Profa Ms Fernanda Galante
Fundamentos de química e biologia molecular – nutrição 2009 material 2
ELEMENTOS QUÍMICOS E TABELA PERIÓDICA
DISTRIBUIÇÃO ELETRÓNICA - Linus Pauling e as camadas eletrônicas do átomo
- camadas eletrônicas, o princípio que rege a distribuição dos elétrons em torno do átomo em sete camadas,
identificadas pelas letras K, L, M, N, O, P e Q.
Uma característica destas camadas é que cada uma delas possui um número máximo de elétrons que podem
comportar, conforme tabela que segue:
Camada
Número máximo de elétrons
K
2
L
8
M
18
N
32
O
32
P
18
Q
2
Pauling apresentou esta distribuição dividida em níveis e subníveis de energia, em que os níveis são as camadas e
os subníveis divisões destes (representados pelas letras s, p, d, f), possuindo cada um destes subníveis também um
número máximo de elétrons.
Subnível
Número máximo
de elétrons
Nomenclatura
s
2
s2
p
6
p6
d
10
d10
f
14
f14
Quando combinados níveis e subníveis, a tabela de distribuição eletrônica assume a seguinte configuração:
Camada
Subnível
Nível
s
2
6
p
10
d
14
f
Total de
elétrons
K
1
1s
2
L
2
2s
2p
M
3
3s
3p
3d
N
4
4s
4p
4d
4f
32
O
5
5s
5p
5d
5f
32
P
6
6s
6p
6d
Q
7
7s
8
18
18
2
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A distribuição eletrônica, conforme Pauling, não era apenas uma ocupação pelos elétrons dos espaços vazios nas
camadas da eletrosfera.
Os elétrons se distribuem segundo o nível de energia de cada subnível, numa seqüência crescente em que ocupam
primeiro os subníveis de menor energia e, por último, os de maior.
É esta a tradução do diagrama de energia de Pauling, que define esta ordem energética crescente que é também a
seqüência de distribuição dos elétrons:
Diagrama de Linus Pauling
Na figura, as setas indicam a ordem crescente dos níveis de energia: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2
4f14 5d10 6p6 7s2 5f14 6d10
Note que como a energia de 4s2 é menor, esta posição vem antes de 3p6 e 3d10.
Assim, seguindo o diagrama de Pauling, podemos montar a distribuição eletrônica de qualquer elemento químico,
como por exemplo:
Elemento
químico
Número
atômico
He Hélio
2
Distribuição eletrônica
1s2
K=2
Cl Cloro
1s2 2s2 2p6 3s2 3p5
17
K = 2, L = 8, M = 7
Zr Zircônio
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d2
40
K = 2, L = 8, M = 18, n = 10, O =2
Pt Platina
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s1
4f14 5d9
78
K = 2, L = 8, M = 18, N = 32, O = 17, P = 1
Lembre-se que a soma da distribuição dos elétrons, tanto nos subníveis quanto nas camadas deve bater com o
número atômico, como no exemplo da Platina:
Camada Nível
Distribuição eletrônica da platina
s2
K
L
M
N
O
1
1s2
2
2s
2
3s
2
4s
2
5s
2
1
3
4
5
P
6
6s
Q
7
-
Total
p6
d10
Total de elétrons
f14
2
6
2p
6
3p
6
4p
6
5p
8
10
3d
10
4d
9
18
4f
14
32
5d
17
-
1
78
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Algumas edições da Tabela Periódica informam também a distribuição eletrônica dos elementos químicos, o que
facilita muito o trabalho de quem precisa operar estes dados.
Mas, independentemente disto, é muito importante conhecer os mecanismos que regem esta distribuição, e
particularmente o conceito de níveis e subníveis de energia, ponto de partida para estudos mais avançados como os
princípios da mecânica quântica.
ELEMENTO QUÍMICO
Elemento Químico pode ser definido como um conjunto formado por átomos de mesmo número atômico (Z). Eles
são representados por símbolos adotados de acordo com critérios internacionais, sendo que esses símbolos são
reconhecidos em qualquer língua ou alfabeto, ou seja, o símbolo é o mesmo em qualquer país, por exemplo, a Prata
é reconhecida internacionalmente pela sigla “Ag”.
