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Chemistry Química Inorgânica
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Propriedades gerais dos elementos
Propriedades gerais dos elementos
Ordenar os elementos de modo que reflita as tendências nas
propriedades químicas e físicas.
A primeira tentativa (Mendeleev e Meyer) ordenou os elementos em
ordem crescente de massa atômica.
Faltaram alguns elementos nesse esquema.
Mendeleev observou que a posição mais adequada para o As seria
abaixo do P, e não do Si, o que deixou um elemento faltando abaixo do
Si. Ele previu um número de propriedades para este elemento. Em
1886 o Ge foi descoberto. As propriedades do Ge se equiparam bem à
sua previsão
Propriedades gerais dos elementos
Moseley e o número atômico
descobriu uma característica numérica dos átomos de
cada elemento que ficou conhecida com número
atômico e que posteriormente foi associada ao
número de prótons
Lei Periódica: estabelece que quando os elementos
são listados, seqüencialmente, em ordem crescente
do número atômico, é observada uma repetição
periódica em suas propriedades.
A tabela periódica moderna: organiza os elementos
em ordem crescente de número atômico.
Propriedades gerais dos elementos
Família ou grupo: conjunto de átomos com propriedades químicas
semelhantes e mesma configuração eletrônica no último nível de
energia. Ex.: Família dos elementos alcalinos.
Período: conjunto de elementos com elétrons dispostos no
mesmo número de níveis de energia. Ex.: lítio, berílio, flúor e
neônio.
PROPRIEDADES
QUÍMICASDEPENDEM
CONFIGURAÇÃO
ELETRÔNICA DO
NÍVEL ENERGIA
Propriedades gerais dos elementos
são aquelas cujos valores numéricos
crescem ou decrescem à medida que o
número atômico aumenta.
- Massa Atômica: sempre aumenta com o
aumento do número atômico.
- Calor Específico: o calor específico do
elemento no estado sólido sempre diminui
com o aumento do número atômico.
Propriedades gerais dos elementos
Se repetem de período em
período, variando periodicamente com o
número atômico.
Propriedades gerais dos elementos
Considere uma molécula
diatômica simples.
A distância entre os dois
núcleos é denominada
distância de ligação.
Se os dois átomos que
formam a molécula são os
mesmos, metade da
distância de ligação é
denominada raio
covalente do átomo.
Propriedades gerais dos elementos
Quando o número quântico principal
aumenta, o tamanho do orbital aumenta.
Considere os orbitais s.
Todos os orbitais s são esféricos e aumentam
em tamanho quando n aumenta.
Propriedades gerais dos elementos
Tendências periódicas nos raios
atômicos O tamanho atômico varia consistentemente através da
tabela periódica.
Ao descermos em um grupo, o raio dos átomos aumenta.
Ao longo dos períodos da tabela periódica, o raio dos
átomos torna-se menor.
o Existem dois fatores agindo:
o - Número quântico principal, n, e
o - a carga nuclear efetiva, Zef.
• A carga nuclear efetiva é a carga sofrida por um elétron em um átomo
polieletrônico.
• Os elétrons estão presos ao núcleo, mas são repelidos pelos elétrons
que os protegem da carga nuclear.
• A carga nuclear sofrida por um elétron depende da sua distância do
núcleo e do número de elétrons mais internos.
• Quando aumenta o número médio de elétrons protetores (S), a carga
nuclear efetiva (Zeff) diminui.
• Quando aumenta a distância do núcleo, S aumenta e Zef diminui.
Propriedades gerais dos elementos
Propriedades gerais dos elementos
• À medida que o número quântico principal aumenta (ex., descemos em um grupo), a distância do elétron mais externo ao núcleoaumenta. Consequentemente, o raioatômico aumenta.
• Ao longo de um período na tabelaperiódica, o número de elétrons maisinternos mantém-se constante. Entretanto, a carga nuclear aumenta. Conseqüentemente, aumenta a atraçãoentre o núcleo e os elétrons mais externos. Essa atração faz com que o raio atômicodiminua.
