denominados porque nenhum deles é encontrado na natureza, devendo ser sintetizados (produzidos) em laboratório. Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Mesmo quando apenas um grupo de pesquisadores anuncia a síntese de um novo elemento e não há disputa de mérito pelo feito, costuma-se aguardar o reconhecimento da Iupac para que ele receba nome e símbolo e somente então passe a figurar na Tabela Periódica. 13

14 Exercícios dos conceitos 1 Qual a designação genérica dada aos elementos dos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17 e 18 da Tabela Periódica? Elementos representativos. 2 Qual a designação genérica dada aos elementos dos grupos 3 a 12 da Tabela Periódica? Elementos de transição ou metais de transição. Os exercícios 3 a 10 referem-se aos elementos cujos símbolos estão registrados na Tabela Periódica representada ao lado. 3 Qual(is) desses elementos é (são) representativo(s)? Todos, exceto Fe, Au e U. H Na K Ca Ba 4 Qual(is) deles é (são) de transição? Fe e Au. 5 Qual(is) deles é (são) de transição interna? U Fe Au C N O S F Cl Br He Ar U. 6 Qual(is) deles pertence(m) a um mesmo grupo? H, Na e K (grupo 1); Ca e Ba (grupo 2); O e S (grupo 16); F, Cl e Br (grupo 17); He e Ar (grupo 18). 7 Qual(is) deles pertence(m) a um mesmo período? H e He (1 o período); C, N, O e F (2 o período); Na, S, Cl e Ar (3 o período); K, Ca, Fe e Br (4 o período); Ba e Au (6 o período) Dentre os elementos em questão, diga qual(is) é (são) classificado(s) como: a) Alcalino(s): Na e K. (O H não é metal.) d) Halogênio(s): F, Cl e Br. b) Alcalino-terroso(s): Ca e Ba. e) Gás (gases) nobre(s): He e Ar. c) Calcogênio(s): O e S.

15 9 Sem consultar os números atômicos, é possível dizer qual dos elementos registrados na tabela possui o maior número atômico? Justifique sua resposta. Sim. O urânio, porque ele está no sétimo período, enquanto os demais estão distribuídos até, no máximo, o sexto período. 10 Quais dos elementos em questão formam substâncias simples que conduzem bem a eletricidade e o calor? Os metais: Na, K, Ca, Fe, Ba, Au e U. Professor: As resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de Aulas deste módulo. Consulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de Testes. Retomada dos conceitos 1 (Cesgranrio-RJ) Fazendo a associação entre as colunas abaixo, que correspondem às famílias de elementos segundo a tabela periódica, a sequência numérica correta será: 1. Gases nobres Grupo 1A 2. Metais alcalinos Grupo 2A 3. Metais alcalino-terrosos Grupo 6A 4. Calcogênios Grupo 7A 5. Halogênios Grupo 0 a) 1, 2, 3, 4, 5. c) 3, 2, 5, 4, 1. e) 5, 2, 4, 3, 1. b) 2, 3, 4, 5, 1. d) 3, 2, 4, 5, 1. 2 (UFU-MG) No início do século XIX, com a descoberta e o isolamento de diversos elementos químicos, tornou-se necessário classificá-los racionalmente, para a realização de estudos sistemáticos. Muitas contribuições foram somadas até se chegar à atual classificação periódica dos elementos químicos. Em relação à classificação periódica atual, responda: a) Como os elementos são listados, sequencialmente, na tabela periódica? b) Em quais grupos da tabela periódica podem ser encontrados: um halogênio, um metal alcalino, um metal alcalino-terroso, um calcogênio e um gás nobre? 3 (Uerj) Um dos elementos químicos que tem-se mostrado muito eficiente no combate ao câncer de próstata é o selênio (Se). Com base na Tabela de Classificação Periódica dos Elementos, os símbolos de elementos com propriedades químicas semelhantes às do selênio são: a) Cl, Br, I. b) Te, S, Po. c) P, As, Sb. d) As, Br, Kr. 4 (UPF-RS) Os elementos Se, Cs, At, Rn pertencem às seguintes famílias: a) calcogênios, alcalinos, halogênios, gases nobres. b) calcogênios, alcalinos, gases nobres, halogênios. c) halogênios, alcalinos, alcalino-terrosos, gases nobres. d) calcogênios, alcalino-terrosos, halogênios, gases nobres. e) alcalinos, alcalino-terrosos, calcogênios, gases nobres. 5 (UFC-CE) Um átomo x tem um próton a mais que um átomo y. Com base nessa informação, assinale a afirmativa correta: a) Se y for alcalino-terroso, x será metal alcalino. b) Se y for gás nobre, x será um halogênio. c) Se y for metal de transição, x será um gás nobre. d) Se y for gás nobre, x será metal alcalino. 6 (UVA-CE) O césio 137, causa da tragédia de Goiâ nia em 1987, é isótopo do Cs. Em relação à Tabela Periódica, o césio pertence à família dos: a) alcalinos. c) halogênios. b) alcalino-terrosos. d) gases nobres. 7 (Cesgranrio-RJ) Um átomo T apresenta menos 2 prótons que um átomo Q. Com base nessa informação, assinale a opção falsa. T Q a) gás nobre alcalino-terroso b) halogênio alcalino c) calcogênio gás nobre d) enxofre silício e) bário cério 8 (UFV-MG) Associe a segunda coluna com a primeira e assinale a opção que contém a sequência correta: I. Metais alcalinos F, Br, I II. Metais alcalino-terrosos Na, K, Cs III. Halogênios Ca, Sr, Ba IV. Metais de transição Fe, Co, Ni a) I, II, III, IV. d) IV, II, III, I. b) III, I, II, IV. e) III, I, IV, II. c) III, II, I, IV. 9 (PUC-RS) Observando o conjunto a seguir, assinale quais elementos pertencem à família dos alcalino-terrosos: Na, He, Ca, Fe, K, Ba, Li, Sr a) Na, K, Li. d) K, Ca, Fe. b) He, Ca, Fe. e) Na, Ca, Sr. c) Ca, Ba, Sr. 15

16 CAPÍTULO3 Configuração eletrônica e a Tabela Periódica Professor: Alguns elementos apresentam distribuição eletrônica anômala, ou seja, que não segue rigorosamente a sequência do diagrama das diagonais. Essas anomalias são difíceis de explicar no Ensino Médio e, por isso, não aparecem retratadas no esquema. 1 Diagrama das diagonais 1 Diagrama das diagonais e Tabela Periódica 1s 2 2s 2 3s 2 4s 2 5s 2 6s 2 7s 2 2p 6 3p 6 4p 6 5p 6 6p 6 7p 6 3d 10 4d 10 5d 10 6d 10 4f 14 5f 14 Figura 1 Diagrama de Pauling. A organização de Linus Pauling baseava-se na ordem crescente de energia existente nos subníveis. A energia dos subníveis cresce conforme a sequência das diagonais. 1 Atente para o fato de que o elemento hélio destoa dos outros gases nobres. 2 Seguindo o diagrama das diagonais para distribuir os elétrons para os átomos neutros dos elementos que aparecem na Tabela Periódica, verifica-se que, à medida que aumenta o número atômico, há um comportamento periódico no modo como termina essa distribuição. A configuração eletrônica: dos elementos do grupo 1 termina em s 1 ; dos elementos do grupo 2 termina em s 2 ; dos elementos do grupo 13 termina em p 1 ; dos elementos do grupo 14 termina em p 2 e assim por diante 1. Representação esquemática da relação existente entre a configuração eletrônica de um elemento e sua posição na Tabela Periódica Representativos 1 1A 1 1s 1 3 2s 1 2 2A 4 2s 2 Transição 13 3A 5 2p A 6 2p 2 Representativos 15 5A 7 2p A 8 2p A 9 2p s p s s s s B 4B 5B 6B 7B 8B 1B 2B d 1 3d 2 3d 3 3d 4 3d 5 3d 6 3d 7 3d 8 3d 9 3d p p p p p p p p p p p p s s d d d d d d d d d d p p p p p p s s d d d d d d d d d p p p p p p s s d d d d d d d d d 10 etc p p f 1 4f 2 4f 3 4f 4 4f 5 4f 6 4f 7 4f 8 4f 9 4f 10 4f 11 4f 12 4f 13 4f 14 5d f 1 5f 2 5f 3 5f 4 5f 5 5f 6 5f 7 5f 8 5f 9 5f 10 5f 11 5f 12 5f 13 5f 14 6d 1 Transição interna 16

