2. NOÇÕES FUNDAMENTAIS DA QUÍMICA

2.1. Matéria e Energia

Desde a fecundação do óvulo pelo espermatozóide estamos em contato com vários tipos de matéria como o ar que respiramos e até o nosso próprio corpo. Em toda matéria existe energia, seja através do calor, frio, luz e eletricidade.

A matéria e a energia caminham juntas, pois se não existisse matéria não existiria energia e, não existindo energia não teríamos a matéria.

A matéria é formada por pequeníssimas partículas que chamamos de átomos; essas partículas podem se unir e formar o que chamamos de moléculas.

A maioria da matéria pode se transformar em outras matérias, e até mesmo em energia cinética (energia de movimento). Pense no seu corpo, em que a energia gerada através dos alimentos, é transformada em movimentos, que por sua vez recarrega a nossa “bateria”.

2.11. Matéria

Matéria é tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço.

Veja alguns exemplos abaixo:

Espaço Caixa de Papelão Balão

2.1.2. Corpo

Corpo é qualquer porção limitada da matéria.

Troncos de Madeira Mármore

2.1.3. Objeto

Objeto é uma porção limitada de matéria, quer por sua forma especial ou por sua utilidade.

Veja alguns exemplos abaixo:

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Mesa de Madeira Estátua de mármore

2.1.4. Energia

Entende-se por trabalho o movimento da matéria contra uma força que se opõe ao seu movimento. Assim, tudo que tem capacidade de movimentar a matéria possui energia.

Algumas formas de energia são calor, luz, som, energia mecânica, elétrica e química. Todas as formas podem converter-se umas nas outras, no entanto, a energia total do sistema permanece sempre constante. Veja alguns exemplos desses fenômenos, onde ocorre transformação de energia: a queima de um combustível (transformação de energia química em energia térmica, luminosa e mecânica), funcionamento de uma pilha ou bateria (transformação de energia química em energia elétrica) e utilização de ferro elétrico (transformação de energia elétrica em energia térmica).

Veja alguns exemplos abaixo:

Transformação de energia elétrica em energia térmica.

Transformação de energia química em energia elétrica.

2.2. Substâncias químicas

Os materiais que nos cercam, como por exemplo, a terra, o mar, as rochas, e os que utilizamos diariamente, como o alumínio, o vidro, os medicamentos, as bebidas, etc., não são substâncias, mas misturas de substâncias. Surge agora, uma pergunta muito importante: havendo cerca de uma centena de elementos químicos diferentes na Natureza, porque encontramos uma variedade tão grande de materiais? Porque temos diferentes tipos de átomos, os quais podem se reunir formando uma infinidade de agrupamentos diferentes. Antes de mergulharmos mais a fundo no universo das substâncias, você terá que compreender melhor alguns conceitos usados mundialmente em Química.

Você sabe ou já ouviu falar em elemento químico, molécula e fórmula química?

Caso você não se recorde disso, vamos definir essas “palavrinhas”.

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Elemento Químico é um tipo de átomo caracterizado por um determinado número atômico. Veja a seguir alguns exemplos de elementos e dos símbolos para identificar estes elementos.

Elemento Químico Símbolo Químico

Oxigênio O

Hidrogênio H

Ferro Fe

Molécula é o conjunto de dois ou mais átomos, sendo a menor parte da substância que mantém as suas características. As moléculas são representadas por fórmulas (conjuntos de número e símbolos).

Veja a seguir alguns exemplos de molécula:

Molécula Fórmula Molecular Elemento Químico Representação Molecular

Gás Oxigênio O2 O

Água H2O H e O

Gás Carbônico CO2 C e O

Sal de Cozinha NaCl Na e Cl

Substância é uma quantidade qualquer de moléculas iguais ou diferentes.

Veja o exemplo abaixo:

Substância Fórmula Elemento Químico Molécula

Ferro Fe Fe

Enxofre S2 S e S

Gás Carbônico CO2 C e O

Flúor F2 F e F

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2.2.1. Tipos de Substâncias Químicas

Substância pura é qualquer tipo de matéria formada por unidades químicas iguais, sejam átomos, moléculas, e que por esse motivo, apresentam propriedades químicas e físicas próprias.

De acordo com a constituição de suas unidades, as substâncias (puras) podem ser classificadas como substâncias simples ou compostas.

Substância simples é formada por átomos de um único elemento químico.

Veja alguns exemplos:

Substância composta é formada por dois ou mais tipos de elementos químicos. Como mostram as figuras abaixo.

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Exercícios

1. (FAAP-SP) No texto: “Um escultor recebe um bloco retangular de mármore e, habilmente, o transforma na estátua de uma celebridade do cinema”, podemos identificar matéria, corpo e objeto e, a partir daí, definir esses três conceitos.

I. Matéria (mármore): tudo aquilo que tem massa e ocupa lugar no espaço.

II. Corpo (bloco retangular de mármore): porção limitada de matéria que, por sua forma especial, se presta a um determinado uso.

