Elementos químicos

Formas de existência dos elementos químicos

Os elementos químicos raramente são encontrados isolados. Na natureza, eles podem existir em três formas principais:

• Como parte de substâncias compostas. A maioria dos elementos tende a formar compostos diversos. Por exemplo, o oxigênio é parte estrutural da água, do dióxido de carbono, da areia, do ácido sulfúrico, dos açúcares e até de medicamentos complexos (como a aspirina).
• Na forma de substâncias simples. Alguns elementos podem existir em estado livre, formando moléculas de átomos idênticos. Um exemplo claro é o oxigênio gasoso ($O_2$) e o ozônio ($O_3$).
• Gases nobres (inertais). Um grupo único de elementos: hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio. Na natureza, eles existem exclusivamente como átomos individuais e isolados. Podem ser encontrados como impurezas no ar atmosférico, dissolvidos em água e também em vazios de redes cristalinas de vários minerais.

Isótopos e símbolos

Cada elemento químico possui um símbolo, que consiste na primeira ou nas duas primeiras letras do seu nome em latim. É interessante notar que, em vários casos, esse símbolo não tem nenhuma correspondência fonética com o nome habitual em português. Por exemplo, o ferro é designado como Fe (Ferrum), e o mercúrio como Hg (Hydrargyrum).

Frequentemente, os elementos químicos possuem variedades de átomos chamadas isótopos. Os isótopos são variedades de átomos de um mesmo elemento que diferem entre si apenas pela massa atômica, mas são praticamente idênticos em todas as outras propriedades químicas. Um exemplo clássico é o hidrogênio comum (leve) e o hidrogênio pesado. A água que contém hidrogênio pesado («água pesada») difere da água natural em suas características físicas, mas, do ponto de vista químico, permanece sendo a mesma substância.

Abundância na crosta terrestre

Os elementos estão distribuídos de maneira extremamente desigual na natureza. Abaixo estão os dados sobre o teor de alguns elementos-chave na crosta terrestre (% em massa):

Lei Periódica e variantes de tabelas

Atualmente, existem várias formas de representação da Tabela Periódica na química:

1. Forma longa. Todos os elementos de um período são dispostos em uma única linha, enquanto os grupos principais (A) e secundários (B) formam colunas separadas.
2. Forma curta. O quarto, o quinto e o sexto períodos são divididos em duas linhas, e os grupos A e B com os mesmos números são combinados em colunas comuns.
3. Variante da IUPAC (IUPAC). Recomendada pela União Internacional de Química Pura e Aplicada. Nela, os grupos são simplesmente numerados de 1 a 18, e o nome de D. I. Mendeleev geralmente é omitido no cabeçalho.

Em cada período da tabela há exatamente 10 metais de transição. De acordo com a ideia clássica de Mendeleev, a tabela contém 8 grupos, sendo que o grupo VIIIB inclui três metais de transição de cada período.

Função prognóstica e o método das analogias

Há mais de 100 anos, a Lei Periódica serve como o principal guia na pesquisa química. Ela reduz drasticamente a quantidade de material a ser memorizado e possui uma função prognóstica — permite prever as propriedades de substâncias ainda não estudadas com base em seus análogos conhecidos.

Vamos analisar o método das analogias na prática. Suponha que precisemos escrever a reação entre o hidróxido de rubídio ($RbOH$) e o seleneto de hidrogênio ($H_2Se$). Os compostos desses elementos podem nos ser desconhecidos, por isso procuramos análogos no mesmo grupo:

• O rubídio ($Rb$) é análogo ao sódio ($Na$) e ao potássio ($K$), portanto, o $RbOH$ é uma base típica (álcali).
• O seleneto de hidrogênio ($H_2Se$) é análogo ao sulfeto de hidrogênio ($H_2S$), logo, ele apresenta propriedades ácidas pronunciadas.
• Resultado — a equação da reação: $2RbOH + H_2Se = Rb_2Se + 2H_2O$.

É importante lembrar que os elementos do mesmo grupo são análogos, mas não cópias absolutas. Ao longo do grupo, de cima para baixo, as propriedades mudam quantitativamente e o caráter metálico se acentua. Assim, no grupo IV, o ametal carbono ($C$) é substituído pelo metal chumbo ($Pb$), e no grupo V, o nitrogênio ($N$) é substituído pelo bismuto. Observa-se também uma analogia interessante: compostos de metais de transição e ametais em estados de oxidação elevados mostram semelhanças marcantes (por exemplo, o permanganato de potássio $KMnO_4$ é semelhante ao perclorato de potássio $KClO_4$).

Às vezes ocorrem anomalias inesperadas. Até 1962, os gases nobres eram considerados absolutamente inertes, com valência igual a zero. No entanto, o primeiro composto químico do xenônio foi obtido posteriormente — o hexafluorioplatinato de xenônio ($XePtF_6$). Hoje, dezenas de compostos de xenônio e criptônio são conhecidos. Estados de oxidação anômalos e caracteristicamente altos (+5 e +7) também foram descobertos para metais pesados — obtiveram-se fluoretos de ouro correspondentes.

Resumo: perguntas e respostas sobre o tema

Questões de aulas e exames

O que mais estudar sobre o tema

• Determinação do elemento e do isótopo com base na estrutura do núcleo atômico
• Característica comparativa e afinidade química dos elementos dentro de um mesmo grupo
• Cálculo de equivalentes químicos de substâncias simples
• Causas do aumento das propriedades metálicas nos subgrupos de cima para baixo

Outros tópicos da seção «Capítulo 1. Substâncias. Propriedades e estrutura»

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