A tabela periódica (parte 2: os grupos)

Você aprendeu na primeira parte da matéria o que é a tabela periódica, como ela foi criada, e como os elementos da natureza estão distribuídos nela. Agora é hora de você ter em mãos o mais completo dossiê de cada um dos grupos e subgrupos nos quais esses elementos se unem e se dividem. Depois deste artigo, você não vai mais precisar decorar a tabela periódica, porque você irá entendê-la e enxergá-la de uma forma tão diferente, que será capaz de detonar na prova até mesmo com as duas mãos nas costas. Vamos lá?

Antes de começar

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Para entender este assunto é legal você conhecer a primeira parte da matéria. Se você não viu ainda, clique aqui.

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

Relembrando

Como você já sabe, a tabela se divide em dois grandes grupos principais de elementos, isto é, aqueles classificados como representativos e também os não representativos. Já os representativos podem ser metais ou ametais, enquanto os não representativos são constituídos apenas por metais de transição. Por último, os metais podem ser alcalinos, alcalinos terrosos ou somente metais representativos, e os metais de transição podem ser do tipo transição interna ou externa. Assim:

Mas quais elementos constituem essa divisão e quais características os colocam em cada um desses grupos? É o que você vai ver a seguir.

Os blocos spdf

Embora não conste no esquema acima, a tabela é inicialmente separada em blocos que facilitam a percepção da estrutura eletrônica dos elementos que a compõem. Como você viu anteriormente, ela não é só uma simples listagem dos elementos existentes na natureza e no universo, mas um cuidadoso arranjo que dispõe esses elementos em posições estratégicas, de forma que elementos próximos possuam propriedades semelhantes. O agrupamento mais elementar, portanto, fica sendo a distribuição eletrônica. Temos então, à direita, as duas primeiras famílias da tabela, que constituem o chamado bloco s. Aqui todos os elementos possuem arranjos eletrônicos que têm o subnível s como o mais energético. Em seguida, as famílias outrora caracterizadas pela letra B (famílias de 3 a 12), em que todos os elementos possuem configuração com o subnível d como sendo o mais energético, formando o bloco de mesmo nome. A exceção fica sendo para os lantanídeos e actinídeos (a respeito dos quais falaremos mais abaixo), que, seguindo a mesma lógica, constituem o bloco f e, finalmente, temos as famílias de 13 a 18, que constituem o bloco p, também em função da distribuição, caracterizada pelo subnível p como sendo o mais energético, com exceção do hélio (He), que tem sua configuração no subnível s.

ATENÇÃO AQUI! Camada mais externa e camada mais energética nem sempre coincidem, como você pode observar na tabela para o casos dos blocos d e f. O que levamos em conta, nesse caso, é o nível de energia e não de distância, ok?

Elementos representativos e não representativos

Os elementos representativos, também chamados de elementos típicos ou característicos são os mais comumente estudados durante o ensino médio e também os mais abundantes no universo. Fazem parte deste grupo os elementos das famílias identificadas pela letra A, na notação mais antiga ou, dos grupos 1, 2 e 13 a 18, na notação atual, isto é, os elementos dos blocos s e p.

Fazem, ainda, parte deste grupo os metais representativos, que, apesar de dividirem algumas características com os elementos de transição (ou não representativos), possuem maior afinidade com os elementos do bloco p, inclusive por sua distribuição eletrônica, condizente com a característica do bloco.

Já os elementos não representativos são constituídos exclusivamente por metais de transição, tanto interna quanto externa, isto é, os elementos dos blocos d e f, todos pertencentes às famílias identificadas pela letra B, na notação antiga, ou 3 a 12, na forma atual.

Metais

Os metais caracterizam a maior parte dos elementos da tabela periódica, embora 99% da matéria existente no universo seja composta por hidrogênio (H) e hélio (He). Isso quer dizer que, durante o processo de fusão no núcleo das estrelas que forma os elementos, a maior parte das combinações produz elementos com características metálicas, porém não significa que essas combinações existam em grandes quantidades (quando comparadas com as de hidrogênio e hélio existentes no universo). Viajou? Pois bem: imagine um dado com seis lados. Cinco deles possuem a letra B e apenas um possui a letra A, logo, a maior parte dos lados possui a letra B. Quase todos na verdade. Porém, você joga o dado 100 vezes e 99 delas resultam em A. O universo, é claro, como dizia Albert Einstein, não joga dados. Mas isso ajuda a visualizar ;)

Os elementos desse grupo apresentam características bastante marcantes, que tornam simples sua identificação sem necessidade de análise mais profunda, como:

Alto brilho: geralmente na cor prateada, mas podendo apresentar variações, como o ouro (Au) e o cobre (Cu).