III. Objeto (estátua de mármore): porção limitada de matéria.

Assinale: (10,0 pts.)

(A) se somente a afirmativa I é correta.

(B) se somente a afirmativa II é correta.

(C) se somente a afirmativa III é correta.

(D) se somente as afirmativas I e II são corretas.

(E) se as afirmativas I, II e III são corretas.

2. Assinale (M) matéria, (C) corpo, (O) objeto, (E) energia

( ) madeira ( ) copo de alumínio ( ) calor ( ) luz ( ) água

3. Esta questão apresenta três afirmativas, que podem estar corretas ou incorretas.

I) Fe, Al, C, Na é um conjunto de elementos químicos.

II) H2, O2, F2, Cl2 é um conjunto de substâncias simples.

III) N2, N2O, H2O, CH4 é um conjunto de substâncias compostas.

Responda-a, obedecendo ao seguinte código:

(A) somente a afirmativa I é correta. (B) somente a afirmativa II é correta.

(C) somente a afirmativa III é correta. (D) somente as afirmativas I e II são corretas.

(E) as afirmativas I, II e III são corretas.

4. Classifique os sistemas abaixo em:

(A) substância pura simples (B) substância pura composta

água pura H2O ___

álcool – C2H5OH ___

gás carbônico – CO2 ___

gás nitrogênio – N2 ___

gás hélio – He ___

gás ozônio – O3 ___

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2.3. Estados físicos da matéria

A matéria pode ser encontrada em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso.

Na natureza, a maior parte da matéria encontra-se em três estados físicos: sólido, líquido e gasoso. O que determina o estado físico de um material é a intensidade das forças de interação entre as partículas que o formam.

Estado sólido

As forças de interação entre as partículas (átomos, moléculas ou íons) é muito intensa, e por esse motivo o espaço entre elas é mínimo.

Devido a essa união, os sólidos apresentam grande resistência à fragmentação, além de possuírem forma e volume definidos.

Estado líquido

As forças de interação entre as partículas são menos intensas que no estado sólido; por isso o espaço entre elas é maior. As partículas apresentam-se relativamente distantes entre si. Os líquidos não apresentam forma e volume definidos. Exemplo: um litro de água em uma garrafa terá o formato da garrafa. Se transferirmos essa água para uma jarra, seu formato mudará, porém continuará sendo um litro.

Estado gasoso

Nesse estado, as forças de interação entre as partículas são muito pequenas, por isso elas estão relativamente afastadas umas das outras. Os gases não apresentam forma e volume definidos. O gás apresenta a forma do recipiente que o contém e, devido à pequena força de atração entre as moléculas, tende a se expandir e ocupar todo o volume do recipiente, independentemente de sua capacidade.

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2.4. Mudanças de estado físico

Mudando-se a temperatura e/ou pressão podemos fazer com que os corpos passem de um estado para outro. Em nosso estudo, no momento, estudaremos apenas as passagens que se dão sem se modificar a pressão, ou seja, estudaremos as mudanças de estado ocasionadas pelas mudanças na temperatura.

FUSÃO: é a passagem do estado sólido para o estado líquido. Isto se verifica quando o corpo sólido recebe calor, o que provoca uma elevação na sua temperatura até o ponto em que a agitação dos átomos passa a ser tanta que a estrutura deixa de ser cristalina e passam a ter uma movimentação maior, caracterizando o líquido.

Durante a fusão, a temperatura permanece constante, conforme podemos constatar ao retirarmos um bloco de gelo do congelador e colocar em um prato.

Supondo que o gelo esteja à –8°C, ele irá receber calor do ambiente até chegar à temperatura de 0°C, nesse ponto irá começar a passar do estado sólido para o líquido. Enquanto esse processo estiver se desenvolvendo, a temperatura tanto do bloco de gelo restante quanto da água que foi aparecendo, estará em 0°C. Quando todo o gelo estiver derretido novamente, a temperatura da água começará a subir, até atingir o equilíbrio térmico com o meio ambiente.

TEMPERATURA DE FUSÃO: É a temperatura na qual ocorre a passagem do estado sólido para o líquido (0° C)

SOLIDIFICAÇÃO: É a passagem do estado líquido para o sólido. Isto se verifica quando se retira calor do corpo líquido, o que provoca uma diminuição na sua temperatura até o ponto em que a agitação dos átomos diminui tanto que passam a vibrar segundo uma estrutura cristalina. Ex.: água se transformando em gelo.

TEMPERATURA DE SOLIDIFICAÇÃO: É a temperatura na qual ocorre a passagem do estado líquido para o sólido. Durante a solidificação a temperatura permanece constante (0° C).

VAPORIZAÇÃO: É a passagem do estado líquido para o gasoso e pode ocorrer de duas maneiras: EVAPORAÇÃO, EBULIÇÃO e CALEFAÇÃO.

