HISTÓRICO
A classificação periódica é uma organização dos elementos químicos com a finalidade de evidenciar algumas semelhanças em suas propriedades físicas e / ou químicas. Vários estudiosos tentaram criar um sistema de classificação dos elementos.
O primeiro foi o químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner, que, em 1829, agrupou os elementos em tríades. Essas tríades eram grupos de três elementos com massas atômicas diferentes, porém com propriedades químicas muito semelhantes. A massa atômica do elemento central da tríade era a média das massas atômicas do primeiro e do terceiro membros. Os elementos cloro, bromo e iodo formavam uma tríade; lítio, sódio e potássio formavam outra, mas muitos dos metais importantes não puderam ser agrupados em tríades.
Em 1863, o geólogo e mineralogista francês Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois dispôs os elementos numa espiral traçada nas paredes de um cilindro, em ordem crescente de massa atômica. Tal classificação recebeu o nome de parafuso telúrico. Apesar da importância desse trabalho, ele foi ignorado por muitos químicos por conter muita informação geológica.
Outra tentativa de classificação periódica foi feita, em 1864, pelo químico John Alexander Reina Newlands. Ele afirmava que os elementos poderiam ser arranjados num modelo periódico de oitavas, ou grupos de oito, na ordem crescente de suas massas atômicas. A ideia de Newlands, entretanto, foi ridicularizada pela analogia com os sete intervalos da escala musical. A base teórica que permite a organização atual dos elementos – número atômico e mecânica quântica – era desconhecida naquela época e permaneceu assim por várias décadas.
Em 1869, Dimitri Ivanovich Mendeleyev, um químico nascido na Sibéria, enquanto escrevia um livro de Química Inorgânica, conseguiu criar um sistema de organização dos elementos químicos de uma forma muito parecida com a classificação periódica moderna. Mendeleyev criou uma carta para cada um dos 63 elementos conhecidos na época. Cada carta continha o símbolo do elemento, a massa atômica e suas propriedades químicas e físicas. Colocando as cartas em uma mesa, organizou-as em ordem crescente de suas massas atômicas, agrupando-as em elementos de propriedades semelhantes. Formou-se, então, a tabela periódica. A vantagem da tabela periódica de Mendeleyev sobre as outras era que ela exibia semelhanças entre grupos diversos de elementos e não apenas em pequenos conjuntos, como as anteriores. Mostrava semelhanças numa rede de relações vertical, horizontal e diagonal. Em 1906, Mendeleyev foi agraciado com o Prêmio Nobel por esse brilhante trabalho.
Em 1913, o cientista britânico Henry Moseley descobriu que o número de prótons no núcleo dos átomos de um determinado elemento é sempre o mesmo. Quando os elementos foram arranjados de acordo com o aumento do número atômico, alguns problemas existentes na tabela de Mendeleyev deixaram de existir e, por isso, a tabela periódica moderna foi baseada no número atômico dos elementos.
CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA ATUAL
A tabela periódica moderna traz os elementos em ordem crescente de seus números atômicos em linhas (horizontal), de modo que elementos com propriedades químicas semelhantes fiquem nas mesmas colunas (vertical).
As linhas são também chamadas de séries ou períodos e reúnem elementos cujos átomos possuem o mesmo número de níveis eletrônicos ocupados no estado fundamental. Os números (1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7) que se referem aos sete períodos têm relação com o número quântico principal (n) dos elétrons de valência dos átomos de certo elemento de um dado período.
Nas colunas, que podem ser chamadas de grupos ou famílias , estão elementos com propriedades químicas parecidas. A mecânica quântica relaciona essas semelhanças de propriedades a semelhanças na estrutura eletrônica dos átomos. Uma denominação não oficial, mas ainda muito empregada, faz uso de algarismos romanos, acompanhados das letras A ou B. A IUPAC recomenda a numeração contínua de 1 a 18 para a distinção dos grupos.
