Tabela periodica

Tabela periodica

(Parte 4 de 7)

O arsênio, o antimônio e o bismuto são sólidos e se apresentam em várias formas alotrópicas. O bismuto, assim como o germânio e o gálio, expande-se ao passar de líquido para sólido.

N2 P4 As Sb Bi

Tabela 3.1 - Pontos de fusão e de ebulição dos elementos do grupo 15.

O caráter metálico no grupo segue a tendência geral aumentando de cima para baixo no grupo. Assim, nitrogênio e fósforo são não-metais, arsênio e antimônio são metalóides e o bismuto é um metal.

O nitrogênio é o gás mais abundante da atmosfera, compondo 78,03% do ar. Ocorre em proporções muito menores em alguns minerais, sendo o mais relevante o nitrato de sódio (NaNO3), também chamado de “salitre do Chile”, encontrado em reservas expressivas no norte do Chile. O fósforo não é encontrado livre na natureza. As mais importantes fontes do elemento são as diversas variedades de rochas fosfatadas, encontradas na crosta terrestre. O seu principal mineral a apatita. O maior depósito de apatita do mundo está localizado na península de Kola, próximo a Kirovsky, na Rússia. A arsenopirita (FeAsS), é o mineral mais comum do arsênio. Ela ocorre em minérios de estanho e tungstênio nos depósitos de alta temperatura; associado com os minérios de prata e cobre, galena (PbS), esfarelita (ZnS), pirita

(FeS2) e calcopirita (CuFeS2). As reservas de arsenopirita estão espalhadas pela crosta terrestre; as principais estão na Inglaterra, na Bolívia e nos Estados Unidos.

Antimônio elementar ocorre raramente na natureza, mas existem inúmeros minérios contendo antimônio, embora poucos sejam utilizados comercialmente. A estibinita é o mais importante minério de antimônio. O bismuto é um elemento raro, e não ocorre em abundância na natureza. O bismuto elementar ocorre em veios de rochas cristalinas e gnaisse (rocha metamórfica). Ele esta normalmente associado a minérios de vários metais (Ag, Co, Pb, Zn e Sn). O principal mineral é a bismutinita e quase sempre ocorre associado ao bismuto nativo. Os maiores produtores são o Peru, Bolívia, México, Estados Unidos e Canadá. O unumpentio é um elemento artificial, que não ocorre na crosta terrestre.

Elemento Símbolo

Oxigênio O Enxofre S Selênio Se Telúrio Te Polônio Po

Ununhexio Uuh Tabela 3.12 - Elementos do grupo 16 e seus símbolos.

Os elementos desse grupo, além de fazerem parte de vários minérios compõem muitos produtos químicos que são economicamente importantes. Descendo-se no grupo, verifica-se a tendência normal de aumento do caráter metálico. Os quatro primeiro elementos são não-metais, o selênio e o telúrio apresentam um menor caráter não-metálico e o polônio é caracteristicamente um metal. Este último é um elemento radioativo, com tempo de vida curto.

O oxigênio apresenta algumas diferenças em relação aos demais elementos do grupo devido ao seu menor tamanho e maior eletronegatividade (é o segundo elementos mais eletronegativo da tabela). O enxofre possui a maior tendência de formar cadeias do grupo. Além disso, forma uma extensa e incomum variedade de compostos com o nitrogênio. Todos os compostos de selênio, telúrio e polônio são potencialmente tóxicos e devem ser manuseados com cuidado.

Os elementos desse grupo têm configuração eletrônica s2p4 e podem atingir a configuração de gás nobre recebendo dois elétrons (X2-) ou formando duas ligações covalentes. Todos os elementos do grupo, com exceção do telúrio, são polimórficos, ou seja, podem ser encontrados em diferentes formas alotrópicas. As temperaturas de fusão e de ebulição variam conforme mostra a tabela 3.13.

O S Se Te Po

Tabela 3.13 - Pontos de fusão e de ebulição dos elementos do grupo 16.

O oxigênio gasoso forma cerca de 21%, em volume, da atmosfera terrestre.