17 2 Número de camadas eletrônicas e período do elemento Como é possível perceber pelo esquema da página anterior, elementos do primeiro período apresentam átomos com uma só camada eletrônica; elementos do segundo período apresentam átomos com duas camadas eletrônicas e assim sucessivamente. Átomos (eletricamente neutros) de elementos de um mesmo período apresentam igual número de camadas eletrônicas (camadas que contêm elétrons). O número de camadas eletrônicas é igual ao número do período. 3 Camada de valência e grupo do elemento Pelo esquema, também é possível perceber que os átomos de elementos de um mesmo grupo (família) apresentam em comum o número de elétrons na última camada. Os átomos de elementos do grupo 1 apresentam um elétron na última camada. A diferença entre a eletrosfera de seus átomos está no número de camadas. O átomo de hidrogênio (primeiro período) apresenta uma camada; o de lítio (segundo período), duas camadas; o de sódio (terceiro período), três camadas, e assim por diante. Os átomos de elementos do grupo 2 têm dois elétrons na última camada; os do grupo 13 têm três elétrons na última camada; os do grupo 14 têm quatro elétrons, e assim por diante. Os químicos dispõem de muitas evidências para associar os elétrons da última camada de um átomo com a capacidade que esse átomo possui de estabelecer ligação (união) com outro ou com outros. Isso é tão importante na Química que a camada eletrônica mais externa recebe um nome especial. A camada mais externa do átomo de um elemento químico é aquela envolvida diretamente no estabelecimento de união desse átomo com outro(s) átomo(s). Ela é denominada camada de valência. Os elétrons dessa camada são chamados de elétrons de valência. É importante lembrar que: Elementos de um mesmo grupo da Tabela Periódica apresentam o mesmo número de elétrons na camada de valência. atenção Exceção a isso é o elemento hélio (Z 5 2). Seus átomos apresentam dois elétrons na camada de valência, mas ele não é colocado no grupo 2, pois suas propriedades não se assemelham às dos elementos desse grupo (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra). As propriedades do hélio assemelham-se às dos gases nobres (Ne, Ar, Kr, Xe, Rn). Por essa razão, o hélio é considerado gás nobre e é incluso no grupo 18 da Tabela Periódica. 17

18 A Tabela Periódica informa o número de elétrons de valência. A ilustração a seguir mostra os símbolos dos elementos representativos. Ao redor desses símbolos, os elétrons de valência são representados como pequenas bolinhas. Tal simbologia é conhecida como representação de Lewis e será bastante útil na compreensão do estudo das ligações (uniões) químicas entre átomos. Quem faz a Química O norte-americano Gilbert Newton Lewis ( ) foi um dos cientistas que mais contribuíram para o estudo e a posterior compreensão das uniões estabelecidas entre os átomos, as chamadas ligações químicas. As representações de Lewis, conhecidas e adotadas mundialmente, foram criadas por ele. Lawrence Berkeley National Laboratory / SPL-LatinStock H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra B Al Ga In Tl C Si Ge Sn Pb Fl N P As Sb Bi O S Se Te Po Lv F Cl Br I At He Ne Ar Kr Xe Rn 4 Valência e Tabela Periódica Glossário Valência. Do latim valentia: que tem força. O número de ligações estáveis que um átomo ou um grupo de átomos pode efetuar com outros átomos, ou outros grupos. Uma das propriedades mais importantes dos elementos químicos é a capacidade que seus átomos têm de se combinar com outros átomos. Um átomo de hidrogênio, por exemplo, pode unir-se a outro átomo de hidrogênio, formando a substância simples H 2. Pode, também, combinar-se com um átomo de flúor, formando HF, ou com um átomo de cloro, formando HCl. Em linguagem química, dizemos que o hidrogênio apresenta valência 1. Isso quer dizer que um átomo de hidrogênio pode unir-se a apenas um outro átomo. O hidrogênio é capaz de combinar-se com muitos elementos químicos conhecidos, formando compostos. Com base na fórmula desses compostos, podemos avaliar a valência do elemento que se combina com o hidrogênio. Considere, por exemplo, as seguintes fórmulas de substâncias formadas por hidrogênio e por elementos do segundo período da Tabela Periódica: 18

19 Segundo Período LiH BeH 2 BH 3 CH 4 NH 3 H 2 O HF Essas fórmulas ilustram que: lítio (Li) e flúor (F) apresentam valência 1; berílio (Be) e oxigênio (O) apresentam valência 2; boro (B) e nitrogênio (N) apresentam valência 3; carbono (C) apresenta valência 4; o gás nobre do segundo período, o neônio (Ne), não forma composto com hidrogênio: sua valência é zero. Agora, observe as fórmulas das substâncias formadas por hidrogênio e por elementos do terceiro período da Tabela Periódica: Terceiro Período NaH MgH 2 AlH 3 SIH 4 PH 3 H 2 S HCl 4 Valência versus Número atômico H 1 2 He Li 3 Be 4 5 B 6 C 7 N Q 8 F 9 Nelas, percebemos que: sódio (Na) e cloro (Cl) apresentam valência 1; magnésio (Mg) e enxofre (S) apresentam valência 2; alumínio (AI) e fósforo (P) apresentam valência 3; silício (Si) apresenta valência 4; o gás nobre do terceiro período, o argônio (Ar), não forma composto com hidrogênio: sua valência é zero. Se unirmos os elementos do segundo e do terceiro períodos da Tabela Periódica com o flúor ou com o cloro, ambos de valência 1, as fórmulas das substâncias formadas reforçarão as conclusões que tiramos. Observe: Tabela 1. Segundo período 1 Flúor e Cloro Flúor LiF BeF 2 BF 3 CF 4 NF 3 OF 2 FF Número atômico Ne Ar Na Cl Mg S Al P Si Cloro LiCl BeCl 2 BCl 3 CCl 4 NCl 3 Cl 2 O ClF 19 K Tabela 2. Terceiro período 1 Flúor e Cloro Flúor NaF MgF 2 AlF 3 SiF 4 PF 3 SF 2 ClF Cloro NaCl MgCl 2 AlCl 3 SiCl 4 PCl 3 SCl 2 ClCl As fórmulas acima revelam que existe uma regularidade na valência 2 dos elementos dos diversos grupos da Tabela Periódica. Observe a tabela 3, que mostra a relação generalizada entre grupos e valência. Tabela 3. Relação genérica entre valência e grupo Grupo 1(1A) 2 (2A) 13 (3A) 14 (4A) 15 (5A) 16 (6A) 17 (7A) 18 (8A) Valência Figura 4 Linha gráfica representando a relação entre número atômico e valência na fórmula ECl x. 2 A discussão apresentada é introdutória. Algumas fórmulas foram escritas de maneira a facilitar o entendimento, e a palavra valência está empregada com o sentido de valência principal, já que alguns elementos, às vezes, apresentam mais de uma valência. O estanho e o chumbo, por exemplo, ambos do grupo 14 (4A), além de com a valência 4, são encontrados em alguns compostos com a valência 2. Aprenderemos mais sobre a valência dos elementos em módulos posteriores. Ca Fonte: Gráfico elaborado pelos autores. 19

