CLASSIFICAÇÃO PERIÓDICA DOS ELEMENTOS
Muitas propriedades dos elementos químicos são funções periódicas de seus números atômicos, isto é, dispondo os elementos em ordem crescente de número atômico, surgem periodicamente elementos de propriedades semelhantes aos anteriores.
Tabela periódica
Desde o início do século XVIII, os químicos buscavam uma forma racional de organizar os elementos químicos. Por volta de 1870, o alemão Lothar Meyer e o russo Dimitri Ivanovich Mendeleyev perceberam que, dispondo os cerca de sessenta elementos conhecidos em ordem crescente de massa atômica, formavam-se curvas periódicas em função de suas propriedades químicas e físicas.
Mendeleyev observou que essas curvas apresentavam falhas porque faltavam alguns elementos até então não-descobertos. Chegou a prever suas propriedades. Por exemplo, para o germânio, que ele chamou de ecassilício (abaixo do silício), os valores para a massa atômica e a massa específica previstos foram, respectivamente, $\text{72}$ e $\text{5,5}$; os valores encontrados em 1886 foram $\text{73,32}$ e $\text{5,47}$.
Entre 1915 e 1925, o cientista Moseley observou que a melhor referência para classificar os elementos era o número atômico (número de prótons no núcleo do átomo). Enunciou então a lei periódica dos números atômicos:
Na atual classificação periódica, os elementos estão dispostos em ordem crescente de números atômicos, arrumados em sete linhas horizontais (períodos) e em dezoito colunas verticais (grupos ou famílias).
Cada período reúne os elementos cujos átomos apresentem o mesmo número de camadas eletrônicas.
| Períodos (n) | Nomes | Nº de elementos | Camadas eletrônicas |
|---|---|---|---|
| 1° | muito curto | $\text{2}$ | $\text{K}$ |
| 2° | curto | $\text{8}$ | $\text{K}$ $\text{L}$ |
| 3° | curto | $\text{8}$ | $\text{K}$ $\text{L}$ $\text{M}$ |
| 4° | longo | $\text{18}$ | $\text{K}$ $\text{L}$ $\text{M}$ $\text{N}$ |
| 5° | longo | $\text{18}$ | $\text{K}$ $\text{L}$ $\text{M}$ $\text{N}$ $\text{O}$ |
| 6° | muito longo | $\text{32}$ | $\text{K}$ $\text{L}$ $\text{M}$ $\text{N}$ $\text{O}$ $\text{P}$ |
| 7° | incompleto | $\text{Z = 87}$ em diante | $\text{K}$ $\text{L}$ $\text{M}$ $\text{N}$ $\text{O}$ $\text{P}$ $\text{Q}$ |
O número do período em que o elemento se encontra na tabela coincide com o número de camadas eletrônicas ocupadas com elétrons, ou seja, com o número da camada de valência.
Exemplos:
$$ _{12}\text{Mg} = \frac{\dfrac{1\text{s}^2}{\text{K}}\text{ }\dfrac{2\text{s}^2 2\text{p}^6}{\text{L}} \text{ }\dfrac{3\text{s}^2}{\text{M}}} {\text{Terceiro período}} $$ $$ _{16}\text{S} = \frac{\dfrac{1\text{s}^2}{\text{K}}\text{ }\dfrac{2\text{s}^2 2\text{p}^6}{\text{L}} \text{ }\dfrac{3\text{s}^2 3\text{p}^4}{\text{M}}} {\text{Terceiro período}} $$
Esses dois elementos apresentam o mesmo número de camadas, logo pertencem ao mesmo período.
As dezoito colunas da tabela reúnem os elementos de propriedades químicas semelhantes (famílias ou grupos), pelo fato de possuírem, normalmente (há exceções), a mesma configuração eletrônica na camada de valência.
Exemplos: $$ _{3}\text{Li} = \frac{1\text{s}^2}{\text{K}} \frac{\mathbf{2\text{s}^1}}{\text{L}} \text{(família 1A)} $$ $$ _{11}\text{Na} = \frac{1\text{s}^2}{\text{K}} \frac{2\text{s}^2 2\text{p}^6}{\text{L}} \frac{\mathbf{3\text{s}^1}}{\text{M}} \text{(família 1A)} $$
Possuem os elétrons mais energéticos (elétrons de diferenciação) em subnível s ou p. Na tabela, esses elementos constituem as famílias A e gases nobres.