Classificação dos elementos quanto às propriedades físicas
A divisão dos elementos químicos em metais e ametais foi a primeira forma de classificá-los. Uma classificação muito comum hoje em dia divide os elementos nos seguintes grupos: metais, ametais, semimetais, gases nobres e hidrogênio . Apesar de ser muito usada, não é recomendada pela IUPAC.
Metais
Os elementos metálicos têm propriedades bem típicas. Apresentam brilho característico, o que significa que a superfície polida de um metal funciona como espelho. São também bons condutores de calor, por isso a sensação de frio quando tocamos um metal – ele retira calor rapidamente da nossa pele. Esses elementos, sólidos em sua maioria, possuem elevada condutividade elétrica, que geralmente diminui com o aumento da temperatura. Além disso, os metais são dúcteis (facilmente transformados em fios finos) e maleáveis (facilmente transformados em lâminas delgadas).
Ametais
Os ametais possuem propriedades diametralmente opostas às dos metais. Os ametais típicos não apresentam brilho metálico e não são bons condutores térmicos, nem elétricos. Muitas das substâncias simples formadas por elementos ametálicos são gasosas e mesmo aquelas que são encontradas na forma sólida não apresentam as elevadas ductibilidades ou maleabilidades típicas dos metais.
Semimetais
As substâncias simples formadas pelos semimetais possuem propriedades intermediárias às dos metais e às dos ametais. Por exemplo, elas são semicondutoras elétricas e também semicondutoras térmicas. A condutividade elétrica desses elementos aumenta com o aumento da temperatura. A denominação “semimetal” vem, nos dias de hoje, caindo em desuso, uma vez que os elementos pertencentes a essa classe nunca foram claramente definidos ou indicados oficialmente. É muito comum encontrarmos tabelas que deixam os elementos germânio, antimônio e polônio como metais e os elementos boro, silício, arsênio e telúrio como ametais.
Gases nobres
São os elementos formadores do grupo 0, VIIIA ou 18. Possuem átomos com o octeto (à exceção do He) completo e apresentam uma baixíssima reatividade química. Aparecem, na natureza, na forma de gases monoatômicos e dificilmente formam compostos. Já foram chamados de gases raros ou gases inertes. Esses elementos não apareceram na tabela de Mendeleyev. A alta carga nuclear efetiva que os átomos desses elementos experimentam favorece a baixa reatividade.
Hidrogênio
O hidrogênio apresenta uma química muito peculiar, não sendo conveniente enquadrá-lo em nenhuma das classificações anteriores. Uma forma mais simples de dividir os elementos químicos considera apenas três categorias: metais, ametais e gases nobres , como está apresentado na tabela a seguir.
Classificação dos elementos de acordo com a configuração eletrônica
Um elemento químico pode ser classificado de acordo com o subnível em que ocorre o elétron diferencial de seus átomos.
Existem os elementos típicos ou representativos , que têm o elétron diferencial em um subnível do tipo s ou p, sempre pertencente ao último nível de energia. Já os elementos de transição – antigamente chamados de transição externa – apresentam o elétron diferencial em um subnível d do penúltimo nível energético, e os de transição interna , o elétron diferencial normalmente está em um subnível f do antepenúltimo nível eletrônico.
Elementos representativos
As colunas que aparecem com a letra A (elementos representativos – blocos s e p) recebem nomes especiais.
OBSERVAÇÃO
• O elemento hélio, apesar de ter configuração eletrônica 1s2, pertence à coluna 18 (0 ou VIIIA) e não à 2 (IIA).
Metais de transição
Os elementos de transição das colunas B (bloco d) são metais com configuração nsx(n – 1)dz ou nsx (n – 2)f14 (n – 1)dz. O valor de x geralmente é 2 ou 1 e z pode assumir valores de 1 a 10. Esses elementos apresentam algumas propriedades em comum, mesmo estando em colunas diferentes, e são chamados de metais de transição por possuírem propriedades intermediárias entre os elementos dos blocos s e p.