20 Como o oxigênio apresenta valência 2, seus átomos podem combinar-se com dois átomos de valência 1, ou com um átomo de valência 2, e assim por diante. Observe, por exemplo, nas tabelas 4 e 5, as fórmulas de algumas substâncias formadas por oxigênio e alguns elementos do segundo e do terceiro períodos: Tabela 4. Segundo período 1 Oxigênio Oxigênio Li 2 O BeO CO 2 F 2 O Tabela 5. Terceiro período 1 Oxigênio Oxigênio Na 2 O MgO SiO 2 Cl 2 O EXERCíCIOs resolvidos R1 Determine a posição do elemento Z 5 11 na Tabela Periódica, com base em sua distribuição eletrônica. Resolução Utilizando o diagrama das diagonais: 1s 2s 3s 4s 5s 6s 7s 2p 3p 4p 5p 6p 3d 4d 5d 6d 4f 5f 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 3 camadas ocupadas = terceiro período K L M Configuração eletrônica da camada de valência = ns 1 = grupo1 (ou 1A). O elemento é metal alcalino e encontra-se no terceiro período. Consultando a tabela, podemos confirmar que se trata do elemento sódio, Na. R2 O elemento S encontra-se no terceiro período e pertence ao grupo dos calcogênios (16 ou 6A). Qual a configuração eletrônica de sua camada de valência? Resolução Terceiro período 5 3 camadas ocupadas, logo a camada de valência é a terceira. Calcogênio ] 6 elétrons na camada de valência, ou seja, s 2 p 4. A camada de valência do S é: 3s 2 3p 4. M 6 elétrons 20

21 Exercícios dos conceitos 1 Dos elementos com números atômicos até o urânio (Z 5 92), o frâncio (grupo 1, sétimo período) e o astato (grupo 17, sexto período) foram os últimos a serem identificados. Tais identificações aconteceram em 1939 e 1940, respectivamente, mediante produção artificial (isto é, em laboratório) dos átomos desses elementos. Antes disso, porém, os cientistas já suspeitavam de sua existência e de qual seria a distribuição dos elétrons nas camadas de seus átomos. a) Que motivo teria levado os cientistas a suspeitar da existência desses elementos? Esses elementos têm número atômico 85 At e 87 Fr. Os cientistas suspeitavam de sua existência porque esses lugares estavam vagos na Tabela Periódica. b) Como foi possível prever a distribuição eletrônica de átomos de elementos ainda não conhecidos? Foi possível porque a distribuição eletrônica segue uma regularidade ao longo da Tabela Periódica. 2 Analise o gráfico Valência versus Número atômico (página 19) e consulte a Tabela Periódica para responder às perguntas a seguir. a) Qual a valência dos elementos com números atômicos 3, 11 e 19? A que grupo da Tabela Periódica pertencem? Valência 1; grupo 1. b) Quais calcogênios aparecem no gráfico? Que valência apresentam? Oxigênio e enxofre; valência 2. c) Quais halogênios aparecem no gráfico? Qual é a valência deles? Flúor e cloro; valência 1. d) Dos elementos que aparecem no gráfico, quais apresentam maior valência? A que grupo pertencem? Carbono e silício: valência 4; grupo 14. e) Dos elementos que aparecem no gráfico, quais têm valência nula? A que grupo pertencem? Valência 0: hélio, neônio e argônio; grupo O rubídio é metal alcalino que se encontra no quinto período da Tabela Periódica. Sem consultar a tabela, é possível dizer quantas camadas eletrônicas apresenta um átomo desse elemento e quantos elétrons há em sua camada de valência? Justifique sua resposta. Sim. Quinto período ] 5 camadas eletrônicas. Sendo metal alcalino, pertence ao grupo 1 e, portanto, tem 1 elétron na camada de valência. 21

22 Professor: Se compararmos a valência dos elementos representativos com o número de elétrons na última camada dos átomos, perceberemos que, para os grupos 1, 2, 13 e 14, os valores de ambos coincidem. Para os grupos 14, 15, 16, 17 e 18, entretanto, a valência é igual ao número de elétrons da última camada subtraído de oito. 4 É dado experimental que elementos de um mesmo grupo apresentam a mesma valência. Os cientistas procuram explicar esse fato com base na distribuição eletrônica dos átomos. Para essa explicação, é importante o número de camadas eletrônicas do átomo ou o número de elétrons em alguma dessas camadas? Para explicar o fato de que elementos de um mesmo grupo apresentam a mesma valência, deve-se recorrer à observação do número de elétrons na última camada. O número de camadas eletrônicas não é fator que determine a valência, porque, se determinasse, os elementos de um mesmo grupo não teriam a mesma valência. 5 O chumbo é elemento do sexto período, grupo 14. Só com essa informação, é possível prever quantos elétrons há na camada de valência em um átomo de chumbo? Explique. Sim. Os átomos de elementos do grupo 14 apresentam quatro elétrons na camada de valência, independentemente do período a que pertencem. 6 Dois dos elementos químicos representativos muito importantes para a saúde óssea têm as seguintes características: um deles apresenta átomos com quatro cama das eletrônicas e dois elétrons na última delas; os átomos do outro têm três camadas eletrônicas e cinco elétrons na última camada. a) Você consegue situar esses elementos na Tabela Periódica sem consultar o esquema de distribuições eletrônicas apresentado no texto? Justifique. O primeiro elemento pertence ao grupo dois e ao quarto período. O segundo elemento pertence ao grupo 15 e ao terceiro período. b) Consulte a Tabela Periódica e diga que elementos são esses. Primeiro elemento: cálcio (Ca); segundo elemento: fósforo (P). 7 Os átomos de um elemento químico presente em quantidade apreciável no corpo humano apresentam 8 prótons e 8 elétrons (além de nêutrons, que, aqui, não nos interessa quantificar). a) Qual é a distribuição eletrônica nas camadas dos átomos desse elemento? K: 2; L: 6. b) A que grupo da Tabela Periódica ele deve pertencer? Por quê? Ao grupo 16, porque apresenta seis elétrons na camada de valência. 8 Os átomos de um outro elemento químico presente em quantidade apreciável no corpo humano apresentam 6 prótons e 6 elétrons (além de nêutrons, que, aqui, não nos interessa quantificar). a) Qual é a distribuição eletrônica nas camadas dos átomos desse elemento? K: 2; L: 4. b) A que grupo da Tabela Periódica ele deve pertencer? Ao grupo 14, porque apresenta quatro elétrons na camada de valência. 22

23 Professor: As resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de Aulas deste módulo. Consulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de Testes. Retomada dos conceitos 1 (Vunesp) 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 nessas informações, assinale 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. 2 (UFSC) Observe os elementos químicos: Elemento Distribuição eletrônica A 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 B 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 C 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 5 D 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 E 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 Com base nas informações constantes do quadro acima, assinale a(s) proposição(ões) correta(s), considerando a posição do elemento na Tabela Periódica. 01. A é gás nobre. 02. E é calcogênio. 04. C é halogênio. 08. B é alcalino-terroso. 16. D é alcalino. 3 (UFS-SE) Com base nos seguintes dados: Átomo Número de: Prótons Elétrons Nêutrons I (UFPeI-RS) Os elementos químicos podem ser classificados de acordo com dois critérios: suas propriedades químicas e físicas e sua ocorrência ou não na natureza. As propriedades químicas dos elementos estão relacionadas com suas distribuições eletrônicas e, de acordo com as propriedades físicas dos elementos, eles são subdivididos em metais, ametais, semimetais, gases nobres e hidrogênio. Com base na configuração em níveis dos seguintes elementos: I II III IV V a) Qual o nome dos elementos representados pelas configurações III e IV? b) Qual (quais), dentre os citados, é (são) con si de rado(s) metal e qual (quais), gás nobre? c) Indique o período e o grupo em que cada um dos elementos citados se situa na tabela periódica. d) Quais elementos são classificados como de transição e quais são classificados como representativos? 5 (Cefet-PR) O conjunto de átomos com número atômico 53 é um elemento: a) de transição, metálico, do 4 o período e grupo 7A. b) representativo, não metálico, do 5 o período e grupo 7A. c) representativo, semimetálico, do 5 o período e grupo 7A. d) representativo, metálico, do 5 o período e grupo 7A. e) de transição, não metálico, do 5 o período e grupo 7A. 6 (Fuvest-SP) Um astronauta foi capturado por habitantes de um planeta hostil e aprisionado em uma cela, sem seu capacete espacial. Logo começou a sentir falta de ar. Ao mesmo tempo, notou um painel como o da figura em que cada quadrado era uma tecla. Apertou duas delas, voltando a respirar bem. As teclas apertadas $ % & * # II pode-se afirmar que os átomos I e II: a) são do mesmo elemento. b) estão eletricamente neutros. c) têm número de massa 12. d) são isótopos de elementos diferentes. e) são de um elemento pertencente à família dos gases nobres. e # b) # e $ c) $ e % d) % e & e) & e * 23

