Texto: Classificação dos Elementos na Tabela Periódica

Classificação dos Elementos na Tabela Periódica

A cor é produzida pela interação de radiações eletromagnéticas com a matéria. Esse fenômeno, associado ao deslocamento dos elétrons de um átomo por orbitais com diferentes energias, é responsável pela cor. Geralmente, as radiações que causam a emissão de cor são de fontes de luz colorida ou ultravioleta. Esses elétrons estão distribuídos segundo os níveis de energia dos orbitais do átomo, e a sequência dessa distribuição segue o diagrama de Pauling. Com essa distribuição, percebemos certas periodicidades na tabela periódica, e que átomos com a mesma quantidade de elétrons nas camadas externas possuem propriedades químicas semelhantes. A tabela periódica, além de ser uma fonte de informação sobre os diferentes elementos, também pode nos indicar a distribuição eletrônica deles, principalmente dos elementos representativos. 

 

A interação de qualquer tipo de onda eletromagnética com a matéria pode ser entendida genericamente como espectroscopia. Então, tudo o que percebemos com nossa visão é um tipo de espectroscopia. Como no modelo de Bohr, quando os átomos interagem com alguma energia, os elétrons passam a ocupar um nível de energia maior (transição eletrônica) e, ao retornarem para níveis inferiores, a energia absorvida é liberada. Quando uma radiação eletromagnética na faixa do visível ou próximo do ultravioleta atinge um determinado composto químico, uma transição eletrônica pode ocorrer da mesma forma como vimos anteriormente na teoria de Bohr para átomos. Porém, não são todos os elétrons que realizam essas transições, e para cada elétron é associada uma determinada energia e posição no átomo. Entender como os elétrons estão distribuídos no átomo pode nos auxiliar no entendimento de como ocorrem essas transições.

 

A Distribuição Eletrônica e o Diagrama de Pauling

Utilizamos o diagrama de Pauling para descrever os orbitais de um átomo e nos auxiliar na distribuição eletrônica dos elétrons, seja para um elemento neutro, por cátions ou ânions. 

 

 Figura 1 - Diagrama de Pauling utilizado na distribuição eletrônica

 

Os números no diagrama representam o tamanho das camadas K, L, M, N, O, P e Q (a camada 1<2<3<4<5<6<7), e o número da camada (ou níveis de energia) a que pertencem os elétrons distribuídos. As letras indicam os subníveis de energia em cada camada. O número de elétrons em uma camada é indicado pelos subníveis em cada camada:

 

subnível s = 2 elétrons

subnível p = 6 elétrons

subnível d = 10 elétrons

subnível f = 14 elétrons

 

Figura 2 - Representação do átomo com suas possíveis camadas eletrônicas e a quantidade de elétrons que comporta cada nível de energia

 

O hidrogênio é um elemento que possui um elétron. Seguindo a sequência do diagrama de Pauling, esse elétron irá se localizar no subnível s da primeira camada, ou dizemos que sua configuração eletrônica é 1s1. O número 1 indica a camada (1 = camada K; 2 = camada L; 3 = camada M; 4 = camada N; 5 = camada O; 6 = camada P; 7 = camada Q). O s indica o subnível, e o número 1 sobrescrito, quantos elétrons estão em determinado subnível. O nitrogênio possui sete elétrons ao todo em todas as suas camadas. Fazendo a distribuição eletrônica, obtemos a seguinte configuração: 

1s2, 2s2, 2p2. No modelo atômico de Bohr, conseguimos encontrar uma explicação suficiente para o fenômeno da cor nas subtâncias, mas não podemos esquecer que os orbitais representam a região de maior probabilidade de se encontrar um elétron nos modelos atômicos mais recentes. Cada orbital tem certa energia associada, e diferentes orbitais têm energias de diferentes grandezas, segundo a sequência das setas na Figura 2: o orbital 1s tem menor energia que o 2s, que é menor que o 2p, que é menor que o 3s, e assim por diante. O orbital mais energético na figura 2 é o 7s.

 

Na distribuição eletrônica para átomos com poucos elétrons não temos muita dificuldade em especificar os elétrons de todos os orbitais, quando fazemos o mesmo para átomos com uma quantidade de elétrons muito grande, pode ser cansativo. O mercúrio, por exemplo, tem 80 elétrons; escrever todos os subníveis é dispendioso. Para facilitar, quando escrevemos a configuração de um átomo, primeiro colocamos entre colchete o gás nobre que o antecede, assim, indicamos que o átomo possui a mesma configuração eletrônica do gás nobre. Então, escrevemos o restante da configuração eletrônica do átomo. 

