Tabela Viva

Patrícia Isabel Magalhães Araújo Sofia Raquel Magalhães Araújo Clara Ângela Magalhães Loureiro Vânia Manuela Pereira Pinto Íris Raquel F. Sampaio da Costa

ClubeCV Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde

Tabela Viva A história de uma construção

Ao tomarmos conhecimento da proposta feita no Concurso Tabela Periódica,

começámos por fazer uma breve pesquisa histórica sobre a sua evolução até surgir

na sua forma actual, de modo a conhecer a evolução que tinha sofrido e a ficar com

uma visão menos redutora desse poderoso instrumento de trabalho para o químico.

A sistematização dessa evolução é aqui apresentada em anexo.

Lançado que foi o desafio de construir uma Tabela Periódica “com objectivo

de estimular a criatividade artística aplicada ao conhecimento científico”, muitas

ideias foram surgindo. Do conjunto de propostas, foram-se formando as seguintes

ideias a contemplar no trabalho a realizar:

- Privilegiar um trabalho tridimensional (em contraponto com a tabela

tradicional, plana);

- Produzir uma tabela que, não fornecendo um volume de informação

demasiado elevado (uma vez que não se pretendia uma visão original/artística e não

um veículo poderoso de informação), permitisse conhecer as principais

características de alguns elementos escolhidos (ou por serem muito importantes e

conhecidos ou, de forma oposta, por serem muito pouco abundante e desconhecidos

da maioria das pessoas)

- Manter agrupados de algum modo os elementos químicos com propriedades

semelhantes (grupos);

- Atribuir uma função à Tabela, conciliando a forma e a função.

Assim nasceu a “Tabela Viva”, um candeeiro de pé de forma aproximadamente

cónica, onde os elementos do mesmo grupo se encontram alinhados ao longo de uma

geratriz. Nas “casas” de 22 elementos seleccionados, saem tubos que permitem

Fig. 1 - O primeiro modelo

Fig.2 - A Clara às voltas com as “saias”

visualizar informações relativas ao elemento em questão (nome, símbolo químico,

número atómico, massa atómica relativa, ponto de fusão, ponto de ebulição,

densidade), bem como um pequeno texto referindo-se a aspectos históricos,

semânticos, propriedades químicas e físicas, abundância, etc. Quando aceso o

candeeiro, a luz pode sair pelos elementos seleccionados, iluminando-os.

A Tabela Viva foi construída em arame

forrado a papel maché. Inicialmente construiu-se

um molde em cartolina (fig. 1), para testar o

sistema de funcionamento dos tubos. A maior

dificuldade consistiu na marcação dos lugares dos

elementos, devido ao facto de a base não ser

cilíndrica, mas sim praticamente cónica (ou seja o

espaçamento em largura entre elementos

consecutivos não era sempre igual, mas teria de

aumentar à medida que o número atómico fosse

aumentando). Assim, foram feitas umas “saias”

(Fig.2) que serviriam de guias para a descoberta dos

locais da rede a furar, para lá serem colocados os

tubos dos elementos seleccionados.

Fig.3 - Os testes do papel maché e das tintas

Depois foi feita a construção (laboriosa…)

dos 22 tubos, a recolha de informação

relativamente aos elementos seleccionados, a

pintura, a electrificação e adaptação da tabela ao

suporte e os acabamentos (decalque das letras,

impressão em papel vegetal da informação para os

tubos, a sua forragem e encaixe). Por último, os

retoques final na pintura, o decalque dos símbolos

químicos, e … a colocação da lâmpada!

O relato aqui feito, que segue complementado com algumas fotos ilustrativas,

refere-se apenas aos sucessos, que os insucessos ficaram para trás. Mas, nesta

construção, muitas tentativas de técnicas foram goradas e muito se aprendeu neste

percurso feito de avanços e recuos. E agora, que a obra está feita, há que admirá-la

e usufrui-la e, depois…descansar, pelo menos até ao próximo desafio!

A equipa em trabalho

Anexo

ORGANIÇÃO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS

NA TABELA PERIÓDICA

No ano de 1860, época áurea da Química, a comunidade científica internacional

mobilizou-se para classificar os 63 elementos já identificados, começando por

tentar compreender o porquê das suas propriedades químicas e físicas. Mas como?

Pelo peso? Pelas semelhanças químicas? Pela cor?

A contribuição de vários cientistas para a construção da tabela periódica.

A ideia de que o mundo que nos rodeia é constituído por algumas substâncias

fundamentais é uma ideia antiga. Os antigos gregos pensavam que toda a matéria

era composta por apenas quatro “elementos”: terra, fogo, ar e água. Hoje em dia, os

químicos reconhecem mais de 100 elementos. É então necessário ordená-los.

