Bloco (tabela periódica)

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Blocos s, f, d e p na tabela periódica

Um bloco da tabela periódica é um conjunto de elementos unificados pelos orbitais atômicos em que seus elétrons de valência ou vacâncias se encontram. [1] O termo parece ter sido usado pela primeira vez por Charles Janet . [2] Cada bloco recebe o nome de seu orbital característico: bloco s, bloco p, bloco d e bloco f.

Os nomes dos blocos (s, p, d e f) são derivados da notação espectroscópica para o valor do número quântico azimutal de um elétron : sustenido (0), principal (1), difuso (2) ou fundamental (3). As notações sucessivas seguem em ordem alfabética, como g, h, etc., embora ainda não tenham sido encontrados elementos que pertenceriam a tais blocos.

Características

A divisão em blocos justifica-se por sua natureza distinta: s é caracterizado, exceto em H e He, por metais altamente eletropositivos; p por uma gama de metais e não metais muito distintos, muitos deles essenciais à vida; d por metais com múltiplos estados de oxidação; f por metais tão semelhantes que sua separação é problemática. Declarações úteis sobre os elementos podem ser feitas com base no bloco ao qual pertencem e sua posição nele, por exemplo, estado de oxidação mais alto, densidade, ponto de fusão... A eletronegatividade é distribuída sistematicamente entre os blocos.

PJ Stewart
em Fundamentos da Química, 2017 [3]

Há uma correspondência aproximada entre essa nomenclatura de blocos, baseada na configuração eletrônica , e conjuntos de elementos baseados em propriedades químicas. O bloco s e o bloco p juntos são geralmente considerados elementos do grupo principal , o bloco d corresponde aos metais de transição e o bloco f abrange quase todos os lantanídeos (como o lantânio ) e os actinídeos (como o actínio ). Nem todos concordam com a composição exata de cada conjunto de elementos. Por exemplo, os elementos do grupo 12 zinco , cádmio e mercúriosão frequentemente considerados como grupo principal, em vez de grupo de transição, porque são quimicamente e fisicamente mais semelhantes aos elementos do bloco p do que aos outros elementos do bloco d. Os elementos do grupo 3 às vezes são considerados elementos do grupo principal devido às suas semelhanças com os elementos do bloco s. Os grupos (colunas) no bloco f (entre os grupos 2 e 3) não são numerados.

O hélio é um elemento do bloco s , com seus elétrons mais externos (e únicos) no orbital atômico 1s , embora suas propriedades químicas sejam mais semelhantes às dos gases nobres do bloco p do grupo 18 devido à sua camada completa.

s-bloco

…Na, K, Mg e Ca são essenciais em sistemas biológicos. Alguns…outros elementos do bloco s são usados ​​na medicina (por exemplo, Li e Ba) e/ou ocorrem como contaminantes menores, mas úteis em biominerais de Ca, por exemplo, Sr…Esses metais exibem apenas um estado de oxidação estável [+1 ou +2]. Isso permite que [seus]... íons se movam pela célula sem... perigo de serem oxidados ou reduzidos.

Wilkins RG e Wilkins PC (2003)
O papel do cálcio e cátions comparáveis ​​no comportamento animal, RSC , Cambridge, p. 1

O bloco s está no lado esquerdo da tabela periódica convencional e é composto pelos elementos das duas primeiras colunas mais um elemento da coluna mais à direita, os não-metais hidrogênio e hélio e os metais alcalinos (do grupo 1) e metais alcalino-terrosos (grupo 2). Sua configuração geral de valência é n s 1–2 . O hélio é um elemento s, mas quase sempre encontra seu lugar na extrema direita no grupo 18 , acima do neônio do elemento p . Cada linha da tabela tem dois elementos s.

Os metais do bloco s (a partir do segundo período ) são em sua maioria macios e geralmente têm pontos de fusão e ebulição baixos. A maioria dá cor a uma chama.

Quimicamente, todos os elementos s, exceto o hélio , são altamente reativos. Os metais do bloco s são altamente eletropositivos e muitas vezes formam compostos essencialmente iônicos com não metais, especialmente com os não metais halogênios altamente eletronegativos.

p-bloco

O bloco p está no lado direito da tabela periódica padrão e engloba elementos nos grupos 13 a 18. Sua configuração eletrônica geral é n s 2 n p 1–6 . O hélio , embora seja o primeiro elemento do grupo 18, não está incluído no bloco p. Cada linha da tabela tem um lugar para seis elementos p, exceto para a primeira linha (que não tem nenhum).