EVAPORAÇÃO: ocorre a qualquer temperatura e seu processo se dá de maneira lenta. Um exemplo, são as roupas que secam no varal. Este processo se dá através de algumas das moléculas do líquido, que estão em movimento, as quais conseguem escapar da superfície do líquido. A velocidade de evaporação depende de três fatores:

1-quanto maior for à temperatura do líquido, maior será a energia das moléculas que se encontram próximas a superfície, portanto maior velocidade de evaporação. Ex: Água a 80 graus evapora mais rápido do que a 20 graus.

2-quanto maior for à superfície do liquido em contato com o ar, maior será a velocidade de evaporação. Ex.: um líquido num prato evapora mais rápido do que se estivesse em uma garrafa.

3-quanto maior a umidade próxima à superfície do líquido, menor a velocidade de evaporação, porque as moléculas que iriam se desprender da superfície encontrarão já o espaço ocupado por outras moléculas. Ex: em dias úmidos, as roupas custam mais a secar.

EBULIÇÃO: ocorre à uma determinada temperatura, característica de cada líquido, chamada TEMPERATURA DE EBULIÇÃO.

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Cada substância possui uma determinada temperatura de ebulição e a mesma permanece constante enquanto se verifica o processo. Ex: a água entra em ebulição a 100°C e permanece nessa temperatura enquanto estiver fervendo.

CALEFAÇÃO: ocorre de uma maneira mais rápida que na ebulição, quase que instantaneamente. Ex.: Gotas de água sobre uma chapa quente.

CONDENSAÇÃO: É a passagem do estado gasoso para o líquido. Isto se verifica quando se retira calor de uma substância que está em ebulição. Ex.: água que sai do ar-condicionado, gotas de água na tampa da panela que está fervendo e etc.

SUBLIMAÇÃO: É a passagem do estado sólido direto para o estado gasoso, sem passar pelo estado líquido. Ex: naftalina diminuindo de tamanho dentro de uma gaveta.

3. MISTURAS

Você já ouviu a palavra mistura diversas vezes e de diversas formas, como por exemplo, a mistura de cores, raças e outras.

Na Química também falamos, ou melhor, usamos a mistura. Vamos agora definir quimicamente: mistura é a união entre duas ou mais substâncias puras.

O ar que respiramos é uma mistura de três gases principais:

• Gás nitrogênio (N2) = 78%

• Gás oxigênio (O2) = 21%

• Gás argônio (Ar) e outros gases = 1 %

Quando fazemos o soro caseiro misturamos três substâncias:

Água (H2O) (l) Açúcar (C2H12O6) (s)

Sal (NaCl) (s)

OBS.: As letras entre parênteses ao lado da molécula que podem ser (s), (l), e (g) são sólido, líquido e gasoso, respectivamente.

Toda mistura é dividida em mistura homogênea e mistura heterogênea em função do número de fases que apresentam. Entende-se por fase, cada uma das diferentes partes da matéria que se pode observar no sistema em estudo.

Mistura homogênea é toda mistura que apresenta uma única fase.

Como exemplo de mistura homogênea, podemos citar o soro caseiro, uma mistura de água, açúcar e sal. To d a s as mi s t u r a s homogêneas são chamadas de soluções.

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Acompanhe alguns exemplos de soluções (mistura homogênea): água de torneira, vinagre, ar, gasolina, álcool, soro fisiológico, ligas metálicas e outros.

Toda mistura de gases são sempre misturas homogêneas.

Solução é toda mistura homogênea, que é dividida em solvente e soluto. Solvente é o que dissolve. Soluto é o que é dissolvido.

A água é chamada de solvente universal, pois ela dissolve a maioria das substâncias.

Mistura heterogênea é toda mistura que apresenta duas ou mais fases.

Acompanhe comigo alguns exemplos de misturas heterogêneas: sangue, leite, água com bolhas de gás.

Você deve estar se perguntando!!! Sangue e leite, misturas heterogêneas? Como isso? Isso se deve ao fato de que misturas heterogêneas não se restringem apenas a simples percepção a olho nu, mas também a utilização de aparelhos ópticos comuns é o caso do microscópio. No caso do sangue, existem glóbulos vermelhos que podem ser vistos de um microscópio. Isso revela que o sangue não é uma mistura homogênea, mas sim um colóide (estão presentes em várias situações de nosso cotidiano, como em produtos industrializados, e estão incluídos em processos importantes para a vida, que ocorrem na natureza e em nosso organismo. Além disso, são partículas que ficam dispersas e que apresentam o tamanho muito menor do que aquelas que podem ser vistas a olho nu, mas também muito maiores que moléculas individuais). No caso do leite, são visíveis os glóbulos de gordura (cinzento) e micelas de caseína (preto), as quais são responsáveis pela estabilidade do leite, que podem ser vistos na estrutura microscópica do leite abaixo.

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Exercícios

1. Observe os fatos abaixo:

I) Uma pedra de naftalina deixada no armário.