24 7 (FGV-SP) Um elemento químico A apresenta propriedades químicas semelhantes às do oxigênio. A pode ter configuração eletrônica: a) 1s 2 2s 2 2p 6 b) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 c) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 d) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 3 e) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 8 (Uece) O elemento químico com Z 5 54 possui em sua camada de valência a configuração 5s 2 5p 6. Os elementos com Z 5 52 e com Z 5 56 pertencem às famílias dos: a) calcogênios e alcalino-terrosos. b) halogênios e alcalinos. c) halogênios e alcalino-terrosos. d) calcogênios e alcalinos. 9 (UCDB-MS) Um elemento que apresenta nos últimos subníveis a configuração 4s 2 3d 2 é um elemento: a) alcalino. b) de transição. c) alcalino-terroso. d) calcogênio. e) gás nobre. 10 (PUC-SP) Na classificação periódica, considerando-se uma sequência de elementos de transição, dispostos em ordem crescente de números atômicos, pode-se concluir que os elétrons vão sendo acrescentados sucessivamente na: a) última camada eletrônica. b) penúltima camada eletrônica. c) antepenúltima camada eletrônica. d) última ou penúltima camada eletrônica. e) penúltima ou antepenúltima camada eletrônica. 24

25 CAPÍTULO4 Algumas propriedades periódicas dos elementos Quando os elementos químicos são organizados em ordem crescente de número atômico, ocorre uma periodicidade em algumas de suas propriedades, ou seja, repetem-se regularmente elementos com propriedades semelhantes. Essa regularidade da natureza é conhecida como Lei Periódica dos Elementos, e as propriedades que exibem comportamento periódico são denominadas propriedades periódicas. O que vem a ser uma propriedade periódica? Analisando o gráfico Valência versus Número atômico (página 19), é possível entender o que vem a ser uma propriedade periódica. A propriedade representada no gráfico é a valência (nesse caso, referindo-se especificamente a elementos com números atômicos de 1 a 20). Pela observação da linha gráfica, podemos verificar que a valência varia de modo definido, isto é, o valor dela se repete periodicamente. Uma propriedade periódica dos elementos químicos é, portanto, uma propriedade que, a intervalos mais ou menos regulares, apresenta valores semelhantes. Na Tabela Periódica, a periodicidade manifesta-se à medida que o Z aumenta. O conhecimento e a interpretação das propriedades periódicas dos elementos são a base do estudo da Tabela Periódica. Professor: Essa periodicidade será extremamente útil na previsão das propriedades e do comportamento dos elementos químicos. O fundamental é que o aluno perceba que as propriedades dos elementos, suas posições na Tabela Periódica e suas estruturas eletrônicas se relacionam. 1 Raio atômico Para que seja possível discutir a propriedade periódica raio atômico, vamos considerar o átomo como uma esfera, sendo o raio atômico a distância média do elétron mais externo até o núcleo. 1 Elétron mais externo Raio atômico Figura 1 O raio atômico é a distância média do elétron mais externo até o núcleo. 25

26 2 Raios atômicos de alguns elementos Raio atômico (pm) o período Li He 3 o período Na Ne K Ar 4 o período Rb Kr 5 o período Cs Xe 6 o período Rn Figura 2 Representação gráfica dos raios atômicos de alguns elementos Número atômico Fonte: Ebbing, D. D. General Chemistry. 4. ed. London: Houghton Mifflin, p Figura 3 Representação ilustrada dos raios atômicos na Tabela Periódica: a altura da barra é proporcional ao raio atômico do elemento. 4 Figura 4 Sentido crescente dos raios atômicos nos grupos e períodos. Em um grupo, o raio atômico aumenta de cima para baixo, porque há um aumento do número de camadas ocupadas por elétrons. Em um período, o raio atômico aumenta da direita para a esquerda, porque, para um mesmo número de camadas ocupadas, os elementos situados à esquerda possuem uma carga nuclear menor. A ilustração da Tabela Periódica abaixo permite visualizar o valor dos raios atômicos, representados na imagem por meio de barras gráficas ascendentes. 3 1 Mo Tc B C N Al O Si P S Ga Ge Ge Se Ru Rh Pd Ag CdIn Sn Sb Te 80 Hg H Li Ne Be NaMg F Ne K Ca Ti V Cr MnFe Co Ni Cl Ar RbSc Cu Sr Y Zn Br Kr Cs Zr Nb Ba La I Xe W Re Os Ir Pt Au Tl Fr Hf Ta Pb Bi Po At Rn Ra Ce Pr Nd Eu Tb Ho Er Yb Lu Ac 103 Rf 104 Db 105 Sg 106 Bh Ds 110 Hs Mt Rg 111 Cn 112 PmSm U Np Fl 114 Gd Lv Dy Bk Pu Am Cm Cf Tm Md Es Fm No Lr 90 Th Pa Fonte: SUCHOCKI, John. Conceptual Chemistry Understanding our world of atoms and molecules. 2. ed. San Francisco: Pearson/Benjamin Cummings, p Energia (ou potencial) de ionização (EI) Imagine um átomo isolado, no estado gasoso e no estado fundamental. Se o átomo absorver energia, elétrons poderão ser transferidos de um nível energético para outro, sendo o nível para o qual se desloca o elétron sempre mais afastado do núcleo que aquele em que ele se encontrava antes de receber energia. Se a energia fornecida for suficientemente alta, será possível arrancar um elétron do átomo em questão, transformando-o em um íon positivo (cátion).

27 Observe o esquema a seguir, que representa o processo sofrido por um átomo neutro de sódio ao perder um elétron: Na (g) 1 EI Na 1 (g) 1 1 e 2 (11 p e 11 e 2 ) Átomo neutro (11 p e 10 e 2 ) (Ganho de energia) Íon positivo (Elétron liberado) Energia de ionização (EI) é a energia mínima necessária para arrancar um elétron de um átomo que se encontra no estado fundamental, gasoso e isolado. A energia de ionização pode ser expressa em uma unidade chamada elétron-volt (ev). Assim: Na (g) 1 5,1 ev Na 1 (g) 1 1 e 2 (EI do Na) Em um período ou em um grupo, a energia de ionização será tanto maior quanto menor for o raio atômico. 5 Valores de Energia de Ionização de alguns elementos Energia de ionização (ev) 25 He Li 2 o período 3 o período 4 o período 5 o período 6 o período Ne Ar Na K Kr Rb Xe Rn Cs Número atômico Fonte: Baseado em EBBING D. D.; GAMMON S. D. General Chemistry. 8. ed. Boston: Houghton Mifflin, p Figura 5 Representação gráfica da energia de ionização de alguns elementos. A ilustração da Tabela Periódica abaixo permite visualizar o valor das energias de ionização dos elementos por meio de barras gráficas ascendentes Rf Tc 44 Db Ru 45 5 Sg 106 B Rh Bh 107 C 13 7 Al 30 Pd Hs 108 N Ag 78 8 Si Ga 48 Mt 109 O 15 9 P 32 Cd H Ne F Li Be Ar Mg Cl Na Br Kr Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn K Zr Nb I Xe Rb Sr Y Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Pb At Rn Cs Ba La Tl Bi Po Fr Ra Ce Pr Nd Eu Tb Ho Er Yb Lu Ac Mo Th 61 Ds Ge S 33 In Rg As 50 Hg U 91 Pa Pm 34 Sn Cn Se 51 Sm 35 Sb Np Te Pu Fl Gd Am Dy 96 Cm 67 Lv Bk 98 Cf Es 70 Tm 100 Fm 71 Lr Md No 103 Figura 6 Representação ilustrada da EI na Tabela Periódica: a altura da barra é proporcional à primeira energia de ionização de cada elemento. 7 Figura 7 A energia de ionização cresce no sentido inverso do raio atômico. Fonte: SUCHOCKI, John. Conceptual Chemistry Understanding our world of atoms and molecules. 2. ed. San Francisco: Pearson/Benjamin Cummings, p

