A tabela periódica (parte 1)

A tabela periódica foi criada com o intuito de organizar as substâncias químicas em função de suas propriedades. Agrupá-las em função de suas semelhanças para facilitar a compreensão da natureza. É claro que não foi fácil e nem rápido. Dezenas de modelos foram criados e modificados até definirmos a forma atual. Mas, felizmente, chegou-se a uma solução definitiva, capaz de distribuir os elementos que conhecemos na natureza (e até mesmo aqueles que não conhecemos ainda) de uma forma que nos permite identificar suas propriedades apenas olhando sua posição. Quer saber mais? Então vamos lá.

Antes de começar

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Para entender esta matéria você precisa saber:

Os modelos atômicos

Elementos químicos

Distribuição eletrônica

Tenha também a tabela periódica em mãos para acompanhar, ok?

História

A organização das substâncias conhecidas na natureza por ordem e agrupamento por propriedades é algo que remonta desde a época dos alquimistas, quando acreditava-se que tudo era composto por um dos quatro elementos principais: ar, água, terra e fogo. Mais tarde, em 1806, John Dalton, o cientista que propôs o primeiro modelo de átomo (tratava-se então de uma simples bolinha maciça e indivisível), conseguiu em seus experimentos isolar alguns elementos e substâncias. Atribuindo ao hidrogênio, por coincidência, o valor arbitrário de 1, ele comparou e determinou experimentalmente as massas dos elementos que descobriu. Dalton foi o primeiro a criar símbolos para esses elementos e catalogá-los em uma lista.

Daí pra frente, diversos cientistas tentaram encaixar os novos elementos que eram descobertos em estruturas que não somente os listassem, mas também agrupassem em função de suas características. Em 1862, o cientista francês Alexandre-Emile Béguyer de Chancourtois criou uma estrutura cilíndrica, onde os elementos eram colocados em espiral por ordem de massa atômica, de baixo para cima. Com isso, ele pode observar que alguns dos elementos que terminavam na mesma linha vertical possuíam propriedades semelhantes, como o potássio, o sódio e o lítio, por exemplo.

Dois anos mais tarde, o inglês John Alexander Reina Newlands usou um sistema semelhante de disposição, também colocando-os por ordem de massa atômica. O que Newlands percebeu foi que vários elementos eram semelhantes a cada oito posições. Apesar de nem todos os cientistas da época concordarem com suas proposições, seu trabalho foi reconhecido e a Real Sociedade de Londres o premiou com a medalha Davy, que era oferecida aos que realizavam importantes trabalhos em química.

Cinco anos depois, em 1869, o químico russo Dimitri Mendeleev propôs um notável trabalho que terminaria por ser o modelo atual de tabela que conhecemos e usamos hoje, após algumas contribuições de outros cientistas. Ele ainda manteve a ordem crescente de massa atômica e agrupou os elementos de acordo com semelhanças e propriedades, da seguinte forma:

Em seu trabalho, os elementos possuíam características comuns tanto nas colunas como nas linhas, as quais foram chamadas de períodos, o que originou o nome atual da tabela. Note que em diversas posições há asteriscos no lugar de elementos. Esses asteriscos representam elementos que ainda não haviam sido descobertos, mas que, devido a suas posições na tabela de Mendeleev, ele foi capaz de predizer com precisão assombrosa, quais provavelmente seriam muitas de suas propriedades químicas, físicas e organolépticas (cuja distinção é feita em função dos sentidos humanos), como o germânio, gálio e escândio, por exemplo.

A classificação atual foi fruto da contribuição do físico inglês Henry Moseley, em 1913. Moseley notou que alguns dos elementos na organização de Mendeleev pareciam estar invertidos, pois suas propriedades não combinavam com as do grupo, como argônio (Ar) e potássio (K) ou cobalto (Co) e níquel (N). Ele então mostrou que essa questão era facilmente resolvida caso fosse adotada a organização crescente de número atômico ao invés do número de massa, usado até então, chegando à configuração da tabela que conhecemos e usamos até hoje.

Como interpretar a tabela periódica?

