A Tabela Periódica dos Elementos

Até algumas décadas atrás considerava-se que o átomo era a menor porção em que se poderia dividir a matéria, posteriormente descobriu-se que o átomo era subdividido em partículas menores, e atualmente já se sabe que estas também são formadas por outras partículas. Os átomos são, portanto, constituídos por partículas menores, entretanto a diversidade de átomos existente tem quantidade limitada, sendo a maior porção de matéria existente na natureza com diversidade limitada, de forma que podemos formar um banco de dados limitado. Quando se trabalha com matéria de dimensões maiores, ou seja, formada de átomos, a diversidade se torna tão grande que ainda não é, e provavelmente não será, possível ter um banco de dados com uma quantidade definida, limitada. Um átomo é a menor porção que existe e pode ser dividido um elemento químico, mantendo ainda as suas propriedades físico-químicas mínimas.

É sabido que o átomo isoladamente não tem:

Ponto de fusão.
Ponto de ebulição.
Volume molar.
Densidade.
Também é sabido que o átomo tem:

Raio atômico.
Raio iônico.
Energia de ionização.
Portanto, átomos são os componentes básicos das moléculas e da matéria comum.

São compostos por partículas subatômicas. As mais conhecidas são os prótons, os nêutrons e os elétrons.

Compreender o átomo é fundamental para o estudo da química, da física e da tecnologia do mundo moderno.

O átomo é a unidade fundamental da matéria, o que significa dizer que toda matéria é constituída de átomos. Atualmente existem estudos a desvendar os fundamentos do átomo já o tornando não mais indivisível. Existem partículas dotadas de cargas que são denominadas quarks e que constituem os prótons os nêutrons do átomo.

A sua nomenclatura deriva do grego, em que significa indivisível (a = não, tomos = divisão), pois quando de sua idealização, imaginava-se sendo a menor partícula possível de matéria.

O átomo é formado por duas regiões básicas: o núcleo atômico e a eletrosfera, no qual se situam suas partículas componentes.

O núcleo é constituído de prótons (cargas positivas) e nêutrons (cargas neutras). Os nêutrons estabilizam o núcleo, uma vez que cargas de mesmo sinal tendem a se repelir.

Em torno do núcleo, na eletrosfera, estão os elétrons (cargas negativas). Os elétrons são atraídos pela carga positiva dos prótons e então ficam ao seu redor, na eletrosfera.

Havendo dois prótons no núcleo, devido à força nuclear forte, haverão dois nêutrons, e devido à força eletromagnética dois elétrons orbitando este núcleo.

Como a carga do elétron é igual à carga do próton, embora de naturezas opostas, para haver um equilíbrio eletrodinâmico no átomo, existe a necessidade da anulação ou neutralização das cargas elétricas. Desta maneira, quando existir uma determinada quantidade de cargas positivas no núcleo, a quantidade de cargas negativas externas deve ser a mesma num átomo em seu estado fundamental. Ocorrendo esta condição, pode-se dizer que o átomo é eletricamente neutro.


Os atomistas na antiga Grécia
Acreditava-se que a matéria seria constituída de elementos da natureza como fogo, água, terra e ar, que misturados em diferentes proporções resultariam em propriedades físico-químicas diferentes.

Leucipo e Demócrito imaginaram que a matéria não poderia ser dividida infinitamente, mas partindo-a várias vezes, chegaríamos a uma partícula muito pequena: uma esfera indivisível, impenetrável e invisível. Com a ajuda de Lucrécio, a idéia dos filósofos teve rápida propagação.