Quando somos jovens aprendemos conceitos bastante importantes que vão

ser usados durante a vida toda. Por exemplo, é na nossa tenra idade que

aprendemos o alfabeto e a partir dele é-nos possível “construir” um número infinito

de palavras, aprendemos também as operações matemáticas e ao longo dos anos

vamos ordenando o nosso conhecimento matemático aplicando-o a problemas cada

vez mais complexos.

A Tabela Periódica tem algo em comum com estes exemplos. É a partir dela

que o nosso conhecimento de química adquire uma certa “ordem”. Mas, a organização

dos vários elementos era difícil e demorou muito tempo até se conseguir construir a

Tabela Periódica tal como ela é actualmente.

Vários foram os cientistas que tentaram ordenar os elementos. Uns foram

bem sucedidos, uma vez que a sua classificação foi aceite durante alguns anos, mas

outros houve que até foram ridicularizados pelas suas propostas.

A CONTRIBUIÇÃO DE VÁRIOS CIENTISTAS PARA A CONSTRUÇÃO DA TABELA PERIÓDICA

ANTOINE LAVOISIER E OS GRUPOS

Antoine Lavoisier (1743-94)

Primeiro químico a agrupar os vários elementos.

Classificação em grupos – Em 1789 Lavoisier publicou um dos livros mais influentes

na química. Esse livro denominava-se de “Traité Élémentaire de Chimie”, e nele

Lavoisier deu a conhecer uma lista de “substâncias simples que não poderiam ser

decompostas por qualquer tipo de processo de análise”, ou seja, deu a conhecer uma

lista de elementos, dividindo-a em vários grupos.

No primeiro grupo ele colocou o oxigénio, o azoto ou nitrogénio, o hidrogénio,

a luz e o calor.

No segundo grupo colocou o enxofre, o fósforo, o carbono, o cloro e o flúor.

A estes elementos Lavoisier chamou-os de elementos “acídicos” uma vez que estes

formavam um ácido quando reagiam com o oxigénio.

No terceiro grupo colocou os elementos metálicos: a prata, o arsénio, o

bismuto, o cobalto , o cobre, o tungsténio e o zinco.

Finalmente no quarto grupo, colocou elementos a que chamou de “simple

earthy salt – forming substances”: a lima (óxido de cálcio), a baryta (óxido de

bário), a magnésia (óxido de magnésio), a alumina (óxido de alumínio) e a sílica

(dióxido de silício). Lavoisier considerava este último grupo constituído por

elementos uma vez que era difícil decompor estas substâncias em algo mais simples.

Sabemos agora que esses compostos não são mais do que combinações de vários

elementos com o oxigénio que são difíceis de decompor.

J.W.DOBEREINER E AS TRÍADES

Classificação em tríades - O trabalho de Lavoisier foi bastante importante, uma vez

que foi ele que implementou a ideia de que existe uma relação entre os vários

elementos. Contudo, não conseguiu classificar os elementos tendo em conta uma

propriedade específica desses mesmos elementos.

Foi Dobereiner, cientista alemão, que em 1817 tentou compor o “quebra-

cabeças”. Dobereiner percebeu que três elementos recentemente isolados, cálcio

(Ca), estrôncio (Sr) e bário ( Ba), tinham propriedades que eram muito semelhantes.

Pensou o seguinte: Se estes elementos eram muito semelhantes poderiam então ser

relacionados quimicamente.

Apercebeu-se do seguinte:

• O cálcio, o estrôncio e o bário existem naturalmente sob a forma de

carbonatos e sulfatos que não se dissolvem na água e que não se decompõem

facilmente quando aquecidos.

• Os cloretos de cálcio, estrôncio e bário são solúveis em água.

• Os óxidos quando dissolvidos em água dão origem a uma solução fortemente

alcalina.

J.W. Dobereiner (1780 -1849) Agrupou os vários elementos em três dando o nome de tríades.

Estes três elementos foram isolados do mesmo modo; através da electrólise de

cloreto fundido por Davy em 1808.

Dobereiner observou também que a massa atómica relativa do estrôncio era

praticamente a média aritmética das massas atómicas relativas dos elementos dos

extremos, neste caso do cálcio, Ar (Ca) = 40, e do bário , Ar (Ba) = 137, (40 + 138) :

2 = 88,5. A esta série de três elementos que apresentavam propriedades muito

semelhantes ele denominou de Tríades. Em anos mais tarde descobriu mais dois

grupos de tríades constituidos pelos seguintes elementos: cloro, bromo e iodo e

lítio, sódio e potássio.

Dobereiner verificou que para além das propriedades serem semelhantes

verificava-se ainda que a média aritmética das massas atómicas relativas dos

elementos extremos era praticamente igual à massa atómica relativa do elemento

do meio. Pensou então que tinha descoberto a chave do problema: todos os

elementos da natureza deveriam ser agrupados em grupos de três. A descoberta de

Dobereiner ficou conhecida como a Lei das Tríades.

