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A Tabela Periódica

Química do IGCSE · Tópico 8

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11:15

A Tabela Periódica

Esta é a tabela mais poderosa de toda a química: a Tabela Periódica. Parece um amontoado de caixas, mas esconde um segredo belo. Os elementos estão…

Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas

8.1

Organização dos elementos

Programa
Central Suplementar
1 Descreva a Tabela Periódica como um arranjo de elementos em períodos e grupos e em ordem crescente de número atômico/proton number
2 Descreva a mudança de caráter metálico para não metálico através de um período
3 Descreva a relação entre o número do grupo e a carga dos íons formados por elementos desse grupo
4 Explique as semelhanças nas propriedades químicas dos elementos no mesmo grupo da Tabela Periódica em termos de sua configuração eletrônica
5 Explique como a posição de um elemento na Tabela Periódica pode ser usada para prever suas propriedades 6 Identifique tendências nos grupos, dadas informações sobre os elementos

Fonte: Programa Cambridge International

Uma tabela periódica com amostras de elementos
A tabela periódica organiza os elementos em ordem de número atômico.

A Tabela Periódica 周期表 organiza todos os elementos 元素 em ordem crescente de número de prótons 质子数 (o número atômico 原子序数). As fileiras horizontais são chamadas de períodos 周期 e as colunas verticais são chamadas de grupos 族.

Alguns padrões-chave:

  • Ao longo de um período, os elementos mudam de metais 金属 à esquerda para não-metais 非金属 à direita.
  • O número do grupo indica a carga dos íons 离子 que os elementos formam. O Grupo I forma íons $+1$, o Grupo II forma íons $+2$ e o Grupo VII forma íons $-1$.
  • Elementos no mesmo grupo possuem propriedades químicas semelhantes. Isso ocorre porque eles têm o mesmo número de elétrons 电子 na camada externa (a mesma configuração eletrônica 电子排布 externa).

Devido a esses padrões, você pode usar a posição de um elemento para prever suas propriedades.

Tabela periódica esquemática: grupos como colunas numeradas e períodos como linhas, com metais sombreados à esquerda e não-metais à direita, divididos por uma linha em forma de escada
Grupos são as colunas e períodos são as linhas; os metais ficam à esquerda da linha escalonada, os não-metais à direita
Explorar

Identificar uma tendência ao longo de um período

Lendo ao longo de um período, as propriedades mudam em um padrão regular e repetitivo. Alterne a tendência para acompanhar o raio atômico, energia de ionização ou ponto de fusão mudar elemento por elemento.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
Periodic Table/ˌpɪərɪˈɒdɪk ˈteɪbl/ 周期表 zhōu qī biǎo
elements/ˈelɪmənts/ 元素 yuán sù
proton number/ˈprəʊtɒn ˈnʌmbə/ 质子数 zhì zǐ shù
atomic number/əˈtɒmɪk ˈnʌmbə/ 原子序数 yuán zi xù shù
periods/ˈpɪərɪədz/ 周期 zhōu qī
groups/ɡruːps/ 族 zú
metals/ˈmetlz/ 金属 jīn shǔ
non-metals/nɒn ˈmetlz/ 非金属 fēi jīn shǔ
ions/ˈaɪɒnz/ 离子 lí zi
electrons/ɪˈlektrɒnz/ 电子 diàn zi
electronic configuration/ɪlekˈtrɒnɪk kənˌfɪɡjəˈreɪʃn/ 电子排布 diàn zi pái bù
alkali metals/ˈælkəlaɪ ˈmetlz/ 碱金属 jiǎn jīn shǔ
lithium/ˈlɪθɪəm/ 锂 lǐ
sodium/ˈsəʊdɪəm/ 钠 nà
8.2

Grupo I — os metais alcalinos

Programa
Central Suplementar
1 Descreva os metais alcalinos do Grupo I, lítio, sódio e potássio, como metais relativamente macios com tendências gerais ao longo do grupo, limitadas a: (a) ponto de fusão decrescente (b) densidade crescente (c) reatividade crescente
2 Preveja as propriedades de outros elementos do Grupo I, dadas informações sobre os elementos

Fonte: Programa Cambridge International

Os elementos do Grupo I são os metais alcalinos 碱金属: lítio 锂, sódio 钠 e potássio 钾. Eles são metais macios 柔软 (você pode cortá-los com uma faca).