II) Uma vasilha com água deixada no freezer.

III) Uma vasilha com água deixada no sol.

IV) O derretimento de um pedaço de chumbo quando aquecido.

Nesses fatos estão relacionados corretamente os seguintes fenômenos:

( ) I. Sublimação; II. Solidificação; III. Evaporação; IV. Fusão.

( ) I. Sublimação; II. Sublimação; III. Evaporação; IV. Solidificação.

( ) I. Fusão; II. Sublimação; III. Evaporação; IV. Solidificação.

( ) I. Evaporação; II. Solidificação; III. Fusão; IV. Sublimação.

( ) I. Evaporação; II. Sublimação; III. Fusão; IV. Solidificação.

2. Numa dose de uísque com gelo há água sólida, solução aquosa de etanol, outras substâncias dissolvidas e vapor de água. Esse sistema é:

( ) homogêneo e constituído de uma fase. ( ) homogêneo e constituído de três fases.

( ) heterogêneo e constituído de duas fases. ( ) heterogêneo e constituído de três fases.

( ) heterogêneo e constituído de quatro fases.

3. (UCDB-MS) Em um laboratório de Química foram preparadas as seguintes misturas:

I. água / gasolina. II. água / sal. III. água / areia. IV. gasolina / sal. V. gasolina /areia.

Quais misturas podem ser homogêneas?

( ) nenhuma. ( ) II e III. ( ) I e II. ( ) somente II. ( ) II e IV.

4. Indique o estado físico que é sugerido por cada um dos seguintes esquemas:

________________ ___________________ __________________

5. (UFMG) Com relação ao número de fases, os sistemas podem ser classificados como homogêneos ou heterogêneos. Todas as alternativas correlacionam adequadamente, o sistema e sua classificação, exceto:

(A) Água de coco/ heterogêneo. (B) Água do mar filtrada/ homogêneo. (C) Laranjada / heterogêneo.(D) Leite/ homogêneo.(E) Poeira no ar/ heterogêneo.

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4. TRANSFORMAÇÕES DA MATÉRIA

Fenômeno: qualquer mudança que ocorra com a matéria, alterando seu estado físico ou transformando sua estrutura interna (composição química). Fenômeno físico: ocorre sem que haja transformação na composição do material. As alterações de estado físico são consideradas fenômenos físicos. Exemplo: solidificação da água. As moléculas de água no estado sólido (gelo) apenas se organizam de forma diferente da água no estado líquido, mas o material não deixa de ser água. Outros exemplos: Um papel que é rasgado quando submetido a uma força, um ímã que atrai a limalha de ferro devido à força magnética, o gelo que derrete se transformando em água liquida ao absorver calor do meio, um bloco de cobre que é transformado em tubos, chapas e fios, a reflexão da luz, a solidificação da água, e etc.

Pedra de gelo derretendo

Fenômeno químico: é a transformação que altera a estrutura química da matéria, isto é, sua constituição. Normalmente, as transformações químicas apresentam caráter irreversível. Exemplo: queima de uma folha de papel; mesmo apagando-se o fogo, a porção de papel queimada não se recompõe. Os fenômenos químicos, também são chamados de reações químicas, como a queima ou combustão, formação da ferrugem, corrosão e escurecimento de metais, oxidação (escurecimento) de alimentos pelo ar, apodrecimento de matéria orgânica, respiração, digestão, etc.

Queima da madeira Ovo frito

5. TABELA PERIÓDICA

5.1. Breve histórico

Apesar dos parcos conhecimentos de Química que cada um possa ter, com certeza que já ouviu falar da Tabela Periódica, uma disposição sistemática de elementos químicos em função das suas propriedades. Como surgiu a Tabela Periódica atual? É a esta pergunta que se procura responder nas linhas seguintes onde se pretende fazer uma breve História da Tabela Periódica.

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Um pré-requisito necessário para construção da Tabela Periódica foi a descoberta individual dos elementos químicos. Embora vários elementos fossem conhecidos desde a antiguidade, nomeadamente o ouro, a prata, o estanho, o ferro e o cobre, a primeira descoberta dita científica de um elemento ocorreu em 1669 quando o alquimista Henning Brand descobriu o fósforo. A partir daí, muitos outros elementos foram sendo descobertos e o conhecimento relativo às suas propriedades físicas e químicas foi aumentando. Antes de 1800 eram conhecidos 34% dos elementos atualmente existentes, no século XIX a percentagem aumentou para cerca de 75% e no século XX descobriram-se os seguintes. Através da percepção da existência de algumas regularidades no comportamento dos elementos até então descobertos, os cientistas começaram a procurar modelos para reconhecer as suas propriedades e desenvolver esquemas para a sua classificação e ordenação.