Propriedades gerais dos elementos
Nos períodos 4,5 e 6 o decréscimo nos raios atômicos ao longo do período é moderado pela intervenção da série dos elementos de transição. Por quê?
Na configuração eletrônica dos elementos de transição éhá um aumento gradual do número de elétrons na segundacamada externa (n-1), e não na camada de valência, n.sendo os elétrons colocados em (n-1)d, entre o núcleo e acamada de valência, protegendo parcialmente os elétronsda camada de valência da força de atração exercida pelonúcleo. Isso reduz a carga nuclear efetiva mantendo oselétrons de valência do átomo. Assim, ao longo da sériedos elementos de transição, o raio atômico não decrescetão rapidamente como nas séries dos elementosrepresentativos. No final da série dos elementos detransição, a subcamada (n-1)d se aproxima de suapopulação máxima, 10 elétrons, aumen6tando o efeito deblindagem, conseqüentemente, as repulsões inter-eletrônicas entre a camada (n-1) e a camada de valênciaprovocam um menor aumento no tamanho.
Propriedades gerais dos elementos
Percorrendo a série dos lantanóides, os elétrons sãoadicionados à subcamada (n-2)f, enquanto aumenta,simultaneamente, a carga nuclear. O aumentos doefeito de blindagem dos elétrons da subcamada fcompensa quase completamente o aumento da carganuclear, resultando numa pequena contração atravésda série.
De um lantanóide para o próximo, o aumento doefeito de blindagem exercido pelos elétrons dacamada interna resulta num aumento da carganuclear. Assim, a contração do raio é de 0,001nm deum átomo para o outro, mas como eles são 14elementos na série, a contração é de 0,013nm. Estacontração total é significativa e é denominadacontração lantanídica.
Propriedades gerais dos elementos
Tendências nos tamanhos dos íonsO tamanho do íon é a distância entre os íons
em um composto iônico.
O tamanho do íon também depende da carga nuclear, do número de elétrons e dos orbitais que contenham os elétrons de valência.
Os cátions deixam vago o orbital mais volumoso e são menores do que os átomos que lhes dão origem.
Os ânions adicionam elétrons ao orbital mais volumoso e são maiores do que os átomos que lhe dão origem.
Propriedades gerais dos elementos
Propriedades gerais dos elementos
Para íons de mesma carga, o tamanho do íon
aumenta à medida que descemos em um
grupo na tabela periódica.
Todos os membros de uma série isoeletrônica
têm o mesmo número de elétrons.
Quando a carga nuclear aumenta em uma
série isoeletrônica, os íons tornam-se
menores :
O2- > F- > Na+ > Mg2+ > Al3+
Propriedades gerais dos elementos
A primeira energia de ionização, I1, é a quantidade de energia necessária para remover um elétron de um átomo gasoso:
Na(g) Na+(g) + e-
A segunda energia de ionização, I2, é a energia necessária para remover um elétron de um íon gasoso:
Na+(g) Na2+
(g) + e-.
Quanto maior a energia de ionização, maior é a dificuldade para se remover o elétron.
Propriedades gerais dos elementos
Variações nas energias de ionização
sucessivas
Há um acentuado aumento na energia de
ionização quando um elétron mais interno é
removido.
Propriedades gerais dos elementos
A energia de ionização diminui à medida que descemos em um grupo.
Isso significa que o elétron mais externo é mais facilmente removido ao descermos em um grupo.
À medida que o átomo aumenta, torna-se mais fácil remover um elétron do orbital mais volumoso.
Geralmente a energia de ionização aumenta ao longo do período.
Ao longo de um período, Zef aumenta. Consequentemente, fica mais difícil remover um elétron.
Propriedades gerais dos elementos
São duas as exceções: a remoção do primeiro
elétron p e a remoção do quarto elétron p
Os elétrons s são mais eficazes na proteção
do que os elétrons p. Consequentemente, a
formação de s2p0 se torna mais favorável.
Quando um segundo elétron é colocado em
um orbital p, aumenta a repulsão elétron-
elétron. Quando esse elétron é removido, a
configuração s2p3 resultante é mais estável
do que a configuração inicial s2p4.
