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CAPÍTULO 5 – ESTUDO DA TABELA PERIÓDICA

� O QUE VOCÊ JÁ SABE?

Antes de estudar a Tabela Periódica, os elementos que a compõe, bem como

suas propriedades, pense nas seguintes questões:

• Se todos os materiais naturais conhecidos são formados por substâncias

constituídas aproximadamente de 90 elementos químicos, como é

possível termos mais de 4000 minerais diferentes?

• O que surgiu primeiro: os átomos dos elementos químicos ou o

Universo?

• Qual é a importância de classificar os elementos químicos?

• Que características você observa nos metais que usa em seu dia-a-dia?

• Quais seriam os possíveis símbolos para os seguintes elementos: cálcio,

lítio, ferro e oxigênio?

Os elementos químicos

Os macro e micronutrientes essenciais aos vegetais são átomos de

elementos químicos que são absorvidos pelos vegetais na forma de diferentes

substâncias, como sais minerais, que se encontram misturadas ao solo.

O solo é um material constituído por uma mistura de minerais e matéria

orgânica. Na litosfera, estão presentes cerca de 4000 minerais conhecidos. A

maior parte deles é classificada como silicatos, por conterem substâncias

constituídas por átomos de silício, oxigênio e um ou mais metais. Além desses

átomos, são encontrados átomos de um pouco mais de 70 elementos químicos

em todos os minerais conhecidos.

Na verdade, a composição de todo e qualquer material, seja de origem

mineral ou de ser vivo, corresponde à soma de diversas substâncias. Já todas

as substâncias são constituídas, na maioria das vezes, pela combinação de

átomos de diferentes elementos químicos ou do mesmo elemento químico, ou

ainda, em alguns casos, por átomos isolados de alguns elementos químicos.



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Ou seja, tudo no Universo é resultante de átomos de elementos químicos ou de

sua combinação.

A Química e a Cosmologia, qual seria a relação?

As duas ciências parecem opostas. Enquanto a Cosmologia trata da

natureza dos imensos astros do Cosmos, a Química se debruça sobre as

estruturas microscópicas de substâncias e suas interações. No entanto, essas

duas ciências estão intimamente ligadas. Afinal, o Universo é formado por

matéria e toda a matéria é formada por átomos.

Uma das teorias mais aceitas sobre a formação do Universo é a do

Big-Bang. Segundo essa teoria, há uns 15 bilhões de anos teria ocorrido uma

grande concentração da matéria e da energia cósmica. Dentro desse “bolo” de

matéria condensada, a temperatura começou a subir até que houve uma

grande explosão, espalhando partículas de matéria para todo lado. Aos

poucos, essas partículas se combinaram e formaram núcleos, átomos e

moléculas, que por sua vez formaram os materiais dos corpos e astros

celestes.

Fonte: Química – volume único

Os cientistas acreditam que os átomos de diferentes elementos

químicos tenham sido formados a partir de átomos de hidrogênio. Reações de

fusão de átomos menores produziram átomos mais complexos, cujos núcleos

atômicos tem maior quantidade de partículas, constituindo outros elementos.

Os átomos começaram a se combinar, formando os constituintes das primeiras



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substâncias. Surgiram as estrelas e os planetas. Assim nasceu a Terra:

resultado de transformações milenares incessantes, ocorridas com a

combinação das partículas primordiais, que constituíram os átomos dos

diferentes elementos químicos, os quais, por meio de reações que constituíram

os átomos dos diferentes elementos químicos, os quais, por meio de reações

químicas, se combinaram em diferentes proporções, formando toda a matéria

que nos rodeia.

“A História de Tudo

No inicio do universo estava quente e denso E então há 14 bilhões de anos a expansão começou, espere A Terra começou a esfriar Os autótrofos começaram a babar Neandertais desenvolveram ferramentas Nós construímos a Muralha da China (nós construímos as pirâmides) Matemática, Ciência, História, desvendamos os mistérios Tudo começou com o Big Bang...”