São bons condutores elétricos: os metais formam reticulados cristalinos (átomos organizados em estruturas geométricas), envolvidos por nuvens de elétrons, o que lhes confere a capacidade de conduzir bem a eletricidade .

São bons condutores térmicos: para simplificar, significa que se você aquecer uma barra alongada de material metálico em apenas uma das pontas, o calor se distribuirá pela barra de forma quase uniforme (condução térmica) e você poderá notar que a outra ponta também aquece. O mesmo não ocorre eficientemente com outros materiais, como o vidro, por exemplo, o que ocasiona sua quebra ao sofrer choques térmicos.

São dúcteis e maleáveis: materiais metálicos podem ser deformados com facilidade sem que quebrem, sendo possível moldá-los em chapas (maleabilidade) e fios (ductilidade).

São elásticos: certamente não como a borracha, mas, ainda assim, são capazes de retornar a suas formas originais, dependendo da quantidade de pressão oferecida. Essa propriedade pode ser observada em molas, por exemplo.

Possuem elevados pontos de fusão e ebulição: assim como os demais elementos, os metais também podem estar nos estados sólido, líquido ou até mesmo gasoso. A diferença é a temperatura em que esses estados ocorrem. Os metais, necessitam, em geral, de temperaturas acima dos 1.000°C para torná-los líquidos e acima dos 3.000°C para entrarem em ebulição. O tungstênio (W) é o metal com maiores temperaturas de fusão e ebulição (3.410°C e 4.700°C, respectivamente) e o mercúrio (Hg), um exemplo de exceção à regra, encontrando-se líquido na temperatura ambiente (25°C) e evaporando a 357ºC.

Metais alcalinos

São os elementos da família 1 (ou 1A) com exceção do hodrogênio (H) que, por sua vez, é frequentemente considerado como não pertencente a nenhuma família. Os metais alcalinos são moles e possuem baixa densidade. Apresentam um único elétron em sua camada mais externa, tendendo, portanto, a perder esse elétron e formar cátions (íons positivos) com carga +1 e, conforme disposição na tabela, essa tendência cresce de baixo para cima. Todos os elementos do grupo são extremamente reativos e sua reatividade acompanha a tendência a perder elétrons, crescendo igualmente de baixo para cima. O sódio (Na), por exemplo, possui tanta afinidade com a água que a reação entre eles é quase explosiva. Ele reage até mesmo com a água do corpo humano e seu contato com a pele pode provocar lesões graves.  Ao reagir com a água formam hidróxidos fortemente básicos, como o NaOH (hidróxido de sódio ou soda cáustica) ou o KOH (hidróxido de potássio ou potassa cáustica), propriedade da qual provém o nome do grupo.

Metais alcalinos terrosos

Pertencem a este grupo os elementos da família 2 (ou 2A). Possuem 2 elétrons em sua camada mais externa, tendendo, portanto, a perdê-los, formando cátions de carga +2. Tendem a ser coloridos e também possuem baixa densidade. Os óxidos desses metais costumavam outrora ser chamados de terras, daí o nome do grupo. Reagem facilmente com halogênios, formando sais, e também com a água (embora não tão rapidamente quanto os metais da família 1A), e, conforme o nome sugere, formam também hidróxidos fortemente básicos. A tendência a perder elétrons e a reatividade também crescem de baixo para cima, na disposição da tabela.

Junto dos metais alcalinos e do hidrogênio, estes grupos compõem, como já citado, o bloco s da tabela, em função de sua configuração eletrônica.

Metais de transição

De acordo com a IUPAC (União Internacional de Química Pura e Aplicada), metais de transição são formalmente definidos por "um elemento cujo átomo possui um subnível d incompleto ou que possa vir a formar cátions com um subnível d incompleto". Traduzindo, sua configuração eletrônica sempre termina com o subnível d como sendo sua camada mais energética, porém sem nunca preencher os 10 elétrons que cabem nela. O nome do grupo deriva da adição sucessiva de elétrons a essa camada, ou seja, a quantidade de elétrons nela cresce gradativamente nas famílias da esquerda para a direita, realizando assim a "transição".

Os elementos pertencentes ao grupo são, dessa forma, aqueles do bloco d, isto é, das famílias de 3 a 12 (ou aquelas identificadas pela letra B na notação antiga), resguardadas as exceções daqueles elementos constituintes do bloco f.