 

Hg = [Xe] 4f14, 5d10, 6s2

 

Abaixo, temos uma tabela com a configuração eletrônica de alguns elementos químicos. 

 

Tabela 1 – Elementos e suas respectivas configurações eletrônicas

 

 

Períodos e Famílias na Tabela Periódica

A tabela periódica é constituída por períodos (linhas) e famílias (colunas). Se fizermos a distribuição eletrônica de todos os elementos, perceberemos que o período na tabela indica quantas camadas há no átomo, e que elementos da mesma família têm o mesmo número de elétrons na camada de valência. Isso é verdade para os elementos representativos, já os de transição seguem uma ordem diferente na relação período e número de camadas, e, mesmo assim, existem várias exceções. Os dois casos podem ser observados na Figura 3. Os elementos do grupo 1 e do grupo 2 têm todos 1 e 2 elétrons, respectivamente, na camada de valência. Os elementos do grupo 13 têm 3 elétrons na camada de valência, do grupo 14 tem 4, e assim sucessivamente até o grupo 18.

 

Figura 3 – Distribuição eletrônica dos elementos segundo a localização dos átomos na tabela periódica

 

A tabela da Figura 3 apresenta a camada de valência dos átomos. Mesmo tendo o mesmo número de elétrons na última camada, elementos da mesma família apresentam número de camadas diferentes. Os elementos H, Li, Na, Rb, Cs e o Fr apresentam o mesmo número de elétrons em suas camadas de valência, pois são da mesma família, porém, esses elétrons estão em camadas diferentes. 

 

Entendendo melhor como os elétrons estão distribuídos nos orbitais e o significado dos símbolos que nos dão as informações sobre os orbitais (1s1, 2s2, etc.), podemos entender o fenômeno da cor. Como nas ligações químicas, são os elétrons de valência que participam diretamente na produção da cor nos objetos. No caso dos fogos de artifício, por exemplo, após a explosão, vemos as cores que são produzidas no céu. A substância que causa a explosão é a pólvora, e esta é responsável por doar energia aos elétrons da substância. Após a explosão da pólvora ceder energia para as transições eletrônicas, os elétrons retornam para as camadas de menor energia e podem produzir a cor que observamos.

 

O Fenômeno da Cor

O cobre é responsável pela cor verde na queima de CuSO4. Podemos evidenciar esse fato colocando o sulfato de cobre em um vidro de relógio e encharcando-o com etanol o suficiente para queimar toda a substância. Após esse momento, é necessário verificar se não há álcool derramado no corpo ou pelo chão. Acenda um fósforo para iniciar a reação de combustão do álcool sobre o vidro. Podemos ver o fogo com a cor verde. 

 

Figura 4 – Materiais para o experimento do fogo verde: Álcool, Sulfato de Cobre (pó azul), fósforo e vidro de relógio

 

A energia térmica produzida pela combustão do álcool fornece energia para os elétrons do cobre.

 

Os elétrons de valência dos íons cúpricos (Cu2+) vão para orbitais mais externos, de maior energia. Ao retornar aos orbitais de origem, de menor energia, ondas eletromagnéticas são liberadas e, dependendo das características, percebemos as cores diferentes ou outros efeitos (como calor, por exemplo). Essas ondas produzidas no experimento são percebidas por nossos olhos na cor verde. 

 

Os fenômenos macroscópicos (visíveis aos nossos olhos), como as propriedades das substâncias, estão diretamente ligados às interações entre os átomos, que por sua vez estão relacionados às interações entre prótons e elétrons. Enfim, tudo o que vemos, ou não, pode ser mais bem compreendido se entendermos o que se passa no interior dos átomos e, como temos certa periodicidade das propriedades e na forma como os elétrons dispõem-se na eletrosfera do átomo, a tabela periódica torna-se uma fonte ainda mais valiosa.

 

Em Resumo

Neste tópico, discutimos sobre a classificação dos elementos na tabela periódica. Estudamos sobre a distribuição eletrônica usando o diagrama de Pauling e como representamos essa distribuição. Em seguida, discutimos sobre a estrutura da tabela periódica e sua relação com a distribuição eletrônica, e como ocorre a periodicidade da distribuição para diferentes grupos de átomos.

 

Referências

OLIVEIRA, L. F. C de. Espectroscopia Molecular. Cadernos temáticos da Qnesc. n.4, maio 2001.

TOLENTINO, M. ROCHA-FILHO, R. C. O átomo e a tecnologia. Qnesc. n.3, maio 1996.

PERUZZO F. M; CANTO, F. M. Química na abordagem do cotidiano. v.1. 4.ed. São Paulo: Moderna, 2006.

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