Alumínio (metal), número atômico 13
Silício (metalóide), número atômico 14
Fósforo (não metal), número atômico 15

Este bloco é o único que possui todos os três tipos de elementos: metais , não metais e metalóides . Os elementos do bloco p podem ser descritos grupo por grupo como: grupo 13, os icosagens ; 14, os cristalógenos ; 15, os pnictógenos ; 16, os calcogênios ; 17, os halogênios ; e 18, o grupo hélio , composto pelos gases nobres (excluindo o hélio) e oganesson . Alternativamente, o bloco p pode ser descrito como contendo metais pós-transição ; metalóides; não- metais reativos incluindo os halogênios ; e gases nobres (exceto hélio).

Os elementos do bloco p são unificados pelo fato de que seus elétrons de valência (mais externos) estão no orbital p. O orbital p consiste em seis formas lobadas provenientes de um ponto central em ângulos uniformemente espaçados. O orbital p pode conter no máximo seis elétrons, portanto, existem seis colunas no bloco p. Os elementos da coluna 13, a primeira coluna do bloco p, têm um elétron p-orbital. Os elementos da coluna 14, a segunda coluna do bloco p, possuem dois elétrons no orbital p. A tendência continua assim até a coluna 18, que tem seis elétrons do orbital p.

O bloco é uma fortaleza da regra do octeto em sua primeira linha, mas os elementos nas linhas subsequentes geralmente exibem hipervalência . Os elementos do bloco p mostram estados de oxidação variáveis ​​geralmente diferindo por múltiplos de dois. A reatividade dos elementos em um grupo geralmente diminui para baixo. (O hélio quebra essa tendência no grupo 18 por ser mais reativo que o neônio, mas como o hélio é na verdade um elemento do bloco s, a porção do bloco p da tendência permanece intacta.)

O oxigênio e os halogênios tendem a formar mais compostos iônicos com os metais; os não-metais reativos restantes tendem a formar compostos mais covalentes, embora a ionicidade seja possível quando a diferença de eletronegatividade é alta o suficiente (por exemplo, Li 3 N ). Os metalóides tendem a formar compostos covalentes ou ligas com metais.

bloco d

Os  ... elementos mostram uma semelhança horizontal em suas propriedades físicas e químicas, bem como a relação vertical usual. Essa semelhança horizontal é tão marcante que a química da primeira  ... série  ... é muitas vezes discutida separadamente da da segunda e da terceira séries, que são mais semelhantes entre si do que com a primeira série.

Kneen WR, Rogers MJW e Simpson P 1972
Química: Fatos, padrões e princípios, Addison-Wesley, Londres, pp. 487-489 

O bloco d está no meio da tabela periódica e engloba elementos dos grupos 3 a 12; começa no 4º período . Períodos do quarto em diante têm um espaço para dez elementos do bloco d. A maioria ou todos esses elementos também são conhecidos como metais de transição porque ocupam uma zona de transição nas propriedades, entre os metais fortemente eletropositivos dos grupos 1 e 2 e os metais fracamente eletropositivos dos grupos 13 a 16. Grupo 3 ou grupo 12, enquanto ainda contados como metais do bloco d, às vezes não são contados como metais de transição porque não mostram as propriedades químicas características dos metais de transição, por exemplo, múltiplos estados de oxidação e compostos coloridos.

Os elementos do bloco d são todos metais e a maioria tem um ou mais elétrons do orbital d quimicamente ativos. Como há uma diferença relativamente pequena na energia dos diferentes elétrons do orbital d, o número de elétrons que participam da ligação química pode variar. Os elementos do bloco d tendem a apresentar dois ou mais estados de oxidação, diferindo por múltiplos de um. Os estados de oxidação mais comuns são +2 e +3. Cromo , ferro , molibdênio , rutênio , tungstênio e ósmio podem ter números de oxidação formais tão baixos quanto -4; o irídio tem a singular distinção de ser capaz de atingir um estado de oxidação de +9.

Os orbitais d (quatro em forma de trevo de quatro folhas e o quinto como um haltere com um anel ao redor) podem conter até cinco pares de elétrons.

f-bloco

Por causa de sua estrutura eletrônica complexa, os efeitos significativos de correlação eletrônica e as grandes contribuições relativísticas, os elementos do bloco f são provavelmente o grupo de elementos mais desafiador para a teoria da estrutura eletrônica. 

Dolg M 2015 (ed.)
Métodos computacionais em química de lantanídeos e actinídeos, John Wiley & Sons, Chichester, p. xvii

Períodos a partir do sexto lugar têm lugar para quatorze elementos do bloco f. O bloco f aparece como uma nota de rodapé em uma tabela padrão de 18 colunas, mas está localizado no centro-esquerdo de uma tabela de largura total de 32 colunas. Embora esses elementos geralmente não sejam considerados parte de nenhum grupo , alguns autores os consideram parte do grupo 3. Às vezes são chamados de metais de transição interna porque fornecem uma transição entre o bloco s e o bloco d na e linha (período), da mesma forma que os metais de transição do bloco d fornecem uma ponte de transição entre o bloco s e o bloco p nas 4ª e 5ª filas.

