Estrutura Eletrônica e Tabela Periódica

Teoria Completa

Muito prazer, tabela periódica

Eu tenho certeza que você já viu uma tabela periódica. Mas vocês já foram devidamente apresentados?

Bom, bora lá. Essa é (uma versão de) a tabela periódica:

Sério, esse é um bom momento pra você deixar velhos preconceitos de lado. Ela é uma boa pessoa. Pode ser MUITO útil pra você. Ela tem MUITA informação importante. E exatamente por ter tanta informação é que pode parecer um pouco complicada. Mas, sabendo usar, é uma ferramenta muito importante na química.

Quem começou a organizar os elementos em uma tabela foi Mendelev. Mas ele organizou os elementos em ordem de massa atômica. Hoje os elementos estão dispostos em ordem de número atômico. Assim ó:

Tá vendo os números dentro dos quadradinhos? São os números atômicos, ou seja, o número de prótons de cada átomo do elemento.

A gente marcou alguns de vermelho só pra você ficar ligado: enquanto o 1 tá na esquerda o 2 pula lá pra direita, porque a gente faz a distribuição linha por linha; lá em baixo, pula do Z = 56 para Z = 71 porque, na verdade, existe um pedaço recortado da tabela periódica anexado ali embaixo.. aquele bloco lá de baixo pode ser “encaixado” no resto da tabela, mas ela ia ficar compridona e preferiram deixar assim, ok?

Os períodos estão marcados em verde e são as linhas horizontais da tabela periódica.

Os grupos ou famílias estão marcados em amarelo e são as colunas, linhas verticais da tabela periódica. Antigamente elas tinham uma denominação estranha, com números romanos e etc. Hoje elas são denominadas de 1 a 18, sem frescura.

É normal ouvir falar da “família 1”, “grupo 5”, “família do oxigênio”. Sempre que ouvir isso, lembra que estamos falando de uma coluna da tabela periódica.

Algumas divisões da tabela periódica

É comum dividir a tabela periódica com uma escadinha ali entre o verde e o alaranjado:

Nessa divisão, quem está à direita da escadinha é ametal e quem está à esquerda da escadinha é metal. Com exceção do hidrogênio, que é ametal.

Metais são conhecidos por serem brilhantes, maleáveis e bons condutores de eletricidade. Ametais são os que não apresentam essas características.

Há quem diga que alguns daqueles caras ali pertinho da escadinha tem características intermediárias entre metais e ametais. Então classificam boro, silício, germânio, arsênio, antimônio, telúrio e polônio como semimetais ou metaloides.

Vale destacar também algumas famílias celebres e casos de família:

  • O hidrogênio aparece na primeira coluna, mas ele não tem família. A família dele é ele mesmo e ele se basta;
  • Os elementos da primeira família (Li, Na, K, Rb, CS, Fr) são conhecidos como metais alcalinos;
  • Os elementos da segunda família (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra) são conhecidos como metais alcalinos terrosos;
  • Os elementos da família do oxigênio (O, S, Se, Te, Po, Lv) são conhecidos como calcogênios;
  • Os elementos da família do flúor (F, Cl, Br, I, At, Ts) são conhecidos como halogênios;
  • Os elementos do grupo 18 são os gases nobres.

Outras divisões muitas vezes usadas são:

  • Os elementos dos grupos 3 a 12 são chamados metais de transição externa;
  • Os elementos de Z = 57   a   71 são chamados de lantanídeos (por causa do elemento de Z = 57 );
  • Os elementos de Z = 89   a   103 são chamados de actinídeos (por causa do elemento de Z = 89 );
  • Lantanídeos e actinídeos são chamados de metais de transição interna.

A configuração eletrônica na tabela periódica

Pra quem leu o subtítulo e pensou: o que é mesmo configuração eletrônica??? A gente lembra que é aquele jeito de descrever a distribuição dos elétrons nos subníveis pelo diagrama de Pauling e tal.

Agora, prestenção, só de olhar pra um elemento na tabela periódica a gente já sabe muito sobre a estrutura eletrônica dele, e escrevendo a distribuição eletrônica de um cara a gente sabe exatamente onde ele deve ficar na tabela.