Portanto, há uma diminuição na energia de
ionização.
Propriedades gerais dos elementos
Be
Mg
Valores elevados devido a
estabilidade do subnível s
preenchido
Ga In
B
Al
Decréscimo esperadoO Ga é precedido pelos
elementos da 1° série de
transição (3d
preenchendo), tornando-o
menor. Assim como na 2° e
3° series de transição.
Propriedades gerais dos elementos
Propriedades gerais dos elementos
Configurações eletrônicas de íons
Cátions: os elétrons são primeiramente
removidos do orbital com o maior número
quântico principal, n:
Li (1s2 2s1) Li+ (1s2)
Fe ([Ar]3d6 4s2) Fe3+ ([Ar]3d5)
Ânions: os elétrons são adicionados ao orbital
com o mais baixo valor de n disponível:
F (1s2 2s2 2p5) F- (1s2 2s2 2p6)
Propriedades gerais dos elementos
A afinidade eletrônica é a alteração de energiaquando um átomo gasoso ganha um elétron paraformar um íon gasoso:
Cl(g) + e- Cl-(g)
A afinidade eletrônica pode ser tanto exotérmica(como o exemplo acima) quanto endotérmica:
Ar(g) + e- Ar-(g)
Analise as configurações eletrônicas para determinarse a afinidade eletrônica é positiva ou negativa.
O elétron extra no Ar precisa ser adicionado aoorbital 4s, que tem uma energia significativamentemaior do que a energia do orbital 3p.
Propriedades gerais dos elementos
A afinidade eletrônica só apresenta aplicações práticas
para os não-metais, pois seus átomos tendem a receber
elétrons. Para os metais é muito difícil medir a
eletroafinidade, porque seus átomos não tendem a receber
elétrons, isto é, não ficarão estáveis ao receberem
elétrons.
Essa variação se explica pela distância entre o elétron e o
núcleo: quanto menor o raio, mais energia deverá perder.
Portanto, a afinidade eletrônica tem uma variação
paralela, mas inversa ao raio.
Propriedades gerais dos elementos
Propriedades gerais dos elementos
É a tendência que um átomo tem de atrair para síelétrons quando combinado, formando um composto.
A eletronegatividade dos elementos não é uma grandezaabsoluta, mas, sim, relativa. Ao estudá-la, na verdadeestamos comparando a força de atração exercida pelosátomos sobre os elétrons de uma ligação.
Átomos com níveis eletrônicos quase completos terão eletronegatividades maior do que átomos com níveis eletrônicos escassamente preenchidos.
Formam-se ligações covalentes entre elementos com valores próximos de eletronegatividades e as ligações iônicas entre elementos com eletronegatividade muito diferentes.
A : Bδ+δ-
Propriedades gerais dos elementos
Essa força de atração tem uma relação com o RAIO ATÔMICO:
Quanto menor o tamanho de um átomo, maior será a força de
atração, pois a distância núcleo-elétron da ligação é menor.
Também não é definida para os gases nobres.
A eletronegatividade é uma propriedade que resulta da ação
conjunta da energia de ionização e da eletroafinidade, mede a
tendência relativa que um átomo possui de atrair elétrons e se
torna mais perceptível quando o átomo está participando de uma
ligação química. Coube a Linus Pauling criar uma escala
arbitrária para medir essa tendência, que é relativa, pois é
estabelecida comparativamente. Na escala de Pauling, ao
elemento mais eletronegativo (o flúor) foi atribuída
eletronegatividade 4,0. As demais são determinadas em função
dessa, correspondendo ao elemento menos eletronegativo (o
césio) o valor 0,7.
Propriedades gerais dos elementos
Propriedades gerais dos elementos
Quando dois íons A+ e B- se aproximam o tipo de ligaçãodependerá do efeito de um sobre o outro. O íon positivo atrai oíon negativo e repele o núcleo, provocando uma distorção oupolarizando o íon negativo se a polarização for pequena resultaligação iônica.
Poder polarizante - capacidade de um íon em provocardistorção.
