1

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

2

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

4

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

5

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

6

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

7

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

8

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

12

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

20

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

21

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

27

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

28

Configurações electrónicas no estado fundamental

29

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

30

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