metais e ligas metálicas 12ºano - tp

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1.1. METAIS E LIGAS METÁLICAS1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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Cada elemento tem um nome e um símbolo químico.

Os elementos são agrupados, classificados e organizados de forma sistemática.

O ouro, a prata ou o cobre são conhecidos desde a Antiguidade. Muitos elementos foram isolados apenas no século XX, e ainda mais recentemente, elementos têm vindo a ser produzidos artificialmente.

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

3A mais de 30 ºC

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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Grupo → 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

↓ Período

1 1H

2He

2 3Li

4Be

5B

6C

7N

8O

9F

10Ne

3 11Na

12Mg

13Al

14Si

15P

16S

17Cl

18Ar

4 19K

20Ca

21Sc

22Ti

23V

24Cr

25Mn

26Fe

27Co

28Ni

29Cu

30Zn

31Ga

32Ge

33As

34Se

35Br

36Kr

5 37Rb

38Sr

39Y

40Zr

41Nb

42Mo

43Tc

44Ru

45Rh

46Pd

47Ag

48Cd

49In

50Sn

51Sb

52Te

53I

54Xe

6 55Cs

56Ba

*72Hf

73Ta

74W

75Re

76Os

77Ir

78Pt

79Au

80Hg

81Tl

82Pb

83Bi

84Po

85At

86Rn

7 87Fr

88Ra

**104Rf

105Db

106Sg

107Bh

108Hs

109Mt

110Ds

111Rg

112Uub

113Uut

114Uuq

115Uup

116Uuh

117Uus

118Uuo

* Lantanídios - lantânio

57La

58Ce

59Pr

60Nd

61Pm

62Sm

63Eu

64Gd

65Tb

66Dy

67Ho

68Er

69Tm

70Yb

71Lu

** Actinídios – a 89Ac

90Th

91Pa

92U

93Np

94Pu

95Am

96Cm

97Bk

98Cf

99Es

100

Fm

101Md

102No

103Lr

Metais alcalino- terrosos

Metais de transição

Metalóides

ELEMENTOS REPRESENTATIVOS (a verde)

Gase s

nobres

halogéneos

Metais alcalinos

Metais de transição interna

Não METAIS

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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Uma das representações da TP pode individualizar blocos – de acordo com o tipo de preenchimento das orbitais de valência.

bloco s bloco f

bloco d

bloco p

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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As contribuições de Bohr foram determinantes para o progresso da física, mas houve que, a partir de novos contributos, proceder à “construção” de um modelo atómico mais sólido e consistente.

O modelo quântico

Os elementos na tabela periódica - revisões

A equação de Schrödinger iniciou uma nova era na Física e na Química ---- a mecânica quântica.

Deixamos de falar em órbita e começamos a falar em orbital, ou seja, em zonas do átomo em que existem PROBABILIDADES de encontrarmos o electrão

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NÚMERO QUÂNTICO PRINCIPAL , n

n = 1,2,3 …

-- níveis de energia

-- >n → >distância ao núcleo

-- >n → > energia

-- nº de electrões possível em cada nível 2n2

Os elementos na tabela periódica - revisões

Determina a energia de uma orbital

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NÚMERO QUÂNTICO DE MOMENTO ANGULAR OU SECUNDÁRIO , l

l = 0, 1,2 … n-1

-- sub-níveis de energia

-- forma da orbital:

-- l = 0 (tipo s)

-- l = 1 (tipo p)

-- l = 2 (tipo d)

-- l = 3 (tipo f)

1.1.2. Os elementos na tabela periódica - revisões

Está relacionado com a forma das orbitais

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NÚMERO QUÂNTICO MAGNÉTICO , ml

ml = -l, …, -1, 0, 1, … +l

-- orientação da orbital no espaço

-- localização do electrão no subnível

-- nº de valores possíveis = 2l + 1

1.1.2. Os elementos na tabela periódica - revisões

Descreve a orientação da orbital no espaço

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Os elementos na tabela periódica - revisões

orbitais do tipo s (1) e do tipo p (3)

As orbitais s são esféricas e centradas no núcleo

As orbitais p têm dois lóbulos opostos

dado por ml

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orbitais do tipo d (5)

dxy dyz

dxz

dx2 – y2

dz2

Os elementos na tabela periódica - revisões

As orbitais d com orientações + complexas

orbitais do tipo f (7)

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Os elementos na tabela periódica

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NÚMERO QUÂNTICO DE SPIN ELECTRÓNICO, ms

Os elementos na tabela periódica - revisões

Para ter em conta o movimento giratório do electrão, usamos um quarto nº quântico – ms . A interacção entre um electrão e o campo magnético provoca o desvio de metade dos electrões para um lado e outra metade para outro.

Descreve o movimento giratório do electrão

ms= ou - l/22

1

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Regra de Hund – estabelece que o arranjo mais estável em subcamadas é aquele que contém um maior nº de spins paralelos:

12Mg1s

2s

2p

3s

Representação esquemática: 1s22s22p63s2 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

Os elementos na tabela periódica - revisões

Princípio de exclusão de Pauli – não pode haver dois electrões no mesmo átomo com os 4 nºs quânticos iguais.