28 8 El 3 80,1 Mg 2+ El 2 15,0 Mg + El 1 7,6 Mg Figura 8 Representação gráfica das três primeiras energias de ionização do magnésio (ev). É possível retirar mais de um elétron do átomo, bastando, para isso, após a retirada do primeiro elétron, fornecer mais energia ao cátion resultante. Chamamos de primeira energia de ionização a energia necessária para retirar um elétron do átomo neutro (no estado fundamental, gasoso e isolado); de segunda energia de ionização a energia necessária para retirar outro elétron do cátion resultante da primeira ionização; e assim sucessivamente. Um átomo que possui vários elétrons apresenta várias energias de ionização. Por exemplo: B Mg (g) 1 1 a EI Mg 1 (g) 1 1 e 2 Mg 1 (g) 1 2 a EI Mg 21 (g) 1 1 e 2 Mg 21 (g) 1 3 a EI Mg 31 (g) 1 1 e 2 9 Veja, ao lado, os valores experimentais de energias de ionização para alguns elementos. Consultando os dados, observamos que: K Na Figura 9 Representação gráfica das sucessivas energias de ionização de alguns elementos (kj 3 mol 21 ). Observe como a EI aumenta substancialmente para remover elétrons de camadas mais internas. Li Be Quarta Terceira Segunda Primeira IMPORTANTE Os metais, de modo geral, possuem baixas energias de ionização (não é necessária muita energia para arrancar um elétron). Os não metais, de modo geral, possuem altas energias de ionização (para que ocorra a retirada de um elétron, é necessária maior quantidade de energia). Professor: No Plano de Aulas, encontra-se um quadro no qual se pode observar que: A segunda energia de ionização é maior que a primeira, a terceira energia de ionização é maior que a segunda, e assim sucessivamente. 3 Afinidade eletrônica (AE) ou eletroafinidade Como vimos, é possível arrancar um elétron de um átomo, bastando para isso fornecer energia a ele (energia de ionização). A partícula que resultar daí será um íon positivo, ou cátion. Vejamos outra situação. Seja um átomo qualquer no estado gasoso, isolado e no estado fundamental. Se esse átomo receber um elétron em sua camada de valência, haverá liberação de energia. Se isso ocorrer, o átomo se transformará em um íon negativo, ou ânion. A quantidade de energia liberada pelo átomo ao receber o elétron será tanto maior quanto mais fortemente o elétron atraído se ligar ao átomo. Observe o esquema abaixo, que representa o processo sofrido por um átomo neutro de cloro ao receber um elétron: Cl (g) 1 1 e 2 Cl 2 (g) 1 E (17 p e 17 e 2 ) Átomo neutro A segunda energia de ionização é maior que a primeira, a terceira energia de ionização é maior que a segunda, e assim sucessivamente. Isso é fácil de entender, pois, quanto maior for a carga do íon positivo, o mesmo número de prótons estará atraindo menor quantidade de elétrons. O raio atômico estará diminuindo e, consequentemente, a energia de ionização, aumentando. Normalmente, em nosso estudo, falamos somente da primeira energia de ionização. Recebimento de e 2 (17 p e 18 e 2 ) Íon negativo Energia liberada

29 Afinidade eletrônica ou eletroafinidade de um átomo é a quantidade de energia liberada quando um átomo gasoso, isolado e no seu estado fundamental recebe 1 elétron. A afinidade eletrônica também pode ser expressa em ev. Assim: 10 Cl (g) 1 1 e 2 Cl 2 (g) 1 3,61 ev Afinidade eletrônica do cloro Quanto menor for o raio atômico, maior será a afinidade eletrônica. Figura 10 Sentido crescente da afinidade eletrônica nos grupos e períodos. Valores de afinidade eletrônica Valores precisos de afinidade eletrônica são muito difíceis de serem medidos e não são conhecidos para todos os elementos. Valores teóricos foram deduzidos para muitos elementos e, em geral, confirmam a variação periódica da afinidade eletrônica (figura 11). A ilustração da Tabela Periódica a seguir fornece uma visão das afinidades eletrônicas dos elementos por meio de barras em relevo. 11 Gráfico da afinidade eletrônica em função do número atômico Fonte: Baseado em CHANG, R. Chemistry. 5. ed. New York: McGraw-Hill, p H He Li B C O F N Be Ne Na Al Si S Cl P Mg Ar K Ga Ge Se Br As Ca Sc V Cr Mn Fe Co Ni Cu Ti Zn Kr In Sn Sb Te I Rb Sr Y Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Zr Cd Xe Cs Rb Pb Bi Po At Ba Lu Ta W Re Os Ir Pt Au Hf Hg 12 Afinidade eletrônica (ev) 1 o período H 1 He Li B 2 o período 3 o período C N O F Ne H Be Mg Número atômico Al Si S P Cl Ar Figura 11 Representação gráfica da afinidade eletrônica de alguns elementos. A afinidade eletrônica negativa significa que a energia é absorvida quando o átomo recebe 1e 2. Figura 12 Representação das afinidades eletrônicas na Tabela Periódica: a altura da barra é proporcional à afinidade eletrônica de cada elemento. Rn Fonte: OXTOBY, GILLIS e NACHTRIEB. Principles of Modern Chemistry. 5. ed. London: Thompson/Brooks/ Cole, p

30 Tabela 1. Energia de ionização versus Afinidade eletrônica Elementos EI AE Tendência Metais Baixa Baixa Perder e 2 facilmente Não metais Alta Alta Ganhar e 2 facilmente 4 Densidade A densidade (d) de um corpo expressa a relação entre a massa (m) e o volume (v) ocupado por esse corpo. d 5 m v Em um grupo, a densidade de um elemento aumenta com o número atômico, o que ocorre de cima para baixo. Em um período, a densidade cresce da extremidade para o centro. Professor: A propriedade periódica eletronegatividade, de grande importância para o estudo das ligações que se estabelecem entre os átomos, será estudada oportunamente. 5 Temperatura de fusão e temperatura de ebulição Temperatura ou ponto de fusão (TF/PF) é a temperatura na qual o sólido se transforma em líquido a uma determinada pressão. Temperatura ou ponto de ebulição (TE/PE) é a temperatura na qual o líquido se transforma em vapor a uma determinada pressão. Em um grupo, a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição crescem de cima para baixo. Em um período, à exceção dos metais alcalinos e alcalino-terrosos, a temperatura de fusão e a temperatura de ebulição crescem das extremidades para o centro. EXERCíCIOs resolvidos 30 R1 (PUC-RJ) O gráfico a seguir mostra a variação do potencial de ionização (eixo das ordenadas) em função do número atômico (eixo das abscissas). Considerando que a escala no eixo das abscissas A não começa necessariamente de zero, os números atômicos dos elementos A, B e C só podem ser respectivamente: a) A 5 1; B 5 9; C d) A 5 12; B 5 17; C b) A 5 11; B 5 18; C e) A 5 2; B 5 10; C c) A 5 10; B 5 19; C Energia de ionização B C Número atômico