5.1.1. A ordenação de John Dalton

No início do séc. XIX, John Dalton, um químico e físico inglês, listou os elementos, cujas massas atômicas eram conhecidas, por ordem crescente de massa atômica, cada um com as suas propriedades e seus compostos. Não houve uma tentativa de efetuar qualquer arranjo ou modelo periódico dos elementos. Facilmente se constatou que a lista não era esclarecedora: vários elementos que tinham propriedades semelhantes (halogênios, por exemplo) tinham as suas massas atômicas muito separadas.

John Dalton (1766-1844) Símbolos químicos de Dalton

5.1.2. As tríades de Johann W. Döbereiner

Em 1829, Johann W. Döbereiner, professor de Química na Universidade friedrich Schiller de Jena (Alemanha), teve a ideia de agrupar os elementos em três, ou tríades. As tríades estavam separadas também pelas massas atômicas, mas com propriedades químicas muito semelhantes. A massa atômica do elemento central da tríade seria supostamente a média das massas atômicas do primeiro e terceiro elementos. Esta ideia tornou-se relativamente popular nessa época. No entanto, nos 30 anos seguintes, vários cientistas constataram que, para vários elementos, estes tipos de relações químicas se estendiam para além da tríade. Infelizmente, a investigação nesta área foi prejudicada pelo fato dos valores rigorosos das massas atômicas nem sempre serem conhecidos.

Johann W. Döbereiner (1780-1849) Lei das Tríades de Döbereiner

5.1.3. O cilindro (ou parafuso telúrico) de Chancourtois

O primeiro esboço de periodicidade dos elementos deve-se provavelmente ao geólogo francês Alexander Emile Beguyer de Chancourtois. Em 1862, Chancourtois propõe uma classificação dos elementos pela sua disposição na superfície de um cilindro. Os elementos dispunham-se sobre uma linha diagonal formando um ângulo de 45° com a horizontal, desenhando uma espiral e estavam ordenados por ordem crescente de massa atômica (em números inteiros) de

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forma que os que tinham propriedades semelhantes se situavam na mesma linha vertical. Assim, deu-se conta que as propriedades dos elementos eram uma função da sua massa atômica o que o levou a propor que "as propriedades dos elementos são as propriedades dos números." De Chancourtois foi o primeiro a reconhecer que propriedades semelhantes reaparecem a cada sete elementos e usando este esquema, foi capaz de prever a estequiometria de vários óxidos metálicos. Infelizmente, o sistema era complexo, pois incluía também compostos.

Alexander de Chancourtois (1820-1886) Cilindro de Chancourtois

5.1.4. Lei das Oitavas de Newlands

Em 1863, John Alexander Reina Newlands, químico industrial inglês e professor de química no City College em Londres, ordenou os elementos por ordem crescente de massa atômica e constatou que um dado elemento apresentava propriedades semelhantes ao oitavo elemento a contar a partir dele. A esta relação, Newlands chamou a “Lei das Oitavas”, que dizia ser uma espécie de repetição por analogia com as oitavas da escala musical (Dó, Ré, Mi, Fá, Sol, Lá, Si,…Dó,…). O principal problema com que Newlands se deparou, foi o de que a sua lei apenas funcionava corretamente para as duas primeiras oitavas, na terceira e nas seguintes não se verificava. Apesar de ter sido ridicularizado pela Sociedade de Química de Londres, Newlands sugere, com a Lei das Oitavas, uma classificação sistemática onde começa a surgir o princípio envolvido na atual classificação dos elementos.

John Newlands (1837-1898) Lei das Oitavas de Newlands

5.1.5. Tabela de Lothar Meyer e Mendeleev

Em 1864 Julius Lothar Meyer, químico alemão, estudou a relação existente entre o volume atômico dos elementos e as respectivas massas atômicas. Representou graficamente o volume atômico em função da massa atômica relativa e, através da curva obtida, conseguiu agrupar vários elementos em famílias. Chegou assim, a uma classificação

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periódica dos elementos que tinham propriedades semelhantes, um esboço da tabela periódica atual. Mais ou menos por essa altura, Dimitri Ivanovitch Mendeleev, químico russo, enquanto escrevia um livro de química inorgânica, também procurou organizar os elementos de acordo com as suas propriedades. Mendeleev criou uma carta para cada um dos elementos conhecidos. Cada carta continha o símbolo do elemento, a massa atômica e as suas propriedades químicas e físicas. Colocando as cartas numa mesa, organizou-as por ordem crescente das suas massas atômicas, agrupando-as em elementos com propriedades semelhantes, ou seja, listou os elementos de uma linha ou coluna por ordem de massa atômica, iniciando uma nova linha ou coluna quando as propriedades dos elementos se começavam a repetir. Formou-se assim, tal como obtido por Lothar Meyer, o esboço da tabela periódica atual. A vantagem da tabela periódica de Mendeleev sobre as outras, é que esta exibia semelhanças, não apenas em pequenos conjuntos, como as tríades. Mostravam semelhanças numa rede de relações vertical, horizontal e diagonal. Uma das razões para o sucesso da tabela, foi o de deixar lacunas quando parecia que o elemento correspondente ainda não tinha sido descoberto. A partir daí, Mendeleev conseguiu prever algumas propriedades de elementos químicos que ainda não haviam sido descobertos na sua época. Outra razão, foi ocasionalmente ignorar a ordem sugerida pelas massas atômicas e alternar alguns elementos adjacentes para melhor classificá-los em famílias químicas. Com o desenvolvimento das teorias da estrutura atômica, verificou-se posteriormente que Mendeleev tinha inadvertidamente, ordenado os elementos por ordem crescente de número atômico. O trabalho de Mendeleev foi amplamente aceito, sendo assim considerado o “pai” da tabela periódica atual. No entanto, de forma justa, tanto ele quanto Lothar Meyer deveriam ser considerados os verdadeiros “pais” da atual classificação periódica. O azar de Meyer, foi que em 1868 construiu uma tabela alargada dos elementos e entregou a um colega para avaliação. Enquanto isso, Mendeleev divulgou a sua tabela à comunidade científica através de publicação em 1869, enquanto que a de Meyer veio a conhecimento apenas em 1870.