Trecho da música The History Of Everything.

Classificação dos Elementos Químicos Quanto mais informações sobre os elementos químicos surgiram,

maior foi a necessidade de organizá-los. Mendeleev analisou a composição

das substâncias, ou seja, quantos átomos de cada elemento químico formavam

seus constituintes. Comparou também esses dados com as propriedades

químicas apresentadas por essas substâncias. A partir dos dados obtidos,

Mendeleev buscou encontrar uma regularidade entre os diversos trabalhos já

existentes sobre classificação dos elementos químicos e propôs uma nova

forma de classificação, fundamentada nas propriedades das substâncias

simples dos elementos químicos.

Uma das conclusões desses estudos foi: se os elementos químicos

estiverem ordenados de acordo com seus pesos atômicos, suas propriedades

seguirão uma periodicidade, ou seja, após um determinado número de

elementos, os que se seguem repetem as propriedades dos primeiros. A partir

dessa descoberta, Mendeleev propôs uma lei que ficou conhecida como Lei



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Periódica dos Elementos Químicos, que afirma: “As propriedades das

substâncias dos elementos se apresentam em função de seus pesos

atômicos”.

Com base na Lei Periódica e nos demais estudos que desenvolvera,

Mendeleev propôs, em 1869, uma classificação dos elementos químicos, que

resultaria na hoje conhecida Tabela Periódica.

No século XIX, quando Mendeleev propôs a sua classificação

periódica, os estudos estabeleciam a relação entre propriedades das

substâncias simples e suas massas. No entanto, no século XX, com o

surgimento dos novos modelos atômicos, foi possível constatar que as

propriedades das substâncias estão relacionadas com os números atômicos

(número de prótons), conceito introduzido pelo físico britânico Henry. G. J.

Moseley (1887-1915).

Portanto, na moderna tabela periódica, os elementos estão

organizados em ordem crescente de número atômico. Ela é organizada por

colunas, denominadas grupos ou famílias, e linhas horizontais, denominadas

períodos. Os grupos correspondem a conjuntos de elementos, cujos átomos

formam substancias com propriedades físicas e químicas semelhantes.

Organização dos elementos químicos

Os grupos da tabela periódica, também chamados famílias,

apresentam propriedades químicas e físicas que distinguem uns dos outros. As

substâncias simples dos elementos de alguns grupos são muito reativas; outras

praticamente não reagem. Algumas são sólidas, outras gasosas; duas são

líquidas como mostra a tabela abaixo.



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O quadro abaixo apresenta as principais propriedades das

substâncias e dos átomos dos grupos:




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Hidrogênio (H) O hidrogênio, cujos átomos são responsáveis por aproximadamente

70% da massa do Universo, é um caso especial na classificação dos grupos:

seus átomos e substâncias possuem algumas propriedades semelhantes às

dos elementos do grupo 17 (halogênios) e configuração eletrônica semelhante

à dos elementos do grupo 1 em várias tabelas, lembre-se de que ele não

pertence a esse grupo. Seu estudo é feito de maneira isolada dos demais. Nas

condições ambientes é um gás extremamente inflamável. O hidrogênio

liquefeito é utilizado como combustível de foguetes. Em algumas tabelas,

chega-se a colocar o hidrogênio separado de todos os outros elementos.

Elementos representativos e de transição Os elementos dos grupos 1 e 2 e os de 13 a 18 são chamados

representativos e seus dois primeiros elementos, exceto no caso do grupo 18,

são denominados típicos, por representarem bem as propriedades químicas

dos demais componentes de seus grupos. Os átomos desses elementos

constituem a maior parte das substâncias que nos rodeiam.

Os elementos dos grupos de 3 a 12 são chamados elementos de

transição, pois as suas substâncias possuem propriedades entre os dois

primeiros grupos dos elementos representativos.