Todos os elementos possuem massa atômica, número atômico, ponto de fusão e ebulição. Atualmente são
conhecidos 118 elementos, sendo que apenas 88 deles são encontrados na natureza (elementos naturais) e o
restante é sintético (elementos químicos cujos átomos são produzidos artificialmente).
A tabela periódica surgiu para agrupar os elementos que tem propriedades químicas e físicas semelhantes, ou seja,
ela organiza os metais, semimetais, não-metais, gases nobres, dentre outros, em grupos divididos de forma a facilitar
a localização.
A Tabela Periódica atual
Organiza-se em 18 colunas, sete filas e duas outras separadas do corpo da tabela. Cada coluna recebe o nome de
grupo e contém elementos com propriedades químicas semelhantes. Os grupos são numerados em algarismos
romanos na seguinte ordem: IA, IIA, IIIB, IVB, VB, VIB, VIIB, VIIIB (que têm três colunas), IB, IIB, IIIA, IVA, VA, VIA,
VIIA e VIIIA, ou 0. Nos grupos A estão os chamados elementos representativos, como o sódio ou o flúor, que
possuem seus elétrons de máxima energia (os últimos que se escrevem ao se fazer sua configuração eletrônica) em
subníveis s ou p. Nos grupos B estão os chamados elementos de transição, cujos elétrons de máxima energia estão
situados em subníveis de tipo d, que não se encontram no nível mais externo.
Os períodos
As linhas horizontais são chamadas períodos. Eram numerados de um a sete, mas, atualmente, de 1 a 16, por
determinação da International Union for Pure and Applied Chemestry (IUPAC – Associação Internacional de Química
Pura e Aplicada). Os elétrons que estão num mesmo período têm em comum o número quântico principal, que
define a energia de seu elétron mais externo e que coincide com o número do período. Assim, nas configurações dos
elementos do segundo período, o número quântico principal maior será o dois e no sétimo período será o sete. Nem
todos os períodos possuem o mesmo número de elementos. Existe um período com dois elementos, dois com oito e
três com 18 – o último está incompleto. As duas linhas separadas, abaixo, cada uma com 14 elementos, reúnem os
lantanídeos e os actinídeos. Esses elementos, chamados de transição interna ou terras raras, têm propriedades
semelhantes às do lantânio e do actínio e seu elétron de maior energia pertence a um subnível f.
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A tabela periódica já passou por algumas modificações em sua estrutura e na numeração de suas colunas linhas.
Ainda hoje é possível encontrar tabelas com numerações distintas em suas colunas. A tendência, porém, é de
unificação.
* Notação adotada pela IUPAC.
Estrutura da tabela
Na tabela, os elementos estão arranjados horizontalmente, em seqüência numérica, de acordo com seus números
atômicos, resultando o aparecimento de sete linhas horizontais (ou períodos). Cada período, com exceção do
primeiro, começa com um metal e termina com um gás nobre. Os períodos diferem entre si no comprimento, sendo
que alguns possuem apenas 2 elementos (período curto) e outros já contam com 32 elementos (período longo).
Os grupos correspondem às linhas verticais, que foram agrupadas baseando-se nas estruturas similares da camada
externa (como no exemplo do grupo 2). Em alguns desses grupos, os elementos estão relacionados tão intimamente
em suas propriedades, que são denominados de famílias, por exemplo, o grupo 1 A é a família dos Metais Alcalinos.
Família I A: metais alcalinos
Família II A: metais alcalino-terrosos
Família III A: família do Boro
Família IV A: família do Carbono
Família V A: família do Nitrogênio
Família VI A: Calcogênios
Família VII A: Halogênios
Família 0: Gases Nobres
A tabela periódica mostra a semelhança elementar, e através dela é possível saber as propriedades de um elemento
baseando-se num membro pertencente à mesma família ou grupo. Observe o Grupo 2 da tabela periódica e veja
porque os membros estão localizados próximos:
4
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N° atômico
4
12
20
38
56
88
Elemento
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
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Configuração eletrônica
2 s2
3 s2
4 s2
5 s2
6 s2
7 s2
Observação: esta configuração equivale ao último subnível que recebeu elétrons.