Julius Lothar Meyer (1830- 1895)

Tabela dos elementos de J. L. Meyer

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Dimitri Ivanovitch Mendeleev (1834- 1907)

Tabela dos elementos de Mendeleev

5.1.6. A tabela periódica atual

Embora a tabela de Mendeleev/Meyer tenha demonstrado a natureza periódica dos elementos, apenas no séc. XX foram encontradas explicações para as razões das propriedades dos elementos variarem periodicamente.

O desenvolvimento, nomeadamente dos modelos atômicos e teoria quântica, permitiram racionalizar o conhecimento das propriedades dos elementos e chegar à configuração da atual tabela periódica. Esta foi ampliada ao longo do tempo, à medida que novos elementos foram sendo descobertos. A tabela atual contém 118 elementos, dispostos em linhas horizontais (períodos) e verticais (grupos), por ordem crescente de número atômico.

As linhas horizontais são dispostas de modo que os elementos com propriedades semelhantes fiquem nas mesmas colunas (grupos ou famílias). O grupo é considerado o mais importante método de classificar os elementos. Em alguns grupos, os elementos têm propriedades muito semelhantes e exibem uma tendência clara nas propriedades ao longo do grupo. A estes grupos foram dados nomes triviais, por exemplo, os metais alcalinos, metais alcalinos terrosos, halogênios, gases nobres, etc.. Alguns outros grupos na tabela periódica, mostram menor grau de semelhanças/tendências verticais e são referidos simplesmente pelo seu número de grupo. Embora os grupos sejam a forma mais comum de classificação de elementos, existem zonas da tabela periódica onde as tendências horizontais e semelhanças nas propriedades são mais significativas do que as tendências verticais. Na Tabela Periódica, cada elemento é apresentado, nomeadamente, com o seu símbolo e número atômico. Muitas versões da tabela apresentam também outras propriedades atômicas e propriedades físicas.

Ao longo do séc. XX foram aparecendo representações alternativas da Tabela Periódica, principalmente por razões didáticas. No entanto, a Tabela Periódica “tradicional” a qual conhecemos, mantém-se como a representação aceita da disposição sistemática dos elementos químicos em função das suas propriedades.

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5.1.7. Classificações dos elementos químicos

Famílias

As dezoito colunas verticais são chamadas grupos ou famílias. Uma família é composta por elementos que apresentam propridades químicas semelhantes.

Os elementos de uma tabela podem ser classificados como:

• Elementos representativos (A)

• Elementos de transição (B)

• Elementos de transição interna (séries dos lantanídios e actinídios)

• Gases nobres (0 ou 8A- zero)

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Representativos

As famílias A (elementos representativos) estão subdivididas em:

Grupo Nome da família

1 ou IA metais alcalinos

2 ou IIA metais alcalino-terrrosos

13 ou IA família do boro

14 ou IVA família do carbono

15 ou VA família do nitrogênio

16 ou VIA família dos calcogênios

17 ou VIIA família dos halogênios

18 ou VIIA ou 0 família dos gases nobres

Metais alcalinos: são metais leves, brilhantes como a prata, e apresentam ponto de fusão baixo. Reagem com água formando bases ou álcalis, daí sua denominação. Em condições ambiente, 20°C e 1 atm, todos são sólidos, com exceção do frâncio que, apesar de ter sido isolado em pequenas quantidades, supõe-se que seja líquido.

Apesar de constar da família IA na tabela periódica, o hidrogênio não é um metal. Ele foi colocado nessa posição, pois possui um elétron na camada de valência, como os demais dessa família.

Metais alcalino-terrosos: são encontrados na composição de rochas como o calcário e o basalto. São bastante reativos, porém menos que os metais alcalinos.