Metais de transição interna
Os metais de transição interna são os lantanídeos e actinídeos , que fazem parte da coluna 3 (IIIB) nos períodos 6 e 7, respectivamente (bloco f ). Esses elementos têm configuração geral ns2 (n – 2)fw, em que w varia teoricamente de 1 a 14.
ESTADOS FÍSICOS DOS ELEMENTOS
Alguns elementos são gasosos nas condições ambiente de temperatura e pressão, entre eles o nitrogênio e o oxigênio – gases mais abundantes da atmosfera terrestre. Somente dois elementos são líquidos em tais condições: o bromo e o mercúrio. A maioria dos elementos se encontra no estado sólido e, entre esses elementos, alguns não são encontrados na natureza, sendo obtidos por transmutação artificial.
Em 1869, Dimitri Ivanovich Mendeleyev, um químico nascido na Sibéria, enquanto escrevia um livro de Química Inorgânica, conseguiu criar um sistema de organização dos elementos químicos de uma forma muito parecida com a classificação periódica moderna. Mendeleyev criou uma carta para cada um dos 63 elementos conhecidos na época. Cada carta continha o símbolo do elemento, a massa atômica e suas propriedades químicas e físicas. Colocando as cartas em uma mesa, organizou-as em ordem crescente de suas massas atômicas, agrupando-as em elementos de propriedades semelhantes. Formou-se, então, a tabela periódica. A vantagem da tabela periódica de Mendeleyev sobre as outras era que ela exibia semelhanças entre grupos diversos de elementos e não apenas em pequenos conjuntos, como as anteriores. Mostrava semelhanças numa rede de relações vertical, horizontal e diagonal. Em 1906, Mendeleyev foi agraciado com o Prêmio Nobel por esse brilhante trabalho.
Em 1913, o cientista britânico Henry Moseley descobriu que o número de prótons no núcleo dos átomos de um determinado elemento é sempre o mesmo. Quando os elementos foram arranjados de acordo com o aumento do número atômico, alguns problemas existentes na tabela de Mendeleyev deixaram de existir e, por isso, a tabela periódica moderna foi baseada no número atômico dos elementos.
CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA ATUAL
A tabela periódica moderna traz os elementos em ordem crescente de seus números atômicos em linhas (horizontal), de modo que elementos com propriedades químicas semelhantes fiquem nas mesmas colunas (vertical).
As linhas são também chamadas de séries ou períodos e reúnem elementos cujos átomos possuem o mesmo número de níveis eletrônicos ocupados no estado fundamental. Os números (1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7) que se referem aos sete períodos têm relação com o número quântico principal (n) dos elétrons de valência dos átomos de certo elemento de um dado período.
Nas colunas, que podem ser chamadas de grupos ou famílias , estão elementos com propriedades químicas parecidas. A mecânica quântica relaciona essas semelhanças de propriedades a semelhanças na estrutura eletrônica dos átomos. Uma denominação não oficial, mas ainda muito empregada, faz uso de algarismos romanos, acompanhados das letras A ou B. A IUPAC recomenda a numeração contínua de 1 a 18 para a distinção dos grupos.
Classificação dos elementos quanto às propriedades físicas
A divisão dos elementos químicos em metais e ametais foi a primeira forma de classificá-los. Uma classificação muito comum hoje em dia divide os elementos nos seguintes grupos: metais, ametais, semimetais, gases nobres e hidrogênio . Apesar de ser muito usada, não é recomendada pela IUPAC.
Metais
Os elementos metálicos têm propriedades bem típicas. Apresentam brilho característico, o que significa que a superfície polida de um metal funciona como espelho. São também bons condutores de calor, por isso a sensação de frio quando tocamos um metal – ele retira calor rapidamente da nossa pele. Esses elementos, sólidos em sua maioria, possuem elevada condutividade elétrica, que geralmente diminui com o aumento da temperatura. Além disso, os metais são dúcteis (facilmente transformados em fios finos) e maleáveis (facilmente transformados em lâminas delgadas).