Você com certeza já viu a tabela periódica atual na aula e/ou seu livro de química:

Nela, cada um dos bloquinhos traz um dos elementos químicos (símbolo e nome) que compõem nosso universo, junto com algumas de suas propriedades, como número atômico, massa atômica e outros. Diferentes autores podem optar por trazer diferentes propriedades em suas tabelas. Alguns podem trazer a energia de ionização, por exemplo, ou o final da distribuição eletrônica, como na que eu fiz para você. Independente de quais sejam, em cada uma delas, sempre haverá uma legenda, explicando o que são as informações em cada parte do bloquinho, o que cada cor representa e outros.

Na tabela encontram-se também alguns elementos sintéticos ou artificiais, isto é, que não se formam sozinhos e não podem ser encontrados na natureza, precisando ser sintetizados em laboratório. Esses elementos são sempre radioativos devido a suas massas atômicas elevadas e muitos deles, após sintetizados, existem apenas em pequenas quantidades e por apenas poucos segundos.

Os elementos cujos símbolos iniciam em Uu, como o Uut (ununtrium) e o Uup (ununpentium), têm nomes provisórios. Sua existência é prevista pela ciência e, assim como os outros elementos, também é possível predizer suas prováveis características, mas ainda não foram sintetizados. Quando alguém o faz com reconhecimento da IUPAP (União Internacional de Física Pura e Aplicada), é comum que o nome escolhido homenageie o cientista ou país que o sintetizou.

As propriedades periódicas

Essa previsibilidade de características da qual falamos ocorre porque, graças ao trabalho iniciado por Mendeleev, existem semelhanças entre os elementos que se repetem em intervalos regulares, isto é, periodicamente, e apresentam padrões notáveis de crescimento e organização. Algumas dessas semelhanças são:

Número atômico

O numero atômico é a quantidade de prótons no núcleo de cada elemento. Como você já viu, é tão somente essa propriedade que diferencia um elemento do outro, portanto é o critério fundamental de organização dos elementos da tabela, conforme proposto por Moseley. Entre outras informações, o número atômico permite a você determinar, por exemplo, quantos elétrons o elemento possui em seu estado fundamental, já que essa quantidade será sempre igual à de prótons no núcleo.

Os elementos estão, portanto, dispostos por ordem crescente de número atômico, no sentido normal de leitura, e vão do 1 (hidrogênio) até o 118 (ununóctio).

Os períodos

Representam as linhas horizontais da tabela, havendo, ao todo, sete delas. Cada uma dessas linhas representa uma camada da distribuição eletrônica. O número da linha é exatamente o número da camada mais energética na qual seus elementos possuem elétrons. Assim, os elétrons de todos os elementos da linha 1 (ou primeiro período) atingem até a camada 1 (camada K). Já os elétrons dos elementos da segunda linha (ou segundo período), possuem a camada 2 (camada L) como a mais energética atingida e assim por diante.

As famílias

De forma semelhante aos períodos, as famílias representam as linhas verticais, isto é, as colunas. A maneira mais atual de denominá-las é apenas numerando de 1 a 18, da esquerda para a direita. Contudo, ainda é comum ver a denominação na qual as famílias podem ser do tipo A (elementos representativos) ou do tipo B (metais de transição).

Este agrupamento, assim como os períodos, também está relacionado com a distribuição eletrônica. Embora, como vimos acima, a camada mais energética seja diferente para os elementos da mesma família, a quantidade de elétrons na última camada é a mesma para todos. Assim, na família 1A (ou família 1), todos os elementos possuem um único elétron em sua última camada, independente de qual seja a mais energética. Os da família 2A (ou família 2), dois elétrons na última camada e assim por diante, até chegarmos à família 7A (ou 17), com 7 elétrons na última camada, e 8A (ou 18), com 8 elétrons, motivo este pelo qual os elementos desta família não fazem ligações em condições normais. Nessa regra, os metais de transição possuem algumas particularidades, podendo essa variação ocorrer na última camada (metais de transição externa) ou na penúltima (metais de transição interna), que é o caso dos lantanídeos e actinídeos.