Os elementos do bloco f vêm em duas séries, nos períodos 6 e 7. Todos são metais. Os elétrons do orbital f são menos ativos na química dos elementos do bloco f do período 6, embora façam alguma contribuição: [4] eles são bastante semelhantes entre si. Eles são mais ativos nos elementos do bloco 7 f do período inicial, onde as energias das camadas 5f, 7s e 6d são bastante semelhantes; consequentemente, esses elementos tendem a apresentar tanta variabilidade química quanto seus análogos de metais de transição. Os elementos posteriores do bloco f se comportam mais como suas contrapartes do período 6.

Os elementos do bloco f são unificados por terem principalmente um ou mais elétrons em um orbital f interno. Dos orbitais f, seis têm seis lóbulos cada, e o sétimo parece um haltere com uma rosquinha com dois anéis. Eles podem conter até sete pares de elétrons, portanto, o bloco ocupa quatorze colunas na tabela periódica. Não são atribuídos números de grupo, uma vez que as tendências periódicas verticais não podem ser discernidas em um "grupo" de dois elementos.

As duas linhas de 14 membros dos elementos do bloco f às vezes são confundidas com os lantanídeos e os actinídeos , que são nomes para conjuntos de elementos baseados em propriedades químicas mais do que configurações eletrônicas. Os lantanídeos são os 15 elementos que vão do lantânio (La) ao lutécio (Lu); os actinídeos são os 15 elementos que vão do actínio (Ac) ao laurêncio (Lr).

bloco g

Prevê-se que um bloco g comece na vizinhança do elemento 121 . Embora não se espere que os orbitais g comecem a preencher o estado fundamental até por volta do elemento 124-126 (consulte a tabela periódica estendida ), eles provavelmente já têm energia baixa o suficiente para começar a participar quimicamente no elemento 121, [5] semelhante à situação dos orbitais 4f e 5f.

Se a tendência das linhas anteriores continuasse, o bloco g teria dezoito elementos. No entanto, os cálculos preveem uma indefinição muito forte da periodicidade no oitavo período, a ponto de os blocos individuais se tornarem difíceis de delinear. É provável que o oitavo período não siga exatamente a tendência das linhas anteriores. [6]

Simetria

Os quatro blocos podem ser rearranjados de forma que caibam, equidistantes, dentro de um tetraedro regular . [7] [ esclarecimento necessário ]

Veja também

Referências

  1. ^ Jensen, William B. (21 de março de 2015). "As posições de lantânio (actínio) e lutécio (laurêncio) na tabela periódica: uma atualização". Fundamentos da Química . 17 : 23-31. doi : 10.1007/s10698-015-9216-1 . S2CID  98624395 .
  2. ^ Charles Janet, La classificação hélicoïdale des éléments chimiques , Beauvais, 1928
  3. ^ Stewart, PJ (7 de novembro de 2017). "Representações tetraédricas e esféricas do sistema periódico" . Fundamentos da Química . 20 (2): 111–120. doi : 10.1007/s10698-017-9299-y .
  4. ^ Gschneidner Jr., Karl A. (2016). "282. Sistemática". Em Jean-Claude G. Bünzli; Vitalij K. Pecharsky (eds.). Manual de Física e Química de Terras Raras . Vol. 50. pág. 12-16. ISBN 978-0-444-63851-9.
  5. ^ Umemoto, Koichiro; Saito, Susumu (1996). "Configurações Eletrônicas de Elementos Superpesados" . Jornal da Sociedade Física do Japão . 65 (10): 3175-9. Bibcode : 1996JPSJ...65.3175U . doi : 10.1143/JPSJ.65.3175 . Recuperado em 31 de janeiro de 2021 .
  6. ^ Scerri, Eric (2020). "Tentativas recentes de alterar a tabela periódica". Transações Filosóficas da Royal Society A . 378 (2180). Bibcode : 2020RSPTA.37890300S . doi : 10.1098/rsta.2019.0300 . PMID 32811365 . S2CID 221136189 .  
  7. ^ Stewart, P. (2018). "Amadores e profissionais de química: O caso da tabela periódica". Em Scerri, E.; Restrepo, G. (eds.). De Mendeleev a Oganesson: uma perspectiva multidisciplinar sobre a tabela periódica . Nova York: Oxford University Press. págs. 66–79 (76–77). ISBN 978-0-190-66853-2.

Links externos

A tabela periódica tetraédrica dos elementos . Animação mostrando uma transição da mesa convencional para um tetraedro.