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PROPRIEDADES PERIÓDICAS - · PDF file72 Química I INTRODUÇÃO Nesta aula, nós vamos falar da tabela periódica, do seu surgimento e das propriedades periódicas dos elementos

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  • Aula 5

    Eliana Midori SussuchiSamsia Maria Fernandes Machado

    Valria Regina de Souza Moraes

    PROPRIEDADES PERIDICASMETA

    Identificar a organizao da tabela peridica.

    OBJETIVOSAo final desta aula, o aluno dever:

    classificar os elementos pela configurao eletrnica ecorrelacionar as propriedades peridicas.

    PR-REQUISITOSReconhecimento dos nmeros qunticos e representao da distribuio eletrnica nos

    orbitais do tomo.

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    Qumica I

    INTRODUO

    Nesta aula, ns vamos falar da tabela peridica, do seu surgimento e das propriedades peridicas dos elementos. A tabela peridica, ferramenta mais importante que os qumicos utilizam para organizar fatos qumicos, surgiu a partir de padres peridicos nas configuraes eletrnicas dos elementos. Como visto anteriormente, os tomos tendem a reagir de ma-neira a adquirirem uma configurao eletrnica em seu nvel mais externo semelhante do gs nobre existente na mesma coluna. Assim, os elementos de uma mesma coluna contm o mesmo nmero de eltrons em seus orbi-tais do nvel mais externo, ou orbital de valncia. Por exemplo, vejamos as distribuies eletrnicas dos elementos oxignio e enxofre a seguir: O ([He]2s22p4) e S ([Ne]3s23p4). Ambos so membros do grupo 6A, e a simi-laridade na ocupao de seus orbitais de valncia s e p leva s similaridades de propriedades.

    A descoberta de novos elementos qumicos tem sido um processo de avano desde os tempos antigos. Alguns elementos, como o ouro, aparecem na natureza na forma elementar e foram descobertos h milhares de anos. Por outro lado, alguns elementos so radioativos, intrinsecamente instveis e s passamos a conhec-los com a tecnologia do sculo XX. medida que o nmero de elementos conhecidos aumenta, os cientistas comeam a investigar as possibilidades de classific-los.

    Pepita de ouro (Fonte: http://www.cdcc.sc.usp.br).

    Em 1869, Dmitri Mendeleev, na Rssia, e Lothar Meyer, na Alemanha, publicaram esquemas de classificao praticamente idnticos. Os dois cien-tistas observaram que as similaridades das propriedades fsicas e qumicas tornam a se repetir periodicamente quando os elementos so distribudos em ordem crescente de massa atmica. Portanto, as tabelas desenvolvidas por Mendeleev e Meyer foram precursoras da tabela peridica moderna. Posteriormente, alguns problemas nas verses anteriores da tabela peridica

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    Propriedades peridicas Aula 5foram esclarecidos com o conceito de nmero atmico quando, em 1913, dois anos aps Rutherford propor o modelo atmico do tomo, um fsico ingls chamado Henry Moseley (1887-1915) desenvolveu o conceito de n-mero atmico. Portanto, a tabela peridica moderna organiza os elementos em ordem crescente de nmero atmico.

    Dmitri Mendeleev (Fonte: http://pmi.itmonline.com).Julius Lothar Meyer (Fonte: http://con-tent.answers.com).

    PROPRIEDADES

    Anteriormente, ao estudarmos a estrutura atmica, ns aprendemos como os eltrons esto arranjados nos tomos. Vimos tambm que existe um conjunto de tomos que compem a tabela peridica, denominados de GASES NOBRES, e que todos os demais elementos reagem buscando adquirir a configurao de um deles.

    Para entendermos as propriedades peridicas, inicialmente precisamos saber que a Tabela Peridica (Figura 22) composta por grupos ou famlias (colunas) e perodos ou camadas eletrnicas (linhas), de maneira que todos os elementos de um mesmo grupo possuem o mesmo nmero de eltrons na ltima camada enquanto que, num mesmo perodo, todos os elementos possuem o mesmo nmero de camadas eletrnicas.

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    Qumica I

    Para entendermos a localizao de cada elemento na tabela peridica, basta verificar que a sua posio nos diz sua configurao imediatamente. Portanto, todos os elementos do Grupo 1A tm um eltron atribudo a um orbital s da ensima camada, para o qual n (nmero quntico principal) o nmero do perodo em que o elemento encontrado (Figura 23). Este raciocnio vlido para todos os elementos dos demais grupos. Por exem-plo, o potssio o primeiro elemento na fileira com n = 4 (quarto perodo), de forma que o potssio tem a configurao eletrnica do elemento que o precede na Tabela (Ar) mais um eltron atribudo ao orbital 4s: [Ar]4s.

    Figura 23 - Configuraes eletrnicas e a Tabela Peridica. Os eltrons mais externos de um elemento so atribudos aos orbitais indicados.

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    Propriedades peridicas Aula 5Uma vez entendida a localizao dos elementos na Tabela Peridica,

    o que de fato ns precisamos fazer para compreendermos as propriedades peridicas que o objetivo da nossa aula de hoje? Devemos, pois, entender alguns conceitos que levaram organizao da tabela peridica moderna. De concreto mesmo, precisamos entender:

    que muitas propriedades dos tomos dependem tanto da atrao l-quida entre o ncleo e os eltrons externos (devido carga nuclear efetiva) quanto da distncia mdia desses eltrons para o ncleo;

    as tendncias peridicas de trs propriedades-chave dos to-mos: tamanho atmico, energia de ionizao (energia necessria para remover eltrons) e afinidade eletrnica (energia associada adio de eltrons);

    a importncia dos tamanhos dos ons e suas configuraes eletrnicas.Portanto, faremos agora uma abordagem sobre cada um destes con-

    ceitos.