Os elementos das duas linhas separadas da tabela periódica

pertencem, respectivamente, ao sexto e ao sétimo períodos e são

denominados lantanídios e actinídios (nomes dados pelo primeiro elemento

de cada série: lantânio e actínio) ou elementos de transição interna.

Antigamente, essas séries eram denominadas terras raras, por causa da baixa

incidência de minerais contendo átomos de seus elementos.

Observações:

� A palavra alcalino é de origem grega e significa cinzas de plantas. As

principais substâncias presentes nessas cinzas são o carbonato de

sódio e o do potássio. Alcalino também está associado ao caráter básico

das substâncias.



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� Os alquimistas denominavam terra as substâncias não-metálicas que

não se decompunham pela ação do fogo e eram insolúveis em água,

como o óxido de cálcio (CaO), cal) e o de magnésio (MgO). Como essas

substâncias também apresentavam caráter básico, os elementos da

família foram denominados alcalino-terrosos.

� A palavra halogênio é de origem grega e significa formador de sais.

Metais, não metais (ametais), semi metais e gases nobres De acordo com a IUPAC, os elementos são classificados também,

conforme as características de suas substâncias simples, em metais, não

metais ou ametais, semi metais e gases nobres.

A maioria dos elementos químicos é classificada como metal, por suas

substâncias apresentarem propriedades metálicas.

Olhe ao redor. Com certeza você vai ver alguma coisa feita de metal: o

ferro dos parafusos, o cobre dos fios elétricos, o alumínio das panelas, a prata

e o ouro das joias. E você não deve ter nenhuma dificuldade em distinguir um

produto feito de metal. Mas você saberia dizer em que um metal é diferente de

outros materiais?

Eis as propriedades que caracterizam os materiais metálicos:

� Boa condutibilidade térmica (calor) e elétrica;

� Brilho característico;

� Ductibilidade (capacidade de formar fios);

� Maleabilidade (capacidade de formas lâminas finas).

Fonte: Química no cotidiano – volume 1



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Observação: A linha vermelha, de acordo com sugestão da Sociedade Brasileira de Química, separa os metais dos ametais. Os elementos próximos à linha são conhecidos por semi-metais.


Gases nobres Como o próprio nome sugere, nas condições ambientes apresentam-

se no estado gasoso e sua principal característica química é a grande

estabilidade, ou seja, possuem pequena capacidade de se combinar com

outros elementos. O argônio é um gás nobre e está presente nas lâmpadas de

filamento.


A tabela periódica e a configuração eletrônica As propriedades químicas estão relacionadas com a possibilidade de os

átomos de um elemento interagirem com os de outros elementos, causando



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modificações em suas eletrosferas. Dessa forma, podemos dizer que a

eletrosfera do átomo define o comportamento químico. A configuração

eletrônica, de acordo com Bohr, indica como os elétrons se distribuem nos

átomos.

A compreensão de como os elétrons estão distribuídos nos níveis

eletrônicos dos átomos, ou seja, o conhecimento de sua configuração

eletrônica é fundamental, pois, essa configuração é responsável pela repetição

das propriedades dos átomos e das substâncias dos elementos. Os elétrons se

distribuem na eletrosfera em posições diferentes, uns mais perto do núcleo e

outros mais afastados, formando as chamadas camadas eletrônicas que são

designadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q, sendo K a primeira camada, a

mais próxima do núcleo como mostra a figura abaixo.


Quanto mais próxima do núcleo está uma camada, maior é a atração

que o núcleo exerce sobre os elétrons dela e menos energia potencial esses

elétrons possuem. Em compensação, os elétrons das camadas mais afastadas

do núcleo são atraídos por ele com intensidade menor, portanto possuem mais

energia potencial. Isso significa que os elétrons mais próximos do núcleo, ou

seja, os das camadas mais internas, são mais “presos” a ele, enquanto os

elétrons das camadas mais externas são mais “livres”. Em outras palavras, um

nível é mais energético quanto mais afastado ele estiver do núcleo, desta

forma, podemos concluir que a energia potencial dos elétrons é crescente do

nível mais interno para o nível mais externo da eletrosfera.

