As tendências periódicas explicadas
A tabela periódica organiza os elementos de modo que padrões recorrentes (periódicos) se alinhem em colunas e linhas. Estas são as tendências que todo estudante de química precisa conhecer — e cada uma decorre diretamente da estrutura eletrônica.
Raio atômico
r: → decreases · ↓ increases
O raio atômico diminui ao longo de um período, da esquerda para a direita, porque cada próton adicionado aumenta a carga nuclear que puxa os elétrons, todos na mesma camada. Ele aumenta descendo por um grupo, porque cada novo período adiciona uma camada eletrônica inteiramente nova e maior. O césio e o frâncio estão entre os maiores átomos; o hélio é o menor.
Eletronegatividade
χ: → increases · ↓ decreases (max: F = 3.98)
A eletronegatividade — a atração de um átomo sobre os elétrons de ligação compartilhados — aumenta ao longo de um período e diminui descendo por um grupo, espelhando o raio atômico de forma inversa. O flúor é o elemento mais eletronegativo (3,98 na escala de Pauling); os metais alcalinos, no canto inferior esquerdo, são os menos eletronegativos. Grandes diferenças de eletronegatividade entre dois átomos ligados produzem ligações iônicas; pequenas diferenças dão ligações covalentes.
Energia de ionização
IE₁: → increases · ↓ decreases
A primeira energia de ionização é a energia necessária para remover o elétron mais externo. Ela aumenta ao longo de um período (os elétrons são retidos mais fortemente pela crescente carga nuclear) e diminui descendo por um grupo (os elétrons externos ficam mais longe do núcleo e são blindados pelas camadas internas). Os gases nobres ficam nos picos; os metais alcalinos, nos vales, e é por isso que os metais alcalinos perdem um elétron tão facilmente para formar íons +1.
Afinidade eletrônica
EA: highest at the halogens
A afinidade eletrônica é a energia liberada quando um átomo ganha um elétron. Os halogênios têm os valores mais altos — o cloro lidera a lista — porque adicionar um elétron completa sua camada externa. Os gases nobres têm afinidade essencialmente nula: suas camadas já estão cheias, então um elétron extra teria que iniciar uma nova camada de alta energia.
Caráter metálico
metallic character: → decreases · ↓ increases
O caráter metálico — a tendência de perder elétrons e formar íons positivos — aumenta descendo por um grupo e diminui ao longo de um período, o oposto da eletronegatividade. Os elementos mais metálicos ficam no canto inferior esquerdo; os mais não metálicos, no canto superior direito. Os semimetais (boro, silício, germânio, arsênio, antimônio, telúrio) formam uma escada diagonal que marca a fronteira difusa entre metais e não metais.
Blocos s, p, d e f
s=2 · p=6 · d=10 · f=14 electrons
A tabela é dividida em blocos conforme a subcamada que está sendo preenchida. O bloco s, de 2 colunas de largura, e o bloco p, de 6 colunas, compõem os elementos representativos; o bloco d, de 10 colunas, contém os metais de transição; e o bloco f, de 14 colunas — os lantanídeos e actinídeos — é destacado abaixo da tabela para mantê-la legível. As larguras dos blocos são exatamente as capacidades eletrônicas das subcamadas s (2), p (6), d (10) e f (14).
As famílias de elementos
Colorir a tabela por família agrupa elementos que se comportam de forma parecida. Veja o que cada cor significa.
- Metal alcalino — Metais macios, prateados e extremamente reativos, com um elétron de valência; reagem vigorosamente com a água.
- Metal alcalinoterroso — Metais reativos com dois elétrons de valência; mais duros e menos reativos que os metais alcalinos.
- Metal de transição — Metais duros e densos que formam compostos coloridos e múltiplos estados de oxidação; preenchem a subcamada d.
- Metal pós-transição — Metais mais macios à direita do bloco de transição, como o alumínio, o estanho e o chumbo.
- Semimetal — Elementos ao longo da escada, com propriedades intermediárias; o silício e o germânio são a base dos semicondutores.
- Não metal reativo — Não metais reativos, incluindo os blocos de construção da vida — carbono, nitrogênio, oxigênio, fósforo e enxofre.
- Halogênio — Não metais altamente reativos do grupo 17 que ganham facilmente um elétron para formar íons −1 e sais.
- Gás nobre — Gases inertes do grupo 18 com camadas externas completas; quase nunca reagem.
- Lantanídeo — Os metais de terras-raras do bloco 4f, essenciais para ímãs, lasers e fósforos.
- Actinídeo — Os metais do bloco 5f, todos radioativos, incluindo o urânio e o plutônio.
- Propriedades desconhecidas — Elementos sintéticos superpesados cujas propriedades químicas são previstas, mas ainda não totalmente medidas.
Perguntas frequentes
Como se lê a tabela periódica?
Leia-a da esquerda para a direita e de cima para baixo, em ordem crescente de número atômico (o número de prótons). Cada linha é um período e cada coluna é um grupo. Elementos no mesmo grupo compartilham o mesmo número de elétrons na camada externa e, portanto, comportam-se de forma quimicamente parecida. A caixa de um elemento mostra seu número atômico, símbolo e massa atômica.