Átomo - A matéria-prima do universo

- Naquele tempo (430 a.C.), caminhando pelas areias próximas ao mar Egeu, o filósofo grego Leucipo disse a seu discípulo Demócrito: "Esta areia, vista de longe, parece ser um material contínuo, mas de perto é formada de grãos, sendo um material descontínuo. Assim ocorre com todos os materiais do Universo". "Mas, mestre", interrompeu Demócrito, "como posso acreditar nisso se a água que vemos aqui aparenta continuidade tanto de longe como de perto?" Respondeu-lhe Leucipo: "Muitos vêem e nâo enxergam; use os "olhos da mente", pois estes nunca o deixaram na escuridão do conhecimento. Em verdade, em verdade lhe digo: todos os materiais são feitos de partículas com espaços vazios ou vácuo entre elas. Essas partículas são tão pequenas que mesmo de perto não podem ser vistas. Muitos séculos passarão até que essa verdade seja aceita. Chegará o dia em que essas partículas serão até "vistas" pelo homem. Ide e ensinai a todos e aqueles que nela acreditarem encontraram encontrarão respostas para as suas perguntas sobre o Universo."


Evolução Histórica da Idéia de Átomo

[editar] O modelo atômico de Dalton
O cientista inglês John Dalton, em 1802, criou um modelo que retomava o antigo conceito dos gregos. Ele imaginou o átomo como uma pequena esfera, com massa definida e propriedades características. Dessa forma, todas as transformações químicas podiam ser explicadas pelo rearranjo de átomos. Dalton concebeu a existência de átomos com propriedades diferentes. E, dessa forma, definiu elemento químico. Os átomos que possuem a mesma massa, tamanho e forma constituem um elemento químico. Dalton formalizou seu modelo nos seguintes postulados:

Toda matéria é constituída por átomos. Esses são as menores partículas que a constituem; são indivisiveis e indestrutíveis, e não podem ser transformados em outros, nem mesmo durante os fenômenos químicos.

Átomos de elementos químicos diferentes têm massas diferentes e se comportam desigualmente em transformações químicas.

Os átomos de um mesmo elemento químico são idênticos em massa e se comportam igualmente em transformações químicas.

As transformações químicas ocorrem por separação e união de átomos. Isto é, os átomos de uma substância que estão combinados de um certo modo, separam-se, unindo-se novamente de uma outra maneira, formando outras substâncias.


O modelo atômico de Thomson
Entre 1813 e 1834, um cientista chamado Michael Faraday estudou a relação entre as quantidades de materiais em transformações químicas e de eletricidade necessária para realizar essas transformações. Esses estudos evoluíram até que, em 1891, a unidade mais simples de eletricidade foi determinada e denominada elétron. A descoberta de partículas com carga elétrica fez com o modelo atômico de Dalton ficasse superado. Em 1897, Thomson idealizou um experimento para medir a carga elétrica do elétron. Com base em seu experimento, e considerando o átomo eletricamente neutro (com quantidades iguais de partículas positivas e negativas), ele representou o átomo como uma esfera uniforme, de carga positiva, incrustada de elétrons (partículas negativas).


O modelo atômico de Rutherford
Em 1911, realizando experiências de bombardeio de lâminas de ouro com partículas alfa (partículas de carga positiva, liberadas por elementos radioativos), Rutherford fez uma importante constatação: a grande maioria das partículas atravessava diretamente a lâmina, algumas sofriam pequenos desvios e outras, em número muito pequeno (uma em cem mil), sofriam grandes desvios em sentido contrário.

A partir dessas observações, Rutherford chegou às seguintes conclusões:

No àtomo existem grandes espaços vazios; a maioria das partículas o atravessava sem sofrer nenhum desvio.
No centro do àtomo existe um núcleo muito pequeno e denso; algumas partículas alfa colidiam com esse núcleo e voltavam, sem atravessar a lâmina.
O núcleo tem carga elétrica positiva; as partículas alfa que passavam perto dele eram repelidas e, por isso, sofriam desvio em sua trajetória.
Pelo modelo atômico de Rutherford, o átomo é constituido por um núcleo central, dotado de cargas elétricas positivas (prótons), envolvido por uma nuvem de cargas elétricas negativas (elétrons).

