Configuração eletrônica, tabela periódica e propriedades

A tabela periódica se assemelha às estantes de uma biblioteca: cada linha é um período e cada coluna é um grupo, como se mostra na figura.

Explique o que têm em comum as configurações eletrônicas dos elementos de um mesmo grupo e que informação o número do período fornece sobre a configuração de um elemento.

O alumínio das latas de refrigerante tem a configuração eletrônica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^1$.

1. a) Em que período da tabela ele se encontra? (Dica: observe o nível mais alto que tem elétrons.)
2. b) Quantos elétrons de valência ele tem?
3. c) O alumínio está no grupo $13$: que relação você observa entre esse número de grupo e os elétrons de valência?

Um elemento está no período $2$ e tem $4$ elétrons de valência.

1. a) Escreva a sua configuração eletrônica.
2. b) De que elemento se trata?
3. c) Em que grupo da tabela ele está situado?

A tabela periódica organiza os elementos em ordem crescente de número atômico $Z$. Explique por que essa ordem coincide com a ordem em que os orbitais vão sendo preenchidos, considerando que cada elemento tem mais um próton (e, se for neutro, mais um elétron) do que o anterior.

O lítio ($Z = 3$) e o sódio ($Z = 11$) são metais alcalinos tão reativos que no laboratório são conservados mergulhados em óleo, para não entrarem em contato com o ar.

1. a) Escreva a configuração eletrônica de cada um.
2. b) Indique o que têm em comum as suas camadas de valência e em que grupo da tabela estão.

O sódio e o cloro estão no período $3$, mas o átomo de sódio é bem maior do que o de cloro, como mostra a figura.

1. a) Escreva as configurações eletrônicas dos dois elementos e verifique que os elétrons de valência deles ocupam o mesmo nível.
2. b) Explique por que o átomo de cloro é menor, comparando o número de prótons que atraem essa camada de elétrons em cada caso.

Ao descer no grupo dos metais alcalinos (lítio, sódio, potássio), os átomos ficam cada vez maiores, como mostra a figura.

1. a) Escreva as configurações eletrônicas dos três elementos ($Z$: Li = 3, Na = 11, K = 19).
2. b) Explique, observando o número de níveis ocupados, por que o raio atômico aumenta ao descer no grupo.

Ordene em ordem crescente de raio atômico os átomos de flúor ($Z = 9$), cloro ($Z = 17$) e bromo ($Z = 35$). Justifique a sua resposta indicando quantos níveis de energia ocupados cada átomo tem (o flúor preenche até o nível $2$, o cloro até o $3$ e o bromo até o $4$).

Em uma atividade experimental da aula, deixam-se cair pequenos pedaços de lítio, sódio e potássio sobre água: o lítio libera bolhas lentamente, o sódio se desloca rapidamente pela superfície e o potássio queima com uma chama de cor violeta.

1. a) Ordene os três metais do menos reativo para o mais reativo.
2. b) Explique a ordem levando em conta a que distância do núcleo se encontra o elétron de valência em cada átomo e a facilidade com que ele é removido.

O flúor ($Z = 9$) de algumas pastas de dente e o cloro ($Z = 17$) das piscinas pertencem ao grupo $17$, o dos halogênios.

1. a) Escreva as configurações eletrônicas dos dois elementos.
2. b) Explique, a partir delas, por que razão estão no mesmo grupo.

O hélio ($Z = 2$) que resfria os ímãs das máquinas de ressonância magnética dos hospitais e o argônio ($Z = 18$) que preenche as lâmpadas de filamento pertencem ao grupo $18$, o dos gases nobres.

1. a) Escreva as configurações eletrônicas dos dois gases.
2. b) O que têm de especial os últimos níveis deles?
3. c) Relacione essa particularidade com o fato de os gases nobres quase não formarem compostos.

Na tabela periódica, os metais estão situados à esquerda e os não metais à direita, como mostra a figura.

Para cada um destes elementos, indique se é metal ou não metal e se é mais fácil para ele perder ou ganhar elétrons:

1. a) o sódio, do grupo $1$;
2. b) o cloro, do grupo $17$.

A cabeça dos fósforos contém enxofre, cuja configuração eletrônica é $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^4$.

1. a) Deduza em que período e em que grupo da tabela periódica está o enxofre.
2. b) Quantos elétrons faltam para ele completar o seu último nível?
3. c) Preveja que íon ele formará e indique a sua carga.

Um elemento está situado no grupo $2$ e no período $3$ da tabela periódica.

1. a) Escreva a sua configuração eletrônica.
2. b) De que elemento se trata? (Dica: queima com uma luz branca muito intensa e é utilizado em tochas luminosas e fogos de artifício.)
3. c) Preveja o íon que forma facilmente e escreva o seu símbolo com a respectiva carga.

