Tabela periódica

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A origem da tabela periódica deve-se à descoberta dos elementos e suas propriedades. A primeira descoberta científica de um elemento data de 1649, com a descoberta do elemento fósforo, por Henning Brand. Com o passar do tempo, mais elementos foram descobertos e, com isso, os cientistas adquiriram um maior entendimento sobre suas propriedades. O aumento no número de elementos descobertos proporcionou aos cientistas reconhecer determinados padrões de propriedades, que possibilitaram o surgimento de esquemas de classificação. O árduo trabalho de muitos cientistas ao longo dos séculos, incluindo Dmitry Mendeleev, contribuiu para a atual forma da tabela periódica.

Elementos químicos
Elementos químicos

Os primeiros modelos

Até chegarmos no modelo atual da tabela periódica, que classifica e organiza os elementos químicos, diversos modelos foram propostos:

Lei das tríades: o cientista Johann Dobereiner, no Século XVIII, observou padrões repetitivos nas propriedades dos elementos químicos, por exemplo, a média entre a massa do bário e a massa do cálcio resulta na massa do elemento estrôncio. Com isso, Dobereiner propôs a lei das tríades, a qual consiste em vários grupos de três elementos, que possuem as mesmas propriedades. No entanto, com a descoberta de mais elementos, esta lei foi então derrubada.

Parafuso telúrico: na segunda metade do Século XVIII, o cientista Alexandre Chancourtois, inseriu todos os elementos químicos conhecidos ao redor de um cilindro, no qual era possível apenas 16 unidades de massa. O resultado foi que, elementos químicos com propriedades semelhantes se organizavam em linhas na vertical e as propriedades químicas se repetiam a cada sete elementos.

Lei das oitavas: no Século XVIII, John Newlands propôs a lei das oitavas que era baseada nos intervalos das notas musicais. Ele classificou os 56 elementos conhecidos em 11 grupos e definiu que cada elemento apresentaria um comportamento análogo ao oitavo elemento da sequência.

Tabela de Mendeleev:  no final do Século XVIII, Mendeleev criou uma carta para cada elemento químico, na qual informava o símbolo do elemento, a massa atômica e as propriedades químicas e físicas. Em uma mesa, ele organizou as cartas em ordem crescente de massas atômicas, agrupando-as em elementos de propriedades semelhantes. Esse foi o início da tabela periódica.

Estrutura atômica da tabela periódica

A tabela de Mendeleev apresentava característica periódica que foi esclarecida no Século XX pelos cientistas da época. Com a descoberta de Rutherford da existência do núcleo atômico, nos anos seguintes, Broek, ao invés da massa atômica, propôs a organização dos elementos químicos pelo número atômico, mas esta ideia só pode ser posta em prática após o descobrimento dos isótopos. Isótopos são elementos de mesmo número atômico, porém com massas diferentes. Assim, com seu descobrimento, Broek concluiu que, ao invés da massa atômica, a organização dos elementos químicos deveria se basear no número atômico, que é único para cada elemento. Sendo assim, as propriedades dos elementos variam de acordo com o número atômico.

Modelo atual da tabela periódica
Modelo atual da tabela periódica

Com o entendimento sobre a estrutura e organização dos elétrons, os cientistas passaram a entender o porquê da lei periódica dos elementos existir, uma vez que os estudos da organização dos elétrons em camadas e suas ligações por pares auxiliaram no entendimento da periodicidade da tabela de Mendeleev.

No Século XX, Gleen Seaborg fez alguns ajustes na tabela periódica, transformando-a no modelo atual, o qual conhecemos. Ele inseriu os elementos transurânicos e reconfigurou a tabela, acrescentando perpendicularmente os grupos lantanídeos e actinídeos.

Períodos

Atualmente são conhecidos 118 elementos que estão organizados em ordem crescente de número atômico, formando linhas horizontais conhecidas como períodos, e colunas conhecidas como famílias. As sete camadas, da distribuição eletrônica de um elemento, são representadas na tabela periódica pelas linhas dos períodos. Sendo assim, cada período na tabela representa a quantidade de camadas que um determinado elemento possui. O elemento gálio, está localizado no quarto período, ou seja, ele possui quatro níveis eletrônicos.

Grupos (ou famílias)

Os grupos ou famílias são as colunas presentes na tabela periódica. Eles são considerados os mais importantes na metodologia de classificação das propriedades químicas dos elementos. Em 1988, a IUPAC (International Union Pure and Applied Chemistry) sugeriu a numeração dos grupos de 1 a 18. Além da numeração, os grupos podem ser chamados pelo nome do primeiro elemento, por exemplo: o grupo 16, dos calcogênios, pode ser chamados de família do oxigênio.

