O ABC da tabela periódica
Aproveite a inserção de dois novos elementos para levar para sala de aula as principais características da tabela periódica e sua estruturação
Objetivos
Identificar os principais elementos e estruturas da tabela periódica
- Compreender a disposição dos elementos ao longo dos grupos de acordo com suas propriedades.
- Verificar quais comportamentos de átomos podem ser previstos por meio da localização dos elementos.
- Entender os princípios de nomenclatura dos elementos e sua representação gráfica.
Conteúdos
- História da descoberta da tabela periódica
- Grupos e periodicade como os elementos estão distribuídos na Tabela
- Representação gráfica dos elementos químicos
- Características e histórias que dão origem aos nomes dos elementos
Anos
Ensino Médio
Tempo estimado
Duas aulas
Material necessário
- Uma tabela periódica grande
- Um pedaço de lata de refrigerante
- Um pedaço de fio de cobre
- Um pedaço de carvão
- Um pedaço de fio de cobre (fio de solda)
- Prego
Cópias do artigo “Fleróvio e Livermório, os novos nomes dos elementos 114 e 116 da Tabela Periódica”
Flexibilização
Para alunos com deficiência intelectual
Esse é um tema que pode ser “traduzido” concretamente com o manuseio dos próprios
elementos – metais –, bem como por meio de imagens e maquetes que representam o que não pode ser visto a olho nu – como os átomos. Nesse caso, o deficiente intelectual, assim como os alunos sem deficiência, têm acesso mais direto aos conhecimentos nessa área. Experiências concretas com os materiais e utilização de bulas ou composição de elementos colocados em rótulos de alimentos, por exemplo, são certamente um recurso para a compreensão das fórmulas químicas e outros conceitos relativos à área em questão. Só um lembrete: o aluno com deficiência deve ser avaliado subjetivamente, ou seja, pelos seus avanços que, muitas vezes, não ocorrem imediatamente.
Desenvolvimento
Aula 1
Peça aos alunos que leiam o texto da Veja, “Fleróvio e Livermório, os novos nomes dos elementos 114 e 116 da Tabela Periódica” e que grifem os termos que ainda não estiverem claros.
Leia mais: Reações químicas para separar metais. Uma lição que vale ouro
Faça então uma breve introdução ao tema, contando aos alunos que as tabelas periódicas são úteis em várias áreas do conhecimento porque nelas encontramos informações sobre elementos químicos que não se alteram. São sistemáticas, qualitativas e quantitativas e facilitam o estudo pela própria formatação que se apresenta.
Diversas propriedades podem ser identificadas ao longo da Tabela. É o caso, por exemplo, do raio atômico, que aumenta de cima para baixo nos grupos, e da direita para a esquerda nos períodos, mostrando que quanto menor o raio, maior a interação entre os elétrons das camadas com o núcleo do átomo. Já a eletronegatividade, tendência do átomo em receber elétron, cresce nos grupos de baixo para cima, e da esquerda para a direita nos períodos. Portanto, o temos por exemplo, o Fluor como o elemento mais eletronegativo.
Apresente então aos alunos um modelo de Tabela Periódica, de preferência o aprovado pela IUPAC, União Internacional de Química Pura e Aplicada.
A versão oficial, em inglês, está disponível neste link:http://www.iupac.org/fileadmin/user_upload/news/IUPAC_Periodic_Table-2011-01-21.pdf
O que explicar para a turma
Até a Idade Média já se conheciam alguns metais, como o ouro, a prata, o mercúrio, o estanho, chumbo e cobre. Em 1669 que o alquimista alemão, Hennig Brand, descobriu em sua casa, por acaso, o fósforo. Na verdade, ele queria produzir ouro e, durante este processo, juntou muitos galões de urina no porão da casa. Depois, misturou a urina com algumas substâncias, formou uma pasta e submeteu tudo a um processo de análise imediata – a destilação simples.
Durante o aquecimento do material dentro do balão de destilação, algumas transformações inesperadas ocorreram e, no final do processo, quando toda parte líquida foi retirada do balão devido ao calor, em vez de ouro, Brand encontrou uma substância que brilhava no escuro – o fósforo.
Na época, o fósforo passou a ter um valor comercial ainda maior que o ouro mas, 100 anos depois, o químico sueco Karl Scheele descobre outro processo, parecido com a pasteurização no qual consegue produzir fósforo em larga escala, tornando a Suécia a maior produtora mundial deste elemento na época.