São, em sua maioria, metais duros e com elevados pontos de fusão e ebulição, capazes de formar ligas entre si, como a constituída por ouro (Au) e prata (Ag), usada em joias. Outras propriedades variam bastante de elemento para elemento.

O grupo subdivide-se ainda em metais de transição externa e metais de transição interna, dependendo da camada na qual ocorre a variação dos elétrons, podendo esta acontecer na camada mais energética, no subnível d (transição externa) ou na anterior, no subnível f (transição interna).

Devido à complexidade de suas estruturas eletrônicas e ligações, estes elementos não são muito estudados no ensino médio.

Lantanídeos e actinídeos

Pertencem ao grupo dos metais de transição, sendo estes os já mencionados metais de transição interna. De forma semelhante aos metais de transição externa, apresentam um orbital d incompleto (ou mesmo vazio), porém, neste caso, a adição sucessiva de elétrons ocorre no subnível f. A intitulação transição interna provém dessa diferenciação na camada de transição. São compostos pelos metais de número atômico 58 a 71 e 90 a 103, respectivamente, e suas propriedades são, de um modo geral, condizentes com as dos demais metais de transição.

Note que há asteríscos indicando a região da tabela a que esses elementos correspondem. A representação é feita dessa forma porque sua disposição é tridimensional. Os elementos destes grupos se sobrepõem, permanecendo no mesmo período e na mesma família. Todos os lantanídeos ao mesmo tempo pertencem à família 3B (ou 3) no 6º período e todos os actinídeos pertencem simultaneamente à família 3B no 7º período, dessa maneira:

O nome desses grupos, como é evidente, provém do primeiro elemento da linha, isto é, aquele com menor número atômico.

Metais representativos

Os metais representativos são um grupo de elementos com características ainda metálicas, como brilho característico e maleabilidade, mas que apresentam distribuição eletrônica condizente com as famílias do bloco p, configurando um nível mais energético sempre do tipo p^1~4. Apesar disso o zinco (Zn), o cádmio (Cd) e o mercúrio (Hg) podem compartilhar algumas características com ambos os grupos, isto é, elementos representativos e de transição.

Semimetais

Também chamados de metalóides, são uma classificação que tende a cair em desuso, dividindo-se hoje esses elementos apenas em metais ou não metais. Assim, boro (B), silício (Si), arsênio (As) e telúrio (Te), terminaram por ser classificado como ametais enquanto germânio (Ge), antimônio (Sb) e polônio (Po) como metais.

O nome significa falso metal (conheço umas bandas que deveriam estar aqui rs) e tem sua origem no fato de possuírem algumas propriedades tanto físicas quanto químicas em comum com os metais (ainda que em menor proporção), como brilho (menos intenso), semicondução elétrica e térmica, entre outros, ao mesmo tempo que carecem de outras, como maleabilidade, fragmentando-se ao tentar-se deformá-los.

Não metais ou ametais

Como vimos acima, e é evidente, a maioria dos elementos da tabela periódica possui caráter metálico, nos deixando com apenas 24 dos 120 elementos como ametais (isso se incluirmos o hidrogênio), isto é, 20% dos elementos. Se excluirmos da contagem, ainda, os halogênios (família 17 ou 7A), os gases nobres (família 18 ou 8A) e os semimetais, o grupo reduz-se ainda mais, para tão somente 7 elementos. Apesar disso, esses 7 elementos são os mais abundantes do universo, sendo que o hidrogênio (H) sozinho contribui com 92% da constituição do mesmo. Oxigênio (O), carbono (C), nitrogênio (N) e enxofre (S) encontram-se respectivamente na 3ª, 4ª, 6ª e 10ª posição de abundância e estes 4 últimos, somados, contribuem com 0,177% da composição do universo.

Os elementos pertencentes à família 18, os chamados gases nobres, apesar de não possuírem caráter metálico, não entram na descrição de características gerais, por possuírem as suas próprias de maneira independente. O mesmo vale para a família 17, os halogênios e, frequentemente, também para o hidrogênio.

Os membros deste grupo são fortemente eletronegativos, sendo capazes de formar ligações iônicas com metais ou ligações covalentes com outros não-metais. São maus condutores de eletricidade e calor e podem ser encontrados em qualquer um dos 3 estados de agregação (sólido, líquido ou gasoso).