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ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO – grupos 3 a 12 da TP

Estes elementos possuem os electrões de valência em mais que um nível de energia, podendo apresentar vários n.o.

18Ar

1s22s22p63s23p6

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos 12ºCT4 06.07

Representação esquemática: 1s22s22p63s2 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

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1.1.2. Metais de transição

EFEITO DE BLINDAGEM

Barreira de protecção dos electrões mais internos em relação à atracção do núcleo sobre um dado electrão

Porque é que a orbital 2s é menos blindada (pelos electrões 1s) do que a orbital 2p?

Pois os electrões 2s passam mais tempo perto do núcleo que os 2p (ver forma das orbitais), i.é, são menos blindados pelos electrões 1s: daí que a energia para remover um electrão 2p é menor do que para remover um electrão 2s.

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1.1.2. Metais de transição

CARGA NUCLEAR EFECTIVA

Carga nuclear total corrigida do efeito de repulsão entre os electrões

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Os iões metálicos formam, predominantemente, iões positivos

Os iões não metálicos formam, predominantemente, iões negativos

Energia de ionização é a energia mínima necessária (kJ/mol) para remover um electrão a um átomo gasoso no seu estado fundamental.

M (g) + E1 → M+ (g) + e-

M+ (g) + E2 → M2+ (g) + e-

E2 > E1 > 0

Energia de ionização

3ªEi … etc

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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Energia de ionização

Os metais têm Ei baixas (tendência para libertarem e-

s) e os não metais Ei altas, ou seja, têm alta afinidade electrónica

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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Energia de ionização

Regra geral, a Ei aumenta ao longo do período, dado o aumento da carga nuclear efectiva.

Metais Alc têm as + baixas engs de ionização

Al

B

Excepções (5B e 13Al do grupo 13): Efeito de blindagem. Os electrões do grupo 3 têm um único electrão na subcamada exterior p (ns2np1), que está bastante bem blindado pelos electrões internos ns2.

O

S

Excepções (8O e 16S do grupo 16): No grupo 15 (ns2np3), cada electrão está em orbitais distintas (Regra de Hund), casos do N e do P.No grupo 16 (ns2np4), há muita proximidade entre 2 es, logo aumenta a repulsão electroestática nos es; o que se sobrepõem ao efeito da CargaNuclearEf.

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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Afinidade electrónica, Eeaé o negativo da variação de energia que ocorre quando um electrão é captado por um átomo no seu estado gasoso (se ∆H= -x, então a a.e. é de x).

M (g) + e- → M- (g)

Quanto mais negativa for Eea maior é a tendência do átomo para captar um electrão.

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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The first electron affinities of the group 7 elements

F -328 kJ mol-1

Cl -349 kJ mol-1

Br -324 kJ mol-1

I -295 kJ mol-1

The first electron affinities of the group 7 elements

Aumenta (gen) ao longo do período

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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Metais de transição

18Ar 1s22s22p63s23p6

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Metais de transição

Com a excepção do Cr e do Cu, todos os átomos da série d possuem 2 electrões 4s de valência

24Cr : [Ar] 3d54s1

A presença das orbitais 4s e 3d – com energias próximas – leva a que os átomos deste grupo formem iões positivos de carga variada (Cu+ e Cu2+ ; Fe2+ e Fe 3+ ), apresentando variados nºs de oxidação.

29Cu: [Ar] 3d104s1

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1.1.2. Metais de transição

24Cr : [Ar] 3d54s1

Este comportamento anómalo é uma consequência da proximidade das energias 3d e 4s. No início da série, o nível 4s tem uma energia mais baixa que o nível 3d. À medida que aumenta a carga nuclear a orbital o nível 3d torna-se cada vez mais estável comparando com 4s. Além disso há uma estabilidade adicional associada às subcamadas semi-preenchidas (3d5) e completamente preenchidas (3d10) -

29Cu: [Ar] 3d104s1

24Cr: [Ar] 4s13d5

29Cu: [Ar] 4s13d10

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Configurações electrónicas no estado fundamental

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Metais de transição

18Ar 1s22s22p63s23p6

O escândio (Sc) é o primeiro elemento da 1ª série dos metais de transição

Recordar (18) que as orbitais 3d são 5, podendo ter, no máx, 10 electrões

21Sc : [Ar]3d14s2

E porque não : [Ar]3d3

Porque E4s< E3d

Representação esquemática: 1s22s22p63s2 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

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Metais de transição

Então porque é que a configuração do K e do Ca é

19K : [Ar]4s1

19K : [Ar]3d1

e não

20Ca : [Ar]4s2

20Ca : [Ar]3d2

A diferença energética entre as orbitais 4s e 3d é muito pequena. Nestes casos 4s tem menor energia que 3d!

Configurações excitadas dos átomos de K e de Ca