1 ano - 2 bimestre quimica

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(Parte 2 de 3)

Os subníveis

Em 1920 análises por espectroscopia mostraram-se a melhor maneira de se estudar a eletrosfera dos átomos. A partir do modelo de Böhr, Arnold Sommerfield propôs que os níveis de energia estariam divididos em regiões ainda menores, por ele denominadas de subníveis de energia.

Os subníveis, ou subcamadas, são subdivisões dos níveis de energia e são representados pelas letras minúsculas s, p, d e f. Cada uma dessas subcamadas comporta um número máximo de elétron e apresentam a ordem crescente de energia como apresentado abaixo:

1. Distribuição eletrônica para átomos neutros

Para fazer a distribuição dos elétrons deve-se levar em consideração a tendência de minimizar a energia da eletrosfera. Os elétrons procuram distribuir-se nos subníveis de menor energia, desde que haja lugar disponível. A maneira utilizada para fazer a distribuição e seguir o diagrama sugerido por Linus Pauling.

Para fazer a distribuição basta seguir as setas indicadas no diagrama. O diagrama mostra a ordem energética dos subníveis.

Camada de valência → é a camada mais externa, ou seja, a mais afastada do núcleo. Subnível mais energético → é o último da distribuição.

Elétrons de valência → são os elétrons da última camada.

12. Distribuição eletrônica para íons

Os íons só diferem dos respectivos átomos neutros apenas pelo número de elétrons. Assim, para fazer a distribuição eletrônica de íons, deve-se inicialmente fazer a distribuição do átomo neutro e, a seguir, retirar elétrons se for um cátion ou acrescentar se for um ânion. Contudo, devemos retirar ou colocar elétrons na camada de valência dos átomos.

13. Exercício 16) Faça a distribuição eletrônica em subníveis de energia:

17) (FOC-SP) A configuração eletrônica do escândio (21Sc), no seu estado fundamental,

18) (FUC-MT) O bromo, que nas condições ambientes se encontra no estado líquido e é formado por átomos representados por 35Br80, apresenta: a) 25 elétrons na camada de valência.

b) 2 elétrons na camada de valência.

c) 7 elétrons na camada de valência. d) 35 partículas nucleares. e) 45 partículas nucleares.

19) A fosforita Ca3(PO4)2 é o principal componente dos ossos dos animais. Como podemos observar pela fórmula da fosforita, o elemento cálcio faz parte deste sal.

Considerando o átomo de 20Ca40, podemos afirmar que o número de elétrons existentes no nível (camada) de valência do cálcio é igual a: a) 2

20) Qual o número atômico de um átomo, sabendo que o subnível de maior energia da sua distribuição eletrônica no estado fundamental é 4p2?

21) (Fuvest-SP) Considere os seguintes elementos e seus respectivos números atômicos: I - Na (1)

IV - Al (13) Dentre eles, apresenta (ou apresentam) elétrons no subnível d de suas configurações eletrônicas apenas:

a) l e IV b) I c) I d) I e II e) I e IV

2) (Vunesp-SP) Um átomo tem número de massa 31 e 16 nêutrons. Qual é o número de elétrons no seu nível mais externo?

23) (Fuvest-SP) A seguir, são mostradas quatro configurações eletrônicas. I - 1s2 2s2 2p6

IV - 1s2 2s2 2p6 3s2 3s5 a) Qual da configurações corresponde a cada um dos átomos Cl, Mg, Ne? b) Quais configurações apresentam o mesmo número de elétrons na camada de valência? (Dados os números atômicos: Cl = 17, K = 19, Al = 13, Ne = 10, Mg = 12.)

24) (U. Estácio de Sá-RJ) O cátion trivalente do cobalto (Z = 27) apresenta, nos níveis, a seguinte distribuição eletrônica:

1. Introdução

O número de elementos químicos conhecidos aumentou bastante no século passado, como podemos ver pela tabela a seguir:

Até o final do século Números de elementos conhecidos

XVII 14 XVIII 3 XIX 83 Até hoje 109 (?)

