Química dos ensinos fundamental e médio · Grades 1–12
20A tabela periódica: um primeiro olhar
Na parede de quase toda sala de química está pendurado o mesmo quadro: 118 casas, cada uma com um símbolo e um número, organizadas em linhas e colunas com uma forma estranha — torres altas dos lados, um rebaixo no meio, duas linhas soltas embaixo. Quando ele foi desenhado pela primeira vez, em 1869, tinha umas sessenta casas e várias vazias. O seu autor teve a ousadia de descrever os elementos que um dia preencheriam as lacunas — e acertou.
O que você já sabe
Um elemento químico é o conjunto dos átomos com o mesmo número atômico , o número de prótons do núcleo (Capítulo 16). Cada elemento tem um símbolo, uma letra maiúscula às vezes seguida de uma minúscula (Capítulo 11). Os metais, como o ferro, o zinco e o alumínio, dão íons positivos (Capítulo 17).
20.1 Uma tabela dos elementos
Definição 20.1 (Tabela periódica)
A tabela periódica lista todos os elementos químicos em ordem crescente de número atômico, de a , organizados em linhas de modo que os elementos com propriedades parecidas fiquem na mesma coluna.
Definição 20.2 (Período e grupo)
Uma linha da tabela periódica é um período; há sete. Uma coluna é um grupo; há dezoito, numerados de 1 a 18 da esquerda para a direita. As duas linhas impressas abaixo da tabela pertencem aos períodos 6 e 7; elas só ficam separadas para manter a tabela estreita.
Método 20.3 (Ler a tabela periódica)
Para localizar um elemento:
- encontre a casa dele pelo símbolo ou pelo número atômico;
- a linha dá o período, a coluna dá o grupo;
- a cor diz se ele é um metal ou um não metal.
Sódio, , : período 3, grupo 1, um metal. Cloro, , : período 3, grupo 17, um não metal.
20.2 Metais e não metais
Definição 20.4 (Metal e não metal)
Um metal é um elemento que, como substância pura, é brilhante quando acabou de ser cortado, conduz bem a eletricidade e o calor, pode ser dobrado ou moldado a marteladas, e forma íons positivos. Um não metal não tem essas propriedades: muitos são gases (o oxigênio, o nitrogênio, o cloro), os sólidos são opacos e quebradiços (o enxofre, o carbono na forma de carvão), e eles tendem a formar íons negativos ou a compartilhar elétrons em moléculas.
Proposição 20.5 (Onde eles ficam)
Cerca de quatro elementos em cada cinco são metais; eles ocupam a esquerda e o centro da tabela. Os não metais ficam no alto, à direita, com o hidrogênio sozinho no alto, à esquerda. Ao longo da fronteira entre eles, alguns elementos — boro, silício, germânio, arsênio, antimônio, telúrio — têm propriedades intermediárias: os metaloides.
20.3 Colunas que se comportam igual
Proposição 20.6 (Os elementos de um grupo se comportam igual)
Os elementos de um mesmo grupo reagem de modos parecidos e formam compostos parecidos. O lítio, o sódio e o potássio, no alto do grupo 1, são metais moles que reagem com a água, liberando hidrogênio; a reação é mais violenta à medida que se desce no grupo. O flúor, o cloro, o bromo e o iodo, no grupo 17, são não metais coloridos que reagem com os metais formando sais. O hélio, o neônio, o argônio e os outros elementos do grupo 18 quase não reagem com nada.
No laboratório — Lítio, sódio e potássio na água
Atrás de uma tela de proteção, o professor joga um pedaço de lítio do tamanho de um grão de arroz numa bacia grande com água: ele borbulha de leve. Um pedaço de sódio do mesmo tamanho dispara pela superfície, derretendo numa bolinha prateada. O potássio pega fogo na hora, com uma chama lilás. Os três liberam hidrogênio e deixam uma solução básica.
Segurança
Sódio: em contato com a água, libera gases inflamáveis que podem pegar fogo (GHS02); provoca queimaduras graves (GHS05). Ele é guardado sob óleo e manuseado só pelo professor, com uma pinça, em pedaços minúsculos.
20.4 A ideia de Mendeleiev
História — As lacunas de Mendeleiev, 1869–1886
Em 1869, Dmitri Mendeleiev organizou os elementos então conhecidos em ordem crescente de peso atômico — a massa dos seus átomos comparada com a do hidrogênio — e colocou lado a lado os que tinham propriedades parecidas. Onde o padrão exigia, ele deixou lacunas para elementos que ninguém tinha encontrado ainda, e em 1871 descreveu as propriedades deles: abaixo do silício, um “eka-silício” cujo peso atômico seria cerca de 72. Em 1886, o químico Clemens Winkler descobriu o germânio num minério de prata, mediu o seu peso atômico, 72.3, e viu que era o elemento que faltava. O gálio (1875) e o escândio (1879) também preencheram lacunas deixadas por Mendeleiev.
Observação 20.7 (Ordem por número atômico)
Mendeleiev ordenou os elementos pelo peso atômico, e teve de trocar de lugar alguns pares, como o telúrio e o iodo, para manter as famílias juntas. Hoje a tabela é ordenada pelo número atômico, descoberto mais tarde, e as trocas não são mais necessárias.
20.5 Exercícios
Exercício 20.1 ★
Em que ordem os elementos são colocados na tabela periódica?
Exercício 20.2 ★
Dê o período e o grupo do carbono (), do magnésio () e do argônio ().