O grupo 2 A, também chamado de família dos Alcalinos Terrosos, abrange metais com distribuição eletrônica que
termina no subnível s2. Apesar dos números atômicos dos elementos serem diferentes, o número de elétrons da
camada de valência é o mesmo, e corresponde a 2. As configurações eletrônicas desses elementos são
semelhantes e por isso são quimicamente parecidos, isto nos leva a Lei Periódica:
"As propriedades físicas e químicas dos elementos são funções periódicas de seus números atômicos".
Os elementos se organizam de acordo com suas propriedades periódicas: à medida que o número atômico aumenta,
os elementos assumem valores crescentes ou decrescentes em cada período. As principais propriedades periódicas
são: Raio atômico, Energia de Ionização, Afinidade eletrônica e Eletronegatividade.
Raio atômico
Essa propriedade se relaciona com o tamanho do átomo, e para comparar esta medida é preciso levar em conta dois
fatores:
- Quanto maior o número de níveis, maior será o tamanho do átomo;
- O átomo que apresenta maior número de prótons exerce uma maior atração sobre seus elétrons.
Energia de Ionização
Energia necessária para remover um ou mais elétrons de um átomo isolado no estado gasoso: quanto maior o
tamanho do átomo, menor será a energia de ionização.
- Em uma mesma família esta energia aumenta de baixo para cima;
- Em um mesmo período a Energia de Ionização aumenta da esquerda para a direita.
A tendência da energia de ionização dentro de um período, para os elementos representativos, é de aumentar da
esquerda para a direita, pois uma grande atração do núcleo sobre a eletrosfera leva a uma maior energia de
ionização. A tendência dentro do grupo é da energia de ionização diminuir de cima para baixo, pois, como o tamanho
do átomo aumenta neste sentido, os elétrons ficam mais distanciados do núcleo e se torna mais fácil remove-los.
Generalizando, quanto maior o tamanho do átomo, menor será a primeira energia de ionização, tornando esta
propriedade inversamente proporcional ao tamanho atômico.
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Afinidade eletrônica
É a energia liberada quando um átomo no estado gasoso (isolado) captura um elétron. Em uma família ou período,
quanto menor o raio, maior a afinidade eletrônica.
Eletronegatividade
Força de atração exercida sobre os elétrons de uma ligação. Na tabela periódica a eletronegatividade aumenta de
baixo para cima e da esquerda para a direita.
Essa propriedade se relaciona com o raio atômico, sendo que, quanto menor o tamanho de um átomo, maior será a
força de atração sobre os elétrons.
A eletronegatividade é definida como o grau de intensidade com que um átomo atrai elétrons, capturando-os. A
tendência relativa do comportamento eletronegativo ou eletropositivo de um átomo pode ser quantificada, atribuindo
a cada elemento um número de eletronegatividade. Outra interpretação para eletronegatividade refere-se às ligações
covalentes. Numa ligação covalente, um par (ou mais pares) de elétrons é compartilhado entre dois átomos. Isso
significa que o par é atraído simultaneamente para o núcleo de ambos os átomos, resultando numa competição
pelos elétrons. Essa atração é medida pela eletronegatividade, que aqui pode ser definida como a tendência relativa
de um átomo em atrair o par de elétrons da ligação. Assim, os elementos com maior eletronegatividade são os nãometais da tabela periódica, destacando-se o flúor, o oxigênio e o nitrogênio. Os elementos mais eletropositivos, ou
seja, com as mais baixas eletronegatividades são os metais, particularmente os que se encontram na parte inferior
esquerda da tabela periódica.
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RESUMO DOS QUADRO PRINCIPAIS ELEMENTOS CONSTRUTURES DA TABELA
HIDROGÊNIO
O hidrogênio por apresentar características únicas, é posicionado fora de qualquer grupo da tabela periódica, apenas
dividindo o primeiro período com o hélio. Ele possui a estrutura atômica mais simples entre todos os elementos,
apresentando seu único elétron uma configuração eletrônica 1s1. O hidrogênio é bastante reativo, podendo alcançar
a estabilidade formando ligações covalentes com outros átomos, perdendo seu elétron para formar H+ ou ainda
adquirindo um elétron para formar H-. Embora sua configuração eletrônica assemelhe-se à dos elementos do grupo
1 ou metais alcalinos, que possuem um elétron no nível mais externo, o hidrogênio tem maior tendência a
compartilhar este elétron do que perde-lo, como ocorre com os metais alcalinos ao reagirem. O hidrogênio é um dos
elementos mais abundantes do planeta, apesar da quantidade de H2 na atmosfera terrestre ser muito pequena. Ele
é encontrado na crosta terrestre, nas águas dos oceanos, nos compostos como água, combustíveis fosseis, amônia,
ácidos, carboidratos e proteínas. Na verdade, o hidrogênio é o elemento que mais forma compostos.