Em Química, os critérios utilizados para a organização dos elementos foram estabelecidos ao longo do tempo.

A tabela periódica ou classificação periódica dos elementos é um arranjo que permite não só verificar as características dos elementos e suas repetições, mas também fazer previsões.

Com o grande aumento no número de elementos químicos conhecidos, os cientistas do século passado se depararam na situação de imaginar classificações onde os elementos ficassem reunidos em grupos com propriedades semelhantes denominadas de propriedades periódicas, tal objetivo era para facilitar o estudo desses elementos.

O trabalho mais meticuloso foi feito pelo professor de Química da Universidade de São Petersburgo (Rússia), Dimitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907), em 1869, quando ele ordenou cerca de 63 elementos químicos conhecidos em sua época em 12 linhas horizontais, em ordem de massas atômicas crescentes e tomando o cuidado de colocar na mesma vertical os elementos de propriedades químicas semelhantes. Surgiu, então, a tabela mostrada a seguir:

Mendeleev (1834-1907)Tabela proposta por Mendeleev

Um fato curioso, e que mostra como o raciocínio científico meticuloso pode às vezes levar a prever descobertas futuras, foi o seguinte: propositalmente, Mendeleev deixou “vazios” na tabela, onde aparece o sinal de interrogação (?), dizendo que no futuro seriam descobertos novos elementos químicos que deveriam ser aí encaixados. Suas previsões estavam plenamente corretas. Mendeleev foi além: conseguiu prever com grande precisão as propriedades dos elementos de massas atômicas 4 (hoje chamado escândio) e 72 (hoje chamado germânio), alguns anos antes de esses elementos serem descobertos.

2. Classificação periódica atual (Mendeleev-Moseley)

Além de ser mais completa que a tabela Mendeleev, a Classificação Periódica Moderna proposta por Henry G. J. Moseley (1887-1915) apresenta os elementos químicos dispostos em ordem crescente de números atômicos. Atualmente, sua apresentação mais comum é a mostrada a seguir:

3. Famílias, grupos ou colunas

A tabela periódica atual é constituída por 18 famílias.

Existem, atualmente, duas maneiras de identificar as famílias ou grupos. A mais comum é indicar cada família por um algarismo romano, seguido das letras A e B, por exemplo, IA, IIA, VB. Essas letras A e B indicam a posição do elétron mais energético nos subníveis.

No final da década de 80, a IUPAC propôs outra maneira: as famílias seriam indicadas por algarismos arábicos de 1 a 18, eliminando-se as letras A e B.

Famílias A ou zero

Os elementos que constituem essas famílias são denominados elementos representativos, e seus elétrons mais energéticos estão situados em subníveis s ou p.

Nas famílias A, o número da família indica a quantidade de elétrons na camada de valência. Elas recebem ainda nomes característicos, ver tabela abaixo.

Família ou grupo

No de elétrons na camada de valência

Distribuição eletrônica da camada de valência

Nome

(1) IA 1 ns1 metais alcalinos

(2) IIA 2 ns2 metais alcalinoterrosos

(13) IIIA 3 ns2 np1 família do boro (14) IVA 4 ns2 np2 família do carbono

(15) VA 5 ns2 np3 família do nitrogênio

(16) VIA 6 ns2 np4 calcogênios (17) VIIA 7 ns2 np5 halogênios (18) VIIIA ou 0 8 ns2 np6 gases nobres observação: nessa configuração, n é igual ao número do nível de valência.

Observações:

1. A família 0 recebeu esse número para indicar que sua reatividade nas condições ambientes é nula.

2. O elemento hidrogênio (H), embora não faça parte da família dos metais alcalinos, está representado na coluna IA por apresentar 1 elétron no subnível s na camada de valência. 3. O único gás nobre que não apresenta 8 elétrons na camada de valência é o He: 1s2.

