Tabela Viva - Centro Ciência Viva de Vila do Conde

Tabela Viva
Patrícia Isabel Magalhães Araújo
Sofia Raquel Magalhães Araújo
Clara Ângela Magalhães Loureiro
Vânia Manuela Pereira Pinto
Íris Raquel F. Sampaio da Costa
ClubeCV
Clube de Ciências do Centro Ciência Viva de Vila do Conde
Tabela Viva
A história de uma construção
Ao tomarmos conhecimento da proposta feita no Concurso Tabela Periódica,
começámos por fazer uma breve pesquisa histórica sobre a sua evolução até surgir
na sua forma actual, de modo a conhecer a evolução que tinha sofrido e a ficar com
uma visão menos redutora desse poderoso instrumento de trabalho para o químico.
A sistematização dessa evolução é aqui apresentada em anexo.
Lançado que foi o desafio de construir uma Tabela Periódica “com objectivo
de estimular a criatividade artística aplicada ao conhecimento científico”, muitas
ideias foram surgindo. Do conjunto de propostas, foram-se formando as seguintes
ideias a contemplar no trabalho a realizar:
- Privilegiar um trabalho tridimensional (em contraponto com a tabela
tradicional, plana);
- Produzir uma tabela que, não fornecendo um volume de informação
demasiado elevado (uma vez que não se pretendia uma visão original/artística e não
um
veículo
poderoso
de
informação),
permitisse
conhecer
as
principais
características de alguns elementos escolhidos (ou por serem muito importantes e
conhecidos ou, de forma oposta, por serem muito pouco abundante e desconhecidos
da maioria das pessoas)
- Manter agrupados de algum modo os elementos químicos com propriedades
semelhantes (grupos);
- Atribuir uma função à Tabela, conciliando a forma e a função.
Assim nasceu a “Tabela Viva”, um candeeiro de pé de forma aproximadamente
cónica, onde os elementos do mesmo grupo se encontram alinhados ao longo de uma
geratriz. Nas “casas” de 22 elementos seleccionados, saem tubos que permitem
visualizar informações relativas ao elemento em questão (nome, símbolo químico,
número atómico, massa atómica relativa, ponto de fusão, ponto de ebulição,
densidade), bem como um pequeno texto referindo-se a aspectos históricos,
semânticos, propriedades químicas e físicas, abundância, etc. Quando aceso o
candeeiro, a luz pode sair pelos elementos seleccionados, iluminando-os.
A Tabela Viva foi construída em arame
forrado a papel maché. Inicialmente construiu-se
um molde em cartolina (fig. 1), para testar o
sistema de funcionamento dos tubos. A maior
dificuldade consistiu na marcação dos lugares dos
elementos, devido ao facto de a base não ser
cilíndrica, mas sim praticamente cónica (ou seja o
espaçamento
em
largura
entre
elementos
consecutivos não era sempre igual, mas teria de
aumentar à medida que o número atómico fosse
aumentando). Assim, foram feitas umas “saias”
(Fig.2) que serviriam de guias para a descoberta dos
locais da rede a furar, para lá serem colocados os
tubos dos elementos seleccionados.
Fig.2 - A Clara às voltas com as “saias”
Fig. 1 - O primeiro modelo
Depois foi feita a construção (laboriosa…)
dos
22
tubos,
relativamente
aos
a
recolha
elementos
de
informação
seleccionados,
a
pintura, a electrificação e adaptação da tabela ao
suporte e os acabamentos (decalque das letras,
impressão em papel vegetal da informação para os
tubos, a sua forragem e encaixe). Por último, os
retoques final na pintura, o decalque dos símbolos
químicos, e … a colocação da lâmpada!
Fig.3 - Os testes do papel maché
e das tintas
O relato aqui feito, que segue complementado com algumas fotos ilustrativas,
refere-se apenas aos sucessos, que os insucessos ficaram para trás. Mas, nesta
construção, muitas tentativas de técnicas foram goradas e muito se aprendeu neste
percurso feito de avanços e recuos. E agora, que a obra está feita, há que admirá-la
e usufrui-la e, depois…descansar, pelo menos até ao próximo desafio!
A equipa em trabalho
Anexo
ORGANIÇÃO DOS ELEMENTOS QUÍMICOS
NA TABELA PERIÓDICA
No ano de 1860, época áurea da Química, a comunidade científica internacional
mobilizou-se para classificar os 63 elementos já identificados, começando por
tentar compreender o porquê das suas propriedades químicas e físicas. Mas como?
Pelo peso? Pelas semelhanças químicas? Pela cor?
z
A contribuição de vários cientistas para a construção da tabela periódica.
A ideia de que o mundo que nos rodeia é constituído por algumas substâncias
fundamentais é uma ideia antiga. Os antigos gregos pensavam que toda a matéria
era composta por apenas quatro “elementos”: terra, fogo, ar e água. Hoje em dia, os
químicos reconhecem mais de 100 elementos. É então necessário ordená-los.
Quando somos jovens aprendemos conceitos bastante importantes que vão
ser usados durante a vida toda. Por exemplo, é na nossa tenra idade que
aprendemos o alfabeto e a partir dele é-nos possível “construir” um número infinito
de palavras, aprendemos também as operações matemáticas e ao longo dos anos
vamos ordenando o nosso conhecimento matemático aplicando-o a problemas cada
vez mais complexos.
A Tabela Periódica tem algo em comum com estes exemplos. É a partir dela
que o nosso conhecimento de química adquire uma certa “ordem”. Mas, a organização
dos vários elementos era difícil e demorou muito tempo até se conseguir construir a
Tabela Periódica tal como ela é actualmente.
Vários foram os cientistas que tentaram ordenar os elementos. Uns foram
bem sucedidos, uma vez que a sua classificação foi aceite durante alguns anos, mas
outros houve que até foram ridicularizados pelas suas propostas.
A CONTRIBUIÇÃO DE VÁRIOS CIENTISTAS PARA A CONSTRUÇÃO
DA TABELA PERIÓDICA
ANTOINE LAVOISIER E OS GRUPOS
Antoine Lavoisier (1743-94)
Primeiro químico a agrupar os vários elementos.
Classificação em grupos – Em 1789 Lavoisier publicou um dos livros mais influentes
na química. Esse livro denominava-se de “Traité Élémentaire de Chimie”, e nele
Lavoisier deu a conhecer uma lista de “substâncias simples que não poderiam ser
decompostas por qualquer tipo de processo de análise”, ou seja, deu a conhecer uma
lista de elementos, dividindo-a em vários grupos.
No primeiro grupo ele colocou o oxigénio, o azoto ou nitrogénio, o hidrogénio,
a luz e o calor.
No segundo grupo colocou o enxofre, o fósforo, o carbono, o cloro e o flúor.
A estes elementos Lavoisier chamou-os de elementos “acídicos” uma vez que estes
formavam um ácido quando reagiam com o oxigénio.
No terceiro grupo colocou os elementos metálicos: a prata, o arsénio, o
bismuto, o cobalto , o cobre, o tungsténio e o zinco.
Finalmente no quarto grupo, colocou elementos a que chamou de “simple
earthy salt – forming substances”: a lima (óxido de cálcio), a baryta (óxido de
bário), a magnésia (óxido de magnésio), a alumina (óxido de alumínio) e a sílica
(dióxido de silício). Lavoisier considerava este último grupo constituído por
elementos uma vez que era difícil decompor estas substâncias em algo mais simples.
Sabemos agora que esses compostos não são mais do que combinações de vários
elementos com o oxigénio que são difíceis de decompor.
J.W.DOBEREINER E AS TRÍADES
J.W. Dobereiner (1780 -1849)
Agrupou os vários elementos em três dando o nome de
tríades.
Classificação em tríades - O trabalho de Lavoisier foi bastante importante, uma vez
que foi ele que implementou a ideia de que existe uma relação entre os vários
elementos. Contudo, não conseguiu classificar os elementos tendo em conta uma
propriedade específica desses mesmos elementos.
Foi Dobereiner, cientista alemão, que em 1817 tentou compor o “quebracabeças”. Dobereiner percebeu que três elementos recentemente isolados, cálcio
(Ca), estrôncio (Sr) e bário ( Ba), tinham propriedades que eram muito semelhantes.
Pensou o seguinte: Se estes elementos eram muito semelhantes poderiam então ser
relacionados quimicamente.
Apercebeu-se do seguinte:
•
O cálcio, o estrôncio e o bário existem naturalmente sob a forma de
carbonatos e sulfatos que não se dissolvem na água e que não se decompõem
facilmente quando aquecidos.
•
Os cloretos de cálcio, estrôncio e bário são solúveis em água.
•
Os óxidos quando dissolvidos em água dão origem a uma solução fortemente
alcalina.
Estes três elementos foram isolados do mesmo modo; através da electrólise de
cloreto fundido por Davy em 1808.
Dobereiner observou também que a massa atómica relativa do estrôncio era
praticamente a média aritmética das massas atómicas relativas dos elementos dos
extremos, neste caso do cálcio, Ar (Ca) = 40, e do bário , Ar (Ba) = 137, (40 + 138) :
2 = 88,5. A esta série de três elementos que apresentavam propriedades muito
semelhantes ele denominou de Tríades. Em anos mais tarde descobriu mais dois
grupos de tríades constituidos pelos seguintes elementos: cloro, bromo e iodo e
lítio, sódio e potássio.
Dobereiner verificou que para além das propriedades serem semelhantes
verificava-se ainda que a média aritmética das massas atómicas relativas dos
elementos extremos era praticamente igual à massa atómica relativa do elemento
do meio. Pensou então que tinha descoberto a chave do problema: todos os
elementos da natureza deveriam ser agrupados em grupos de três. A descoberta de
Dobereiner ficou conhecida como a Lei das Tríades.
Contudo, nem todos os elementos se podiam classificar deste modo.
Irá surgir então uma nova classificação...
JONH NEWLANDS E AS OITAVAS
J.A. R. Newlands, propôs em 1863 a Lei das oitavas na qual os elementos se
agrupavam em oito tal como acontece na escala musical.
Classificação em oitavas - Antes de se propor uma nova classificação era necessário
descobrir as massas atómicas relativas dos vários elementos que eram conhecidos.
Em 1864, Newlands ordenou os elementos então conhecidos por ordem
crescente de massas atómicas relativas. Newlands verificou que se considerasse
uma classificação baseada na massa atómica relativa, um dado elemento (por
exemplo, o lítio) apresentava propriedades semelhantes ao oitavo elemento a contar
a partir dele (isto é, o sódio). A esta relação Newlands chamou a Lei das Oitavas,
que dizia ser uma espécie de repetição tal como ocorre com as oitavas da escala
musical. Apesar de ter sido ridicularizado pela Sociedade de Química de Londres,
Newlands sugere, com a Lei das Oitavas, uma classificação sistemática onde surge
pela primeira vez o princípio envolvido na actual classificação dos elementos.
O problema com que Newlands se deparou foi o de que a sua lei apenas
funcionava correctamente para as duas primeiras oitavas, na terceira e nas
seguinte não se verificava. Foram encontrados então dois grandes erros:
•
em algumas colunas onde se encontram elementos com propriedades
semelhantes, há elementos que não deveriam pertencer a essa coluna – por
exemplo, os metais cobalto e níquel que se encontram entre o cloro e o
bromo. Esta foi uma das razões para que a classificação de Newlands não
fosse aceite.
Mas existe ainda um outro erro:
•
O telúrio (Te) foi colocado antes do iodo, mas a sua massa atómica relativa é
maior.
H
Li
Be
B
C
N
O
F
Na
Mg
Al
Si
P
S
Cl
K
Ca
Cr
Ti
Mn
Fe
Co,Ni
C
Zn
Y
In
As
Se
Br
Rb
Sr
Ce,La
Zr
Di,Mo
Ro,Ru
Pd
Ag
Cd
Sn
U
Sb
Te
I
Cs
Ba,V
Ta
W
Nb
Au
Pt,Ir
Os
Hg
Tl
Pb
Bi
Th
LOTHAR MEYER E AS CURVAS
Lothar Meyer (1830 – 95) relacionou o volume atómico com o número atómico
dos elementos.
As curvas de Meyer – Em 1864 Lothar Meyer, químico alemão, estudou a relação
existente entre o volume atómico dos elementos e as respectivas massas. Ele
representou graficamente o volume atómico em função da massa atómica relativa.
Se repararmos, o lítio, sódio e potássio correspondem aos pontos mais altos da
curva, assim como o rubídio e o césio, todos eles pertencem à mesma família. Foi
fácil “construir” esta família, mas para formar outros grupos foi um pouco mais
complicado uma vez que era mais difícil relacionar a sua posição relativa.
Da curva de Lothar Meyer foi possível chegar a uma classificação periódica
dos elementos que tinham propriedades semelhantes.
Figura 2 – Curva de Lothar Meyer que demonstra que existe uma relação entre o
volume atómico e a massa atómica relativa.
Dimitri Ivanovitch Mendeleev, um químico russo que trabalhava em conjunto
com Lothar Meyer publicou em 1869 o seu trabalho. Mendeleev começou por
estudar com especial cuidado os elementos constituintes de substâncias que se nos
deparam no nosso dia-a-dia, como a água, os compostos orgânicos e o sal (cloreto de
sódio).
Continuou o seu trabalho convencido de que todas as substâncias puras
existentes, quer elementares, quer compostas, eram formadas de diferentes
modos, a partir das diversas classes de átomos – os elementos químicos – resultando
daí propriedades específicas para essas substâncias.
Pela análise cuidadosa, descobriu as propriedades de alguns elementos mais
comuns na Natureza (hidrogénio, carbono, azoto, oxigénio, cloro, etc.), e anotou-as
em cartões, um para cada elemento. Procurou, depois, dispor esses cartões de
várias maneiras, de modo a encontrar a melhor forma de os classificar.
E, aí, fez-se luz no seu espírito!
Os elementos ordenados segundo o valor do seu peso atómico apresentavam
uma periodicidade nas suas propriedades! Eles deveriam pois, ser, arrumados de
modo a que esta periodicidade fosse visível.
Mendeleev tinha feito o mesmo que Newlands mas com duas grandes diferenças:
•
Mendeleev assumiu que a posição relativa de alguns elementos deveria ser
alterada. Assim, por exemplo, o telúrio deveria ser colocado antes do iodo,
embora a sua massa atómica relativa seja 127,60 e a do iodo seja 126,90.
Assinalou também as inversões de outros pares de elementos como o árgon e
o potássio, cobalto e níquel e tório e protactínio.
•
Quando Mendeleev elaborou o seu quadro periódico alguns elementos ainda
estavam por descobrir, pelo que deixou alguns espaços em branco.
A genialidade e ousadia de Mendeleev tornaram-se evidentes por ter previsto a
existência de elementos então desconhecidos baseando-se na sua classificação.
Mendeleev deixou alguns espaços vazios na sua tabela para elementos como o ekaboro, o eka-alumínio e o eka-silício, que foram descobertos posteriormente e que se
conhecem,
actualmente,
com
os
nomes
de
escândio,
gálio
e
germânio,
respectivamente.
Exemplo: No caso do germânio, Mendeleev previu uma massa atómica de 72 quando
experimentalmente se verificou que é de 72,6 e uma densidade de 5,5 quando
experimentalmente é de 5,47.