Famílias do boro e do carbono: encontramos nessas famílias metais e um não- metal, o carbono. Na família IVA, em particular, encontra-se o elemento básico à vida, o próprio carbono. Há um ramo específico da Química que estuda os compostos de carbono, a Química Orgânica.

Família do nitrogênio e calcogênios: são compostas por metais e não- metais. O oxigênio é o elemento mais abundante na crosta, pois faz parte da composição da parte sólida (SiO2), líquida (H2O) e gasosa (O2) da Terra.

Halogênios: são não- metais. São corrosivos e venenosos. Podem ser usados como bactericidas. Flúor e cloro são gases. O bromo é líquido e o iodo é sólido na temperatura ambiente.

Gases nobres: são chamados nobres ou inertes porque, em condições ambiente, não formam compostos com outros elementos, uma vez que já estão estabilizados com 2 (He) ou 8 elétrons na última camada eletrônica. Nem mesmo os átomos de um mesmo gás nobre se unem, como acontece com os demais gases, que só existem na forma de moléculas, como por exemplo: o gás oxigênio (O2), o gás hidrogênio (H2), entre outros. Os gases nobres também são considerados raros, pois compreendem menos de 1% da atmosfera. São obtidos pelo fracionamento do ar líquido.

Elementos de transição

As famílias B são IB, IIB, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB e VIIIB, não apresentam nomes especiais e

compreendem os elementos conhecidos como elementos de transição. Há dois tipos de elementos de transição: os de

transição interna, que correspondem às séries dos lantanídios e actinídios e os de transição externa, situados no corpo

principal da tabela. Os elementos dos subgrupos IIIB até VIIIB têm apenas 1 ou 2 elétrons na camada mais externa, exceto

o Pd (Paládio, Z=46) que apresenta 18 elétrons na última camada.

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Família dos primeiros metais de transição: são metais utilizados na composição de ligas metálicas por

oferecerem dureza e tenacidade a outros metais (Sc, Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc e Re).

Família dos segundos metais de transição: apresenta-se dividida em 3 grupos, cada qual com 3 elementos

(tríade):

• Ferro, cobalto e níquel: muito magnéticos, misturam-se facilmente com outros elementos. São encontrados em forma

pura quando provenientes de meteoritos ou em mistura com outros metais nos minérios.

• Rutênio, ródio e paládio: são encontrados como catalisadores de algumas reações de oxidação, em ligas metálicas muito

utilizadas em espectroscopia e revestimentos galvânicos e na fabricação de instrumentos de alta precisão e peças delicadas,

como as guarnições de balanças e ferramentas cirúrgicas, bem como a elaboração de objetos de ornamentação.

• Platina, ósmio e irídio: utilizados em ligas de jóias e aparelhos de precisão.

Família dos terceiros metais de transição: cobre, ouro e prata são muito usados na fabricação de moedas e

jóias. Esses elementos são considerados metais nobres por serem pouco reativos.

Os demais metais são usados para os mais diversos fins: o cádmio, em ligas para a fabricação de

rolamentos de automóveis; o zinco, para confecção de peças domésticas, e o mercúrio, na iluminação pública, em

termômetros etc. Todos os elementos apresentam-se no estado sólido, exceto o mercúrio, que se apresenta no estado

líquido em condição ambiente.

Séries

Nome que recebem os dois apêndices sob a tabela. Os elementos situados nessas séries são chamados de

lantanídios e actinídios. Pertencem ao sexto e sétimo períodos, respectivamente. O número de elementos em cada série é

variável: as séries dos lantanídios e dos actinídios pertencem ao grupo IIIB e são chamados de elementos de transição

interna, exceto o La e o Ac.

Série dos lantanídios : são metais maleáveis e abundantes, utilizados na forma de misturas e ligas na

fabricação de ferro e aço.

Série dos actinídios: possuem alguns dos átomos mais pesados. Apresentam elementos radioativos. Alguns

são naturais, outros são artificiais.

Períodos

As sete linhas horizontais são chamadas períodos. Esse número está relacionado com o número de

camadas eletrônicas que o átomo possui (K, L, M, N, O, P, Q). Por exemplo, o lítio, o boro e o nitrogênio estão no segundo

período, pois seus átomos possuem apenas duas camadas eletrônicas.

Período Número de elementos

1º curto 2

2º curto 8

3º curto 8

4º longo 18

5º longo 18

6º muito longo 32

7º incompleto 32

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5.1.8. Distribuição eletrônica

Os elétrons estão distribuídos em camadas ao redor do núcleo. Admite-se a existência de 7 camadas eletrônicas, designados pelas letras maiúsculas: K, L, M, N, O, P e Q. À medida que as camadas se afastam do núcleo, aumenta a energia dos elétrons nelas localizados.

As camadas da eletrosfera representam os níveis de energia da eletrosfera. Assim, as camadas K, L, M, N, O, P e Q constituem os 1º, 2º, 3º, 4º, 5º, 6º e 7º níveis de energia, respectivamente.