Famílias B

Os elementos dessas famílias são denominados genericamente elementos de transição.

Uma parte deles ocupa o bloco central da tabela periódica, de IIIB até IIB (10 colunas, de 3 a 12), e apresenta seu elétron mais energético em subníveis d.

A outra parte deles está deslocada do corpo central, constituindo as séries dos lantanídeos e dos actinídeos. Essas séries apresentam 14 colunas. O elétron mais energético está contido em subnível f (f1 a f14).

O esquema a seguir mostra o subnível ocupado pelo elétron mais energético dos elementos da tabela periódica.

4. Períodos

Na tabela atual existem sete períodos, e o número do período corresponde à quantidade de níveis (camadas) eletrônicos que os elementos químicos apresentam.

Veja alguns exemplos:

4Be — 1s2 2s2 K L 2 camadas eletrônicas (K e L): 2o período

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

13Al — 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1 5. Localização na tabela periódica

A distribuição eletrônica do átomo de um dado elemento químico permite que determinemos sua localização na tabela. Vejamos um exemplo de como se pode localizar o elemento químico a partir da

camadas (níveis):

Características da distribuição eletrônica Localização e classificação

4 camadas (K, L, M, N) 4o período 7 elétrons na camada de valência (4s2 4p5) família VIIA (halogênios) elétron de maior energia situado no subnível p (4p5) bloco p (elemento representativo)

6. Ocorrência dos elementos

Oficialmente, são conhecidos hoje 115 elementos químicos, dos quais 8 são naturais (encontrados na natureza) e 27 artificiais (produzidos em laboratório); estes últimos podem ser classificados em: cisurânicos - apresentam números atômicos inferior a 92, do elemento urânio, e são os seguintes: tecnécio (Tc, Z = 43), astato (At, Z = 85), frâncio (Fr, Z = 87), promécio (Pm, Z = 61).

transurânicos - apresentam número atômico superior a 92 e são atualmente em números de 23.

7. Exercício

25) (U. F. Uberlândia-MG/Paies) 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?

26) (Mogi-SP) Considere os elementos 3Li, 9F, 8O, 20Ca e 16S. Quais apresentam maior similaridade em suas propriedades? Por quê?

(1) Gases nobres( ) Grupo 1A
(2) Metais alcalinos( ) Grupo 2A
(3) Metais alcalino-terrosos () Grupo 6A
(4) Calcogênios( ) Grupo 7A
(5) Halogênios( ) Grupo 0

27) (Cesgranrio) Fazendo a associação entre as colunas abaixo, que correspondem às famílias de elementos segundo a tabela periódica, a sequência numérica será:

28) (Ulbra-RS) Consulte a tabela periódica e identifique elementos que podem ser classificados como:

Metal Gás raro Halogênio Formador de cátion +2 a) Au

Ar Se b) Ag N F K c) Zn H I Sr d) W Xe Br Mg e) K He N C

29) (Vunesp) Os elementos I, I e II têm as seguintes configurações eletrônicas em suas camadas de valência:

I - 3s2 3p3; I- 4s2 4p5; II - 3s2. Com base nessas informações, assinale a afirmação errada.

a) O elemento l é um não-metal. b) O elemento I é um halogênio. c) O elemento I é um metal alcalino-terroso. d) Os elementos l e I pertencem ao terceiro período da tabela periódica. e) Os três elementos pertencem ao mesmo grupo da tabela periódica.

30) (PUC-PR) O subnível mais energético do átomo de um elemento no estado fundamental é 5p4. Portanto, o seu número atômico e sua posição na tabela periódica será:

a) 40, 5A e 4o período. b) 34, 4A e 4o período. c) 52, 6A e 5o período. d) 56, 6A e 5o período. e) 5, 5A e 5o período.

