Tabela periódica: classificação e organização dos elementos

Uma das primeiras coisas que aprendemos em Química Orgânica é que para formar uma molécula de água (H₂O) precisamos ligar dois átomos de Hidrogênio a um de Oxigênio. Mas para entender como essa ligação ocorre precisamos saber propriedades específicas desses elementos, temos o a essas informações por meio da tabela periódica.

Mas o que é a tabela periódica?

Ela é forma pela qual se convencionou organizar os elementos químicos que já foram descobertos e suas propriedades. Atualmente, a tabela periódica possui 118 elementos químicos, sendo 92 naturais e 26 artificiais.

Os elementos estão dispostos de acordo com uma ordem crescente de números atômicos (número de prótons) e são divididos em grupos (ou famílias) segundo características comuns compartilhadas entre eles.

Em cada quadrado temos algumas informações básicas do elemento químico, como: nome, seu símbolo (escrito com as iniciais do seu nome em latim), número atômico e número de massa.

História da tabela periódica

Vale lembrar que a principal razão para desenvolver uma tabela periódica foi com o propósito de facilitar a classificação, a organização e o agrupamento dos elementos de acordo com suas propriedades.

Muitos cientistas criaram tabelas de acordo com os mais variados critérios a fim de conseguir desenvolver uma maneira de organizar os elementos químicos até que fosse criado o modelo que usamos atualmente. Vamos conhecer uma pouco dessa jornada?

Tudo começou em 1789, com a publicação de uma lista de 33 elementos químicos pelo químico francês Antoine Lavoisier. Na época ele agrupou os elementos em substâncias simples, metálicas, não metálicas e salificáveis ou terrosas.

A busca por uma classificação mais precisa persistiu nas décadas seguintes. E em 1829, o químico alemão Johann Wolfgang Döbereiner percebeu que muitos elementos poderiam ser agrupados em grupos de três (lei das tríades), segundo suas propriedades químicas.

Nos anos seguintes outros químicos observaram regularidades e relações entre alguns elementos, mas não houve avanços suficientes que possibilitassem a criação de um esquema capaz de classificar todos os elementos.

Até que, entre os anos de 1863 e 1863, o químico inglês John Newlands veio a publicar vários trabalhos que sugeriam uma nova forma de classificar os elementos por ordem crescente de peso atômico, semelhantes propriedades físicas e químicas.

Esse esquema apontou que essa razão se repetia em intervalos de oito, que o químico comparou com as oitavas de músicas. Por isso Newlands deu ao seu esquema o nome de lei das oitavas, na época esse modelo não conquistou muita credibilidade chegando a se ridicularizado.

Mas em 1869, o químico alemão Julius Lothar Meyer propôs uma tabela com os 49 elementos conhecidos organizados pela valência, ou seja, pela quantidade de ligações químicas que o elemento realiza para ficar estável. O resultado dessa tabela mostrava que geralmente elementos de propriedades semelhantes partilhavam mesma valência.

Em 1869 que a tabela periódica mais completa até então foi elaborada, baseada na massa atômica dos elementos, em forma de linhas e colunas segundo características semelhantes (que se repetiam). Esse modelo foi proposto pelo químico russo Dmitri Mendeleiev.

O diferencial desse modelo é que Mendeleiev deixou espaços vazios para os elementos que ele supôs que poderiam vir a ser descobertos. E baseado nas tendências apresentadas pela tabela foi possível predizer as propriedades desses elementos em falta.

Apenas em 1913 que a tabela periódica foi organizada como a conhecemos hoje, seguindo a ordem de número atômico dos elementos químicos o físico inglês Henry Moseley reorgarnizou a tabela proposta por Mendeleiev que era orientada pela massa atômica.

Ao longo da década de 1900 o físico-químico William Ramsay descobriu os elementos argônio, criptônio, neônio e xenônio. Junto com o hélio e o radônio esses elementos incluíram a família dos gases nobres na tabela periódica.

A partir da década de 40 o químico nuclear Glenn Seaborg propôs uma reconfiguração da tabela periódica depois da descoberta dos elementos transurânicos (do número 94 ao 102). Isso levou ao acréscimo da série dos actinídios abaixo da série dos lantanídios.

Os últimos elementos descobertos (de número atômico 113, 115, 117 e 118) foram as espécies sintéticas. Eles foram reconhecidos pela Iupac (União Internacional de Química Pura e Aplicada) em 2019.