Por meio de métodos experimentais, os químicos concluíram que o número máximo de elétrons que cabe em cada camada ou nível de energia é:

Nível de energia Camada Número máximo de elétrons

1º K 2

2º L 8

3º M 18

4º N 32

5º O 32

6º P 18

7º Q 2

Em cada camada ou nível de energia, os elétrons se distribuem em subcamadas ou subníveis de energia, representados pelas letras s, p, d, f, em ordem crescente de energia.

O número máximo de elétrons que cabe em cada subcamada, ou subnível de energia, também foi determinado experimentalmente:

energia crescente

Subnível s p d f

Número máximo de elétrons 2 6 10 14

O número de subníveis que constituem cada nível de energia depende do número máximo de elétrons que cabe em cada nível. Assim, como no 1º nível cabem no máximo 2 elétrons, esse nível apresenta apenas um subnível s, no qual cabem os 2 elétrons. O subnível s do 1º nível de energia é representado por 1s.

Como no 2º nível cabem no máximo 8 elétrons, o 2º nível é constituído de um subnível s, no qual cabem no máximo 2 elétrons, e um subnível p, no qual cabem no máximo 6 elétrons. Desse modo, o 2º nível é formado de dois subníveis, representados por 2s e 2p, e assim por diante.

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Resumindo:

Nível Camada Nº máximo de elétrons Subníveis conhecidos

1º K 2 1s

2º L 8 2s e 2p

3º M 18 3s, 3p e 3d

4º N 32 4s, 4p, 4d e 4f

5º O 32 5s, 5p, 5d e 5f

6º P 18 6s, 6p e 6d

7º Q 8 7s

Linus Gari Pauling (1901-1994), químico americano, elaborou um dispositivo prático que permite colocar todos os subníveis de energia conhecidos em ordem crescente de energia. É o processo das diagonais, denominado diagrama de Pauling, representado a seguir. A ordem crescente de energia dos subníveis é a ordem na seqüência das diagonais.

OBS: A CAMADA MAIS EXTERNA (CAMADA DE VALÊNCIA), É AQUELA QUE CORRESPONDE AO PERÍODO (LINHA) OU A CAMADA CORRESPONDIDA DO ELEMENTO.

5.1.9. Classificação dos elementos segundo suas configurações eletrônicas

De um modo simplificado, podemos classificar os elementos na tabela periódica, e acordo com suas configurações eletrônicas, em:

a) Elemento representativo.

É aquele que possui seu elétron mais energético num subnível s ou p

Exemplo: 11Na – 1s² 2s² 2p6 3s¹ 3° período (3° camada) - grupo 1

9F – 1s² 2s² 2p5 2° período (2° camada) - grupo 7A

b) Elemento de transição ou transição externa

É aquele que possui seu elétron mais energético num subnível d

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Exemplo: 26Fe – 1 s² 2s² 2p6 3s2 3p6 4s² 3d6 4° período (4° camada) - grupo VIII B

c) Elemento de transição ou transição externa

É aquele que possui seu elétron mais energético num subnível f

Exemplo: 58Ce – 1 s² 2s² 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f2 6° período (6° camada) - grupo III B

Exercícios

1. Na tabela periódica os elementos estão ordenados em ordem crescente de:

(A) Número de massa. (B) Massa atômica. (C) Número atômico. (D) Raio atômico. (E) Eletroafinidade.

2. (PUCCAMP-SP) O subnível de maior energia do átomo de certo elemento químico é 4d5. Esse elemento é um metal:

(A) de transição, do 4º período da tabela periódica.

(B) de transição, do grupo 5B da tabela periódica.

(C) representativo, do 4º período da tabela periódica.

(D) representativo, do 5º período da tabela periódica.

(E) de transição, do 5º período da tabela periódica.

3. (UF-PR) Os elementos representados pelas configurações eletrônicas I, II, III e IV pertencem, respectivamente, aos grupos da tabela periódica:

I) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1.

II) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10.

III) 1s2 2s2 2p5

IV) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d1.

(A) 1A, 1B, 7A, 3B. (B) 1A, 1A, 7A, 5A. (C) 1A, 1B, 5A, 3B. (D) 1A, 1B, 5A, 2A. (E) 1A, 1A, 7A, 3A.

4. Considere os seguintes experimentos:

I - gotas de limão adicionadas a um copo com leite II - fotografia amarelada pelo tempo ou pela exposição ao sol

III - éter derramado sobre a pele IV - cozimento de um ovo

V - aquecimento de um pedaço de solda

Há ocorrência de reações químicas em:

(A) I e II (B) II e III (C) I, II e III (D) I, II e IV (E) II, III e V.

5. Das alternativas abaixo, aquela que NÃO representa um fenômeno químico é:

(A) queima de uma folha de papel. (B) dissolução de um comprimido efervescente em água.

(C) evaporação da água dos oceanos. (D) destruição da camada de ozônio.

(E) digestão dos alimentos no organismo humano.

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