31 Resolução Na sequência de oito elementos que vai de A até B, a energia de ionização, de modo geral, aumenta com o aumento do número atômico. Isso indica que esses elementos pertencem a um mesmo período da Tabela Periódica. A súbita redução da energia de ionização ao passar de B para C indica uma mudança de período. Os oito elementos de A até B devem pertencer, portanto, ao segundo ou terceiro período da tabela (períodos que têm apenas oito elementos), com A sendo alcalino e B sendo gás nobre. O elemento C deve ser o alcalino do período seguinte. Assim, podemos ter as seguintes possibilidades: 1 a possibilidade: A é o lítio (Z 5 3), B é o neônio (Z 5 10) e C é o sódio (Z 5 11). 2 a possibilidade: A é o sódio (Z 5 11), B é o argônio (Z 5 18) e C é o potássio (Z 5 19). Dentre as alternativas do teste, a única possível é a b, que corresponde à segunda possibilidade. R2 (ITA-SP) Dadas as configurações elétricas dos seguintes átomos no seu estado fundamental: I. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 III. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 II. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 IV. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 É errado afirmar que: a) dentre os átomos, o átomo I tem o maior potencial de ionização. b) a perda de 2 elétrons pelo átomo II leva à formação do cátion Mg 21. c) dentre os átomos, o átomo III tem a maior afinidade eletrônica. d) o ganho de 1 elétron pelo átomo IV ocorre com a liberação de energia. e) o átomo IV é um halogênio. Resolução O átomo I é o de menor raio atômico, logo, o de maior energia de ionização. O átomo II é o Mg (Z 5 12), que, ao perder dois elétrons, se transforma no cátion Mg 21. O átomo III é o que possui o maior raio atômico, logo, é o que apresenta menor afinidade eletrônica. O átomo IV, sendo um halogênio (sete elétrons na camada de valência), ao ganhar um elétron, libera energia. Logo, a alternativa errada é a c. Exercícios dos conceitos 1 Em relação às seguintes propriedades periódicas, pode-se afirmar que: I. Em um mesmo grupo, quanto menor o número atômico, menor é a energia de ionização. II. Os átomos do grupo 16 (6A) possuem raio atômico menor que os átomos do grupo 1 (1 A). III. Na Tabela Periódica, quanto maior o caráter metálico do elemento, menor é a sua afinidade eletrônica. Assinale a alternativa correta: a) I e II estão corretas. d) I e III estão corretas. b) II e III estão corretas. e) apenas III está correta. c) I, II e III estão corretas. 31

32 2 Sejam os seguintes átomos neutros representados pelos símbolos hipotéticos A, B, C e D e suas respectivas configurações eletrônicas. A p 1s 2 B p 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 C p 1s 2 2s 2 D p 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 Assinale a alternativa que representa o átomo com maior energia de ionização: a) C b) B c) D d) A 3 Dada a configuração eletrônica dos elementos contidos na tabela a seguir (as letras de A a F não correspondem aos verdadeiros símbolos dos elementos), assim como os respectivos valores da primeira energia de ionização (ou potencial de ionização 1 a EI) e da afinidade eletrônica (AE), classifique os itens como verdadeiro ou falso. Elemento Configuração eletrônica 1 a EI (kj/mol) AE (kj/mol) A 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1 418,8 48,0 B 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 577,5 42,5 C 1s 2 2s 2 899,5, 0 D 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 650,3, 0 E 1s 2 2s 2 2p ,9 140,97 F 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p ,2 349,0 ( V ) A, C e D encontram-se à esquerda da Tabela Periódica; E e F, à direita. ( V ) Os altos valores da 1 a El de E e F são típicos de elementos não metálicos. ( V ) Os elementos C e E estão no 2 o período da Tabela Periódica; B e F, no 3 o período; A e D, no 4 o período. ( F ) O elemento A tende a tornar-se ânion e o elemento F tende a tornar-se cátion. ( F ) A e D são elementos de transição (PUC-RS, adaptada) Sobre estrutura atômica, configuração eletrônica e periodicidade química, é correto afirmar que: a) quando o elétron é excitado e ganha energia, ele salta de uma órbita mais externa para outra mais interna. b) um subnível p poderá conter no máximo oito elétrons. c) o íon Sr 21 possui configuração eletrônica 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6. d) devido à sua carga nuclear, o raio atômico do sódio é menor do que o do cloro. e) a energia para remover um elétron do átomo de Mg (1 a energia de ionização) é maior do que aquela necessária para remover um elétron do íon de Mg 11 (2 a energia de ionização).

33 5 (Cefet-PR, adaptada) Relacione as frases a seguir com elementos constantes da Tabela Perió-dica apresentada e indique a sequência correta: A Y D E G J L M Q R T X dentre os elementos A, Y, D e E, o de menor energia de ionização. o elemento que pertence ao 3 o período do grupo 5A. o elemento de maior afinidade eletrônica. entre os semimetais, o de maior raio atômico. o elemento de maior densidade. a) A L T D J b) A D E R Q c) A L E R J d) E L T R Q e) E R T L J Professor: As resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de Aulas deste módulo. Consulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de Testes. 1 (UEL-PR) Em qual das transformações a seguir, no sentido indicado, a energia envolvida mede o chamado potencial de ionização? a) Cl (g) 1 1 e 2 Cl 2 (g) b) 2 CI (g) Cl 2 (g) c) H 1 (l) 1 OH 2 (aq) H 2 O (aq) d) Na (g) Na 1 (g) 1 1 e 2 e) H 1 (aq) 1 1 e H 2 (g) 2 (UFRJ) Considere as espécies químicas representadas no quadro a seguir. Retomada dos conceitos 3 (Fuvest-SP) O gráfico mostra a variação do potencial de ionização para elementos de número atômico, Z, de 1 a 19. Pl (ev) S 22 Ar Fe 31 Ca 21 AI 31 Cl 2 a) Identifique, com o auxílio da Tabela Periódica, as espécies isoeletrônicas (mesmo número total de elétrons), apresentando-as em ordem decrescente de raio. b) Identifique, dentre as espécies químicas cujos elementos pertencem ao terceiro período, aquela que apresenta o menor potencial de ionização. Justifique sua resposta 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 5 3 a Z 5 10, o potencial de ionização tende a crescer com o aumento do número atômico. Z 33