Classificação dos elementos

Os elementos da tabela periódica são classificados de três formas: metais, não metais e gases nobres.

Os metais são bons condutores de calor e eletricidade, além disso são sólidos em condições naturais de temperatura e pressão (CNTP), com exceção do elemento mercúrio. Outra característica dos metais são sua maleabilidade de ductilidade.

Já os não metais são maus condutores de corrente elétrica e calor. De modo geral esses elementos podem assumir qualquer estado físico na temperatura ambiente.

Por fim, os gases nobres são aqueles elementos que possuem baixa reatividade (tendência ou possibilidade de reações químicas acontecerem). Por conta disso, até recentemente eram considerados como elementos inertes.

Organização da tabela periódica

Agora que conhecemos a história da tabela periódica, como ela foi desenvolvida e a classificação dos elementos, vamos aprofundar nosso conhecimento sobre como ela é organizada?

Grupo ou família

Quando falamos dos grupos ou famílias da tabela periódica estamos nos referindo as colunas verticais, nelas estão os elementos que possuem o mesmo número de elétrons na camada mais externa, ou seja, na camada de valência.

A maioria dos elementos que estão agrupados dessa forma estão relacionados segundo suas propriedades químicas e apresentam uma tendência nessas propriedades com o aumento do número e do raio atômico, diminuição da energia de ionização e eletronegatividade.

De acordo com a convenção internacional de nomenclatura, os dezoito Grupos (A e B) são numerados a partir da coluna à esquerda (metais alcalinos) para à direita (gases nobres).

Trataremos primeiro dos elementos do Grupo A, também chamados de elementos representativos e são aqueles cuja distribuição eletrônica termina em s ou p. A saber, eles são os elementos mais abundantes que existem no universo como um todo. São eles:

Agora, vamos tratar dos elementos de transição, também chamados de metais de transição, que são representados pelas 8 famílias do Grupo B.

Uma característica a ser notada nesses elementos é a distribuição de elétrons, para os que possuem transição externa a distribuição acaba em d, e os de transição interna acabam em f. A organização dos elementos nesse agrupamento é feito da seguinte maneira:

• Família 1B: cobre, prata, ouro e roentgênio.
• Família 2B: zinco, cádmio, mercúrio e copernício.
• Família 3B: escândio, ítrio e sério de lantanídeos (15 elementos) e actinídeos (15 elementos).
• Família 4B: titânio, zircônio, háfnio e rutherfórdio.
• Família 5B: vanádio, nióbio, tântalo e dúbnio.
• Família 6B: cromo, molibdênio, tungstênio e seabórgio.
• Família 7B: manganês, tecnécio, rênio e bóhrio.
• Família 8B: ferro, rutênio, ósmio, hássio, cobalto, ródio, irídio, meitnério, níquel, paládio, platina, darmstádio.

Períodos

Chamamos de períodos as linhas horizontais da tabela periódica que possuem elementos que têm o mesmo número de camadas eletrônicas, ao todo a tabela é composta por sete períodos, são eles:

• 1º Período: 2 elementos
• 2º Período: 8 elementos
• 3º Período: 8 elementos
• 4º Período: 18 elementos
• 5º Período: 18 elementos
• 6º Período: 32 elementos
• 7º Período: 32 elementos

Apesar dos grupos (ou famílias) possuírem propriedades periódicas mais significativas, pode ocorrer da tendência horizontal ser mais significativa do que a vertical, como acontece com o bloco f.

Nesse bloco temos os lantanídeos e actinídeos formando duas séries de grupos de elementos horizontais vastas. Por causa do seu comprimento, esses períodos foram colocados a parte dos demais para que as linhas horizontais não se tornassem muito extensas.

Outro ponto que precisa ser tratado quando abordamos os períodos é a questão das tendências compartilhadas pelos elementos nessas linhas com relação ao raio atômico, energia de ionização, afinidade eletrônica e eletronegatividade.

Lendo a tabela da esquerda para a direita, se orientando pelo período, o raio atômico tente a diminuir e isso influencia no aumento da energia e ionização e a eletronegatividade dos elementos dentro dos períodos.

Outra característica dessa classificação é tendência na variação da afinidade eletrônica dos elementos, considerando os metais à esquerda essa afinidade é menor do que a dos não metais à direita do período, com exceção dos gases nobres.