Ametais
Os ametais possuem propriedades diametralmente opostas às dos metais. Os ametais típicos não apresentam brilho metálico e não são bons condutores térmicos, nem elétricos. Muitas das substâncias simples formadas por elementos ametálicos são gasosas e mesmo aquelas que são encontradas na forma sólida não apresentam as elevadas ductibilidades ou maleabilidades típicas dos metais.
Semimetais
As substâncias simples formadas pelos semimetais possuem propriedades intermediárias às dos metais e às dos ametais. Por exemplo, elas são semicondutoras elétricas e também semicondutoras térmicas. A condutividade elétrica desses elementos aumenta com o aumento da temperatura. A denominação “semimetal” vem, nos dias de hoje, caindo em desuso, uma vez que os elementos pertencentes a essa classe nunca foram claramente definidos ou indicados oficialmente. É muito comum encontrarmos tabelas que deixam os elementos germânio, antimônio e polônio como metais e os elementos boro, silício, arsênio e telúrio como ametais.
Gases nobres
São os elementos formadores do grupo 0, VIIIA ou 18. Possuem átomos com o octeto (à exceção do He) completo e apresentam uma baixíssima reatividade química. Aparecem, na natureza, na forma de gases monoatômicos e dificilmente formam compostos. Já foram chamados de gases raros ou gases inertes. Esses elementos não apareceram na tabela de Mendeleyev. A alta carga nuclear efetiva que os átomos desses elementos experimentam favorece a baixa reatividade.
Hidrogênio
O hidrogênio apresenta uma química muito peculiar, não sendo conveniente enquadrá-lo em nenhuma das classificações anteriores. Uma forma mais simples de dividir os elementos químicos considera apenas três categorias: metais, ametais e gases nobres , como está apresentado na tabela a seguir.
Classificação dos elementos de acordo com a configuração eletrônica
Um elemento químico pode ser classificado de acordo com o subnível em que ocorre o elétron diferencial de seus átomos.
Existem os elementos típicos ou representativos , que têm o elétron diferencial em um subnível do tipo s ou p, sempre pertencente ao último nível de energia. Já os elementos de transição – antigamente chamados de transição externa – apresentam o elétron diferencial em um subnível d do penúltimo nível energético, e os de transição interna , o elétron diferencial normalmente está em um subnível f do antepenúltimo nível eletrônico.
Elementos representativos
As colunas que aparecem com a letra A (elementos representativos – blocos s e p) recebem nomes especiais.
OBSERVAÇÃO• O elemento hélio, apesar de ter configuração eletrônica 1s2, pertence à coluna 18 (0 ou VIIIA) e não à 2 (IIA).
Metais de transição
Os elementos de transição das colunas B (bloco d) são metais com configuração nsx(n – 1)dz ou nsx (n – 2)f14 (n – 1)dz. O valor de x geralmente é 2 ou 1 e z pode assumir valores de 1 a 10. Esses elementos apresentam algumas propriedades em comum, mesmo estando em colunas diferentes, e são chamados de metais de transição por possuírem propriedades intermediárias entre os elementos dos blocos s e p.
Metais de transição interna
Os metais de transição interna são os lantanídeos e actinídeos , que fazem parte da coluna 3 (IIIB) nos períodos 6 e 7, respectivamente (bloco f ). Esses elementos têm configuração geral ns2 (n – 2)fw, em que w varia teoricamente de 1 a 14.
Alguns elementos são gasosos nas condições ambiente de temperatura e pressão, entre eles o nitrogênio e o oxigênio – gases mais abundantes da atmosfera terrestre. Somente dois elementos são líquidos em tais condições: o bromo e o mercúrio. A maioria dos elementos se encontra no estado sólido e, entre esses elementos, alguns não são encontrados na natureza, sendo obtidos por transmutação artificial.
ALGUMAS FAMÍLIAS IMPORTANTES
Metais alcalinos
Os elementos da coluna 1 apresentam-se na forma de substâncias simples metálicas de baixa densidade, com pontos de fusão igualmente baixos, principalmente se comparados com os dos metais de transição como o ferro. Além disso, apresentam condutividade elétrica elevada, como seria de se esperar para um metal, embora não tão elevada como a da prata e a do cobre. Alguns deles são moles como cera e podem ser espetados facilmente por um palito de dentes.