    CARGA NUCLEAR EFETIVA (Z*)

    Para entendermos as propriedades dos tomos, devemos estar familia-rizados no apenas com as configuraes eletrnicas, mas tambm com a intensidade da fora de atrao entre o ncleo e os eltrons mais externos. A lei de Coulomb de atrao indica que a fora da atrao entre as duas cargas eltricas depende da magnitude das cargas e da distncia entre elas. Portanto, a fora de atrao entre um eltron e o ncleo depende da mag-nitude da carga nuclear lquida agindo no eltron e da distncia mdia entre o ncleo e o eltron. A fora de atrao aumenta na mesma proporo que a carga nuclear, e diminui medida que o eltron se fasta do ncleo. Portanto, a carga nuclear efetiva a carga nuclear sentida por determinado eltron em um tomo multieletrnico, modificada pela presena de outros eltrons. Em outras palavras, a carga nuclear efetiva, Z*, agindo em um eltron igual ao nmero de prtons do ncleo, Z, menos o nmero de eltrons internos, S, em questo:

    Z* = Z S

    importante que fique claro que qualquer densidade eletrnica entre o ncleo e um eltron mais externo diminui a carga nuclear efetiva agindo em um eltron mais externo. Diz-se que a densidade eletrnica relativa aos eltrons mais internos blinda ou protege os eltrons mais externos da carga total do ncleo.

    O que de fato precisamos saber:- a carga nuclear efetiva a carga sofrida por um eltron em um tomo po-lieletrnico;

    Ver glossrio no final da Aula

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    Qumica I

    - a carga nuclear efetiva no igual carga no ncleo devido ao efeito dos eltrons internos;- os eltrons esto presos ao ncleo, mas so repelidos pelos eltrons que os protegem da carga nuclear;- a carga nuclear sofrida por um eltron depende da sua distncia do ncleo e do nmero de eltrons mais internos;- quando aumenta o nmero mdio de eltrons protetores (S), a carga nuclear efetiva (Z*) diminui;- quando aumenta a distncia do ncleo, (S) aumenta e (Z*) diminui.

    Vejamos agora um exemplo:O magnsio (nmero atmico 12), por exemplo, tem configurao

    eletrnica [Ne]3s2. A carga nuclear do tomo 12+, e a camada mais interna de Ne consiste de dez eltrons. Era de se esperar que cada eltron mais externo sofresse uma carga nuclear efetiva de aproximadamente 12 - 10 = 2+, como mostrado de modo simplificado na Figura 24 (a). Entretanto, esse clculo subestima a carga nuclear efetiva porque os eltrons mais externos de um tomo tm muitas probabilidades de estar no cerne, como mostrado na Figura 24 (b). De fato, clculos mais detalhados indicam que a carga nuclear efetiva agindo nos eltrons mais externos do Mg na realidade 3,3+.

    Figura 24 - (a) A carga nuclear efetiva sofrida pelos eltrons de valncia do magnsio depende principalmente da carga 12+ do ncleo e da carga 10- do cerne de nenio. Se o cerne de nenio fosse totalmente eficiente em blindar os eltrons de valncia do ncleo, cada eltron de valncia sofreria uma carga nuclear efetiva de 2+. (b) Os eltrons 3s tm alguma probabilidade de estar dentro do cerne de Ne. Como conseqncia da penetrao, os eltrons mais internos no so totalmente eficientes em blindar os eltrons 3s do ncleo. Assim, a carga nuclear efetiva sofrida pelos eltrons 3s maior que 2+ (Fonte: Brown, 2005, p. 221).

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    Propriedades peridicas Aula 5TAMANHO DE TOMOS E ONS

    Uma das propriedades mais importantes de um tomo ou on o tamanho. Bem, conforme foi visto no aula anterior, um orbital eletrnico no tem nenhum limite bem definido alm do qual o eltron nunca vagueia. Como podemos ento definir o tamanho de um tomo?

    Uma das maneiras mais simples e teis definir o tamanho atmico como a distncia entre os tomos em uma amostra do elemento. Vejamos por exemplo: consideremos uma molcula diatmica simples. Neste caso, a distncia entre os dois ncleos denominada distncia de ligao e, se os dois tomos que formam a molcula so os mesmos, metade da distncia de ligao denominada raio covalente do tomo (Figura 25).

    Figura 25 - Uma molcula diatmica simples. A distncia entre os dois ncleos deno-minada distncia de ligao. (Fonte: Brown, T. L.; et al. Qumica, a cincia centra, p. 222).

    No entanto, devemos chamar a ateno para o fato de que essa abor-dagem para a determinao dos raios atmicos somente se aplica caso existam compostos moleculares do elemento. Para os metais, o raio atmico pode ser estimado a partir de medidas da distncia entre os tomos em um cristal do elemento.

    TENDNCIAS PERIDICAS NOS RAIOS ATMICOS

    Como uma conseqncia do ordenamento na tabela peridica, as pro-priedades dos elementos variam periodicamente, e o tamanho atmico varia

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    Qumica I

    consistentemente atravs da tabela peridi

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