O alumínio (grupo $13$) e o cloro (grupo $17$) formam o composto $\text{AlCl}_3$, presente em alguns antitranspirantes.

1. a) Preveja o íon que cada elemento forma, justificando a partir dos seus elétrons de valência.
2. b) Utilizando as cargas desses íons, justifique por que a fórmula é $\text{AlCl}_3$ e não $\text{AlCl}$.

Dois elementos desconhecidos têm números atômicos $Z = 3$ e $Z = 19$.

1. a) Escreva as configurações eletrônicas deles.
2. b) Deduza se pertencem ao mesmo grupo e indique qual é.
3. c) Preveja uma propriedade química que compartilhem.

Um elemento X tem a configuração eletrônica $1s^2\ 2s^2\ 2p^6\ 3s^2\ 3p^6\ 4s^1$.

1. a) Identifique-o com a ajuda da tabela periódica e deduza o seu período e o seu grupo.
2. b) É um metal ou um não metal? Que íon ele formará facilmente?
3. c) Preveja a fórmula do composto que forma com o oxigênio, que dá íons $\text{O}^{2-}$, e justifique-a.

O raio do átomo de sódio é de cerca de $0,190\ \text{nm}$, enquanto o do seu íon $\text{Na}^+$ é de apenas $0,098\ \text{nm}$. Em contrapartida, o átomo de cloro mede $0,099\ \text{nm}$ e o seu íon $\text{Cl}^-$ mede $0,181\ \text{nm}$, como se mostra na figura.

1. a) Indique como varia o tamanho de cada elemento ao se transformar em íon.
2. b) Explique as duas variações comparando o número de prótons e de elétrons antes e depois de se formarem os íons (você pode se ajudar com as configurações eletrônicas).

Os íons $\text{N}^{3-}$, $\text{O}^{2-}$, $\text{F}^{-}$, $\text{Na}^{+}$ e $\text{Mg}^{2+}$ têm todos a mesma configuração eletrônica, como se mostra na figura.

1. a) Escreva essa configuração.
2. b) Contudo, seus raios são diferentes: $0,065$; $0,098$; $0,133$; $0,140$ e $0,171\ \text{nm}$ (estão desordenados). Atribua cada raio ao íon correspondente e explique o critério utilizado, levando em conta que todos têm $10$ elétrons, mas número diferente de prótons no núcleo.

No grupo dos metais alcalinos, a reatividade aumenta ao descer no grupo: o potássio reage com a água muito mais violentamente do que o lítio. No grupo dos halogênios ocorre exatamente o contrário: o flúor é o mais reativo e, ao descer no grupo, a reatividade diminui, como se mostra na figura.

Explique as duas tendências com a mesma ideia: o que deve fazer cada família com os elétrons (perdê-los ou ganhá-los) para adquirir configuração de gás nobre e a que distância do núcleo está a sua camada de valência.

O gesso das paredes contém um elemento X cujo íon $\text{X}^{2+}$ é isoeletrônico com o argônio ($Z = 18$).

1. a) Calcule o número atômico de X e identifique-o com a ajuda da tabela periódica.
2. b) Deduza o seu grupo e o seu período.
3. c) Preveja se será um metal reativo e justifique o que aconteceria com um pequeno pedaço de X se o deixássemos cair na água (compare-o com o sódio).

O neônio nunca forma compostos químicos, mas o sódio e o cloro combinam-se facilmente para dar o sal de cozinha, $\text{NaCl}$.

1. a) Escreva as configurações eletrônicas dos três elementos ($Z$: Ne = 10, Na = 11, Cl = 17).
2. b) Explique por que o neônio «não precisa» reagir.
3. c) Explique por que o sódio e o cloro «precisam» um do outro para ficarem com configuração de gás nobre.

O lítio, o sódio e o potássio se assemelham muito entre si, e o mesmo acontece com o flúor, o cloro e o bromo.

1. a) Escreva as configurações eletrônicas do Li ($Z = 3$), do Na ($Z = 11$) e do K ($Z = 19$) e indique o que se repete nas camadas de valência deles.
2. b) Explique, a partir dessa repetição, por que as propriedades químicas dos elementos se repetem periodicamente ao longo da tabela.

Cinco elementos dos períodos $2$, $3$ e $4$ têm raios atômicos aproximados de $0,064$; $0,099$; $0,155$; $0,190$ e $0,235\ \text{nm}$. Trata-se do flúor, do cloro, do lítio, do sódio e do potássio, mas não se sabe qual é qual.

1. a) Atribua cada raio ao respectivo elemento, justificando com as duas tendências periódicas (como varia o raio ao avançar em um período e ao descer em um grupo).
2. b) Ordene os cinco elementos por número atômico crescente e explique como as duas tendências se combinam ao longo da tabela periódica.