Cada nível energético (ou camada) comporta um número máximo de

elétrons, conforme mostra a tabela abaixo:



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Fonte: Química – volume único Dentro dos níveis energéticos, os elétrons apresentam quantidades de

energia características. Cada uma dessas quantidades corresponde a uma

subdivisão do nível, dando origem aos chamados subníveis energéticos. Eles

são quatro, designados pelas letras minúsculas s, p, d, f.

O esquema a seguir mostra o subnível ocupado pelo elétron mais

energético dos elementos da tabela periódica.


Também de maneira semelhante aos níveis, cada subnível comporta

uma quantidade máxima de elétrons.

O químico norte-americano Linus Pauling elaborou um diagrama que

permite fazer a distribuição eletrônica segundo essa ordem crescente. O

dispositivo ficou conhecido como Diagrama de Linus Pauling. De cima para



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baixo, ele traz os níveis de energia em ordem crescente, representados pelos

números de 1 a 7. Os subníveis que cada nível possui são representados pelas

letras s, p, d, f. À direita de cada letra, um número sobrescrito indica a

quantidade máxima de elétrons que o subnível comporta. As setas indicam o

sentido em que o diagrama deve ser lido. Cada seta deve ser percorrida até o

fim, para só então passarmos para o início da próxima.


A leitura do diagrama nos fornece a ordem crescente dos

subníveis de energia, que é a seguinte:

1s2 – 2s2 – 2p6 – 3s2 – 3p6 – 4s2 – 3d10 – 4p6 – 5s2 – 4d10 – 5p6 – 6s2 – 4f14 – 5d10 – 6p6 – 7s2 – 5f14 – 6d10 – 7p6

Desta forma, a tabela periódica apresenta a seguinte disposição eletrônica:




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Observe também que os elementos representativos possuem

subníveis mais energéticos: s ou p. Já os metais de transição, o subnível mais

energético é o d, e nos metais de transição interna é o subnível f.

A configuração eletrônica também está associada à posição dos

átomos dos elementos na tabela periódica. Átomos de um mesmo grupo

possuem o mesmo número de elétrons nos seus últimos níveis e subníveis.

Com essas informações, podemos identificar a localização de um átomo de

elemento químico na tabela. Por exemplo:

O átomo de cálcio (Ca), metal alcalino terroso, possui Z= 20; sendo assim, ele

possui 20 elétrons que estão distribuídos desta forma:

1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 Observe que, conforme a distribuição eletrônica em níveis energéticos,

o átomo de cálcio possui quatro níveis e tem seu último elétron localizado no

quarto nível. Com essa informação, sua localização na tabela periódica é no

quarto período e no grupo dois, classificado como elemento representativo.

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. Exemplo: o número de elétrons

na camada de valência.

Raio atômico: 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. De maneira geral,

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

1) Número de níveis (camadas): quanto maior o número de níveis, maior será

o tamanho do átomo.

Caso os átomos comparados apresentem o mesmo número de níveis

(camadas), devemos usar outro critério.



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2) 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 atômico (tamanho do átomo) aumenta de cima

para baixo na tabela, devido ao aumento do número de níveis;

Num mesmo período: o raio atômico aumenta da direita para a esquerda na

tabela, devido a diminuição do número de prótons nesse sentido, o que diminui

a força de atração entre os elétrons.


Energia de ionização A 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 elétron mais

afastado; portanto, menor será a energia necessária para remover esse

elétron. Desta forma, quanto maior o tamanho do átomo, menor será a sua

primeira energia de ionização.

Generalizando:

Numa mesma família: a energia de ionização aumenta de baixo para cima; Num mesmo período: a E.I. aumenta da esquerda para a direita.