O que é uma configuração eletrônica?
Uma configuração eletrônica indica como os elétrons de um átomo estão distribuídos entre suas camadas e subcamadas; por exemplo, o carbono é 1s² 2s² 2p². Ela segue o princípio de Aufbau — os elétrons preenchem primeiro as subcamadas de menor energia. Esta ferramenta mostra a configuração abreviada com gás nobre e um diagrama de camadas de Bohr para cada elemento.
Por que ocorrem as tendências periódicas?
Porque o comportamento químico é controlado pelos elétrons mais externos e por quão fortemente o núcleo os retém. Avançar ao longo de um período adiciona prótons sem adicionar uma nova camada, então os átomos ficam menores e retêm os elétrons com mais força. Descer por um grupo adiciona camadas inteiramente novas, então os átomos ficam maiores e retêm seus elétrons externos de forma mais frouxa.
Qual é a diferença entre um grupo e um período?
Um grupo é uma coluna vertical (há 18) e um período é uma linha horizontal (há 7). Os grupos reúnem elementos com química semelhante; os períodos acompanham o preenchimento progressivo de uma nova camada eletrônica. O número no topo de uma coluna de elemento representativo é igual à quantidade de elétrons de valência.
Onde estão os metais e os não metais?
Os metais preenchem a parte esquerda e central da tabela — a grande maioria dos elementos. Os não metais se agrupam no canto superior direito, com os gases nobres na última coluna. Uma escada diagonal de semimetais (boro, silício, germânio, arsênio, antimônio, telúrio) separa os dois grupos, mostrando propriedades que se mesclam gradualmente.
Quais elementos são líquidos à temperatura ambiente?
Apenas dois elementos são líquidos a 25 °C (298 K): o mercúrio e o bromo. O gálio e o césio fundem pouco acima da temperatura ambiente (cerca de 30 e 28 °C). Use o modo Estado a T para ver como a contagem de sólidos, líquidos e gases muda à medida que você aumenta ou diminui a temperatura.
Problema resolvido na íntegra
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Carbono a 12,011 u reconstruído a partir dos isótopos 12 C e 13 C 5 passos
A ficha do elemento atribui ao carbono uma massa atómica de 12,011 u, e nenhum átomo de carbono pesa isso. Este é o estado Detalhe do carbono. Reconstrua o valor a partir dos dois isótopos que uma amostra terrestre contém — 12C com 98,93% de abundância, 13C com 13,00335 u e 1,07% — e depois calcule o que esse 1,07% faz a uma molécula com 60 átomos de carbono.
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Comece pela unidade, porque uma destas duas massas nunca foi medida. A unidade de massa atómica unificada é definida como um doze avos de um átomo de 12C, pelo que o 12C pesa exatamente 12 u, com tantas casas decimais quantas queira escrever. Apenas o valor do 13C veio de uma experiência.
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A massa tabelada é uma média dos isótopos ponderada pelo número de átomos de cada um que a amostra contém. Se ponderar pela fração mássica, obterá um número diferente e errado.
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Esse é o valor na ficha, reconstruído a partir das massas de dois isótopos e de uma medição de abundância.
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Agora repare no que a média não é. 98,93% dos átomos de carbono encontram-se 0,011 u abaixo do valor impresso e os restantes 1,07% encontram-se 0,992 u acima dele. A média cai num intervalo onde nenhum átomo existe.
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Coloque 60 desses átomos numa única molécula. O número esperado de 13C é 60 × 0,0107 = 0,642, o que sugere a conclusão de que uma buckyball típica contém um átomo pesado. Na verdade, não: a distribuição binomial dá 52,4% sem nenhum contra 34,0% com exatamente um.
Resposta
12,011 u — uma massa que nenhum átomo de carbono tem. O C60 não tem, portanto, uma massa, tem um espetro: 52,4% das moléculas pesam exatamente 720,000 u, 34,0% pesam 721,003 u, 10,9% pesam 722,007 u, e a escada continua com degraus separados por 1,00335 u. Multiplicar 60 por 12,011 prevê 720,66 u, o que não é a massa de uma única molécula na amostra. Escale o mesmo cálculo para uma proteína com 1000 átomos de carbono e 0,98931000 = 2,1 × 10⁻⁵ das moléculas estão isentas de 13C — 2 em 100 000 —, pelo que a linha puramente de 12C praticamente desapareceu e a envolvente é a única coisa que resta para pesar. Cada massa nesta tabela é uma afirmação sobre uma população, e quanto maior for a molécula construída, mais a população é tudo o que se consegue ver.
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Referências (2)
- Insight block 4 credits the table with predicting elements. Three of them, and how they were found: M. V. Orna & M. Fontani, "Discovery of Three Elements Predicted by Mendeleev’s Table: Gallium, Scandium, and Germanium", in Perspectives on the History of Chemistry, 227–257. Springer, 2021.
- And the other half of that record, which the story usually leaves out: G. Lente, "Where Mendeleev was wrong: predicted elements that have never been found." ChemTexts 5, article 17, 2019.