Foi ele ainda quem descobriu outros elementos como o oxigênio, o nitrogênio, o bário, o cloro, o flúor, o manganês, o molibdênio, o tungstênio e substâncias ácidas tais como ácido tânico, nítrico, prússico, cianureto e glicerol. Mas Karl tinha um grande defeito, gostava de provar as substâncias que produzia e assim, depois de constantes e imprudentes degustações de substâncias altamente tóxicas, morre envenenado, aos 42 anos de idade, sem ser reconhecido como o descobridor desses materiais.
Durante aquele período histórico, muitos pesquisadores trabalhavam nas mesmas áreas de pesquisa e quem recebeu créditos pela descoberta do oxigênio foi Joseph Priestley, em 1774, assim como Humphry Davy (1778-1829) que recebeu méritos pela descoberta do cloro sendo que Karl já havia descoberto 36 anos antes.
Outros elementos foram descobertos nos duzentos anos seguintes, e portanto, foram feitas duas tentativas de organizar os elementos na Tabela, antes de chegarmos no modelo que temos atualmente
Porém, em 1869, o professor siberiano Dimitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907), resolve escrever um livro de química inorgânica. Nele, o professor organiza então todos os elementos conhecidos até então em uma Tabela Periódica.
Para tanto, Mendeleev escreve em uma espécie de cartão cada um dos 63 elementos conhecidos, descrevendo suas propriedades químicas e físicas. Além disso, destina um símbolo a cada um, complementando-os com os números de massa atômica.
Com as cartas distribuídas na mesa, Mendeleev organiza novos grupos, distribuindo os elementos de modo que ficassem em ordem crescente de suas massas atômicas. O cientista também agrupou elementos com propriedades semelhantes, divididas por grupos e criou o atual modelo de tabela. Por esse trabalho, recebe o Prêmio Nobel em 1906.
Mais à frente, outros cientistas descobrem o número atômico dos elementos, e a tabela é rearranjada de acordo com o aumento desse número – da esquerda pra a direita. – Outros elemento químicos foram sendo incorporados, até que chegamos ou modelo atual, que ainda está em construção, como pode ser visto no texto publicado na Revista Veja. O Copernicium, Cn, Grupo 12, por exemplo, foi reconhecido oficialmente em 19 de fevereiro de 2010 e sintetizado pela primeira vez em 09 de fevereiro de 1996. O elemento foi batizado em homenagem ao cientista Nicolau Copérnico que fazia aniversário no dia 19 de fevereiro de 1943.
Pergunte então aos alunos quais principais divisões eles enxergam na Tabela Periódica. O que cada cor significa? Por que alguns elementos estão colocados separadamente em duas fileiras?
Explique à classe que temos três grandes grupos na tabela: o grupo dos metais, um segundo grupo um pouco menor, o dos não metais, e o terceiro grupo, dos gases nobres.
Se observarmos a disposição dos metais, veremos que, no início da tabela, situam-se os muito reativos, que reagem até mesmo com a umidade do ar, como o caso, por exemplo, do sódio e do potássio.
Por terem sido descobertos em laboratório, diferentemente de outros metais, como a prata e o ouro, que já estão prontos na natureza, esses metais preparados em laboratório são tão reativos que ao reagirem com o ar ocasionam explosões e formam novas substâncias. Metais da família 1A, por exemplo, como o sódio, potássio, lítio são muito propensos a isto.
Aproveite o momento para perguntar aos seus alunos se eles têm ideia de como metais tão reativos são armazenados.
Explique que, para situações como essas, é necessário um frasco de vidro, onde os metais fiquem cobertos por um solvente totalmente livre de água, o querosene.
Aponte na Tabela Periódica alguns metais conhecidos desde a antiguidade como ouro e prata. Localize o mercúrio e peça que observem que, na tabela periódica, ele é o único metal que na temperatura ambiente se apresenta em estado líquido.
Fale sobre a sua proibição em termômetros devido à possibilidade da contaminação de pessoas e do meio ambiente, caso o instrumento seja quebrado. Explique que, por se tratar de um metal pesado, ele pode causar contaminações da água, do solo, de animais e entrar na corrente sanguínea de seres humanos causando doenças muito graves.
Explore bem a tabela, mostre a localização dos não metais, seus estados físicos, explique o grupo dezoito, dos gases nobres, fale sobre sua relativa dificuldade de reagir com outros elementos, daí o termo “nobre” e onde foram encontrados, como o Hélio, na coroa solar. O objetivo é que, neste primeiro momento, o aluno fique familiarizado com os principais elementos e com a consulta destes na tabela.
Aula 2
Com a Tabela Periódica exposta na sala, mostre que os metais estão dispostos em famílias ou grupos, que são as divisões verticais que vemos na Tabela. O primeiro grupo é família 1A, também conhecida como família dos Metais Alcalinos, o próximo grupo, família 2A, também chamada de família dos Metais Alcalinos Terrosos, a família do Calcogênios, 6B, Halogênios, 7B e Metais de Transição, aqueles que estão no meio da Tabela, de 3A a 2B.
