Metais E Ligas Metálicas 12ºano - Tp

1.1. METAIS E LIGAS METÁLICAS 1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

1

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

Cada elemento tem um nome e um símbolo químico. Os elementos são agrupados, classificados e organizados de forma sistemática.

O ouro, a prata ou o cobre são conhecidos desde a Antiguidade. Muitos elementos foram isolados apenas no século XX, e ainda mais recentemente, elementos têm vindo a ser produzidos artificialmente.

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

A mais de 30 ºC

3

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

4

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Grupo → 1

2

3

4

h a 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17l o g é ELEMENTOS REPRESENTATIVOS (a verde) n e Não o METAIS s Metalóides

5

↓ Período 1

1 H

Metais alcalinoterrosos

2

3 Li

4 Be

3

11 Na

12 Mg

4

19 K

20 Ca

21 Sc

22 Ti

23 V

24 Cr

25 Mn

26 Fe

27 Co

28 Ni

29 Cu

5

37 Rb

38 Sr

39 Y

40 Zr

41 Nb

42 Mo

43 Tc

44 Ru

45 Rh

46 Pd

6

55 Cs

56 Ba

*

72 Hf

73 Ta

74 W

75 Re

76 Os

77 Ir

7

87 Fr

88 Ra

**

104 Rf

105 Db

106 Sg

107 Bh

108 Hs

* Lantanídios - lantânio

57 La

58 Ce

59 Pr

60 Nd

** Actinídios – a

89 Ac

90 Th

91 Pa

92 U

18

2 He

5 B

6 C

7 N

8 O

9 F

10 Ne

13 Al

14 Si

15 P

16 S

17 Cl

18 Ar

30 Zn

31 Ga

32 Ge

33 As

34 Se

35 Br

36 Kr

47 Ag

48 Cd

49 In

50 Sn

51 Sb

52 Te

53 I

54 Xe

78 Pt

79 Au

80 Hg

81 Tl

82 Pb

83 Bi

84 Po

85 At

86 Rn

109 Mt

110 Ds

111 Rg

112 Uub

113 Uut

114 Uuq

115 Uup

116 Uuh

117 Uus

118 Uuo

61 Pm

62 Sm

63 Eu

64 Gd

65 Tb

66 Dy

67 Ho

68 Er

69 Tm

70 Yb

71 Lu

93 Np

94 Pu

95 Am

96 Cm

97 Bk

98 Cf

99 Es

100 Fm

101 Md

102 No

103 Lr

Metais de transição

G a s e s

n o b r e s

Metais alcalinos Metais de transição interna

5

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

Uma das representações da TP pode individualizar blocos – de acordo com o tipo de preenchimento das orbitais de valência.

bloco p

bloco d

bloco s

bloco f

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Os elementos na tabela periódica - revisões As contribuições de Bohr foram determinantes para o progresso da física, mas houve que, a partir de novos contributos, proceder à “construção” de um modelo atómico mais sólido e consistente.

O modelo quântico Deixamos de falar em órbita e começamos a falar em orbital, ou seja, em zonas do átomo em que existem PROBABILIDADES de encontrarmos o electrão A equação de Schrödinger iniciou uma nova era na Física e na Química ---- a mecânica quântica.

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Os elementos na tabela periódica - revisões

NÚMERO QUÂNTICO PRINCIPAL ,

n

Determina a energia de uma orbital

n = 1,2,3 …

-- níveis de energia -- >n → >distância ao núcleo -- >n → > energia -- nº de electrões possível em cada nível 2n2

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1.1.2. Os elementos na tabela periódica - revisões

NÚMERO QUÂNTICO DE MOMENTO ANGULAR OU SECUNDÁRIO ,

l

Está relacionado com a forma das orbitais

l = 0, 1,2 … n-1 -- sub-níveis de energia -- forma da orbital: -- l = 0 (tipo s) -- l = 1 (tipo p) -- l = 2 (tipo d) -- l = 3 (tipo f)

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1.1.2. Os elementos na tabela periódica - revisões

NÚMERO QUÂNTICO MAGNÉTICO , Descreve a orientação da orbital no espaço

ml ml = -l, …, -1, 0, 1, … +l

-- orientação da orbital no espaço -- localização do electrão no subnível -- nº de valores possíveis = 2l + 1

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Os elementos na tabela periódica - revisões

dado por ml

orbitais do tipo s (1) e do tipo p (3) As orbitais s são esféricas e centradas no núcleo

As orbitais p têm dois lóbulos opostos

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Os elementos na tabela periódica - revisões

orbitais do tipo d (5)

dxy

dyz

dxz dx2 – y2

orbitais do tipo f (7)

dz2

As orbitais d com orientações + complexas

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Os elementos na tabela periódica

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Os elementos na tabela periódica - revisões

NÚMERO QUÂNTICO DE SPIN ELECTRÓNICO, Descreve o movimento giratório do electrão

ms

1 ms= + ou - l/2 2 Para ter em conta o movimento giratório do electrão, usamos um quarto nº quântico – ms . A interacção entre um electrão e o campo magnético provoca o desvio de metade dos electrões para um lado e outra metade para outro.

