Exercícios: Periodicidade das propriedades

Todos os elementos da coluna 1 da tabela, os metais alcalinos, terminam sua configuração eletrônica em $s^1$.

1. a) O que as configurações eletrônicas de todos os elementos de um mesmo grupo têm em comum?
2. b) Que consequência essa semelhança tem nas suas propriedades químicas? Dê um exemplo concreto do grupo 1.

No laboratório, o sódio é conservado mergulhado em óleo mineral porque reage violentamente com a água e até com a umidade do ar.

1. a) Descreva o que se observa ao colocar um pequeno pedaço de sódio em uma cuba com água.
2. b) Que gás é liberado na reação? Que caráter, ácido ou básico, tem a solução resultante?

O hélio dos balões e o néon dos anúncios luminosos são gases nobres.

1. a) O que as configurações eletrônicas dos gases nobres têm de especial?
2. b) Por que razão quase não formam compostos químicos? Que vantagem o hélio oferece em relação ao hidrogênio, que é inflamável, para encher balões?

O cloro que desinfeta as piscinas e o iodo das farmácias são halogênios (grupo 17).

1. a) Quantos elétrons de valência têm os halogênios? Que íon formam ao ganhar um elétron?
2. b) Explique, com base na transferência de elétrons entre ambos os átomos, por que o sódio e o cloro reagem formando cloreto de sódio, $\text{NaCl}$.

O terceiro período da tabela, da esquerda para a direita, é: Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl e Ar.

1. a) Indique quais destes elementos são metais, quais são não metais e qual é um semimetal.
2. b) Como varia o caráter metálico ao avançar da esquerda para a direita ao longo de um período?

Um fio de cobre conduz a corrente elétrica; um pedaço de enxofre, não.

1. a) Cite três propriedades típicas dos metais que não são compartilhadas pelos não metais.
2. b) Em que regiões da tabela periódica (esquerda, centro, direita) se situam os metais e os não metais?

A partir do grupo a que pertence cada elemento, indique que íon forma e justifique com o número de elétrons que ganha ou perde para completar a sua última camada:

1. a) magnésio (grupo 2)
2. b) nitrogênio (grupo 15)
3. c) potássio (grupo 1)

O sódio forma íons $\text{Na}^{+}$ e o oxigênio, íons $\text{O}^{2-}$.

1. a) Quantos íons $\text{Na}^{+}$ são necessários para compensar a carga de um íon $\text{O}^{2-}$?
2. b) Escreva a fórmula do óxido de sódio. Qual será a fórmula do óxido de potássio, que está no mesmo grupo que o sódio?

Ao deixar cair pequenos pedaços de lítio, sódio e potássio em três cubas com água, a reação é sucessivamente mais violenta. O esquema ilustra a estrutura em níveis de energia dos três átomos:

1. a) Ordene Li, Na, K e Rb em ordem crescente de reatividade com a água e faça o balanceamento da equação da reação do sódio: $\text{Na} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{NaOH} + \text{H}_2$.
2. b) Explique a tendência: quanto mais abaixo o metal alcalino se encontra no grupo, mais fácil ou mais difícil é remover o seu elétron de valência? Relacione com a reatividade dele.

Você pode fazer em papel e enviar uma foto com a sua resposta.

A reatividade dos halogênios varia de forma oposta à dos metais alcalinos: o flúor é o mais reativo e o iodo, o menos reativo.

1. a) Ao borbulhar cloro em uma solução de brometo de potássio, a solução fica amarronzada devido à formação de bromo: $\text{Cl}_2 + \text{KBr} \rightarrow \text{Br}_2 + \text{KCl}$. Balanceie a equação e explique o que significa o cloro «deslocar» o bromo de seus compostos.
2. b) Preveja se o iodo deslocaria o cloro de uma solução de $\text{NaCl}$. Justifique a resposta com a tendência ao longo do grupo.

Alguns raios atômicos medidos são: Li: $152\ \text{pm}$, Na: $186\ \text{pm}$ e K: $227\ \text{pm}$ no grupo 1; e Na: $186\ \text{pm}$, Mg: $160\ \text{pm}$ e Al: $143\ \text{pm}$ no terceiro período. A figura representa os seis átomos em escala:

1. a) Descreva, com base nesses dados, a tendência do raio atômico ao descer em um grupo e ao avançar ao longo de um período.
2. b) Explique-a: o que é adicionado ao descer em um grupo que faz o átomo aumentar, e o que aumenta ao avançar ao longo de um período que atrai mais fortemente a nuvem eletrônica?

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

A primeira energia de ionização (energia necessária para remover o elétron mais externo, em $\text{kJ/mol}$) vale: Na: $496$, Mg: $738$, Al: $578$ e Cl: $1251$ no terceiro período; e Li: $520$, Na: $496$ e K: $419$ no grupo 1. O gráfico representa todos esses valores:

1. a) Enuncie as duas tendências da energia de ionização: ao avançar ao longo de um período e ao descer em um grupo.
2. b) Relacione a baixa energia de ionização dos metais alcalinos com a sua facilidade em formar íons $\text{X}^{+}$ e, simultaneamente, com a sua elevada reatividade.

Preveja a fórmula destes compostos iônicos a partir das cargas habituais dos íons, justificando a transferência de elétrons:

1. a) alumínio ($\text{Al}^{3+}$) com enxofre ($\text{S}^{2-}$)
2. b) cálcio ($\text{Ca}^{2+}$) com nitrogênio ($\text{N}^{3-}$)

Um elemento é um gás incolor, inodoro e totalmente inerte; a indústria o utiliza como atmosfera protetora na soldagem a arco e para preencher o espaço entre os vidros das janelas de vidro duplo.