34 4 (UFMG) As letras W, X, Y e Z designam quatro elementos escolhidos entre aqueles das colunas 1, 2 e 13 da Tabela Periódica (antigas colunas IA, IIA e IIIA). Seus átomos têm as energias de ionização mostradas na tabela. Elemento EI (kj 3 mol 21 ) 1 o 2 o 3 o 4 o W X Y Z Os valores das sucessivas energias de ionização de um átomo podem dar uma indicação de seu número de elétrons de valência. Analisando as informações contidas na tabela, conclui-se que a associação correta entre um elemento e a coluna a que ele pertence na Tabela Periódica é: a) W coluna 1 (IA). b) X coluna 2 (IIA). c) Y coluna 1 (IA). d) Z coluna 13 (IIIA). 5 (UPF-RS) Considerando a família dos alcalinos-terrosos na Tabela Periódica, pode-se afirmar, em relação ao raio atômico, que ele: a) aumenta à medida que aumenta a afinidade eletrônica. b) diminui à medida que aumenta o número atômico. c) aumenta de baixo para cima. d) aumenta com o aumento do número atômico, devido ao aumento do número de níveis de energia. e) não sofre influência da variação dos níveis de energia do átomo. 8 (Uerj) O comportamento químico e físico dos elementos tem relação direta com suas propriedades periódicas. Observe, no gráfico 1, parte das energias de ionização de um elemento representativo do terceiro período de classificação periódica. kj X mol -1 As afirmativas seguintes referentes aos elementos a, b, c, d, e, são corretas. Exceto: a) c é um metal. b) b apresenta configuração eletrônica de valência ns 2. c) a possui o maior raio atômico dentre os elementos citados. d) o número de oxidação mais comum para d é 12. e) e apresenta maior potencial de ionização Gráfico 1 1 a 2 a 3 a 4 a 5 a 6 a 7 a 8 a 9 a 10 a 11 a 12 a 13 a 14 a Energias de ionização Fonte: Adaptado de Russel, John Blair. Química geral. São Paulo: Makron Books, Observe, agora, no gráfico 2, as afinidades eletrônicas de 48 elementos da tabela de classificação periódica. Considere que o elemento de menor número atômico representado pertence ao segundo período da tabela. 6 (PUC-RS) Comparando o cloro e o sódio, os dois elementos químicos formadores do sal de cozinha, é correto afirmar que: a) O cloro tem menor energia de ionização. b) O sódio tem raio atômico maior. c) O sódio tem maior afinidade eletrônica. d) Os íons de ambos são isoeletrônicos. e) Ambos pertencem ao mesmo grupo da tabela periódica. 7 (UFJF) O esquema abaixo representa uma tabela periódica simplificada. Afinidade eletrônica (kj X mol -1 ) Gráfico 2 Números atômicos crescentes e consecutivos Li a b Ca Sc c O d e Fonte: Adaptado de Nomeie o elemento que corresponde ao gráfico 1, justificando sua resposta. Em seguida, identifique o grupo da tabela de classificação periódica ao qual pertencem os elementos do gráfico 2 que apresentam as quatro maiores afinidades eletrônicas. 34

35 9 (UFRN) Comparando-se os átomos dos elementos químicos N, P e K, presentes no fertilizante NPK, pode-se afirmar: a) O raio atômico do N é maior que o do P. b) O elemento P possui energia de ionização menor que a do elemento K. c) O K possui maior raio atômico. d) O elemento N apresenta a menor energia de ionização. 10 (Cesgranrio-RJ) Considerando um grupo ou família na tabela periódica, podemos afirmar em relação ao raio atômico: 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 atômico, devido ao aumento do número de elétrons. 11 (UFV-MG) Os átomos neutros de dois elementos químicos A e B, estáveis, apresentam respectivamente as distribuições eletrônicas: A: K-2, L-8, M-7 B: K-2, L-7 Pode-se dizer, a respeito desses dois elementos, que: a) apresentam o mesmo número de nêutrons. b) são metais. c) apresentam o mesmo número de prótons. d) pertencem à mesma família da Tabela Periódica. e) apresentam o mesmo raio atômico. 12 (UFS-SE) Considere as seguintes transformações que envolvem o elemento sódio: Na (s) Na (l) Na (g) Na (g) e I II III Há absorção de energia na realização: a) da transformação I, somente. b) da transformação II, somente. c) da transformação III, somente. d) das transformações I e II, somente. e) das transformações I, II e III. 13 (UFSM-RS) Para dois elementos químicos genéricos X e Y, sabe-se que é mais fácil retirar elétrons de X do que de Y. Com relação a essa afirmativa, analise as proposições a seguir: I. O 1 o potencial de ionização de X é maior que o 1 o potencial de ionização de Y. II. X poderia ser representado pelo elemento químico enxofre (S) e Y, pelo elemento químico alumínio (Al). III. X poderia ser representado pelo elemento rubídio (Rb) e Y, pelo elemento químico lítio (Li). IV. X pode ser um não metal e Y, um metal, sendo ambos do mesmo período da tabela periódica. Está(ão) correta(s) a) apenas I. d) apenas IV. b) apenas II. e) apenas II e IV. c) apenas III. 35

36 Exercícios de integração Professor: As resoluções destes exercícios estão disponíveis no Plano de Aulas deste módulo. Consulte também o Banco de Questões e incentive os alunos a usar o Simulador de Testes. 1 (UnB-DF) Observe os elementos representados na Tabela Periódica parcial abaixo e julgue os itens: H Li Be Na Mg K Ca Sc Rb Sr Yc Cs Ba B C N O F Al P S Cl Ni Cu Zn Br Pd Ag Cd I He Ne Ar Kr Xe Rn a) O césio (Cs) é o elemento de maior raio atômico dentre os representados. b) O raio atômico do magnésio (Mg) é maior que o do sódio (Na) porque ele possui um elétron a mais. c) Dentre os elementos representados, o níquel (Ni), o escândio (Sc) e o ítrio (Y) são elementos de transição. d) A afinidade eletrônica dos elementos B, C, N, O, F aumenta da esquerda para a direita. e) A energia de ionização do rubídio (Rb) é maior que a do xenônio (Xe). f) Dentre os elementos representados, o ítrio é o mais denso. g) A distribuição eletrônica do escândio (Sc) é: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 1. 2 (UFPB) Analise as afirmativas abaixo: I. O comportamento químico semelhante dos elementos de uma dada família da tabela periódica é mais bem explicado pelo fato de que os átomos desses elementos possuem a mesma estrutura nuclear. II. O elemento químico cujo número atômico é igual a 11 pertence à família 1A e ao 3 o período da Tabela Periódica. III. Eletroafinidade é a energia necessária para retirar um elétron de um átomo no estado gasoso, formando um íon gasoso. Considerando as afirmativas I, II e III, marque a alternativa correta. a) Apenas I está correta. b) Apenas I e II estão corretas. c) Apenas II e III estão corretas. d) Apenas II está correta. e) Apenas III está correta. 3 (UFPR) As bases da atual classificação periódica foram estabelecidas em 1869 por Mendeleev, um químico russo. Na época, nem todos os elementos eram conhecidos; o mérito de Mendeleev foi deixar espaços em branco, como o ocupado pelo elemento X, na figura abaixo, prevendo a existência e, ainda mais importante, as propriedades químicas (posteriormente confirmadas) de alguns elementos ainda desconhecidos naquela época. Atualmente, o elemento X é muito utilizado na tecnologia eletrônica. Embora a classificação de Mendeleev tenha sofrido algumas modificações, é possível prever propriedades dos elementos químicos a partir de sua posição na Tabela Periódica atual. Ga C Si X As Se Br Kr Sn Pb Por exemplo, com base na posição do elemento X na Tabela Periódica representada parcialmente acima, julgue os itens corretos e incorretos. a) A configuração eletrônica da sua camada de valência é 2s 2 2p 2. b) Seu caráter metálico é mais acentuado que o do silício. c) Seu núcleo contém um próton a mais que o núcleo do gálio. d) Sua afinidade eletrônica é menor que a do gálio e maior que a do arsênio. e) Sua energia de ionização é maior que a do criptônio. 4 (UFV-MG) Energia de ionização é a energia necessária para se retirar um elétron de um átomo neutro no estado gasoso. Complete a tabela abaixo no seu caderno com os elementos Ca, I e K, ordenando-os de acordo com os valores de energia apresentados: Elemento 1 a energia de ionização (kj/mol) (Unama-PA) Assinale o que for correto. 01. Um elemento cujos átomos no estado fundamental apresentam apenas 1 elétron no subnível 4p localiza-se na Tabela Periódica no grupo 2A. 02. Situam-se na mesma família da classificação periódica os elementos de números atômicos 3, 11 e A configuração eletrônica 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 descreve as espécies Cl 2 (Z 5 17), K 1 (Z 5 19) e S 22 (Z 5 16). 08. Cálcio, flúor e silício são exemplos, respectivamente, de metal, não metal e semimetal. 16. A retirada do primeiro elétron de um átomo neutro no estado gasoso diminui a força de atração do núcleo sobre os elétrons restantes. Assim, a primeira energia de ionização é sempre maior do que a segunda. 36