Conhecidos os grupos, identifique os períodos. Indague aos alunos: quais elementos estão no primeiro período? Explique que período são as “linhas” na Tabela, que representam o número de camadas eletrônicas ao redor do átomo. Elementos do primeiro período têm uma camada eletrônica, do segundo, duas camadas, e assim por diante.
Mostre a ordem crescente do número atômico nesses períodos e explique o que é o número atômico – o número de prótons, ou seja, partículas positivas, encontrados dentro do núcleo. Diga para a classe que é ele que caracteriza um átomo, pois é único para cada elemento.
Identifique também a localização do número de massa, contado à classe que ele representa a soma do número de prótons e nêutrons do átomo. Explique que essa massa também está distribuída na ordem crescente na tabela periódica, da esquerda para a direita e de cima para baixo.
Nomenclaturas
Comente com seus alunos o quanto nós somos privilegiados quanto aos nomes e símbolos de muitos elementos químicos já que a Tabela é universal, mas está relacionada com o português por ter raízes no latim também. O que seria mais complicado para os russos, por exemplo. A grafia e o símbolo dos mesmos são de fácil conhecimento, como o Lítio (Li), Bário (Ba), Alumínio (Al) e outros. Conte que, cada elemento tem sua história e que diversos nomes são derivados do latim, como os primeiros descobertos na Idade média, citados no início da aula.
O elemento mercúrio, por exemplo, teve seu nome relacionado ao deus Grego porque os antigos associavam muitos elementos à mitologia. Alguns nomes que vieram do grego fazem outras associações como hidrogênio, que significa gerador de água, oxigênio, gerador de ácidos, nitrogênio, gerador de salitre (um tipo de sal), argônio, aquele que não reage e, outros nomes foram dados devido a associações às cores das substâncias que davam origem. Cloro, veio do grego Khloros, cor amarelo-esverdeado; iodo, de iodes, cor violeta para gregos; ródio do grego rhodon, da cor rosa dentre diversas histórias.
Muitos nomes surgem para homenagear o local onde foram descobertos ou nomes de seus descobridores, como é o caso por exemplo do Gálio, nome dado pelo seu descobridor francês Lecoq de Bois, em homenagem à França, em latim, Gallia.
Aponte na matéria da Veja, Fleróvio e Livermório, os novos nomes dos elementos 114 e 116 da Tabela Periódica e explique como se dá a inserção de novos elementos na tabela, que devem ser sempre aprovados por centros de pesquisa como a IUPAC e a IUPAP, União Internacional de Física Pura e Aplicada. Durante o processo, ocorre uma demonstração experimental de como se chegou ao elemento seguindo alguns critérios de descobertas pré estabelecidos. Pergunte então aos alunos qual o símbolo que cada um recebe e como se chegou a esses nomes.
Por fim, faça uma pequeno exercício na forma de questões orais para que toda a sala, observando a tabela periódica, possa participar. Peça para que eles respondam as questões individualmente para posterior avaliação.
Questão 1
Qual é o elemento químico, muito utilizado na composição química de medicamentos anti-ácidos que pertence ao terceiro período e família 2A?
R.: Magnésio
Questão 2
Qual é o metal, muito utilizado em latas e que pertence ao terceiro período e família 3A?
R.: Alumínio
Questão 3
Sou do quinto período, utilizado como antisséptico e pertenço à família 7A.
R.: Iodo
Apresente à sala pedaços de fio metálico desses utilizados em fiação elétrica, pedaço de lata de refrigerante, um prego, um fio utilizado em solda e um pedaço de carvão.
Peça que escrevam em uma folha, os símbolos, os nomes dos elementos e família ou grupo a que pertencem às substâncias apresentadas na respectiva ordem: cobre, alumínio, ferro, estanho e carvão.
Solicite que extraiam da primeira aula, um processo de análise imediata que através dele, se chegou na descoberta do fósforo.
Peça que apontem um fenômeno químico mencionado na aula 01.
Deverão concluir que foi a reação do metal sódio com água. Demonstre a reação envolvida no processo explicando que nessa reação, há muita liberação de energia capaz também de inflamar o hidrogênio, um gás produzido no processo.
Avaliação
Observe se os alunos conseguiram reconhecer os principais elementos e a periodicidade com que estão distribuídos na tabela. É importante avaliar se eles conseguem reconhecer suas principais características e como elas se modificam em relação à posição de cada elemento na tabela. Outro fator importante a ser observado pelo professor é se os alunos conseguem identificar as posições do número de massa, número atômico e nome dos elementos.