Os metais alcalinos reagem vigorosamente com água, produzindo gás hidrogênio e o hidróxido correspondente,
Os metais alcalinos sempre apresentam o estado de oxidação +1 nos compostos. Quando eles se combinam com oxigênio e hidrogênio, originam, respectivamente, óxidos e hidretos de caráter fortemente iônico.
Considera-se que esses sólidos iônicos têm caráter fortemente básico, pois, ao se “dissolverem” em água, originam soluções fortemente básicas dos hidróxidos alcalinos.
Muitos compostos formados por metais alcalinos são bastante solúveis em água.
Metais alcalinoterrosos
Os metais alcalinoterrosos são mais densos, mais duros e têm pontos de fusão mais elevados em relação aos metais alcalinos. Com exceção do berílio, reagem com água para formarem os hidróxidos respectivos e gás hidrogênio.
Nos compostos, os elementos da coluna 2 sempre assumem o estado de oxidação +2 e formam também óxidos e hidretos que reagem com água para formar soluções básicas.
Quando comparados com os compostos de metais alcalinos, os compostos de metais alcalinoterrosos tendem a ter menor caráter básico e / ou menor caráter iônico, apesar da acidez e da basicidade desses compostos ainda serem muito pronunciadas.
Halogênios
O termo “halogênio” vem do grego e significa “formador de sal”. Os elementos da coluna 17 aparecem com muita frequência na constituição de sais, muitas vezes no estado de oxidação –1. Formam substâncias simples diatômicas que, ao se combinarem com o hidrogênio, originam hidretos de caráter molecular. Estes últimos, por sua vez, quando dissolvidos em água, formam soluções ácidas.
Metais alcalinos
Os elementos da coluna 1 apresentam-se na forma de substâncias simples metálicas de baixa densidade, com pontos de fusão igualmente baixos, principalmente se comparados com os dos metais de transição como o ferro. Além disso, apresentam condutividade elétrica elevada, como seria de se esperar para um metal, embora não tão elevada como a da prata e a do cobre. Alguns deles são moles como cera e podem ser espetados facilmente por um palito de dentes.
Os metais alcalinos reagem vigorosamente com água, produzindo gás hidrogênio e o hidróxido correspondente,
Os metais alcalinos sempre apresentam o estado de oxidação +1 nos compostos. Quando eles se combinam com oxigênio e hidrogênio, originam, respectivamente, óxidos e hidretos de caráter fortemente iônico.
Considera-se que esses sólidos iônicos têm caráter fortemente básico, pois, ao se “dissolverem” em água, originam soluções fortemente básicas dos hidróxidos alcalinos.
Muitos compostos formados por metais alcalinos são bastante solúveis em água.
Metais alcalinoterrosos
Os metais alcalinoterrosos são mais densos, mais duros e têm pontos de fusão mais elevados em relação aos metais alcalinos. Com exceção do berílio, reagem com água para formarem os hidróxidos respectivos e gás hidrogênio.
Nos compostos, os elementos da coluna 2 sempre assumem o estado de oxidação +2 e formam também óxidos e hidretos que reagem com água para formar soluções básicas.
Quando comparados com os compostos de metais alcalinos, os compostos de metais alcalinoterrosos tendem a ter menor caráter básico e / ou menor caráter iônico, apesar da acidez e da basicidade desses compostos ainda serem muito pronunciadas.
Halogênios
O termo “halogênio” vem do grego e significa “formador de sal”. Os elementos da coluna 17 aparecem com muita frequência na constituição de sais, muitas vezes no estado de oxidação –1. Formam substâncias simples diatômicas que, ao se combinarem com o hidrogênio, originam hidretos de caráter molecular. Estes últimos, por sua vez, quando dissolvidos em água, formam soluções ácidas.
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