Princípios de classificação das substâncias
Na química, é costume dividir todas as substâncias em grupos com base em dois critérios principais: sua composição química e suas propriedades químicas características. Como resultado, formam-se duas categorias desproporcionais em volume:
- Substâncias simples. Sua composição inclui átomos de apenas um elemento específico. São formas básicas da matéria que não podem ser decompostas quimicamente em componentes mais simples.
- Substâncias compostas (também conhecidas como compostos químicos). Elas são construídas a partir de átomos de dois ou mais elementos diferentes. Se a composição do composto incluir exatamente dois elementos, ele é chamado de binário.
Metais e ametais: diferenças-chave
Globalmente, todas as substâncias simples são divididas em duas grandes classes, que possuem propriedades físicas e estrutura interna fundamentalmente diferentes.
Metais Destacam-se por um conjunto único de características físicas. Apresentam brilho metálico específico, alta capacidade de conduzir corrente elétrica e calor, além de boa maleabilidade. Em nível micro, eles formam as chamadas estruturas cristalinas metálicas. Visualmente, suas redes podem lembrar estruturas de armação, mas a natureza das ligações químicas nelas é completamente diferente.
Ametais Este grupo carece de propriedades físicas gerais que são características dos metais. Sua estrutura é fundamentalmente diferente: a esmagadora maioria dos ametais consiste em moléculas individuais. No entanto, existem exceções — alguns ametais, como o carbono (C) e o silício (Si), formam estruturas cristalinas de armação robustas.
Alotropia: a multiplicidade dos elementos
A natureza está disposta de tal forma que existem muito mais substâncias simples do que os próprios elementos químicos. Isso se explica pelo fenômeno da alotropia — a capacidade de um único elemento existir na forma de várias substâncias simples diferentes.
Um exemplo clássico de alotropia é demonstrado pelo oxigênio. Ele forma dois gases diferentes:
- Dioxigênio ($O_2$) — o gás comum, vital para nós.
- Trioxigênio ($O_3$) — ozônio, que se diferencia por sua instabilidade e capacidade de se decompor rapidamente.
Alguns elementos possuem natureza dual e são capazes de formar tanto formas metálicas quanto não metálicas. Por exemplo, o arsênio (As) existe nas modificações metálica (cinza) e molecular (amarela).
Posição na Tabela Periódica
Para determinar se um elemento pertence aos metais ou aos ametais, basta olhar para a sua posição na Tabela Periódica de Dmitri Mendeleev.
Analisa-se um retângulo convencional que inclui os elementos dos grupos IIIA a VIIIA. Se traçarmos uma linha diagonal do boro (B) ao astato (At), os elementos serão distribuídos da seguinte forma:
- Ametais localizam-se estritamente nesta diagonal e na região acima dela (o hidrogênio também pertence a este grupo).
- Metais incluem todos os demais elementos químicos da tabela.
Busca por novas substâncias simples
A ciência não para, e mesmo em elementos estudados há muito tempo e detalhadamente, os cientistas continuam a encontrar novas formas de substâncias simples. Um exemplo marcante é a descoberta feita em 1986, quando foi sintetizada uma forma completamente nova de carbono — uma substância com a fórmula $C_{60}$.
Nessa estrutura, os átomos de carbono estão localizados nos vértices de um poliedro tridimensional complexo que lembra uma bola de futebol. Toda uma classe de moléculas semelhantes recebeu o nome de fulerenos.
Resumo: perguntas e respostas sobre o tema
Quais modificações alotrópicas do carbono existem além dos fulerenos?
Além dos fulerenos, existem as seguintes modificações alotrópicas do carbono: diamante, grafite, carbino, nanotubos e carvão.
- Diamante — possui uma estrutura cristalina de armação com ambiente tetraédrico de átomos.
- Grafite — forma cristalina de substância simples.
- Carbino — consiste em moléculas lineares onde os átomos estão em estado de hibridização $sp$.
- Nanotubos — estrutura na qual os átomos de carbono estão dispostos ao longo da superfície de um cilindro.
- Carvão — a modificação alotrópica mais ativa.
Quais elementos químicos específicos pertencem aos gases nobres?
Os gases nobres (inertais) incluem seis elementos químicos: hélio (He), neônio (Ne), argônio (Ar), criptônio (Kr), xenônio (Xe) e radônio (Rn). Na natureza, eles existem na forma de átomos isolados individuais. A fonte também indica que hélio, neônio e argônio não formam óxidos; a afirmação sobre a incapacidade de todos os seis elementos formarem óxidos não está confirmada nas fontes fornecidas.
Quais elementos biogênicos organogênicos pertencem à classe dos ametais?
Nas fontes fornecidas, os elementos organogênicos e biogênicos incluem carbono (C), oxigênio (O), nitrogênio (N), hidrogênio (H), enxofre (S) e fósforo (P). Carbono, oxigênio, nitrogênio e hidrogênio compõem 98% da composição dos organismos vivos. O enxofre faz parte das proteínas na forma de grupos sulfidrila, e o fósforo é essencial para a síntese de ácidos nucleicos e ATP. A classificação direta de todos os elementos listados na classe dos ametais não é especificada nas fontes.
Para encontrar facilmente ametais na Tabela Periódica, trace mentalmente a diagonal «Boro – Astato». Tudo o que está nela e acima/à direita (mais o hidrogênio) são ametais. O restante do reino dos elementos são metais.
Questões de aulas e exames
Por que o número de substâncias simples não coincide com o número de elementos químicos?
Isso se deve à alotropia. Muitos elementos são capazes de formar não apenas uma, mas várias substâncias simples de uma só vez, diferindo em estrutura e propriedades (como o oxigênio e o ozônio).
Como a estrutura da maioria dos ametais difere da estrutura do carbono?
A maioria dos ametais possui estrutura molecular, enquanto o carbono (junto com o silício) forma uma estrutura cristalina de armação robusta.
Existem elementos que são gases formados por átomos isolados?
Sim, os gases nobres (6 elementos) existem na forma de gases monoatômicos. Apenas com uma diminuição significativa da temperatura eles são capazes de passar para estados líquidos ou sólidos não metálicos.
O que mais estudar sobre o tema
- Redes cristalinas: metálicas vs. de armação
- Propriedades físico-químicas das modificações alotrópicas do oxigênio
- A natureza dupla dos elementos químicos usando o arsênico como exemplo
- Estrutura espacial e aplicação dos fulerenos
- Compostos binários: nomenclatura e características de formação
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Outros tópicos da seção «Capítulo 3. Classificação de substâncias»
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