Um pequeno pedaço de potássio arde com uma explosão brilhante de faíscas e uma chama lilás na superfície de uma taça de água
O potássio reage violentamente com a água, liberando hidrogênio que queima com uma chama lilás — a reatividade aumenta descendo pelo Grupo I
Diagramas de camadas eletrônicas de lítio, sódio e potássio, cada um com um único elétron externo destacado
Todo átomo do Grupo I tem um elétron em sua camada externa, é por isso que reagem de formas semelhantes

Descendo pelo grupo, há tendências claras:

Propriedade Tendência ao descer o grupo
ponto de fusão 熔点 diminui
densidade 密度 aumenta
reatividade 活泼性 aumenta

Você pode usar essas tendências para prever as propriedades de outros elementos do Grupo I. Por exemplo, o rubídio (abaixo do potássio) seria ainda mais reativo e teria um ponto de fusão ainda menor.

Reação com a água e o que se vê

Esta é a reação mais cobrada nos exames. Todo metal do Grupo I reage com a água para formar uma base (hidróxido do metal) mais hidrogênio - exatamente por isso são chamados de metais alcalinos:

$$2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2$$

"Descreva o que você vê" vale pontos próprios, então aprenda a lista para sódio sobre a água:

  • ele flutua - o metal é menos denso que a água.
  • ele derrete formando uma bola - a reação libera calor e o ponto de fusão do metal é baixo.
  • ele se move pela superfície - o jato de hidrogênio que escapa o empurra.
  • há efervescência 泡腾 (borbulhamento) - o gás hidrogênio escapando.
  • ele diminui e desaparece à medida que é consumido.
  • a solução torna-se alcalina, então o indicador universal fica roxo (é agora $\text{NaOH}$).

A tendência aparece na intensidade disso: lítio borbulha constantemente mas não derrete; sódio derrete numa bola e corre ao redor; potássio é rápido o suficiente para inflamar seu próprio hidrogênio, queimando com uma chama lilás. Duas respostas a evitar: "hidrogênio é liberado" não é uma observação (você não pode vê-lo - diga efervescência), e o metal derrete porque a reação é exotérmica, não porque "a água está quente".

Explorar

Laboratório de tendências do Grupo I

Siga os metais do Grupo I para baixo no grupo e observe a reatividade aumentar.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
potassium/pəˈtæsɪəm/ 钾 jiǎ
soft/sɒft/ 柔软 róu ruǎn
8.3

Grupo VII — os halogênios

Programa
Central Suplementar
1 Descreva os halogênios do Grupo VII, cloro, bromo e iodo, como não-metais diatômicos com tendências gerais ao longo do grupo, limitadas a: (a) densidade crescente (b) reatividade decrescente
2 Afirme a aparência dos halogênios à temperatura e pressão ambiente como: (a) cloro, um gás verde-amarelado pálido (b) bromo, um líquido vermelho-marrom (c) iodo, um sólido cinza-negro
3 Descreva e explique as reações de deslocamento de halogênios com outros íons haleto
4 Preveja as propriedades de outros elementos do Grupo VII, dadas informações sobre os elementos

Fonte: Programa Cambridge International

Os elementos do Grupo VII são os halogênios 卤素: cloro 氯气, bromo 溴 e iodo 碘. Eles são diatômicos 双原子 não-metais (cada molécula é formada por dois átomos, como $\text{Cl}_2$).

Sua aparência à temperatura e pressão ambiente:

Halogênio Aparência
cloro um gás amarelo-esverdeado pálido
bromo um líquido vermelho-acastanhado
iodo um sólido cinza-negro

Descendo o grupo, a densidade aumenta, mas a reatividade diminui (a tendência oposta ao Grupo I).

Grupo I com uma seta de reatividade descendente ao lado do Grupo VII com uma seta de reatividade ascendente
O Grupo I torna-se mais reativo descendo o grupo, enquanto o Grupo VII torna-se menos reativo descendo — tendências opostas

Reações de deslocamento

Um halogênio mais reativo empurra para fora (desloca) um íon haleto 卤化物 menos reativo de sua solução. Esta é uma reação de deslocamento 置换反应.

Por exemplo, o cloro é mais reativo que o bromo, então o cloro desloca o bromo do brometo de potássio:

$$\text{Cl}_2 + 2\text{KBr} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{Br}_2$$
Solução incolor de brometo de potássio a ficar laranja quando se adiciona cloro
O cloro é mais reativo, então desloca o bromo da solução; o bromo liberado torna a solução incolor laranja

Exemplo resolvido. Cloro aquoso é adicionado a uma solução de iodeto de potássio; depois, iodo aquoso é adicionado a uma solução de brometo de potássio. O que acontece em cada caso? A reatividade cai para baixo no Grupo VII: cloro, depois bromo, depois iodo. (a) O cloro está acima do iodo, então é mais reativo e o desloca: $\text{Cl}_2 + 2\text{KI} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{I}_2$, e a solução fica vermelho-acastanhada quando o iodo é liberado. (b) O iodo está abaixo do bromo, então é menos reativo e não pode desloca-lo - há nenhuma reação e nenhuma mudança de cor. "Nenhuma reação" é uma resposta completa que vale pontos: verifique a ordem no grupo antes de escrever qualquer equação.