Rutherford demonstrou, ainda, que praticamente toda a massa do átomo fica concentrada na pequena região do núcleo.

Dois anos depois de Rutherford ter criado o seu modelo, o cientista dinamarquês Niels Bohr o completou, criando o que hoje é chamado model planetário. Para Bohr, os elétrons giravam em órbitas circulares, ao redor do núcleo. Depois desses, novos estudos foram feitos e novos modelos atômicos foram criados. O modelo que representa o átomo como tendo uma parte central chamado núcleo, contendo prótons e nêutrons, serve para explicar um grande número de observações sobre os materiais.


O modelo atômico de Niels Bohr e a mecânica quântica
O modelo planetário de Rutherford foi um grande avanço para a comunidade científica, provando que o átomo não era maciço. Segundo a Teoria Eletromagnética, toda carga elétrica em movimento em torno de outra, perde energia em forma de ondas eletromagnéticas. E justamente por isso tal modelo gerou certo desconforto, pois os elétrons perderiam energia em forma de ondas eletromagnéticas, confinando-se no núcleo, tornando a matéria algo instável.

Bohr, que trabalhava com Rutherford propôs o seguinte modelo: o núcleo contendo os prótons e nêutrons e definiu as órbitas estacionárias, onde o elétron orbitaria o núcleo, sem que perdesse energia. Entre duas órbitas, temos as zonas proibidas de energia, pois só é permitido que o elétron esteja em uma das órbitas. Ao receber um fóton, o elétron salta de órbita, não num movimento contínuo, passando pela área entre as órbitas (daí o nome zona proibida), mas simplesmente desaparecendo de uma órbita e reaparecendo com a quantidade exata de energia. Se um pacote com energia insuficiente para mandar o elétron para órbitas superiores encontrar o elétron, nada ocorre. Mas se um fóton com a energia exata para que o elétron salte para órbitas superiores, ele certamente o fará, depois, devolvendo a energia absorvida em forma de ondas eletromagnéticas.


Estrutura
Os cientistas, por meio de técnicas avançadas, já perceberam a complexidade do átomo. Já comprovaram a presença de inúmeras partículas em sua constituição e desvenderam o comportamento dessas partículas. Mas para construir alguns conceitos que ajudam a entender a química do dia-a-dia, o modelo de átomo descrito por Rutherford-Bohr é suficiente. Na constituição do átomos predominam os espaços vazios. O núcleo, extremamente pequeno, é constituiído por prótons e nêutros. Em torno dele, constituindo a eletrosfera, giram os elétrons.

O diâmetro da eletrosfera de um átomo é de 10,000 a 100,000 vezes maior que o diâmetro de seu núcleo, e sua estrutura interna pode ser considerada , para efeitos práticos, oca; pois para encher todo este espaço vazio de prótons e nêutrons (ou núcleos) necessitaríamos de um bilhão de milhões de núcleos...

O átomo de hidrogênio é constituido por um só elétron, que gira em torno de um só próton. O hidrogênio é o único elemento cujo átomo não possui nêutrons.

O elétron e o próton possuem a mesma carga, porém não a mesma massa. O próton é 1836,11 vezes mais massivo que o elétron. Usando, como exemplo hipotético, um átomo de vinte prótons e vinte nêutrons em seu núcleo, e este estando em equilíbrio eletrodinâmico, terá vinte elétrons orbitando em suas camadas exteriores. Sua carga elétrica estará em perfeito equilíbrio eletrodinâmico, porém 99,97% de sua massa encontrará-se no núcleo. Apesar do núcleo conter praticamente toda a massa, seu volume em relação ao tamanho do átomo e de suas orbitais é minúsculo. O núcleo atômico mede em torno de 10 - 13 centímetros de diâmetro, enquanto que o átomo mede cerca de 10 − 8 centímetros.