Blocos

Chamamos de elétron diferenciador ou de diferenciação o elétron que possui a maior energia de um elemento químico.

Os blocos da Tabela Periódica representam qualquer agrupamento de famílias cujos elementos têm o elétron de mais alta energia no mesmo orbital atômico. Os blocos são divididos em 5, são eles:

Metais, metaloides e ametais

Além das classificações apresentadas anteriormente, os elementos da tabela periódica também podem ser organizados de acordo com as propriedades físicas e químicas que possuem. A partir desse critério temos três categorias maiores: metais, ametais e metaloides.

Essa forma de classificação foi desenvolvida em 1869 quando o químico alemão Gustav Hinrichs desenhou uma linha de limites na tabela periódica para separar e evidenciar elementos que possuíam propriedades similares.

Voltando as três categorias e suas características específicas, o grupo dos metais possuem alta capacidade condutora de energia, são geralmente brilhantes, sólidos e são capazes de formar ligas metálicas.

Por meio dos metais de transição e terminando nos metais pós transição (caracterizados por serem quimicamente fracos química e fisicamente), esse grupo ainda é subdividido em metais alcalinos, metais alcalinos terrosos, lantanídeos e actinídeos.

Já os ametais têm a capacidade de formar compostos com outros ametais, que apresentam ligações covalentes e costumam ser coloridos e gases isolantes incolores.  Eles são divididos em dois grupos: ametais poliatômicos e gases monoatômicos (considerados não metais e praticamente inertes).

Quando se juntam aos metais, os ametais formam compostos iônicos, como os sais e hidretos, quando se juntam aos hidrogênios.

Por fim, temos a categoria dos metaloides. Esse grupo se encaixa entre os metais e ametais, uma vez que detêm propriedades mistas ou intermediárias entre os dois.

Propriedades periódicas

Neste ponto, vale lembrar que a posição de cada elemento na tabela periódica está relacionada com a variação de determinadas propriedades periódicas. Que nada mais são do que características gerais que os elementos químicos possuem.

Desse modo, são consideradas como propriedades periódicas:

1. Raio Atômico

O raio atômico é definido pela distância entre os centros dos núcleos de dois átomos do mesmo elemento, desse modo, esta propriedade está relacionada com o tamanho dos átomos.

Essa característica pode ser observada na tabela periódica de duas formas: considerando uma leitura de cima para baixo na posição vertical, o raio atômico aumenta e na horizontal, eles aumentam da direita para esquerda.

O elemento químico com o maior raio atômico é o Césio (Cs).

2. Afinidade Eletrônica

A energia mínima necessária para que um elemento químico retire um elétron de um ânion, damos o nome de afinidade eletrônica (ou eletro afinidade). Em outras palavras, essa propriedade indica a quantidade de energia liberada quando um elétron é recebido por um átomo.

O contrário do raio atômico, a eletro afinidade dos elementos da tabela periódica aumenta da esquerda para a direita, na horizontal e cresce de baixo para cima na vertical.

A maior afinidade eletrônica da tabela periódica pertence ao elemento químico Cloro (Cl), com o valor de 349 KJ/mol.

3. Energia de Ionização

Chamamos de energia de ionização ou potencial de ionização a energia mínima que um elemento químico precisa para retirar um elétron de um átomo neutro. A saber, essa propriedade é contrária à de afinidade eletrônica.

Em outras palavras, a energia de ionização indica a quantidade de energia necessária para que o elemento químico ceda o elétron de um átomo em estado fundamental. Por estado fundamental, entende-se que o número de prótons é igual o número de elétrons (p = e).

Depois que esse processo de transferência acontece e o elétron é retirado do átomo, diz que esse elemento está ionizado. Ou seja, ele possui mais prótons do que elétrons, e, em vista disso, se torna um cátion.

Na tabela periódica, essa característica é contrária à do raio atômico. Dado que, o potencial de ionização tende a aumentar da esquerda para a direita e de baixo para cima.

Os elementos que possuem maior potencial de ionização são o Flúor (F) e o Cloro (Cl).

4. Eletronegatividade

A propriedade periódica que diz respeito a uma característica dos átomos de receber elétrons numa ligação química chama-se eletronegatividade.  Essa característica ocorre nas ligações covalente, quando elementos compartilham pares de elétrons. E ao receber elétrons, os átomos ficam com uma carga negativa (ânion).