31) (UEBA) Um átomo apresenta normalmente 2 elétrons na primeira camada, 8 elétrons na segunda, 18 elétrons na terceira camada e 7 na quarta camada. A família e o período em que se encontra esse elemento são, respectivamente: a) família dos halogênios, sétimo período.

b) família do carbono, quarto período. c) família dos halogênios, quarto período. d) família dos calcogênios, quarto período. e) família dos calcogênios, sétimo período.

32) (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.

G: 1s2J: 1s2 2s1 L: 1s2 2s2 M: 1s2 2s2 2p6 3s2

3) (UECE) Dados os elementos químicos:

Apresentam propriedades químicas semelhantes: a) G e L, pois são gases nobres.

b) G e M, pois têm dois elétrons no subnível mais energético. c) J e G, pois são metais alcalinos. d) L e M, pois são metais alcalino-terrosos.

8. Propriedades periódicas e aperiódicas

A tabela periódica pode ser utilizada para relacionar as propriedades dos elementos com suas estruturas atómicas. Essas propriedades podem ser de dois tipos: periódicas e aperiódicas.

Propriedades periódicas

As propriedades periódicas são aquelas que, à medida que o número atômico aumenta, assumem valores crescentes ou decrescentes em cada período, ou seja, repetem-se periodicamente. Esse fato costuma ser traduzido pela seguinte lei: Muitas propriedades físicas e químicas dos elementos são funções periódicas de seus números atômicos (Lei de Periodicidade ou Lei de Moseley). Exemplo: o número de elétrons na camada de valência.

Raio atómico: o tamanho do átomo

O tamanho do átomo é uma característica difícil de ser determinada, pois a eletrosfera de um átomo não tem fronteira definida. No gráfico a seguir, em que os valores foram obtidos experimentalmente, estão colocados, nas abscissas, os elementos em ordem crescente de seus números atômicos e nas ordenadas, os valores de raios atômicos.

De maneira geral, para comparar o tamanho dos átomos, devemos levar em conta dois fatores:

Número de níveis (camadas): quanto maior o número de níveis, maior será o tamanho do átomo.

Caso os átomos comparados apresentem o mesmo númeor de níveis (camadas), devemos usar outro critério.

Número de prótons: o átomo que apresenta maior número de prótons exerce uma maior atração sobre seus elétrons, o que ocasiona uma redução no seu tamanho.

Generalizando:

numa mesma família: o raio atómico (tamanho do átomo) aumenta de cima para baixo na tabela, devido ao aumento do número de níveis;

num mesmo período: o tamanho do átomo aumenta da direita para a esquerda na tabela, devido à diminuição do número de prótons nesse sentido, o que diminui a força de atração sobre os elétrons.

Energia de ionização

Energia de ionização (E.I.): é a energia necessária para remover um ou mais elétrons de um átomo isolado no estado gasoso.

Quanto maior o raio atômico, menor será a atração exercida pelo núcleo sobre o eletron mais afastado; portanto, menor será a energia necessária para remover esse eletron.

Generalizando:

Quanto maior o tamanho do átomo, menor será a primeira energia de ionização. numa mesma família: a energia de ionização aumenta de baixo para cima;

num mesmo período: a E.I. aumenta da esquerda para a direita.

Ao retirarmos o primeiro elétron de um átomo, ocorre uma diminuição do raio. Por esse motivo, a energia necessária para retirar o segundo elétron é maior.

Assim, para um mesmo átomo, temos:

Afinidade eletrônica ou eletroafinidade

Eletroafinidade: é a energia liberada quando um átomo isolado, no estado gasoso, "captura" um elétron.

A medida experimental da afinidade eletrônica é muito difícil e, por isso, seus valores foram determinados para poucos elementos. Veja no quadro aseguir alguns valores conhecidos de eletroafinidade.

Generalizando: Numa família ou num período, quanto menor o raio, maior a afinidade eletrônica.

Eletronegatividade

Átomos dos diversos elementos químicos apresentam diferentes tendências para atrair elétrons.

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