Os elementos de mesma família, exceto o hélio, apresentam o mesmo número de elétrons na camada de valência.
Os elementos representativos apresentam camadas internas com subníveis completos e, normalmente, o número de elétrons da camada de valência coincide com o número da família. Forma exceção o grupo dos gases nobres, no qual o He apresenta dois elétrons na valência, enquanto todos os demais elementos desse grupo possuem oito elétrons na última camada.
Elementos representativos - subnível mais energético: s ou p
Número de elétrons na camada de valência = número da família.
Exemplos:
$$ \text{a) } _{17}\text{Cl} = 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 \mathbf{3\text{s}^2 3\text{p}^5} $$ A camada de valência, formada pelos subníveis 3s e 3p, apresenta um total de sete elétrons. Logo esse elemento pertence ao grupo 7A. $$ \text{b) } _{11}\text{Na} = 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 \mathbf{3\text{s}^1} $$ A camada de valência é formada pelo subnível 3s, com apenas um elétron. Assim, pertence ao grupo 1A. Algumas famílias são mais importantes, recebendo nomes especiais.
| Família | Nomes de família | Elementos | Camadas de valência |
|---|---|---|---|
| 1A | Hidrogênio e metais alcalinos | $\text{H}$, $\text{Li}$, $\text{Na}$, $\text{K}$, $\text{Rb}$, $\text{Cs}$, $\text{Fr}$ | $\text{ns}^1$ |
| 2A | Metais alcalinoterrosos | $\text{Be}$, $\text{Mg}$, $\text{Ca}$, $\text{Sr}$, $\text{Ba}$, $\text{Ra}$ | $\text{ns}^2$ |
| 6A | Calcogênios | $\text{O}$, $\text{S}$, $\text{Se}$, $\text{Te}$, $\text{Po}$ | $\text{ns}^2 \text{ np}^4$ |
| 7A | Halogênios | $\text{F}$, $\text{Cl}$, $\text{Br}$, $\text{I}$, $\text{At}$ | $\text{ns}^2 \text{ np}^5$ |
| $\text{O}$ | Gases nobres ou inertes | $\text{He}$, $\text{Ne}$, $\text{Ar}$, $\text{Kr}$, $\text{Xe}$, $\text{Rn}$ | $\text{ns}^2$ ou $\text{ns}^2 \text{np}^4$ |
Os elementos de transição compõem o corpo central da tabela, incluindo a série do lantanídeos e actinídeos. Assim se denominam por não apresentarem regularidade tão acentuada nas variações de suas propriedades quanto os elementos representativos.
O subnível mais energético (d ou f) não se encontra na camada de valência.
Apresentam, na grande maioria, subníveis incompletos em camadas internas. Dividem-se em elementos de transição simples ou extrema e de transição interna.
Elementos de transição simples ou externa
São todos os elementos que possuem elétrons de diferenciação em subnível d na última camada, ou seja, $(n-1)\text{d}$
Esses elementos correspondem às famílias B, dispostos no corpo central da tabela periódica, e apresentando um ou dois elétrons na camada de valência. $$ \dfrac{_{26}\text{Fe} \text{ 26 e}^- \text{ }\to 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 \mathbf{4\text{s}^2 3\text{d}^6} \text{ }}{\text{4º período (8B)}} $$ $$ \dfrac{_{40}\text{Zr} \text{ 40 e}^- \text{ }\to 1\text{s}^2 2\text{s}^2 \text{..............} \mathbf{5\text{s}^2 4\text{d}^2} \text{ }}{\text{5º período (4B)}} $$
Determina-se o grupo B a que pertence certo elemento somando o número de elétrons da camada de valência com o número de elétrons do subnível mais energético (d), considerando a distribuição eletrônica de acordo com o diagrama de Linus Pauling.
Essa regra só funciona até os elementos da primeira coluna do grupo 8B.