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Os elementos na tabela periódica - revisões

Regra de Hund – estabelece que o arranjo mais estável em subcamadas é aquele que contém um maior nº de spins paralelos: 1s 12

Mg 2s 2p 3s

Representação esquemática: 1s22s22p63s2 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

Princípio de exclusão de Pauli – não pode haver dois electrões no mesmo átomo com os 4 nºs quânticos iguais.

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos 12ºCT4 06.07

Estes elementos possuem os electrões de valência em mais que um nível de energia, podendo apresentar vários n.o. ELEMENTOS DE TRANSIÇÃO – grupos 3 a 12 da TP

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Ar

1s22s22p63s23p6

Representação esquemática: 1s22s22p63s2 3p 4s 3d

4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

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1.1.2. Metais de transição EFEITO DE BLINDAGEM

Barreira de protecção dos electrões mais internos em relação à atracção do núcleo sobre um dado electrão Porque é que a orbital 2s é menos blindada (pelos electrões 1s) do que a orbital 2p?

Pois os electrões 2s passam mais tempo perto do núcleo que os 2p (ver forma das orbitais), i.é, são menos blindados pelos electrões 1s: daí que a energia para remover um electrão 2p é menor do

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1.1.2. Metais de transição CARGA NUCLEAR EFECTIVA

Carga nuclear total corrigida do efeito de repulsão entre os electrões

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

Energia de ionização Os iões metálicos formam, predominantemente, iões positivos Os iões não metálicos formam, predominantemente, iões negativos

Energia de ionização é a energia mínima necessária (kJ/mol) para remover um electrão a um átomo gasoso no seu estado fundamental.

M (g) + E1 → M+ (g) + eM+ (g) + E2 → M2+ (g) + e3ªEi … etc

E2 > E1 > 0

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

Energia de ionização

Os metais têm

Ei

) e os não metais electrónica s

baixas (tendência para libertarem e-

Ei altas, ou seja, têm alta afinidade

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

Regra geral, a

Energia de ionização

Ei aumenta ao longo do período, dado o aumento da carga nuclear efectiva. Excepções (5B e 13 Al do grupo 13): Efeito de blindagem. Os electrões do grupo 3 têm um único electrão na subcamada exterior p (ns2np1), que está bastante bem blindado pelos electrões internos ns2.

Excepções (8O e 16 S do grupo 16): No grupo 15 (ns2np3), cada electrão está em orbitais distintas (Regra de Hund), casos do N e do P. No grupo 16 (ns2np4), há muita proximidade entre 2 es, logo aumenta a repulsão electroestática nos es; o que se sobrepõem ao efeito da CargaNuclearEf. O S B Al

Metais Alc têm as + baixas engs de ionização22

1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

Afinidade electrónica, Eea é o negativo da variação de energia que ocorre quando um electrão é captado por um átomo no seu estado gasoso (se ∆H= -x, então a a.e. é de x).

M (g) + e- → M- (g) Quanto mais negativa for Eea maior é a tendência do átomo para captar um electrão.

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1.1.2. Um olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

The first electron affinities of the group 7 elements

F

-328 kJ mol-1

Cl

-349 kJ mol-1

Br

-324 kJ mol-1

I

-295 kJ mol-1

Aumenta (gen) ao longo do período

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Metais de transição 18

Ar

1s22s22p63s23p6

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Metais de transição Com a excepção do Cr e do Cu, todos os átomos da série d possuem 2 electrões 4s de valência

24

Cr : [Ar] 3d54s1

29

Cu: [Ar] 3d10 4s1

A presença das orbitais 4s e 3d – com energias próximas – leva a que os átomos deste grupo formem iões positivos de carga variada (Cu+ e Cu2+ ; Fe2+ e Fe 3+ ), apresentando variados nºs de oxidação.

26

1.1.2. Metais de transição 24

Cr : [Ar] 3d54s1

29

Cu: [Ar] 3d10 4s1

Este comportamento anómalo é uma consequência da proximidade das energias 3d e 4s. No início da série, o nível 4s tem uma energia mais baixa que o nível 3d. À medida que aumenta a carga nuclear a orbital o nível 3d torna-se cada vez mais estável comparando com 4s. Além disso há uma estabilidade adicional associada às subcamadas semi-preenchidas (3d5) e completamente preenchidas (3d10 ) -

24

Cr: [Ar]

29

Cu: [Ar]

4s1

4s1

3d5

3d10

27

Configurações electrónicas no estado fundamental

28

Metais de transição 18

Ar

1s22s22p63s23p6

O escândio (Sc) é o primeiro elemento da 1ª série dos metais de transição Recordar (18) que as orbitais 3d são 5, podendo ter, no máx, 10 electrões

21

Sc : [Ar]3d14s2

E porque não : [Ar]3d3

Porque E4s < E3d

Representação esquemática: 1s22s22p63s2 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d 6p 7s 5f 6d 7p 8s

29

Metais de transição

Então porque é que a configuração do K e do Ca é 19

K : [Ar]4s1

20

Ca : [Ar]4s2 Configurações excitadas dos átomos de K e de Ca

e não

19

K : [Ar]3d1

20

Ca : [Ar]3d2

A diferença energética entre as orbitais 4s e 3d é muito pequena. Nestes casos 4s tem menor energia que 3d!

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