Halogênios

São um subgrupo dos ametais que reúne, por semelhança de propriedades, os elementos da família 17 (ou 7A). Seu nome provém do grego e significa "formadores de sais", em função do caráter das substâncias geradas pela ligação entre esses elementos e os metais.

Fazem parte do bloco p, configurando todos uma distribuição que os deixa com um único elétron em sua camada mais energética, sendo esta sempre de subnível p, por definição. De forma semelhante aos metais alcalinos, são altamente reativos, devido à elevada tendência a perder esse elétron (eletronegatividade). O flúor (F), inclusive, fica com o título de elemento mais eletronegativo da tabela.

Gases nobres

O grupo é formado pelos elementos da família 18 (ou 8A) e recebe o nome como forma de indicativo da reatividade extremamente baixa desses elementos, que se deve a sua configuração eletrônica, já com 8 elétrons em camada de valência (sempre de subnível p), à exceção do hélio, com 2 no subnível s. Esse arranjo confere autoestabilidade a todos eles, hélio inclusive. Portanto, nunca são encontrados ligados a outros elementos, mesmo entre eles próprios, ou até em forma diatômica (caso do oxigênio, por exemplo, que se apresenta na natureza na forma de O₂).

Devido a essa propriedade, possuem ampla aplicação industrial, especialmente em situações nas quais qualquer reação é indesejada, como no bulbo de lâmpadas incandescentes, em que o argônio (Ar) impede a oxidação do filamento de tungstênio. Podem ainda ser utilizados na fabricação de lâmpadas decorativas, soldagem e até mesmo na exploração espacial.

O hidrogênio

Por último ficamos com o hidrogênio (H), que é frequentemente considerado como o elemento que não possui família. Suas propriedades tornam difícil, de fato, classifica-lo como qualquer coisa diferente de, no máximo, um não metal (ainda assim com certas controvérsias, devido à ausência de propriedades que caracterizam o grupo). É comumente alocado junto dos metais alcalinos apenas por uma questão de configuração eletrônica, com um único elétron na última camada, assim como os demais elementos do grupo, sendo esta a única propriedade em comum. Na verdade, ele só possui esse elétron, que faz frente ao seu igualmente solitário próton no núcleo, sem a presença de nêutrons (no isótopo mais abundante).

O hidrogênio (H) é pouco exigente quanto a ligações, estabilizando-se tanto ao adquirir um novo elétron para completar a camada K (embora a tendência menor) quanto ao perder esse elétron, podendo também compartilhá-lo. Dessa forma, é possível encontrá-lo na forma de ânion, ligado a metais, formando o que chamamos de hidretos, na forma de cátions, ligado a halogênios, por exemplo, ou em ligações covalentes, sejam elas com o próprio hidrogênio na forma diatômica (H₂) ou com outros elementos.

Sua singularidade, contudo, não o torna nem menos eminente nem menos popular. Na verdade o hidrogênio está presente nas estruturas mais importantes, como a da água, sem a qual não pode existir vida, e as dos hidrocarbonetos, que formam a vida em si (fora inúmeras outras substâncias). Além disso, o hidrogênio é a matéria-prima para a formação de estrelas e, dentro delas, a partir de fusões nucleares entre esses átomos de hidrogênio, todos os demais elementos que compõem o universo, inclusive você e eu (já ouviu dizer que somos poeira de estrelas?). Realmente, não é a toa que ele compõe cerca de 75% em massa do nosso planeta terra e, como já citado, 92% do universo como um todo.

Conclusão

A tabela periódica é grande demais para ser decorada. Contudo é simples o bastante para ser entendida. Afinal, é para isso mesmo que ela foi feita: para ser consultada e para trazer facilidade na hora de encontrar as propriedades de um elemento específico.

Vou te contar aqui um segredo: nem os cientistas, nem os químicos que trabalham para as empresas, nem os estudantes de química da faculdade e nem mesmo os professores sabem a tabela inteira de cor. Isso seria impossível! Muitas coisas acabamos aprendendo em virtude do uso frequente. Às vezes até quase tudo. Isso provavelmente vai acontecer a você próprio, estudante de química, com o tempo. Mas tudo, tudo mesmo, eu prometo que ninguém sabe. Porém nós temos essa arma secreta: assim como um jogador de xadrez, que não estuda movimentos isolados, mas conjuntos deles que pertencem a jogadas, nós também desdobramos a tabela em conjuntos que a tornam clara e simples.

Faça como os jogadores de xadrez: estude as jogadas, não os movimentos, e a vitória será sua.