O período indica a camada de valência, ou seja, a camada de maior n ocupada, ou o número de camadas da eletrosfera do átomo.

Por exemplo, o 37Rb: 1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 1 .

Tá vendo que a maior camada ocupada é a de n = 5 , ele tem 5 camadas na eletrosfera, n = 5 é a sua camada de valência, então ele está no 5º período.

Mais uma: 16S: 1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 4

A camada de valência dele é a n = 3 , então ele está no 3º período.

Último tá? 94Pu: 1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2   4 f 14   5 d 10   6 p 6   7 s 2   5 f 6

A camada de valência dele é a n = 7 (embora o subnível mais energético seja o 5f, lembra?), então ele está no 7º período.

Já elementos da mesma família tem o subnível mais energético em comum, mudando apenas o período.

Tipo assim, todo mundo da família 1 tem a configuração eletrônica terminada em n s¹:

L i :   1 s 2   2 s 1 3  

N a :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 1   11  

K :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 1 19  

R b : 37   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 1

C e : 55   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 1

F r :   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 10   5 p 6   6 s 2   4 f 14   5 d 10   6 p 6   7 s 1   87  

Todo mundo da família 2 tem o último subível da configuração eletrônica igual a n s ² .

Todo mundo da família 3 tem a configuração eletrônica terminada em d¹.

Todo mundo da família 4 tem a configuração eletrônica terminada em d².

E pra não ficar cansativo vai aí uma figurinha mostrando como a configuração eletrônica termina em cada família.

Isso divide a tabela em quatro grandes blocos:

Toda regra tem as suas exceções...

Agora o seguinte: essa regra de cada família ter a configuração eletrônica terminada em determinado subnível tem suas exceções. No bloco s e no bloco p, a regra é respeitada. No bloco d existem algumas exceções e no bloco f existem tantas exceções, mas tantas exceções, que nem vamos considerar a regra como regra.

As exceções mais clássicas podem ser exemplificadas pelo Cr e pela Ag:

O cromo tem número atômico 24, então a configuração eletrônica que a gente espera é assim:

C r : 24   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2   3 d 4

Mas a observada, na verdade, é:

C r : 24   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 1   3 d 5 ⏟ a t e n ç ã o

E uma teoria pra explicar isso está na degenerescência dos orbitais d. Dá uma olhada nos orbitais d com 4 elétrons e com 5 elétrons:

Dizer que o orbitais d são degenerados é o mesmo que dizer que os 5 orbitais d tem a mesma energia. E é mais fácil pro átomo manter esses 5 orbitais no mesmo nível energético se eles estiverem igualmente preenchidos por elétrons.

Por isso, para alguns átomos, como os de cromo, a configuração n s¹ ( n - 1 )d5 é mais estável que a configuração n s² ( n - 1 )d4.

A explicação para a prata é muito semelhante.

Configuração esperada:   A g : 47   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2     3 d 10   4 p 6   5 s 2   4 d 9

Configuração observada:   A g : 47   1 s 2   2 s 2   2 p 6   3 s 2   3 p 6   4 s 2     3 d 10   4 p 6   5 s 1   4 d 10 ⏟ v i u   q u e   m u d o u ?

E olha aí os orbitais ficando semelhantemente preenchidos, facilitando a degenerescência, quando um elétron do 5s da prata passa pro 4d:

Não fica preocupado se não entendeu algum detalhe. Vamos fazer uns exercícios que você pega tudo!

Expandir

Exercício Resolvido #1

UFG - Lista de Exercícios de Química Geral. Professora Helen. Questão 08. Modificada.

Usando a convenção do gás nobre, escreva a distribuição eletrônica do arsênio ( Z = 33 ), no estado fundamental.

Através de sua distribuição eletrônica, justifique sua posição na tabela periódica.

MOSTRAR SOLUÇÃO COMPLETA

Passo 1

Diagrama de Pauling e tabela periódica na mão pra fazer a distribuição eletrônica e pra saber quem é o último gás nobre antes do arsênio na tabela.

Então o último gás nobre antes do arsênio é o argônio ( Z = 18 ).

E aí tá o diagrama de Pauling: