- descrever qualitativamente (e indicar a periodicidade nas) variações de raio atômico, raio iônico, ponto de fusão e condutividade elétrica dos elementos
- explicar a variação no ponto de fusão e condutividade elétrica em termos da estrutura e ligação dos elementos
Tabela Periódica: periodicidade química
Química do A-Level · Tópico 9
8:43
Tabela Periódica: periodicidade química
Sódio e argônio estão na mesma linha da Tabela Periódica, com apenas seis elementos entre eles. Jogue sódio em água fria e ele derrete em uma bola brilhante…
Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas
9.1
Propriedades físicas através do Período 3
Programa
Fonte: Programa Cambridge International
Periodicidade 周期性 significa que as propriedades se repetem em um padrão regular conforme você avança em cada período 周期 da Tabela Periódica. O Período 3 (Na a Ar) é o exemplo padrão.
| Propriedade | Tendência no Período 3 |
|---|---|
| atomic radius 原子半径 | diminui (maior carga nuclear atrai o mesmo nível para mais perto) |
| ionic radius 离子半径 | íons positivos são pequenos; a partir de $\text{P}^{3-}$ os íons negativos são maiores |
| melting point 熔点 | sobe até um pico no silício, depois cai abruptamente |
| electrical conductivity 导电性 | alta para Na, Mg, Al; quase zero a partir do Si |
O ponto de fusão e a condutividade derivam da estrutura e da ligação:
- Na, Mg, Al são giant metallic 金属晶体. Os pontos de fusão aumentam (Na → Al) porque cada átomo fornece mais eletrões deslocalizados e os iões ficam menores, logo a ligação é mais forte. Conduzem bem.
- Si é giant molecular 原子晶体 (giant covalent). Tem o maior ponto de fusão, porque as fortes ligações covalentes devem ser quebradas. Quase não conduz.
- P, S, Cl, Ar são simple molecular 分子晶体 (ou átomos individuais). Os seus pontos de fusão são baixos, porque as únicas forças que se superam são as fracas van der Waals' forces 范德华力 entre as moléculas - as fortes ligações covalentes dentro de cada molécula nunca são quebradas. Não conduzem.
Nomeie van der Waals' forces quando explicar essa queda: é esse o critério de avaliação, e "as ligações covalentes são fracas" é o erro que faz perder o ponto. O ponto de fusão $\text{S}_8$ separa as moléculas inteiras umas das outras; não toca numa única ligação $\text{S–S}$. As suas dimensões seguem ainda a molécula: $\text{S}_8$ tem ponto de fusão mais alto que $\text{P}_4$ porque é maior, com mais eletrões e assim forças de van der Waals mais fortes, enquanto $\text{Ar}$ (um átomo individual) é o mais baixo de todos.
Explorar
Tendências através do Período 3
Alterne entre raio atômico, energia de ionização e ponto de fusão, e passe pelo Período 3 para ver cada tendência periódica.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| periodicity/ˌpɪərɪˌɒˈdɪsɪti/ | 周期性 | zhōu qī xìng |
| period/ˈpɪərɪəd/ | 周期 | zhōu qī |
| atomic radius/əˈtɒmɪk ˈreɪdɪəs/ | 原子半径 | yuán zi bàn jìng |
| ionic radius/aɪˈɒnɪk ˈreɪdɪəs/ | 离子半径 | lí zi bàn jìng |
| melting point/ˈmeltɪŋ pɔɪnt/ | 熔点 | róng diǎn |
| electrical conductivity/ɪˈlektrɪkl kɒndəkˈtɪvɪti/ | 导电性 | dǎo diàn xìng |
| giant metallic/ˈdʒaɪənt məˈtælɪk/ | 金属晶体 | jīn shǔ jīng tǐ |
| giant molecular/ˈdʒaɪənt məˈlekjʊlə/ | 原子晶体 | yuán zi jīng tǐ |
| simple molecular/ˈsɪmpl məˈlekjʊlə/ | 分子晶体 | fēn zǐ jīng tǐ |
| van der Waals' forces/ˈvændɜː wɑːlz ˈfɔːsɪz/ | 范德华力 | fàn dé huá lì |
9.2
Propriedades químicas ao longo do Período 3
Programa
- descrever, e escrever equações para, as reações dos elementos com oxigênio (para dar $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$), cloro (para dar $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$) e água ($\text{Na}$ e $\text{Mg}$ apenas)
- enunciar e explicar a variação no número de oxidação dos óxidos ($\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ e $\text{SO}_3$ apenas) e cloretos ($\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ apenas) em termos de seus elétrons de camada externa (camada de valência)
- descrever, e escrever equações para, as reações, se houver, dos óxidos $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{SiO}_2$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ e $\text{SO}_3$ com água, incluindo os prováveis pHs das soluções obtidas
- descrever, explicar e escrever equações para o comportamento ácido/base dos óxidos $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{MgO}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$, $\text{P}_4\text{O}_{10}$, $\text{SO}_2$ e $\text{SO}_3$ e dos hidróxidos $\text{NaOH}$, $\text{Mg(OH)}_2$ e $\text{Al(OH)}_3$, incluindo, quando aplicável, comportamento anfotérico em reações com ácidos e bases (apenas hidróxido de sódio)
- descreva, explique e escreva equações para as reações dos cloretos $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ com água, incluindo os prováveis pHs das soluções obtidas
- explicar as variações e tendências em 9.2.2, 9.2.3, 9.2.4 e 9.2.5 em termos de ligação e eletronegatividade
- sugerir os tipos de ligação química presentes nos cloretos e óxidos a partir de observações das suas propriedades químicas e físicas
Fonte: Programa Cambridge International
Reações com oxigénio, cloro e água
Com oxigénio:
$$4\text{Na} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{Na}_2\text{O} \qquad 2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO} \qquad 4\text{Al} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Al}_2\text{O}_3$$
$$\text{P}_4 + 5\text{O}_2 \rightarrow \text{P}_4\text{O}_{10} \qquad \text{S} + \text{O}_2 \rightarrow \text{SO}_2$$
Com cloro:
$$2\text{Na} + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{NaCl} \qquad \text{Mg} + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{MgCl}_2 \qquad 2\text{Al} + 3\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{AlCl}_3$$
$$\text{Si} + 2\text{Cl}_2 \rightarrow \text{SiCl}_4 \qquad 2\text{P} + 5\text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{PCl}_5$$
Com água (apenas Na e Mg reagem):
$$2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2 \qquad \text{Mg} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 + \text{H}_2$$
O sódio reage rapidamente; o magnésio reage apenas muito lentamente com água fria.
Oxidation number of the oxides and chlorides
O oxidation number 氧化数 do elemento do Período 3 no seu óxido ou cloreto aumenta ao longo do período, porque equivale ao número de eletrões da camada externa (valence shell 价层) que o átomo utiliza na ligação:
| Óxidos | $\text{Na}_2\text{O}$ | $\text{MgO}$ | $\text{Al}_2\text{O}_3$ | $\text{P}_4\text{O}_{10}$ | $\text{SO}_2$ / $\text{SO}_3$ |
|---|---|---|---|---|---|
| oxidation number | $+1$ | $+2$ | $+3$ | $+5$ | $+4$ / $+6$ |
Os cloretos $\text{NaCl}$, $\text{MgCl}_2$, $\text{AlCl}_3$, $\text{SiCl}_4$, $\text{PCl}_5$ mostram números de oxidação $+1$ a $+5$ da mesma forma.
Óxidos com água, e comportamento ácido-base
Ao longo do período, os óxidos 氧化物 mudam de básicos para ácidos:
| Óxido | Com água | Natureza ácido-base | pH aproximado |
|---|---|---|---|
| $\text{Na}_2\text{O}$ | $\text{Na}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH}$ | básico | 13–14 |
| $\text{MgO}$ | $\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2$ | básico | 9–10 |
| $\text{Al}_2\text{O}_3$ | insolúvel | anfotérico 两性 | 7 |
| $\text{SiO}_2$ | insolúvel | fracamente ácido | 7 |
| $\text{P}_4\text{O}_{10}$ | $\text{P}_4\text{O}_{10} + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow 4\text{H}_3\text{PO}_4$ | ácido | 1–2 |
| $\text{SO}_3$ | $\text{SO}_3 + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_4$ | fortemente ácido | 0–1 |
Óxidos metálicos (esquerda) são básicos; óxidos de não-metais (direita) são ácidos. $\text{Al}_2\text{O}_3$ e o seu hidróxido 氢氧化物 $\text{Al(OH)}_3$ são anfotéricos — reagem com ambos ácidos e bases:
$$\text{Al}_2\text{O}_3 + 6\text{HCl} \rightarrow 2\text{AlCl}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$
$$\text{Al}_2\text{O}_3 + 2\text{NaOH} + 3\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaAl(OH)}_4$$
Cloretos com água
- $\text{NaCl}$ e $\text{MgCl}_2$ são iónicos. Simplesmente dissolvem, dando uma solução praticamente neutra.
- $\text{SiCl}_4$ e $\text{PCl}_5$ são covalentes. Sofrem hidrólise 水解 (reagem com a água) para formar soluções ácidas e fumos de $\text{HCl}$:
$$\text{SiCl}_4 + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{SiO}_2 + 4\text{HCl} \qquad \text{PCl}_5 + 4\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{H}_3\text{PO}_4 + 5\text{HCl}$$
Explicação das tendências
Estas tendências decorrem da mudança na ligação e na electronegativity 电负性. À esquerda, os elementos são metais com baixa eletronegatividade, logo os seus óxidos e cloretos são iónicos e básicos (ou neutros). À direita, os elementos são não-metais com alta eletronegatividade, logo os seus óxidos e cloretos são covalentes e ácidos. Pode usar as propriedades de um cloreto ou óxido (ponto de fusão, condutividade, efeito na água) para sugerir se a sua ligação é iónica ou covalente.
Exemplo resolvido. Preveja o pH quando $\text{Na}_2\text{O}$, $\text{Al}_2\text{O}_3$ e $\text{SO}_3$ são adicionados à água. O caráter ácido-base segue a mudança de metal para não-metal ao longo do Período 3. $\text{Na}_2\text{O}$ é iónico e básico: dissolve para dar $\text{NaOH}$, logo o pH é cerca de 13. $\text{SO}_3$ é covalente e ácido: reage para dar $\text{H}_2\text{SO}_4$, logo o pH é cerca de 1. $\text{Al}_2\text{O}_3$ situa-se na transição - é anfotérico e essencialmente insolúvel em água, logo o pH mantém-se cerca de 7. A armadilha está no último: anfotérico não significa neutro, significa que o óxido reage com ácidos e com álcalis - simplesmente não reage com a água.
Explorar
Laboratório de reações do Período 3
Classifique as reações do Período 3 conforme revelam sobre ligação e acidez.
Explorar
Rota de hidrólise de óxidos e cloretos
Observe como os óxidos e cloretos do Período 3 alteram o pH na água.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ | 氧化数 | yǎng huà shù |
| valence shell/ˈveɪləns ʃel/ | 价层 | jià céng |
| electron/ɪˈlektrɒn/ | 电子 | diàn zi |
| oxide/ˈɒksaɪd/ | 氧化物 | yǎng huà wù |
| amphoteric/ˌæmfəʊˈterɪk/ | 两性 | liǎng xìng |
| hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ | 氢氧化物 | qīng yǎng huà wù |
| hydrolysis/haɪˈdrɒləsɪs/ | 水解 | shuǐ jiě |
| electronegativity/ɪˌlektrəʊŋɡəˈtɪvɪti/ | 电负性 | diàn fù xìng |
9.3
Periodicidade de outros elementos
Programa
- prever as propriedades características de um elemento num grupo dado usando conhecimentos de periodicidade química
- deduzir a natureza, possível posição na Tabela Periódica e identidade de elementos desconhecidos a partir de informações dadas sobre propriedades físicas e químicas
Fonte: Programa Cambridge International
A mesma ideia funciona para qualquer grupo. Se conhece o padrão ao longo de um grupo e ao longo de um período, pode:
- prever as propriedades de um elemento pela sua posição (por exemplo, um elemento do Grupo 1 será um metal reativo formando um ião $+1$).
- deduzir a provável posição e identidade de um elemento desconhecido a partir das suas propriedades físicas e químicas.
Explorar
Tendências periódicas
Passar pelo Período 3 para ver uma propriedade subir ou descer, depois repetir no próximo período — esse padrão recorrente é periodicidade.
9.3
Dicas de prova
- Sempre associe a tendência à sua razão: o raio atômico diminui ao longo do Período 3 (carga nuclear crescente, blindagem semelhante).
- Explique o padrão do ponto de fusão pela estrutura: metálico gigante (Na→Al), covalente gigante (Si, mais alto), depois molecular simples ($\text{P}_4$, $\text{S}_8$, $\text{Cl}_2$) e monatômico (Ar).
- Os óxidos passam de básicos → anfotéricos ($\text{Al}_2\text{O}_3$) → ácidos ao longo do período; relacione com a ligação iónica para covalente.
- Para reações de óxidos/cloretores com água, dê os produtos e o pH resultante.
Aulas interativas sobre este tópico
Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.