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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
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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
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