CARBONO
O carbono é onipresente na natureza, sendo constituinte essencial de toda a matéria viva. O carbono ocorre em
grandes quantidades combinado ao carvão, petróleo e a rochas calcárias. , como a calcita, a magnesita e a dolomita.
Em sua forma nativa, tem-se o diamante e a grafite. O diamante é encontrado em reservas na África, Rússia, Índia,
Indonésia, Venezuela, e Brasil. A grafite é extraída na Rússia, Alemanha, Áustria, México, Ceilão e Brasil.
NITROGÊNIO
O nitrogênio é encontrado na forma de molécula N2, um gás incolor, inodoro, insípido, cuja ligação tripla entre
átomos de nitrogênio, torna-o muito estável. O nitrogênio é o gás mais abundante da atmosfera, compondo 78,03%
do ar. Ocorre em proporções muito menores em alguns minerais, sendo o mais relevante o nitrato de sódio (NaNO3),
também chamado de “salitre do Chile”, encontrado em reservas expressivas no norte do Chile.
OXIGÊNIO
O oxigênio gasoso forma cerca de 21%, em volume, da atmosfera terrestre. Considerando os seus de compostos,
está presente em 49% das moléculas da crosta terrestre. É obtido comercialmente por processos de separação do ar.
www.cdcc.usp.br/quimica/tabela_apres.html
www.brasilescola.com/quimica
http://www.abiquim.org.br/tabelaperiodica/tabela_est.a
sp
www.10emtudo.com.br
www.superfreedownloads.net/2007/10/tabelaperidica-virtual
www.mundovestibular.com.br
www.scipione.com.br/educa/referencia/tabelap
web.educom.pt/~pr1258/9ano/index_2TP9ano.html
www.vestibular1.com.br
educar.sc.usp.br/quimica/tabela.html
EXERCÍCIOS DE FIXAÇÃO:
1-O chamado Diagrama de Pauling apresenta:
A) A distribuição dos elétrons nos níveis de energia
B) A posição dos elétrons na eletrosfera
C) A ordem crescente de energia para os subníveis
D) A cor da luz emitida nos saltos dos elétrons.
2-A representação 3p2 deve ser interpretada da seguinte maneira:
A) O nível p do terceiro subnível apresenta 2 elétrons.
B) O segundo nível do subnível p apresenta 3 elétrons
C) O subnível p do segundo nível apresenta 3 elétrons
D) O terceiro subnível do segundo nível apresenta p elétrons
E) O subnível p do terceiro nível apresenta 2 elétrons.
3-Diga o nome e o símbolo para os elementos cuja localização na tabela periódica é:
a) Grupo 1A período 4
b) Grupo 3A período 3
c) Grupo 6A período 2
d) Grupo 2A período 6
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4) Por que o flúor apresenta raio atômico menor que o oxigênio e cloro?
5) Quantos elétrons não pareados são encontrados nos seguintes átomos nos seus estados fundamentais:
a) Mn
b) Sc
c) Fe
d) Se
6- A quais grupos pertencem os seguintes elementos: Cl, Al, Ca, Zn e Cr? Por que o Al é usado como material
estrutural de baixo peso? Como reage com a água? Compare com o Fe.
7- Escreva uma tabela comparativa das principais propriedades físicas e químicas dos metais e não metais.
8- Qual é a configuração eletrônica e valência mais provável do elemento de número atômico 10?
9- Defina ou explique os seguintes termos: período, grupo, grupo B, elemento representativo, elemento de transição
interna?
10- Em qual grupo da tabela periódica está: a) um halogênio, b) um metal alcalino, c) um metal alcalino-terroso, d)
um calcogênio, e) um gás nobre?
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