Considerando os seus de compostos, está presente em 49% das moléculas da crosta terrestre. É obtido comercialmente por processos de separação do ar. O enxofre é encontrado livre na natureza, nos meteoritos e na forma de compostos como a pirita, a esfalerita, a calcopirita, a galena, o gipso, a anidrida e a barita. O enxofre e seus componentes ocorrem em regiões de rochas vulcânicas e nas de rochas sedimentares. O enxofre vulcânico explorado no Japão e nos países andinos tem importância relevante na produção mundial. Nos Estados Unidos, estão as maiores reservas mundiais, nas formações terciárias à borda do Golfo do México. O

Selênio ocorre em quantidades traço na pirita (FeS2) e outros sulfetos de metais pesados. É um elemento relativamente raro, representando 0,09% ppm (partes por milhão) da crosta terrestre. Os dois maiores produtores mundiais de pirita são o Japão e os Estados Unidos. O telúrio ocorre ocasionalmente na forma nativa. É geralmente encontrado na calaverita (AuTe2). Comercialmente, é obtido dos resíduos produzidos do refino eletrolítico do cobre. Os Estados Unidos, Canadá,

Peru e Japão são os maiores produtores do elemento. Quanto ao polônio, não foram detectados indícios da presença do elemento na crosta terrestre. O polônio é um produto do decaimento radioativo. Atualmente, obtém-se polônio artificialmente pela irradiação do bismuto com nêutrons, em um reator nuclear. O ununhexio é um elemento artificial, que não ocorre na crosta terrestre.

Elemento Símbolo

Flúor F Cloro Cl Bromo Br Índio I Astato At

Ununseptio Uus Tabela 3.14 - Elementos do grupo 17 e seus símbolos.

Os elementos desse grupo são muito reativos, reagindo com não-metais e formando sais com os metais. O flúor é o elemento mais reativo da tabela periódica. Todos do grupo apresentam configuração eletrônica s2p5, ou seja, com apenas um elétron a menos da configuração do gás nobre mais próximo. Os elementos do grupo buscam completar o octeto adquirindo um elétron de um metal, formando íons

X- através de ligações iônicas, ou compartilhando um elétron com um não-metal através de ligações covalentes.

Os halogênios existem como moléculas diatômicas e são coloridos. Suas características são bem similares no grupo, excetuando as do flúor, por este ser menor e não ter orbitais d de baixa energia para a realização de ligações. Os halogênios atuam como agentes oxidantes (recebem elétrons). O flúor é um agente oxidante muito forte e, por seu pequeno tamanho, faz com que os elementos aos quais está ligado alcancem estados de oxidação bem elevados. Com relação ao estado de oxidação dos halogênios, eles podem existir em estados elevados (+1, +3,

+4, +5, +6 e até +7), sendo o mais comum o -1. O flúor existe apenas como F- .

Os elementos do grupo 17 são muito reativos, reagindo com a maioria dos elementos. A reatividade decresce na ordem F>Cl>Br>I. O flúor é o elemento mais reativo da tabela periódica, reagindo com todos os elementos exceto com os gases nobres mais leves (He, Ne e Ar). Sua grande reatividade deve-se à pequena energia de dissociação da ligação F-F e à formação de ligações muito fortes, ambos os fatores decorrentes do pequeno tamanho do átomo de flúor.

As energias de ionização no grupo tende a diminuir à medida que os átomos aumentam de tamanho. Apresentam valores muito elevados o que reduz e possibilidade da perda de elétrons e a formação de íons positivos. Os pontos de fusão e de ebulição aumentam de cima para baixo no grupo.

F2 Cl2 Br2 I2

Tabela 3.15 - Pontos de fusão e de ebulição dos elementos do grupo 17.