A eletronegatividade na tabela periódica cresce no sentido horizontal, da esquerda para a direita e de baixo para cima no sentido vertical. Desse modo, o elemento mais eletronegativo é o Flúor (F) e os menos eletronegativos são o Césio (Cs) e o Frâncio (Fr).

Essa é considerada a propriedade mais importante da tabela periódica, em razão dela ser responsável por induzir o comportamento dos átomos e que é a partir dela que são formadas as moléculas.

5. Eletropositividade

Como o próprio nome sugere, essa propriedade é o contrário da eletronegatividade. Ela expressa a capacidade dos átomos dos elementos de perder (ou ceder) elétrons numa ligação química.

No processo de perder (ou ceder) elétrons, os átomos dos elementos ficam com uma carga positiva (cátion) e, portanto, eletropositivos.

A eletropositividade age na mesma razão do raio atômico na tabela periódica, ou seja, ela aumenta da direita para a esquerda no sentido horizontal e de cima para baixo no sentido vertical.

Os metais são os elementos químicos de maior eletropositividade, e por esse motivo, outro nome dado à essa propriedade é caráter metálico. Sendo o elemento mais eletropositivo o Frâncio (Fr) e com tendência máxima à oxidação.

ATENÇÃO!

Os elementos que não possuem a eletronegatividade e eletropositividade consideradas são os gases nobres.

Isso porque eles são elementos inertes, dado que não realizam ligações químicas e dificilmente doam ou recebem elétrons. Outro fator para essas propriedades serem desconsideradas é que os gases nobres têm dificuldade de reagir com outros elementos.

Curiosidades sobre a tabela periódica

• A União Internacional de Química Pura e Aplicada (Iupac) é uma Organização não governamental (ONG) que se dedica aos estudos e avanços da Química. Ela é responsável por recomendar mundialmente, o padrão estabelecido para a Tabela Periódica.
• Dos 118 elementos que atualmente compõe a tabela periódica, 90 podem ser encontrados na natureza, sendo os demais criados pelo ser humano.
• O primeiro elemento químico isolado em laboratório foi o Fósforo (P) pelo alquimista alemão Henning Brand há 350 anos atrás.
• Na década de 40 o químico estadunidense Glenn Seaborg descobriu o elemento Plutônio (Pu). Ele é responsável por descobrir todos os elementos transurânicos e ganhou o Prêmio Nobel em 1951. O elemento 106 recebeu o nome Seabórgio em sua homenagem.
• De acordo com o Guinness Book, o elemento mais perigoso da tabela periódica é o Plutônio (Pu). Isso porque ele é usado para fazer bombas atômicas e é altamente radioativo.
• Por conta do seu formato a tabela periódica é infinita e tem capacidade para englobar novos elementos a qualquer momento.
• Os últimos elementos químicos a ser oficializados na tabela periódica pela Iupac em 2016 foram: Tennessine (Ununséptio), Nihonium (Ununtrio), Moscovium (Ununpêntio) e Oganesson (Ununóctio).
• Os novos elementos químicos sintetizados são chamados de superpesados devido ao número elevado de prótons que esses átomos podem conter em seus núcleos. O nível de prótons desses elementos tende a ser muito superior aos dos elementos químicos encontrados na natureza.

Vídeos sobre Tabela Periódica

Abaixo, confira vídeos que podem ajudar você a fixar melhor o conteúdo:

Como decorar a TABELA PERIÓDICA por frases / Método mais Fácil/ Seja um estudante melhor

Para os estudantes que constantemente precisam trabalhar com a tabela periódica e nem sempre podem estar com ela em mãos, esse vídeo do Canal Seja Um Estudante Melhor nos dá um macete para conseguir lembrar e memorizar todos os elementos. Confira!

Elementos químicos – diferentes tipos de átomos

Apesar de termos abordado várias características dos elementos químicos e sua organização não chegamos a ver como são os processos no interior do átomo. Neste vídeo o Professor Bill Tyson introduz os conceitos de próton, elétron e núcleo. Eles podem auxiliar num melhor entendimento das propriedades periódicas que apontamos anteriormente.

Como aprender Propriedades Periódicas

Aprendemos que as propriedades periódicas aumentam e decrescem de maneira horizontal e vertical dependendo de qual propriedade que estamos considerando. Mas como lembrar essas razões? O Professor Cabral dá uma dica bem simples de como memorizar essas progressões, dê uma conferida no vídeo!