Exercício 20.3 ★
Metal ou não metal: ferro, enxofre, cobre, oxigênio, alumínio, cloro?
Solução
Solução de Exercício 20.3.
Metais: ferro, cobre, alumínio. Não metais: enxofre, oxigênio, cloro.
Exercício 20.4 ★
Que elemento fica logo abaixo do sódio na tabela? E logo abaixo do cloro?
Solução
Solução de Exercício 20.4.
O potássio () abaixo do sódio; o bromo () abaixo do cloro.
Exercício 20.5 ★★
Usando a tabela, dê o nome do elemento do período 4 e do grupo 2, e o do elemento do período 2 e do grupo 15.
Solução
Solução de Exercício 20.5.
O cálcio (, ) e o nitrogênio (, ).
Exercício 20.6 ★★
Por que se pode esperar que o potássio reaja com a água, como o sódio?
Solução
Solução de Exercício 20.6.
Ele está no mesmo grupo que o sódio, o grupo 1, e os elementos de um grupo se comportam igual.
Exercício 20.7 ★★
Um elemento brilhante conduz a eletricidade e forma o íon . Ele é um metal ou um não metal? Explique.
Exercício 20.8 ★★
Por que Mendeleiev deixou lacunas na tabela dele? Por que isso era um ponto forte da tabela, e não uma fraqueza?
Solução
Solução de Exercício 20.8.
Para manter os elementos de propriedades parecidas na mesma coluna, mesmo que isso significasse deixar uma casa vazia. As lacunas eram previsões: os elementos que faltavam foram encontrados mais tarde com as propriedades que ele tinha descrito.
Exercício 20.9 ★★
Olhe a tabela de Mendeleiev de 1869. Que pesos atômicos ele deu para o carbono e para o oxigênio? Que duas lacunas, marcadas com um ponto de interrogação, aparecem ao lado do alumínio e do silício?
Solução
Solução de Exercício 20.9.
Carbono: ; oxigênio: . As lacunas “? ” (ao lado de Al ) e “? ” (ao lado de Si ).
Exercício 20.10 ★★
Exercício 20.11 ★★★
O hélio, o neônio e o argônio quase não reagem com nada. Em que grupo eles estão? Para que eles poderiam ser usados, dada essa propriedade?
Exercício 20.12 ★★★
O gálio, abaixo do alumínio, foi descoberto em 1875. Mendeleiev tinha previsto para ele um peso atômico próximo da média dos seus vizinhos, o alumínio (27.0) e o índio (114.8). Calcule essa média. (Gálio: 69.7.)
Solução
Solução de Exercício 20.12.
, perto de 69.7.
20.6 Problema: a lacuna de Mendeleiev
Problema 20.1
Problema de fim de semana — prever o peso atômico de um elemento que falta a partir dos seus quatro vizinhos
Em 1871, Mendeleiev previu as propriedades do eka-silício, o elemento que faltava abaixo do silício. Uma das suas ideias era que as propriedades de um elemento ficam entre as dos seus vizinhos de cima e de baixo, da esquerda e da direita. Os pesos atômicos atuais dos quatro vizinhos da lacuna são: silício 28.1 (em cima), estanho 118.7 (embaixo), gálio 69.7 (à esquerda), arsênio 74.9 (à direita).
Parte I — A lacuna.
- Usando a tabela periódica deste capítulo, encontre o número atômico, o período e o grupo do germânio, o elemento que preenche a lacuna.
- Que elemento fica em cima dele, qual embaixo, qual à esquerda, qual à direita?
- O germânio é um metal, um não metal ou um metaloide?
- Por que Mendeleiev esperava que o elemento que faltava se parecesse com o silício?
Parte II — Médias.
- Calcule a média dos pesos atômicos dos elementos de cima e de baixo da lacuna.
- Calcule a média dos pesos atômicos dos elementos da esquerda e da direita.
- Qual das duas médias está mais perto do verdadeiro peso atômico do germânio, 72.6? Por que isso poderia acontecer?
- Na tabela de 1869, Mendeleiev tinha escrito “? ” para essa lacuna. Por quanto ele errou?
Parte III — A previsão.
- Calcule a média dos quatro vizinhos, com uma casa decimal.
- Em 1871, Mendeleiev previu 72; em 1886, Winkler mediu 72.3. Compare com a sua média.
- Por que a descoberta do germânio convenceu muitos químicos de que a tabela de Mendeleiev estava certa?
- Enuncie a sua previsão: o peso atômico do eka-silício a partir da média dos seus quatro vizinhos.
Solução
Solução de Problema 20.1.
2. Em cima: o silício. Embaixo: o estanho. À esquerda: o gálio. À direita: o arsênio.
3. Um metaloide.
4. Ele está no mesmo grupo que o silício, e os elementos de um grupo se comportam igual.
5. .
6. .
7. A média esquerda–direita (72.3): ao longo de um período, o peso atômico cresce de maneira regular, elemento por elemento, enquanto ao descer num grupo ele dá grandes saltos.
8. .
9. , isto é, 72.9.
10. A média, 72.9, está perto ao mesmo tempo dos 72 de Mendeleiev e dos 72.3 de Winkler (e dos 72.6 de hoje).
11. Um elemento previsto antes que alguém o tivesse visto foi encontrado com as propriedades anunciadas: a tabela não era só uma lista, ela podia fazer previsões.
12. Cerca de 72.9.