Polarizabilidade - suscetibilidade do íon em sofrer distorção.
Poder polarizante aumenta à medida que os íons se tornammenores e à medida que aumenta sua carga.
Regras de Fajans - A formação de ligações covalentes éfavorecida por:
- íon positivo pequeno.
- íon negativo grande.
- cargas elevadas em ambos os íons.
Propriedades gerais dos elementos
Propriedades gerais dos elementos
Metais O caráter metálico refere-se às propriedades dos
metais (brilhante ou lustroso, maleável e
dúctil, os óxidos formam sólidos iônicos básicos e
tendem a formar cátions em solução aquosa).
O caráter metálico aumenta à medida que
descemos em um grupo.
O caráter metálico diminui ao longo do período.
Os metais têm energias de ionização baixas.
A maioria dos metais neutros sofre oxidação em
vez de redução.
Propriedades gerais dos elementos
Quando os metais são oxidados, eles tendem a
formar cátions característicos.
Todos metais do grupo 1A formam íons M+.
Todos metais do grupo 2A formam íons M2+.
A maioria dos metais de transição têm cargas
variáveis.
Propriedades gerais dos elementos
Metais A maior parte dos óxidos metálicos são básicos:
Óxido metálico + água hidróxido metálico
Na2O(s) + H2O(l) 2NaOH(aq)
Não-metais Os não-metais apresentam um comportamento
mais variado do que os metais.
Quando os não-metais reagem com os metais, os não-metais tendem a ganhar elétrons:
metal + não-metal sal
2Al(s) + 3Br2(l) 2AlBr3(s)
Propriedades gerais dos elementos
Não-metais A maior parte dos óxidos não-metálicos são
ácidos:
óxido não-metálicos + água ácido
P4O10(s) + H2O(l) 4H3PO4(aq)
Metalóides Os metalóides têm propriedades intermediárias
entre os metais e os não-metais.
Exemplo: o Si tem brilho metálico, mas é quebradiço.
Os metalóides são famosos na indústria de semicondutores.
Propriedades gerais dos elementos
É um ciclo termodinâmico que relaciona a
energia reticular de um cristal com dados
termodinâmicos como: Entalpia de
sublimação (ΔHs), Energia de Ionização (EI),
Entalpia de Dissociação (ΔHd), Afinidade
Eletrônica (AE) e Energia Reticular (U),
seguindo a seguinte equação:
Lei de Hess: ΔHf = ΔHs + EI + 1/2ΔHd + AE + U
Propriedades gerais dos elementos
Entalpia de
formação
ΔHf
Entalpia de sublimação
ΔHs
Energia de
Ionização
EI
½ Entalpia
de
dissociação
ΔHd
Afinidade
eletrônica
AE
Energia
Reticular
U
Obtido
pela lei
de Hess
Propriedades gerais dos elementos
Percorrendo a tabela da esquerda para a
direita diminui o tamanho dos átomos por
causa da carga nuclear
adicional, aumentando a energia de
ionização.
O caráter metálico também diminui.
Os óxidos tornam-se menos básicos.
Descendo um grupo da tabela aumenta o
tamanho dos átomos. Decresce assim a
energia de ionização e aumenta o caráter
metálico. Os óxidos tornam-se mais básicos.
Propriedades gerais dos elementos
Percorrendo diagonalmente a tabela, os elementos mostram certas semelhanças estas são semelhanças acentuadas nos seguintes pares de elementos.
Li Be B C
Na Mg Al Si
Num período, da esquerda para a direita a carga dos íons aumenta, o tamanho dos íons diminui, provocando aumento do poder polarizante.
Num grupo, de cima para baixo o tamanho dos íons aumenta e o poder polarizante decresce.
Diagonalmente estes dois efeitos cancelam-se parcialmente, não havendo variação acentuada nestas propriedades.
Propriedades gerais dos elementos
A reatividade de um elemento químico está associada àsua maior ou menor facilidade em ganhar ou perderelétrons. Assim, os elementos mais reativos serão tantos osmetais que perdem elétrons com maior facilidade, quantoos ametais que ganham elétrons com maior facilidade.