Representação das famílias, segundo IUPAC
Representação das famílias, segundo IUPAC

Blocos (s; p; d; f)

A estrutura da tabela periódica também ilustra a distribuição eletrônica dos elementos de acordo com os subníveis de energia. Isso é facilmente observado quando dividimos a tabela em blocos s, p, d e f, que recebem nomes usuais: os elementos do bloco d e f são conhecidos como elementos de transição externa e elementos de transição interna, respectivamente. Já os blocos s e p são conhecidos como elementos representativos. Devido às propriedades químicas de alguns elementos, a tabela periódica poderá ainda ser dividida em metais, não metais e gases nobres.

Representação das características químicas dos elementos, presentes na tabela periódica

Propriedades periódicas

Na tabela periódica, existem propriedades periódicas e aperiódicas. As propriedades periódicas são aquelas que desaparecem e voltam e, por esse motivo, são denominadas periódicas. As propriedades aperiódicas são aquelas em que os valores não se repetem ao longo da sequência. Podemos considerar a massa atômica e o número atômico propriedades aperiódicas, pois ambos crescem concomitantemente. As propriedades periódicas são as mais importantes, pois permitem prever as propriedades semelhantes de elementos dentro da mesma família.

Valores de massa atômica e número atômico representados na tabela periódica
Valores de massa atômica e número atômico representados na tabela periódica

Raio atômico

A dimensão de um átomo é delimitada por sua eletrosfera, entretanto o tamanho real é de difícil medição. As medidas são possíveis apenas graças a um aparato que emite radiação X, permitindo a mensuração da distância entre núcleos de dois átomos.

Ficou convencionado que o raio atômico é a metade da distância mínima interatômica e a variação de seu tamanho pode ser observado ao longo da tabela periódica: nas famílias, os raios atômicos aumentam de cima para baixo, no entanto, eles decrescem através dos períodos, que se iniciam com um átomo grande. A explicação para esse fenômeno, deve-se ao fato de que com o aumento do número atômico, mais prótons são acrescidos em cada elemento e, desta forma, ocorre o aumento da carga nuclear (positiva) que atrai os elétrons (negativos) para o interior do núcleo. Com isso, os elétrons se aproximam do núcleo, reduzindo assim o diâmetro do átomo.

Raio atômico
Raio atômico

Energia de ionização

A energia de ionização é a energia necessária para retirar o elétron da camada de valência de um determinado átomo. A energia necessária para retirar um elétron é chamada de primeira energia de ionização. Para retirarmos um segundo elétron, será necessária mais energia, sendo ela conhecida como segunda energia de ionização.

Conforme os elétrons são retirados de suas camadas, a força positiva atrativa dos prótons sobre eles, aumenta. Sendo assim, a energia necessária para retirar o elétron conseguinte será maior do que a de seu antecessor. Com relação à primeira energia de ionização, quanto maior for o átomo, mais fácil será retirar os elétrons de sua camada, portanto, menor será a energia de ionização.

Setas indicando o sentido do aumento da energia de ionização, de acordo com os elementos químicos

Afinidade eletrônica

A afinidade eletrônica corresponde à energia liberada quando um elétron é adicionado a um átomo neutro no estado gasoso.  O flúor, por exemplo, é um elemento que tende a ganhar elétrons, dando origem a íons de carga negativa. Portanto, quanto maior a tendência de um elemento de ganhar elétrons, mais energia ele liberará na reação.

Setas indicando o sentido do aumento da afinidade, de acordo com os elementos químicos

Eletronegatividade

A eletronegatividade é a tendência de um determinado elemento em atrair elétrons para próximo de si. O valor da eletronegatividade não é absoluto e só pode ser calculado em comparação a outro elemento. Linus Pauling atribuiu o valor de 4,0 para o flúor, sendo ele o elemento com maior valor de eletronegatividade. Os valores de eletronegatividade, são obtidos por meio da comparação do valor da eletronegatividade do flúor com outros elementos.

Setas indicando o sentido do aumento da eletronegatividade, de acordo com os elementos químicos

Outras propriedades periódicas

Existem outras propriedades periódicas, as quais podem ser deduzidas através daquelas já estudadas anteriormente. Algumas estão correlacionadas periodicamente com as propriedades físicas de determinado elemento. São elas: eletropositividade, reatividade, volume atômico, densidade e temperatura de fusão e ebulição.

 

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