1. a) A qual grupo da tabela periódica ele pertence?
2. b) O átomo dele tem $18$ elétrons: de qual elemento se trata? Escreva a configuração eletrônica dele e explique, a partir dela, por que ele é inerte.

A eletronegatividade mede a tendência de um átomo de atrair para si os elétrons de uma ligação. Alguns valores: F: $4,0$, O: $3,5$, Cl: $3,2$, S: $2,6$, Na: $0,9$ e Cs: $0,7$.

1. a) Verifique, com base nestes dados, que a eletronegatividade aumenta ao avançar ao longo de um período e diminui ao descer em um grupo.
2. b) Qual elemento da tabela periódica é o mais eletronegativo e em que posição ele se encontra? Onde se situam, por outro lado, os elementos menos eletronegativos?

Ordene por ordem decrescente de caráter metálico os elementos Na, Mg, S e Si.

1. a) Justifique a ordem a partir das suas posições no terceiro período.
2. b) Explique que propriedade macroscópica, como a condução da corrente elétrica, variaria ao percorrer a série nessa ordem.

Os óxidos dos elementos do terceiro período são: $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, $\text{SO}_3$ e $\text{Cl}_2\text{O}_7$. Ao reagirem com a água, os dois primeiros originam soluções básicas e os dois últimos, soluções ácidas; o $\text{Al}_2\text{O}_3$ e o $\text{SiO}_2$ são praticamente insolúveis, embora o $\text{SiO}_2$ tenha caráter ácido (reage com as bases).

1. a) Relacione o caráter ácido ou básico do óxido com a posição do elemento no período e com o seu caráter metálico.
2. b) O óxido de alumínio é anfótero: reage como base diante dos ácidos e como ácido diante das bases. Esse comportamento se enquadra na sua posição intermediária no período? Justifique.
3. c) Preveja o caráter (ácido, básico ou anfótero) do óxido de potássio, $\text{K}_2\text{O}$, e do dióxido de selênio, $\text{SeO}_2$, a partir da posição do K e do Se na tabela periódica.

Raios medidos: Na: $186\ \text{pm}$ e $\text{Na}^{+}$: $95\ \text{pm}$; Cl: $99\ \text{pm}$ e $\text{Cl}^{-}$: $181\ \text{pm}$. A figura representa átomos e íons em escala:

1. a) Qual íon é menor do que o seu átomo neutro e qual é maior? Compare numericamente cada par.
2. b) Explique ambas as variações contando elétrons e níveis de energia: o que o sódio perde ao se ionizar e por que razão o cloro aumenta tanto ao ganhar um elétron (pense na repulsão entre elétrons)?
3. c) O íon $\text{Na}^{+}$ e o íon $\text{F}^{-}$ são isoeletrônicos (têm $10$ elétrons): preveja qual dos dois será maior e justifique comparando as suas cargas nucleares ($Z = 11$ para o Na e $Z = 9$ para o F).

Você pode fazer isso no papel e enviar uma foto com a sua resposta.

O selênio ($Z = 34$) é um oligoelemento essencial que aparece na composição de alguns suplementos alimentares.

1. a) Escreva a sua configuração eletrônica e deduza o seu período e o seu grupo.
2. b) Preveja: o seu íon mais frequente, a fórmula do seu composto com o sódio e a fórmula do seu hidreto (o composto com hidrogênio análogo à água).
3. c) Compare a sua reatividade com a do enxofre, que se situa imediatamente acima no mesmo grupo, e justifique com base na tendência dos não metais ao descer em um grupo.

As células fotoelétricas de algumas barreiras de segurança industriais contêm césio: a luz visível é suficiente para arrancar elétrons da sua superfície.

1. a) Relacione essa propriedade com a primeira energia de ionização do césio ($376\ \text{kJ/mol}$, a menor dos metais alcalinos) e com a sua posição no grupo 1.
2. b) O sódio tem $E_{i,1} = 496\ \text{kJ/mol}$: justifique, com base na tendência ao longo do grupo, por que o césio é mais adequado do que o sódio para esta aplicação.
3. c) O sódio e o potássio são guardados sob óleo: use as tendências do grupo para explicar o que aconteceria se fossem armazenados ao ar livre e por que o lítio pode ser manipulado com um pouco mais de calma.

Se representarmos a primeira energia de ionização em função do número atômico $Z$ para os primeiros $20$ elementos, obtém-se um gráfico em dentes de serra: picos em He, Ne e Ar, vales em Li, Na e K, e uma subida geral ao longo de cada período. A figura mostra essa representação:

1. a) Explique, recorrendo às respectivas configurações eletrônicas, por que razão os picos correspondem aos gases nobres.
2. b) Explique por que razão os vales correspondem aos metais alcalinos.
3. c) Sem consultar valores, preveja em que elemento na vizinhança de $Z = 36$ surgirá o próximo pico e em qual surgirá o próximo vale: justifique ambas as previsões.

Não existe o composto $\text{NaCl}_2$, mas existe $\text{MgCl}_2$; também não existe $\text{MgCl}$.

1. a) Usando as configurações eletrônicas do sódio e do magnésio, explique o que teria de acontecer para que existisse o íon $\text{Na}^{2+}$ e por que isso não ocorre (pense na energia necessária para a segunda ionização).
2. b) Explique por que o íon $\text{Mg}^{+}$ não surge nos compostos iônicos, ao passo que o $\text{Mg}^{2+}$ surge.
3. c) Conclua generalizando: como a tabela periódica «decide» as fórmulas dos compostos iônicos? Escreva a regra para um metal do grupo $g$ que forma íons $\text{X}^{g+}$ combinado com um halogênio que forma íons $\text{Y}^{-}$.