Muitos são os produtos químicos halogenados de interesse econômico, como por exemplo, HCl, HF, Cl2 e Br2. O flúor ocorre em muitos minerais na crosta terrestre, como a fluorita, a fluorapatita e a criolita. O cloro não é encontrado livre na natureza, somente na forma combinada, principalmente nos minerais arnalita, silvita e halita. As principais fontes de bromo são: água do mar, salmouras naturais, e como sub-produtos da recuperação dos sais de potássio em depósitos salinos. O bromo é extraído das águas mães das salinas no Brasil e na França. Há extração em lagos salgados nos Estados Unidos, Israel e também na Alemanha. O iodo ocorre na natureza sob a forma de iodetos na água do mar, algas marinhas, em salmouras associadas à alguns poços de petróleo, nos depósitos chilenos de nitrato de sódio, sob a forma de iodato de sódio e periodato de sódio. Nos Estados Unidos a produção de iodo provém da Califórnia; é produzido também na Indonésia, Itália e

Japão. Astato ocorre na forma de seus isótopos em minérios de urânio. Tem meia- vida de 0,9 minutos e estima-se que esteja sempre presente onde há urânio, com teor de 28 gramas de astato em toda a crosta terrestre. Não se tem registro de astato em solo brasileiro. O ununseptio é um elemento artificial, que não ocorre na crosta terrestre.

Elemento Símbolo

Hélio He Neônio Ne Argônio Ar Criptônio Kr Xenônio Xe Radônio Rn Ununoctio Uuo Tabela 3.16 - Elementos do grupo 18 e seus símbolos.

O nome de gases nobres atribuído aos elementos do grupo 18 deve-se a tendência deles não serem reativos. A baixíssima reatividade desses elementos está relacionada com suas configurações eletrônicas estáveis de dois elétrons 1s no hélio e de oito elétrons na camada mais externa dos demais elementos do grupo, completando um octeto. Os gases nobres apresentam uma afinidade eletrônica igual a zero e suas energias de ionização são muito elevadas (as maiores da tabela periódica).

Todos os elementos do grupo são gases monoatômicos, incolores e inodoros.

Seus pontos de fusão e de ebulição são extremamente baixos devidos às fraquíssimas forças interatômicas. Os raios atômicos desses elementos são muito pequenos e aumentam de cima para baixo no grupo. O hélio apresenta o ponto de ebulição mais baixo de todas as substâncias conhecidas e só forma sólido sob pressões elevadas. Ele forma duas fases líquidas distintas: o hélio I, que é um líquido normal e o hélio I, que é um superfluído∗ cujas propriedades são diferentes do hélio I.

He Ne Ar Kr Xe Rn

Tabela 3.17 - Pontos de fusão e de ebulição dos elementos do grupo 18.

O hélio é o segundo elemento em abundância no universo. Está presente na atmosfera terrestre, mas por sua leveza, escapa facilmente da atmosfera da terra, onde sua concentração é pequena. Ele se apresenta na crosta terrestre, em fontes de gás natural associadas a rochas e minerais, alguns radioativos: fergusonita, monazita, torianita e clevita. O neônio é o quarto elemento mais abundante no Universo e o quinto na atmosfera terrestre. Pode ser obtido do resíduo da separação do oxigênio. O argônio não se combina com outros elementos químicos na natureza, mas por ser um gás, está "misturado" com outros gases no ar. Estima-se que cerca de 1,3% da atmosfera seja de argônio. Não se tem registro da ocorrência natural do gás formando compostos ou incorporado a minerais. O criptônio está presente no ar atmosférico com aproximadamente 1,0 ppm (parte por milhão). O xenônio é o gás

∗ Uma substância é dita um superfluído quando não apresenta viscosidade. Isso ocorre com o hélio, que se encontra no estado líquido a uma temperatura próxima de 0K, quando suas moléculas movem-se como num líquido, pois as forças intemoleculares não são suficientemente fortes para formar um sólido, mas o movimento térmico dos átomos praticamente cessou.

mais escasso na atmosfera terrestre. Apresenta concentração de 1 parte por 20 milhões. O radônio está sempre presente na atmosfera onde há depósitos minerais de rádio, largamente distribuídos pela crosta terrestre. O gás é resultado do decaimento natural do rádio (Ra) e do urânio (U), ocorre também em alguns tipos de solos, onde a quantidade de radônio está diretamente relacionada à composição química destes solos. O ununoctio é um elemento artificial, que não ocorre na crosta terrestre.