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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:

1ªE.I.<2ªE.I.<3ªE.I.

Afinidade eletrônica ou eletroafinidade Afinidade eletrônica é a energia liberada quando um átomo isolado, no

estado gasoso, “captura” um elétron. Numa família ou período, quanto menor o

raio, maior a afinidade eletrônica.


Eletronegatividade A eletronegatividade é a força de atração exercida sobre os elétrons de

uma ligação. Não é uma grandeza absoluta, mas, sim, relativa. Ao estudá-la,

na verdade estamos comparando a força de atração exercida pelos átomos

sobre os elétrons de uma ligação. Essa força de atração tem relação com o

raio atômico: quanto menor o tamanho do átomo, maior será a força de

atração, pois a distância núcleo-elétron da ligação é menor. A

eletronegatividade não é definida para os gases nobres.

As variações de eletronegatividade podem ser representadas pela

ilustração a seguir:


Note que:

� Em uma mesma família, os elementos situados nos primeiros períodos

apresentam valores maiores de eletronegatividade. Um dos elementos



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situado acima do outro é mais eletronegativo. (A eletronegatividade do

flúor do (2° período) é 4 e a do iodo (5e período) é 2,5).

� Em um período, de maneira geral, a eletronegatividade aumenta da

família dos metais alcalinos para a dos halogênios. Sódio e cloro situam-

se no 3° período e a eletronegatividade do sódio é 0,9 e a do cloro é 3,0.

� Os gases nobres, por serem inertes, não tem tendência em atrair

elétrons de outros átomos; portanto, não apresentam valores de

eletronegatividade.

Observe o gráfico abaixo da variação da eletronegatividade em função do

número atômico:


Podemos visualizar que, de maneira geral, à medida que o número

atômico aumenta, a eletronegatividade apresenta valores crescentes para, em

seguida, diminuir e, depois, voltar a crescer.

Densidade

Experimentalmente verifica-se que:

1) Entre os elementos das famílias IA e VIIA, a densidade aumenta, de maneira

geral, de acordo com o aumento das massas atômicas, ou seja, de cima para

baixo.

2) Num mesmo período, de maneira geral, a densidade aumenta das

extremidades para o centro da tabela.



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Assim, os elementos de maior densidade estão situados na parte

central e inferior da tabela periódica, sendo o ósmio (Os) o elemento mais

denso (22,5 g/cm3). Difícil de ser trabalhado, mesmo a altas temperaturas, o

ósmio é usado principalmente como endurecedor em ligas de metais platínicos,

antes de ser substituído pelo rutênio. Na forma de ligas, emprega-se na

fabricação de contatos elétricos e de pontas de canetas. O tetróxido de ósmio

(OsO4) (substância tóxica, perigosa aos olhos, oxidante energético e volátil

com um forte odor) é usado como agente oxidante em química orgânica e

como corante para gorduras em biologia. O metal foi ainda amplamente usado

como filamento das primeiras lâmpadas elétricas incandescentes, antes do uso

do tungstênio.


Temperatura de fusão (TF) e temperatura de ebulição (TE) Experimentalmente verifica-se que:

1) Nas famílias IA e IIA, os elementos de maiores TF e TE estão situados na

parte superior da tabela. Na maioria das famílias, os elementos com maiores

TF e TE estão situados geralmente na parte inferior.

2) Num mesmo período, de maneira geral a TF e a TE crescem das

extremidades para o centro da tabela.

Assim, a variação da TF e TE na tabela periódica pode ser

representado pelo esquema abaixo. Entre os metais, o tungstênio (W) é o que

apresenta maior TF: 3410 °C. O carbono (C) pode formar estruturas com

grande número de átomos, apresenta TF (3550°C) e TE (4287°C) elevados.