Um átomo pequeno atrai elétrons mais facilmente que um átomo grande.
Os gases nobres, em condições naturais, são estáveis e nãose ligam a nenhum outro átomo. Devido a essefato, poderemos dizer que os gases nobres apresentameletronegatividade e eletroafinidade nulas.
A propriedade inversa a eletronegatividade recebe o nomede eletropositividade
Propriedades gerais dos elementos
conclusões:
a) entre os metais, o mais reativo é o frâncio (Fr)
b) entre os ametais, o mais reativo é o flúor (F).
Propriedades gerais dos elementos
As propriedades físicas são determinadas
experimentalmente, mas, em função dos dados
obtidos, podemos estabelecer regras genéricas para sua
variação, considerando a posição do elemento na tabela
periódica
Propriedades gerais dos elementos
Chama-se DENSIDADE ABSOLUTA (d) ou massaespecífica de um elemento ao quociente entre suamassa (m) e seu volume (v). Portanto: d = m/v.
Num grupo, a densidade absoluta varia no mesmosentido que o volume.
Num período, a densidade absoluta varia nosentido oposto dos volumes atômicos; isso éexplicável, pois pela fórmula d = m/v, quantomenor o volume maior deverá ser a densidade.
Propriedades gerais dos elementos
O Ósmio (Os) o elemento mais denso (22,5 g/cm3).
*** A tabela apresenta densidade obtida a 0 ° C e 1 atm.
Propriedades gerais dos elementos
Na família IA (alcalinos) e na família IIA (alcalinos terrosos), IIB, 3A, 4A, os elementos de maior ponto de fusão (PF) e ponto de ebulição (PE) estão situados na parte superior da tabela.
De modo inverso, nas demais famílias, os elementos com maiores PF e PE estão situados na parte inferior.
Nos períodos, de maneira geral, os PF e PE crescem das extremidades para o centro da tabela.
Entre os metais o tungstênio (W) é o que apresenta o maior PF: 5900 ° C. Umaanomalia importante ocorre com o elemento químico carbono (C),um ametal: Ele temuma propriedade de originar estruturas formadas por um grande número de átomos, oque faz com que esse elemento apresente elevados pontos de fusão ( PF =3550 ° C)
Propriedades gerais dos elementos
É o volume ocupado por 1 mol (6,02 x10²³ átomos) de umelemento no estado sólido. O volume atômico não é o volume deum átomo mas o volume de um conjunto (1 mol) de átomos,consequentemente, no volume influem não só o volume individualde cada átomo, como também o espaçamento existente entre osátomos.
Numa família, o volume atômico aumenta de acordo com onúmero atômico.
Num período, o volume atômico cresce do centro para asextremidades, à esquerda, o crescimento acompanha o raioatômico, já à direita, a variação é oposta porque, nos elementosaí situados (principalmente nos não-metais), o “espaçamento”entre os átomos passa a ser considerável.
Propriedades gerais dos elementos
Lee, J.D.- Química Inorgânica- 4ª Edição- Editora Edgar
Blucher Ltda- 1996,-São Paulo - Brasil.
MAHAN, Bruce H. & MYERS, R. J. Química - Um Curso
Universitário. Ed. Edgard Blucher LTDA: São Paulo, 2003.
ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de Química:Questionando a
vida moderna e o meio ambiente. Bookman: Porto
Alegre, 2001.
http://www.conteudoglobal.com/cultura/tabela_periodica
/index.asp?action=classificacoes_periodicas_elementos_an
tigas&nome=Classifica%E7%F5es+Peri%F3dicas+dos+Element
os+Antigas Acesso em 18/03/2013
http://educacao.uol.com.br/quimica/ult1707u10.jhtm
Acesso em 18/03/2013
http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc20/v20a07.pdf
Acesso em 18/03/2013
Propriedades gerais dos elementos
Pesquisa sobre as propriedades
fisiológicas, ocorrência, obtenção e
utilização dos elementos (ex: separação
mecânica, decomposição térmica, redução
quimica a altas temperaturas, etc)
Resolução da lista de exercícios.
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