37 37

38 1 1A Tabela Periódica dos elementos (IUPAC)* Numeração dos grupos de acordo com a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC) Numeração antiga dos grupos, NÃO recomendada pela IUPAC, porém ainda usada por alguns autores H 1,0 3 Li 6,9 11 Na 23, ,1 37 Rb 85,5 55 Cs 132,9 87 Fr [223] 2 2A 4 Be 9,0 12 Mg 24, , , , 3 88 [226] 3 3B 21 45, , B 22 47, , , [261] 5 5B 23 50, , , [262] 6 6B 24 52, , , [266] 7 7B 25 54,9 43 [98] , [264] 8 9 8B 26 55, , , [277] 27 58, , , [268] B K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Sr Ba Ra Número atômico Símbolo Massa atômica Y Zr Hf Rf 57 La 138, 9 89 Ac [227] Nb Ta Db 58 Ce 140, 1 90 Th 232,0 Mo W Sg 59 Pr 140, 9 91 Pa 231,0 Tc Re Bh 60 Nd 144, 2 92 U 238,0 Ru Os Hs 61 Pm [145] 93 Np [237] Rh Ir Mt 62 Sm 150, 4 94 Pu [244] 28 58,7 46 Pd 106, 4 78 Pt 195,1 110 Ds [271] 63 Eu 152, 0 95 Am [243] 29 63,5 47 Ag 107,9 79 Au 197, Rg [272] 64 Gd 157, 3 96 Cm [247] 12 2B 30 65,4 48 Cd 112, 4 80 Hg 200,6 65 Tb 158,9 97 Bk [247] 13 3A 5 B 10, 8 13 Al 27, 0 31 Ga 69,7 49 In 114, 8 81 TI 204,4 66 Dy 162, 5 98 Cf [251] 14 4A 6 C 12, 0 14 Si 28,1 32 Ge 72,6 50 Sn 118, Ho 164,9 99 Es [252] 15 5A 7 N 14, 0 15 P 31,0 33 As 74,9 51 Sb 121, 8 83 Bi 209,0 68 Er 167, Fm [257] 16 6A 8 O 16, 0 16 S 32,1 34 Se 79,0 52 Te 127, 6 84 Po [209] 69 Tm 168, Md [258] 17 7A 9 F 19, 0 17 Cl 35,5 35 Br 79,9 53 I 126, 9 85 At [210] 70 Yb 173, No [259] 2 He 4,0 10 Ne 20,2 18 Ar 39,9 36 Kr 83,8 54 Xe 131, 3 86 Rn [222] 71 Lu Nome frâncio césio rubídio potássio sódio lítio hidrogênio rádio estrôncio ítrio zircônio nióbio molibdênio tecnécio rutênio ródio paládio prata cádmio índio estanho antimônio telúrio iodo xenônio cálcio escândio titânio vanádio crômio manganês ferro cobalto níquel cobre zinco gálio germânio arsênio selênio bromo criptônio magnésio alumínio silício fósforo enxofre cloro argônio berílio boro carbono nitrogênio oxigênio flúor neônio hélio Pb 207, 2 lantânio cério bário 175, 0 praseodímio neodímio promécio samário európio gadolínio térbio disprósio hôlmio érbio túlio itérbio lutécio háfnio tântalo tungstênio rênio ósmio irídio platina ouro mercúrio c tálio humbo bismuto polônio astato radônio 112 Cn [285] 114 Fl [287] 116 Lv [291] 103 Lr actínio tório [262] protactínio urânio netúnio plutônio amerício cúrio berquélio califórnio einstênio férmio mendelévio nobélio laurêncio rutherfórdio dúbnio seabórgio bóhrio hássio meitnério darmstádtio roentgênio copernício fleróvio livermório Fonte: Disponível em: < Acesso em: out * Versão de 1 o de junho de 2012, com as massas atômicas apresentadas com um algarismo após a vírgula. Para elementos que não têm isótopos estáveis ou de longa duração, está indicado entre colchetes o número de massa do isótopo com maior tempo médio de existência. A produção artificial de outros elementos já foi relatada por pesquisadores, mas aguarda o reconhecimento da Iupac antes de figurar em sua Tabela Periódica. 38

39 6 (Uece) Vi num sonho uma tabela em que todos os elementos se encaixavam como o requerido. Ao despertar, escrevia-a imediatamente numa folha de papel (do livro O sonho de Mendeleev de Paul Strathern). Em relação à construção da classificação periódica e às propriedades periódicas dos elementos, podemos afirmar: a) na sua consideração, Mendeleev refere-se naturalmente a uma Lei Periódica baseada no alinhamento dos elementos na ordem crescente de números atômicos. b) Mendeleev queria provar que a energia de ionização de um elemento diminui à medida que se removem do átomo sucessivos elétrons. c) os elementos se encaixavam como o requerido porque obedeciam à lei das oitavas de Lothar- Meyer, referencial da Lei Periódica de Mendeleev. d) o valor das previsões de Mendeleev foi demonstrado com a descoberta dos elementos gálio (ekaalumínio), escândio (eka-boro) e germânio (eka-silício). 7 (UPF-RS) Considerando a família dos alcalinos terrosos na tabela periódica, pode-se afirmar, em relação ao raio atômico, que ele: a) aumenta à medida que aumenta a afinidade eletrônica. b) diminui à medida que aumenta o número atômico. c) aumenta de baixo para cima. d) aumenta com o aumento do número atômico, devido ao aumento do número de níveis de energia. e) não sofre influência da variação dos níveis de energia do átomo. 8 (UFC-CE) O efeito fotoelétrico consiste na emissão de elétrons provenientes de superfícies metálicas, através da incidência de luz de frequência apropriada. Tal fenômeno é diretamente influenciado pelo potencial de ionização dos metais, os quais têm sido largamente utilizados na confecção de dispositivos fotoeletrônicos tais como: fotocélulas de iluminação pública, câmeras fotográficas etc. Com base na variação dos potenciais de ionização dos elementos da Tabela Periódica, assinale a alternativa que contém o metal mais suscetível a exibir o efeito fotoelétrico. a) Fe c) Cs e) Ca b) Hg d) Mg 39

40 Navegando no módulo estado físico dos elementos H Li Na K Rb Cs Fr Be Mg Ca Sr Ba Ra Sc Y Ti Zr Hf La Ac V Nb Ta Ce Th Cr Mo W Pr Pa Mn Tc Re Nd U Fe Ru Os Pm Np Co Ni Rh Pd Ir Pt Sm Eu Pu Am Cu Ag Au Gd Cm Zn Cd Hg Tb Bk B Al Ga In Tl Dy Cf C Si Ge Sn Pb Ho Es N P As Sb Bi Er Fm O S Se Te Po Tm Md F Cl Br I At Yb No He Ne Ar Kr Xe Rn Lu Lr Número atômico Símbolo Massa atômica Nome do elemento elétrons nas camadas Legenda: sólido líquido gasoso classificação dos elementos Metais Li Be Na Mg Al K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Cs Ba Hf Ta Li Re Os Ir Pi Au Hg Tl Pb Bi Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr raio atômico A Semimetais B Si Ge As Sb Te Po H energia de ionização Não metais C N O F Ne * Os elementos Cn, Fl e Lv não estão classificados nesta representação da Tabela Periódica por ainda não haver descrição de substâncias formadas a partir deles. representação esquemática P Se afinidade eletrônica He S Cl Ar Br Kr I Xe At Rn QUÍMICA Eduardo Leite do Canto Tito Miragaia Peruzzo 40 B Lantanídios Actinídios

Qual e a designação genérica dada aos elementos dos grupos 2 a 12 da Tabela Periódica?

Qual e a designação genérica dada aos elementos dos grupos 1 2 13 14 15 16 17 e 18 da Tabela Periódica?

Qual a designação genérica dada aos elementos dos grupos 1 2 13 da Tabela Periódica?

Qual a designação genérica?