Explorar

Laboratório de tendências do Grupo VII

Siga os halogênios para baixo no grupo e observe a reatividade diminuir.

Vocabulário Treinar
Inglês Chinês Pinyin
trends/trendz/ 趋势 qū shì
melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ 熔点 róng diǎn
density/ˈdensɪti/ 密度 mì dù
reactivity/rɪəkˈtɪvɪti/ 活泼性 huó pō xìng
halogens/ˈhælədʒnz/ 卤素 lǔ sù
chlorine/ˈklɔːriːn/ 氯气 lǜ qì
bromine/ˈbrəʊmaɪn/ 溴 xiù
iodine/ˈaɪədiːn/ 碘 diǎn
diatomic/ˌdaɪəˈtɒmɪk/ 双原子 shuāng yuán zi
halide/ˈhælaɪd/ 卤化物 lǔ huà wù
displacement reaction/dɪˈspleɪsmənt rɪˈækʃn/ 置换反应 zhì huàn fǎn yìng
transition elements/trænˈsɪʃn ˈelɪmənts/ 过渡元素 guò dù yuán sù
coloured/ˈkʌləd/ 有色 yǒu sè
compounds/ˈkɒmpaʊndz/ 化合物 huà hé wù
variable/ˈveərɪəbl/ 可变 kě biàn
oxidation numbers/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbəz/ 氧化数 yǎng huà shù
iron/ˈaɪən/ 铁 tiě
noble gases/ˈnəʊbl ˈɡæsɪz/ 稀有气体 xī yǒu qì tǐ
unreactive/ʌnrɪˈæktɪv/ 不活泼 bù huó pō
monatomic/ˌmɒnəˈtɒmɪk/ 单原子 dān yuán zi
effervescence/ˌefəˈvesəns/ 泡腾 pào téng
8.4

Elementos de transição

Programa
Central Suplementar
1 Descreva os elementos de transição como metais que: (a) têm altas densidades (b) têm altos pontos de fusão (c) formam compostos coloridos (d) frequentemente atuam como catalisadores como elementos e em compostos 2 Descreva elementos de transição como tendo íons com números de oxidação variáveis, incluindo ferro(II) e ferro(III)

Fonte: Programa Cambridge International

Os metais de transição 过渡元素 são o bloco de metais no meio da Tabela Periódica. Comparados aos metais do Grupo I, eles:

  • têm altas densidades;
  • têm altos pontos de fusão;
  • formam compostos 化合物 coloridos 有色;
  • frequentemente atuam como catalisadores, tanto como elementos quanto em compostos.

Eles também podem ter números de oxidação 氧化数 variáveis 可变. Por exemplo, o ferro 铁 forma compostos de ferro(II) e ferro(III).

Seis béqueres com soluções de cores vivas — vermelho, laranja, amarelo, verde, azul e roxo
Metais de transição formam compostos coloridos: cada uma dessas soluções contém um íon diferente de metal de transição
Explorar

Laboratório de elementos de transição

Combine as propriedades dos metais de transição com exemplos reais.

8.5

Grupo VIII — os gases nobres

Programa
Central Suplementar
1 Descreva os gases nobres do Grupo VIII como inertes, gases monoatômicos e explique isso em termos de configuração eletrônica

Fonte: Programa Cambridge International

Os gases nobres 稀有气体 do Grupo VIII são inertes 不活泼, gases monoatômicos 单原子 (existem como átomos individuais, não como moléculas).

Eles são inertes porque já possuem uma camada externa de elétrons completa. Isso os torna estáveis, então não precisam ganhar, perder ou compartilhar elétrons.

Cinco tubos de descarga rotulados He, Ne, Ar, Kr e Xe, cada um a brilhar numa cor diferente
Passar eletricidade através de cada gás nobre faz com que ele emita uma cor característica — é assim que funcionam as placas de neon e outras luzes
Explorar

Laboratório de gases nobres

Classifique os usos dos gases nobres pela propriedade que os torna úteis.

8.5

Dicas de prova

  • A Tabela Periódica é ordenada pelo número de prótons. Elementos no mesmo grupo (coluna) têm o mesmo número de elétrons externos, então reagem de maneira semelhante; períodos são as linhas.
  • Grupo I (metais alcalinos) tornam-se mais reativos descendo; Grupo VII (halogênios) tornam-se menos reativos descendo — tendências opostas.
  • Um halogênio mais reativo desloca um menos reativo de uma solução de seu sal — por exemplo, o cloro desloca o bromo.
  • Gases nobres são inertes porque têm uma camada externa cheia. Metais de transição são duros e densos, formam compostos coloridos, atuam como catalisadores e têm números de oxidação variáveis.

Aulas interativas sobre este tópico

Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.

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