Principais Características das Partículas Fundamentais
Massa Determinar a massa de um corpo significa comparar a massa desse corpo com uma unidade tomada como padrão. A unidade de massa tomada como padrão é o grama (g). Mas nós muitas vezes utilizamos o Quilograma, que significa 1000 vezes 1g. Um exemplo disso é quando dizemos que a massa da pessoa é 45 vezes a massa correspondente à massa do quilograma. Ou ainda: 45 kg = 45 x 1000g = 45000g Como as partículas que constituem o átomo são extremamente pequenas, uma unidade especial teve que ser criada para facilitar a determinação de suas massas. Essa unidade, denominada unidade massa átomica, é representada pela letra u. 1 u equivale a 1,6 . 10-27kg. 1,6 . 10-27 é o número que se obtém ao dividir 1,6 por 1 octilhão.

As massas do próton e do nêutron são praticamente iguais: medem 1 u (1 unidade de massa atômica). A massa do elétron é 1840 vezes menor que a do próton: ela é tão pequena que o elétron pode ser considerado desprovido de massa.

Carga Elétrica O elétron é uma partícula dotada de carga elétrica negativa. A sua carga, que foi determinada experimentalmente em 1908, equivale a uma unidade de carga elétrica (1 ue). A carga do próton é igual à do elétron, só que de sinal contrário. o próton tem carga elétrica positiva. O nêutron não possui carga elétrica. Como seu nome indica, ele é neutro.


Interação atômica
Se tivermos dois átomos hipotéticos, cuja carga elétrica seja neutra, presume-se que estes não se afetarão mutuamente por causa da neutralidade da força electromagnética entre si. A distribuição de cargas no átomo se dá de forma diversa. A carga negativa é externa, a carga positiva é interna, isto ocorre por que os elétrons orbitam o núcleo. Quando aproximamos dois átomos, mesmo estando em perfeita neutralidade interna, estes se repelem, se desviam ou ricocheteiam.

Exemplo típico ocorre no elemento hélio (He) onde seus átomos estão em eterno movimento de mútuo ricochete. Em temperatura ambiente, o gás hélio tem no movimento de seus átomos um rápido ricochete. Ao diminuir a temperatura, o movimento oscilatório diminui, o volume fica menor e a densidade aumenta. Chegaremos teoricamente num ponto em que o movimento de ricochete diminuirá tanto que não se poderá mais retirar energia deste. A este nível térmico, damos o nome de zero absoluto, este é –273,18 ºC.


Força de Van der Waals
A carga eletrônica não se distribui de maneira uniforme, algumas partes da superfície atômica são menos negativas que outras. Em função disto, a carga positiva que se encontra no interior do átomo infiltrar-se-á pelas áreas menos negativas externas, por isso haverá uma débil atração eletrostática entre os dois átomos chamada de força de Van der Waals.

Em baixíssima temperatura, os átomos de hélio movem-se muito lentamente, seu ricochete diminui a tal grau que é insuficiente para vencer as forças de Van der Waals, como o átomo de hélio é altamente simétrico, por este motivo as forças atuantes neste elemento são muito fracas. A contração do hélio ocorre e este acaba por se liquefazer a 4,3 graus acima do zero absoluto.

Nos demais gases presentes na natureza sua distribuição de cargas é menos simétrica que no hélio, as forças de Van der Waals são maiores ocasionando uma liquefação em temperaturas maiores.


Atração atômica
Nas regiões externas dos átomos, a distribuição eletrônica se dá em camadas, sua estrutura apresenta a estabilidade máxima se estas estiverem completas. Com exceção do hélio e outros elementos com estabilidade e simetria semelhante, geralmente a camada mais exterior do átomo é incompleta, ou podem possuir excesso de elétrons. Em função disto pode haver a transferência de um ou dois elétrons do átomo em que estão em excesso, para o átomo em que estão em falta, deixando as camadas externas de ambos em equilíbrio.