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Volume atômico Quando usamos a expressão volume atômico, não estamos nos

referindo ao “volume de um átomo”. Na verdade, usamos essa expressão para

designar — para qualquer elemento — o volume ocupado por uma quantidade

fixa de número de átomos. O volume atômico sempre se refere ao volume

ocupado por 6,02 · 1023 átomos, e pode ser calculado relacionando-se a massa

desse número de átomos com a sua densidade. Assim, temos:

Por meio das medidas experimentais, verifica-se que:

1) Numa mesma família, o volume atômico aumenta com o aumento do raio

atômico;

2) Num mesmo período, o volume atômico cresce do centro para as

extremidades.

De maneira geral, a variação do volume atômico pode ser

representada pelo seguinte esquema:




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O quadro a seguir apresenta alguns elementos e suas características:




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Em foco... Os elementos e a manutenção da vida

Para facilitar o estudo da constituição da Terra, os geólogos costumam

dividi-la em três camadas: núcleo, manto e crosta terrestre.

O núcleo é a camada mais profunda, e acredita-se ser formada por

níquel e ferro (NiFe), provavelmente fundidos. O manto localiza-se entre o

núcleo e a crosta. Supõe-se que seja formado por oxigênio, silício e alumínio

(OSiAl). A crosta terrestre é a camada mais externa, cuja profundidade é

estimada em 40 km. Os 12 elementos que constituem 99,7% da crosta terrestre

são (em ordem decrescente de abundância): O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K, Ti, H,

P e Mn.

A exemplo da Terra, o nosso corpo também é constituído por muitos

elementos, os quais podem ser encontrados em quantidades muito grandes ou

extremamente pequenas, chamadas traços. Independentemente da

quantidade, todos esses elementos são fundamentais à manutenção da vida.

Os oito elementos mais abundantes em nosso corpo são

(em ordem decrescente de abundância): O, C, H, N, Ca, P, K e S.

Outros elementos, denominados microelementos, são encontrados em

nosso corpo em quantidades muito pequenas, o que não os torna menos

importantes, pois sua ausência ou deficiência pode provocar sérias alterações

nos processos biológicos. Observe, na tabela a seguir, alguns desses

microelementos e a sua importância para o nosso corpo:




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� O QUE VOCÊ APRENDEU?

• Uma das teorias mais aceitas sobre a origem do Universo afirma que o

mesmo surgiu de uma grande explosão: o big-bangue. Essa grande

sequência de eventos espalhou partículas de matéria que, aos poucos,

se combinaram para constituírem átomos de diferentes elementos

químicos.

• Atualmente, os elementos químicos são organizados na ordem

crescente de número atômico, na tabela periódica. A tabela periódica é

formada por linhas (períodos) e colunas (grupos ou famílias). Cada

grupo apresenta propriedades químicas e físicas semelhantes que os

diferencia dos demais.

• Na tabela periódica, os elementos são classificados em metais, não

metais e gases nobres.

• Para compreender as informações disponíveis na tabela periódica é

importante conhecer a forma como essa é organizada. E um dos

padrões de organização é a periodicidade. As propriedades das

substâncias dos elementos se repetem nas colunas quando estão em

ordem crescente de número atômico.

• A forma como variam várias substâncias dos átomos, como o raio

atômico, também se repetem de período a período. São chamadas

propriedades periódicas que estão relacionadas com a configuração

eletrônica dos átomos de cada elemento.

Referências Bibliográficas:

NÓBREGA, Olívio Salgado; SILVA, Eduardo Roberto; SILVA, Ruth Hashimoto.

Química - Volume único. Ed. Ética, São Paulo, 2007.

PERUZZO, Francisco Miragaia; CANTO, Eduardo Leite. Química na

abordagem do cotidiano. Ed. Moderna, v.1, São Paulo, 2010.

SANTOS, Wildson; MOL, Gerson. Química Cidadã. Ed. Nova Geração, v.1,

São Paulo, 2010.

USBERCO, João; SALVADOR, Edgard. Química – Volume único. Ed. Saraiva, São Paulo, 2013.

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