Caráter dos elementos

Além das famílias e períodos, os elementos podem ser divididos em dois grandes grupos principais: metais (do qual fazem parte a grande maior parte dos elementos) e ametais. Em algumas tabelas, alguns elementos ficam sendo rotulados como semimetais, por não possuírem algumas características metálicas, mas não toadas, ou possuí-las em menor intensidade. Além desses grandes grupos, podem ainda ser classificados como metais alcalinos, metais alcalinos terrosos, metais de transição externa, metais de transição interna (lantanídeos e actinídeos), metais representativos, halogênios e gases nobres.

Na segunda parte desta matéria abordaremos esses grupos com mais detalhes.

Raio atômico

Todos os elementos da tabela possuem tamanhos diferentes entre si. O raio atômico é a propriedade que nos permite mensurar essa diferença.

Como átomos não são esferas perfeitas, para realizar o cálculo com maior precisão, a medição é realizada em moléculas diatômicas, determinando-se a distância entre os núcleos. O raio atômico será a metade da distância calculada. Note que, ao contrário do que nos é intuitivo, o raio atômico não é medido apenas em função do núcleo do átomo, mas sim da eletrosfera populada mais externa.

Na tabela, a organização dos elementos os distribui de modo que essa propriedade, como as demais, também siga uma ordem. Assim, em uma mesma família, o crescimento do raio atômico será de cima para baixo, enquanto que, em um mesmo período, o raio crescerá da direita para a esquerda.

Eletronegatividade

É a propriedade que determina a intensidade com a qual cada um dos elementos atrai elétrons para si. Ela tem um grau de importância bastante elevado na química, pois possui influência em muitos aspectos e processos, como ligações químicas, geometria molecular, polaridade e mesmo o raio atômico, pois, afinal, quanto maior a força com que os elétrons são atraídos, mais próximos do núcleo eles orbitarão, fazendo com que o raio seja cada vez menor. Portanto, como você deve ter imaginado, o sentido de crescimento da intensidade dessa força será o inverso do que vimos em relação ao raio atômico, assim:

Isto é, de um modo geral, a eletronegatividade cresce num mesmo período da esquerda para a direita e, numa mesma família, de baixo para cima, limitando-se à família 17 (ou 7A), já que os gases nobres possuem uma configuração eletrônica que não faz ligações em condições normais. Dessa forma, o elemento mais eletronegativo da tabela é o flúor (F).

Existe ainda a propriedade inversa à eletronegatividade, que é a eletropositividade. É, de fato, basicamente o contrário da primeira. Ela diz respeito à intensidade com que um elemento repele elétrons ao invés de atraí-los, e o sentido de crescimento dessa propriedade também é o inverso da anterior na tabela.

Outras propriedades

Dessa mesma forma, independente da propriedade em questão, seja ela física, química ou organoléptica, é possível prevê-la de maneira bastante assertiva para qualquer elemento, apenas olhando a sua posição na tabela, inclusive para os elementos sintéticos, como já mencionamos.

Resumindo

A tabela é uma forma de organizar e conhecer os elementos que compõem o nosso universo. Nela, os elementos estão dispostos por ordem crescente de número atômico (quantidade de prótons no núcleo) e agrupados em função de alguns conjuntos de características e propriedades que se repetem em intervalos regulares de elementos (períodos).

Os primeiros agrupamentos a serem notados são as linhas verticais (famílias) que representam ordem crescente de quantidade de elétrons na última camada, da esquerda para a direita, e também as linhas horizontais (períodos) que representam a ordem crescente de camada mais energética atingida, da camada 1 (primeiro período) até a camada 7 (último período).

Em seguida, os elementos se classificam em representativos (famílias do tipo A) e não representativos (famílias do tipo B), e podem ser divididos em metais e ametais. Em algumas tabelas mais antigas, também semimetais. Esses elementos, além de metais ou ametais, ainda podem ser metais alcalinos, metais alcalinos terrosos, metais de transição (externa ou interna), metais representativos, halogênios ou gases nobres.

A forma como a tabela está disposta ainda nos permite prever, em função da posição de cada elemento, propriedades físicas, químicas e até mesmo organolépticas, como eletronegatividade, eletropositividade, energia de ionização, aparência, afinidade eletrônica e outras.

Lembre-se: você não precisa memorizar a tabela periódica. Tabelas foram feitas para serem consultadas, não decoradas. Mas para fazer isso corretamente, é importante entender como ela funciona, para saber o que procurar e onde procurar.

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