O átomo que recebe elétrons ganha carga negativa, e o que perdeu não equilibra totalmente sua carga nucléica, positiva. Ocorre então o aglutinamento atômico.

Existe ainda o caso de dois átomos colidirem. Ocorrendo, há o compartilhamento eletrônico entre ambos que passam a ter suas camadas mais externas completas desde que permaneçam em contato.



Elementos químicos conhecidos
É importante ter em mente que, átomo, é uma entidade elementar. O conjunto de átomos que apresentam o mesmo número atômico (Z) é chamado de Elemento Químico. Desta forma, na Tabela Periódica dos Elementos, a idéia de entidade elementar é substituída pela idéia de "conjunto".


Ex.: Ao procurar pelo Carbono na Tabela Periódica, você deve saber que está procurando pelo Elemento Carbono e não pelo átomo de Carbono.


A Tabela Periódica dos Elementos


Séries químicas da tabela periódica Metais alcalinos2 Metais alcalinos-terrosos2 Lantanídeos1, 2 Actinídios1, 2 Metais de transição2
Metais Representativos Metalóides Não-Metais Halogênios3 Gases nobres3

1Actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como "Metais-terrosos raros".
2Metais alcalinos, metais alcalinos-terrosos, metais de transição, actinídios e lantanídios são conhecidos coletivamente como "Metais".
3Halogêneos e gases nobres também são não-metais.
Estado do elemento nas condições normais de temperatura e pressão (CNTP):

aqueles com o número atômico em vermelho são gases nas CNTP;
aqueles com o número atômico em azul são líquidos nas CNTP;
aqueles com o número atômico em preto são sólidos nas CNTP.
Ocorrência natural

Sem borda indica existência de isótopo mais antigo que a Terra (elemento primordial).
Borda tracejada indica que o elemento surge do decaimento de outros.
Borda sólida indica que o elemento é produzido artificialmente (elemento sintético).
A cor mais clara indica elemento ainda não descoberto.

Moléculas
Uma vez partilhados eletronicamente os átomos podem possuir entre si uma ligação tão forte que para separá-los é necessária uma quantidade razoável de energia, portanto, permanecem juntos. Estas combinações são chamadas de moléculas, nome derivado do latim que significa pequeno objeto.

Nem sempre dois átomos em contato são suficientes para ter estabilidade, havendo necessidade de uma combinação maior para tê-la.

Para formar uma molécula de hidrogênio são necessários dois átomos deste elemento, uma molécula de oxigênio, necessita de dois átomos de oxigênio, e assim sucessivamente.

Para a formação de uma molécula de água são necessários dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio; metano, necessita de um átomo de carbono e quatro de hidrogênio; dióxido de carbono (bióxido), um carbono, e dois oxigênios e assim sucessivamente.

Existem casos de moléculas serem formadas por uma grande quantidade de átomos, são as chamadas macromoléculas. Isto ocorre principalmente com compostos de carbono, pois o átomo de carbono pode partilhar elétrons com até quatro elementos diferentes simultaneamente. Logo, pode ser possível a constituição de cadeias, anéis, e ligações entre estas moléculas longas, que são a base da chamada química orgânica.

Essa é a base das moléculas que caracterizam o tecido vivo, ou seja, a base da vida. Quanto maior a molécula e menos uniforme a distribuição de sua carga elétrica, mais provável será a reunião de muitas moléculas e a formação de substâncias líquidas ou sólidas. Os sólidos são mantidos fortemente coesos pelas interações eletromagnéticas dos elétrons e prótons e entre átomos diferentes e entre moléculas diferentes.

Em algumas ligações atômicas onde os elétrons podem ser transferidos formam-se os chamados cristais (substâncias iônicas). Nestes, os átomos podem estar ligados em muitos milhões, formando padrões de grande uniformidade. No átomo, sua interação nuclear diminui à medida em que aumenta a distância.