Na tabela que construiu, Mendeleev associou os elementos de tal modo que:
•
Os que constituem um grupo eram dotados de comportamento químico
semelhante;
•
Havia um diferencial gradual nas propriedades reveladas pelos elementos dos
vários grupos, sendo o sódio e o cloro os que mais se afastavam entre si pelos
valores que apresentavam para essas propriedades;
•
Percorrendo a sua tabela, de elemento para elemento, por ordem crescente
de massas atómicas, iam-se encontrando periodicamente os elementos de um
mesmo grupo.
Daí a designação de Tabela Periódica dos Elementos.
O sistema periódico de Mendeleev obteve um grande êxito e é uma
ferramenta imprescindível para os químicos actuais.
Não obstante, esta classificação periódica não está isenta de defeitos.
Assim, por exemplo, existem discrepâncias ao ordenar os elementos atendendo
às suas massas atómicas. Também não é fácil encontrar uma única ligação para o
hidrogénio dado que as suas propriedades são muito peculiares. Existe ainda uma
separação nítida entre metais e não-metais, especialmente nos grupos centrais
do sistema periódico.
Figura 3 – Tabela periódica original, criada por Dimitri Mendeleev.
Com o evoluir da Física no século XX e o conhecimento da estrutura do
átomo, os cientistas começaram a interrogar-se sobre a periodicidade das
propriedades químicas dos elementos, se esta não seria uma consequência da
estrutura interna do átomo.
Foi Moseley quem, ao considerar como unitária a carga do núcleo do átomo de
hidrogénio, prova que as cargas positivas dos núcleos de todos os átomos são
múltiplas daquele, designando-se esse número por número atómico que se
representa por Z.
Comparando esses números atómicos dos diferentes elementos com o número
de ordem anteriormente atribuído devido à sua posição na tabela, Moseley verifica
serem iguais. Daí conclui que as propriedades físicas dos elementos, bem como o seu
comportamento químico, são função do número atómico desse elemento.
A TABELA PERIÓDICA ACTUAL
Actualmente a tabela periódica dos elementos químicos é constituída por 109
elementos diferentes, ordenados da esquerda para a direita e de cima para baixo,
por ordem crescente do seu número atómico. Os elementos situados na parte
esquerda e no centro da tabela periódica são metálicos. Os elementos situados na
parte direita da tabela periódica são não-metais. A transição dos metais para não
metais não é brusca mas é dada por seis elementos com propriedades intermédias
que se designam por semi-metais e são: o silício (Si), o germânio (Ge), o arsénio
(As), o antimónio (Sb), o telúrio (Te) e o polónio (Po).
A estrutura da tabela periódica assenta na colocação dos elementos em 18
colunas (grupos) e 7 linhas (período) devidamente numeradas.
Figura 4 – Tabela periódica actual
OUTRAS VERSÕES DA TABELA PERIÓDICA
Há outras versões diferentes da tabela periódica. Quase todas estão
divididas nos mesmos grupos e períodos. No entanto, acentuam algumas relações
entre os elementos químicos. Assim:
✩ A figura mostra uma tabela periódica semelhante à actual, no entanto, apresenta
algumas diferenças. Por exemplo, o elemento hidrogénio está situado à direita
da tabela periódica. O hélio não faz parte do grupo dos gases nobres. Por outro
lado,
os
elementos
de transição
não
constituem
um bloco à
parte como na tabela periódica actual
✩ Outra versão conhecida da tabela periódica é indicada na figura 6. As linhas evidenciam uma
pronunciada semelhança no comportamento químico dos elementos.
Figura 6
✩ A figura 7 mostra uma tabela periódica um pouco invulgar.
Figura 7
✩ Outra versão da tabela periódica é a indicada na figura 8. Nesta tabela os
elementos estão organizados de acordo com o nível de energia preenchido.
Figura 8