Contudo, nem todos os elementos se podiam classificar deste modo.

Irá surgir então uma nova classificação...

JONH NEWLANDS E AS OITAVAS

Classificação em oitavas - Antes de se propor uma nova classificação era necessário

descobrir as massas atómicas relativas dos vários elementos que eram conhecidos.

Em 1864, Newlands ordenou os elementos então conhecidos por ordem

crescente de massas atómicas relativas. Newlands verificou que se considerasse

J.A. R. Newlands, propôs em 1863 a Lei das oitavas na qual os elementos se agrupavam em oito tal como acontece na escala musical.

uma classificação baseada na massa atómica relativa, um dado elemento (por

exemplo, o lítio) apresentava propriedades semelhantes ao oitavo elemento a contar

a partir dele (isto é, o sódio). A esta relação Newlands chamou a Lei das Oitavas,

que dizia ser uma espécie de repetição tal como ocorre com as oitavas da escala

musical. Apesar de ter sido ridicularizado pela Sociedade de Química de Londres,

Newlands sugere, com a Lei das Oitavas, uma classificação sistemática onde surge

pela primeira vez o princípio envolvido na actual classificação dos elementos.

O problema com que Newlands se deparou foi o de que a sua lei apenas

funcionava correctamente para as duas primeiras oitavas, na terceira e nas

seguinte não se verificava. Foram encontrados então dois grandes erros:

• em algumas colunas onde se encontram elementos com propriedades

semelhantes, há elementos que não deveriam pertencer a essa coluna – por

exemplo, os metais cobalto e níquel que se encontram entre o cloro e o

bromo. Esta foi uma das razões para que a classificação de Newlands não

fosse aceite.

Mas existe ainda um outro erro:

• O telúrio (Te) foi colocado antes do iodo, mas a sua massa atómica relativa é

maior.

H Li Be B C N O

F Na Mg Al Si P S

Cl K Ca Cr Ti Mn Fe

Co,Ni C Zn Y In As Se

Br Rb Sr Ce,La Zr Di,Mo Ro,Ru

Pd Ag Cd Sn U Sb Te

I Cs Ba,V Ta W Nb Au

Pt,Ir Os Hg Tl Pb Bi Th

LOTHAR MEYER E AS CURVAS

As curvas de Meyer – Em 1864 Lothar Meyer, químico alemão, estudou a relação

existente entre o volume atómico dos elementos e as respectivas massas. Ele

representou graficamente o volume atómico em função da massa atómica relativa.

Se repararmos, o lítio, sódio e potássio correspondem aos pontos mais altos da

curva, assim como o rubídio e o césio, todos eles pertencem à mesma família. Foi

fácil “construir” esta família, mas para formar outros grupos foi um pouco mais

complicado uma vez que era mais difícil relacionar a sua posição relativa.

Da curva de Lothar Meyer foi possível chegar a uma classificação periódica

dos elementos que tinham propriedades semelhantes.

Figura 2 – Curva de Lothar Meyer que demonstra que existe uma relação entre o

volume atómico e a massa atómica relativa.

Lothar Meyer (1830 – 95) relacionou o volume atómico com o número atómico dos elementos.

Dimitri Ivanovitch Mendeleev, um químico russo que trabalhava em conjunto

com Lothar Meyer publicou em 1869 o seu trabalho. Mendeleev começou por

estudar com especial cuidado os elementos constituintes de substâncias que se nos

deparam no nosso dia-a-dia, como a água, os compostos orgânicos e o sal (cloreto de

sódio).

Continuou o seu trabalho convencido de que todas as substâncias puras

existentes, quer elementares, quer compostas, eram formadas de diferentes

modos, a partir das diversas classes de átomos – os elementos químicos – resultando

daí propriedades específicas para essas substâncias.

Pela análise cuidadosa, descobriu as propriedades de alguns elementos mais

comuns na Natureza (hidrogénio, carbono, azoto, oxigénio, cloro, etc.), e anotou-as

em cartões, um para cada elemento. Procurou, depois, dispor esses cartões de

várias maneiras, de modo a encontrar a melhor forma de os classificar.

E, aí, fez-se luz no seu espírito!

Os elementos ordenados segundo o valor do seu peso atómico apresentavam

uma periodicidade nas suas propriedades! Eles deveriam pois, ser, arrumados de

modo a que esta periodicidade fosse visível.

Mendeleev tinha feito o mesmo que Newlands mas com duas grandes diferenças:

• Mendeleev assumiu que a posição relativa de alguns elementos deveria ser

alterada. Assim, por exemplo, o telúrio deveria ser colocado antes do iodo,

embora a sua massa atómica relativa seja 127,60 e a do iodo seja 126,90.