3.5.4 Elementos do bloco d

Os elementos do bloco d são aqueles que possuem elétrons nos níveis eletrônicos 3d, 4d ou 5d, pertencentes aos grupos 3 a 12 na tabela periódica, localizados na porção central da tabela. Esses elementos são conhecidos por elementos de transição, pois suas propriedades são intermediárias às propriedades dos elementos do bloco s (grupos 1 e 2) e dos elementos do bloco p (grupos 13 a 18).

Nos blocos s e p, os elétrons vão sendo adicionados ao nível eletrônico mais externo do átomo, enquanto que no bloco d, eles vão sendo adicionados ao penúltimo nível, que vai se expandindo de 8 a 18 elétrons. Por possuírem o penúltimo nível expandido, os elementos de transição têm muitas propriedades físicas e químicas em comum. Todos os elementos do bloco d são metais, sendo, portanto, bons condutores de calor e de eletricidade, duros, dúcteis e apresentando o característico brilho metálico.

Os elementos de transição podem existir em diversos estados de oxidação, que variam de uma em uma unidade. Esses estados podem ser relacionados às estruturas eletrônicas dos elementos e sua variação é bem regular (tabela 3.18). As únicas exceções a esta regularidade são o crômio e o cobre, nos quais um dos elétrons s vai para o nível d devido à maior estabilidade deste orbital.

Configuração

Estados de oxidação

Tabela 3.18 - Estados de oxidação dos elementos de transição.

O tamanho dos átomos dos elementos de transição decrescem da esquerda para a direita ao longo de uma série, até próximo ao final, onde se observa um pequeno aumento. Os átomos dos elementos do bloco d são menores que dos elementos dos grupos 1 e 2 do mesmo período. Isso decorre da contração de tamanho normal que ocorre ao longo dos períodos e porque os elétrons extras são acomodados no penúltimo nível d e não no nível mais externo do átomo. Ao se descer nos grupos dos elementos de transição, o tamanho dos átomos aumenta devida à presença de camadas adicionais de elétrons.

Nos átomos dos elementos de transição, a blindagem ineficiente da carga nuclear faz com que os elétrons sejam mais fortemente atraídos que nos átomos de elementos dos grupos 1 e 2, apresentando volumes menores e densidades maiores que estes. Dentro de um grupo, a densidade aumenta de cima para baixo. Os dois elementos mais densos são o ósmio (2,57g/cm3) e o irídio (2,61g/cm3).

Os pontos de fusão e de ebulição dos elementos de transição são muito elevados. Geralmente, esses elementos fundem acima de 900ºC, com exceção do zinco (420ºC), do cádmio (321ºC) e do mercúrio (-38ºC), que é líquido a temperatura ambiente.

Com relação a sua reatividade, os elementos do bloco d apresentam propriedades intermediárias entre os elementos metálicos altamente reativos do bloco s, que geralmente formam compostos iônicos, e os elementos do bloco p, que geralmente formam compostos covalentes. Dependendo das condições, os metais de transição podem formar ligações iônicas ou covalentes. Geralmente, os estados de oxidação mais baixos formam compostos iônicos e os mais elevados compostos covalentes. Os valores das energias de ionização dos metais de transição também são intermediários entre aqueles dos blocos s e p.

Elemento Símbolo

Escândio Sc

Ítrio Y

Lantânio La Actínio Ac Tabela 3.19 - Elementos do grupo 3 e seus símbolos.

O escândio é largamente distribuído na crosta terrestre, ocorrendo em quantidade como traço em mais de 800 espécies de minerais. Atualmente, a produção mundial de escândio é proveniente da recuperação da thortveitita, seu principal minério, com 35 a 40 % de óxido de escândio (Sc2O3), ou extraído como subproduto do urânio (U) obtendo-se 0,02% do óxido. O ítrio ocorre nos seguintes minerais: xenotima, samarskita e gadolinita. Ocorre também na monazita - fosfato amidro de terras raras, com teor de óxido de ítrio variando de 0 a 5%. Depósitos de monazita (areia de praia) são encontrados nos Estados Unidos, Brasil, Índia, Austrália e Madagascar. Os principais minérios de lantânio são a monazita e a bastianita, ocorendo em 25% e 38%, respectivamente. A monazita (areia de praia) pode ser encontrada nos Estados Unidos, Canadá, Argentina, África, Espanha,

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