O grupo 8B apresenta nove elementos, correspondendo ao grupo das tríades
| $\text{Fe}$ | $\text{Co}$ | $\text{Ni}$ |
| $\text{Ru}$ | $\text{Rh}$ | $\text{Pd}$ |
| $\text{Os}$ | $\text{Ir}$ | $\text{Pt}$ |
As famílias $\text{1B}$ e $\text{2B}$ apresentam elementos com elétrons de diferenciação em subnível d completo, isto é, com dez elétrons, fato que não ocorre com os grupos $\text{1A}$ e $\text{2A}$. $$ \dfrac{_{30}\text{Zn:} \text{ 30 e}^- \text{ }\to 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 4\text{s}^2 \mathbf{3\text{d}^{10}} \text{ }}{\text{4º período (2B)}} $$ $$ \dfrac{ _{20}\text{Ca:} \text{ 20 e}^- \text{ }\to 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 \mathbf{4\text{s}^2} \text{ }}{\text{4º período (2A)}} $$
| $\text{n}$ | $\text{1B}$ | $\text{2B}$ |
|---|---|---|
| $\text{4}$ | $\text{Cu}$ | $\text{Zn}$ |
| $\text{5}$ | $\text{Ag}$ | $\text{Cd}$ |
| $\text{6}$ | $\text{Au}$ | $\text{Hg}$ |
Os elementos $\text{Cu}$, $\text{Ag}$ e $\text{Au}$ têm configuração terminada em $\text{ns}^1$ $\text{(n-1) d}^{10}$, desobedecendo à distribuição eletrônica de Linus Pauling. $$ _{29}\text{Cu:} \text{ 29 e}^- \text{ }\to 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 \mathbf{4\text{s}^2 3\text{d}^9} $$ $$ \dfrac{_{29}\text{Cu:} \text{ 29 e}^- \text{ }\to 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 \mathbf{4\text{s}^1 3\text{d}^{10}} \text{ }}{\text{4º período (1B)}} $$
Elementos de transição interna
Correspondem aos que possuem elétrons de diferenciação em subnível f na antepenúltima camada, ou seja, $\text{(n-2)f}$
São formados por duas séries situadas abaixo do corpo da tabela periódica, mas deveriam ser colocados no sexto e sétimo períodos do grupo $\text{3B}$. Para evitar que a tabela ficasse muito larga, optou-se por dispô-los em duas séries separadas:
-lantanídeos ou terras raras - apresentam seis camadas e terminam em subnível mais energético $\text{4f}$, indo do $\text{La}$ $\text{(57)}$ até $\text{Yb}$ $\text{(70)}$. $$ _{57}\text{La:} \text{ 57 e}^- \text{ }\to 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 4\text{s}^2 3\text{d}^{10} $$ $$ 4\text{p}^6 5\text{s}^2 4\text{d}^{10} 5\text{p}^6 \mathbf{6\text{s}^2 4\text{f}^1} $$
Aplicação do lantânio: pedra para isqueiro, estocagem de H2, eletrodo de bateria, catalisador de gás de escape, lente para âmara fotográfica.
- actinídeos - apresentam sete camadas eletrônicas, terminando em subnível mais energético $\text{5f}$, indo do $\text{Ac}$ $\text{(89)}$ ao $\text{No}$ $\text{(102)}$. $$ _{57}\text{La:} \text{ 57 e}^- \text{ }\to 1\text{s}^2 2\text{s}^2 2\text{p}^6 3\text{s}^2 3\text{p}^6 4\text{s}^2 3\text{d}^{10} $$ $$ 4\text{p}^6 5\text{s}^2 4\text{d}^{10} 5\text{p}^6 6\text{s}^2 4\text{f}^{14} 5\text{d}^{10} 6\text{p}^6 \mathbf{7\text{s}^2 5\text{f}^1} $$
Cisurânicos e transurânicos
O termo transurânicos foi criado para classificar os elementos artificiais de número atômico superior ao do elemento urânio $\text{(Z = 92)}$. Esses elementos localizam-se à direita do urânio na tabela periódica.
O termo cisurânicos foi criado para classificar os elementos artificiais de número atômico menor que o do urânio $\text{(Z = 92)}$. São $\text{Tc}$, $\text{Pm}$, $\text{At}$ e $\text{Fr}$.
Transição simples: elétron diferencial em subnível d da penúltima camada $\text{(n -1)d}$
Transição interna: elétron diferencial em subnível f da antepenúltima camada $\text{(n -2)f}$