Assinalou também as inversões de outros pares de elementos como o árgon e

o potássio, cobalto e níquel e tório e protactínio.

• Quando Mendeleev elaborou o seu quadro periódico alguns elementos ainda

estavam por descobrir, pelo que deixou alguns espaços em branco.

A genialidade e ousadia de Mendeleev tornaram-se evidentes por ter previsto a

existência de elementos então desconhecidos baseando-se na sua classificação.

Mendeleev deixou alguns espaços vazios na sua tabela para elementos como o eka-

boro, o eka-alumínio e o eka-silício, que foram descobertos posteriormente e que se

conhecem, actualmente, com os nomes de escândio, gálio e germânio,

respectivamente.

Exemplo: No caso do germânio, Mendeleev previu uma massa atómica de 72 quando

experimentalmente se verificou que é de 72,6 e uma densidade de 5,5 quando

experimentalmente é de 5,47.

Na tabela que construiu, Mendeleev associou os elementos de tal modo que:

• Os que constituem um grupo eram dotados de comportamento químico

semelhante;

• Havia um diferencial gradual nas propriedades reveladas pelos elementos dos

vários grupos, sendo o sódio e o cloro os que mais se afastavam entre si pelos

valores que apresentavam para essas propriedades;

• Percorrendo a sua tabela, de elemento para elemento, por ordem crescente

de massas atómicas, iam-se encontrando periodicamente os elementos de um

mesmo grupo.

Daí a designação de Tabela Periódica dos Elementos.

O sistema periódico de Mendeleev obteve um grande êxito e é uma

ferramenta imprescindível para os químicos actuais.

Não obstante, esta classificação periódica não está isenta de defeitos.

Assim, por exemplo, existem discrepâncias ao ordenar os elementos atendendo

às suas massas atómicas. Também não é fácil encontrar uma única ligação para o

hidrogénio dado que as suas propriedades são muito peculiares. Existe ainda uma

separação nítida entre metais e não-metais, especialmente nos grupos centrais

do sistema periódico.

Figura 3 – Tabela periódica original, criada por Dimitri Mendeleev.

Com o evoluir da Física no século XX e o conhecimento da estrutura do

átomo, os cientistas começaram a interrogar-se sobre a periodicidade das

propriedades químicas dos elementos, se esta não seria uma consequência da

estrutura interna do átomo.

Foi Moseley quem, ao considerar como unitária a carga do núcleo do átomo de

hidrogénio, prova que as cargas positivas dos núcleos de todos os átomos são

múltiplas daquele, designando-se esse número por número atómico que se

representa por Z.

Comparando esses números atómicos dos diferentes elementos com o número

de ordem anteriormente atribuído devido à sua posição na tabela, Moseley verifica

serem iguais. Daí conclui que as propriedades físicas dos elementos, bem como o seu

comportamento químico, são função do número atómico desse elemento.

A TABELA PERIÓDICA ACTUAL

Actualmente a tabela periódica dos elementos químicos é constituída por 109

elementos diferentes, ordenados da esquerda para a direita e de cima para baixo,

por ordem crescente do seu número atómico. Os elementos situados na parte

esquerda e no centro da tabela periódica são metálicos. Os elementos situados na

parte direita da tabela periódica são não-metais. A transição dos metais para não

metais não é brusca mas é dada por seis elementos com propriedades intermédias

que se designam por semi-metais e são: o silício (Si), o germânio (Ge), o arsénio

(As), o antimónio (Sb), o telúrio (Te) e o polónio (Po).

A estrutura da tabela periódica assenta na colocação dos elementos em 18

colunas (grupos) e 7 linhas (período) devidamente numeradas.

Figura 4 – Tabela periódica actual

OUTRAS VERSÕES DA TABELA PERIÓDICA

Há outras versões diferentes da tabela periódica. Quase todas estão

divididas nos mesmos grupos e períodos. No entanto, acentuam algumas relações

entre os elementos químicos. Assim:

✩ A figura mostra uma tabela periódica semelhante à actual, no entanto, apresenta

algumas diferenças. Por exemplo, o elemento hidrogénio está situado à direita

da tabela periódica. O hélio não faz parte do grupo dos gases nobres. Por outro

lado, os

elementos

de transição

não

constituem

um bloco à

parte como na tabela periódica actual

✩ Outra versão conhecida da tabela periódica é indicada na figura 6. As linhas evidenciam uma

pronunciada semelhança no comportamento químico dos elementos. Figura 6

✩ A figura 7 mostra uma tabela periódica um pouco invulgar.

Figura 7

✩ Outra versão da tabela periódica é a indicada na figura 8. Nesta tabela os

elementos estão organizados de acordo com o nível de energia preenchido.

Figura 8