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Tabela Periódica, Uma conquista da Ciência!

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Tabela Periódica, Uma conquista da Ciência!

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Vimos as várias contribuições de grandes cientistas na criação da Tabela Periódica. Deixo aqui um link de uma entrevista rica em informações sobre grandes cérebros envolvidos na criação da Tabela.

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"A tabela periódica é uma das maiores conquistas da Ciência "

Ourides Santin Filho

Em entrevista à ClickCiência, Ourides Santin Filho, do Departamento de Química da Universidade Estadual de Maringá (UEM), conta a história do longo processo que levou à construção da Tabela Periódica e dos grandes cérebros envolvidos nesse desafio, como Moseley, Dobereiner, De Chancourtois, Newlands e Mendeleev.

ClickCiência - Podemos considerar a tabela periódica como uma das maiores descobertas da Ciência? O que a torna tão importante?

De fato, a tabela periódica é uma das maiores conquistas da Ciência. Eu não a chamaria de descoberta; antes, ela é uma construção. Seu desenvolvimento foi lento e, durante muitos anos, os constituintes fundamentais das substâncias químicas foram classificados segundo sua massa (ou peso, como se utilizava antigamente). Isto porque ainda não se conhecia a ideia de número atômico. Desse modo, determinava-se o peso dos elementos com base em reações com a massa fixa de algum padrão (por exemplo, o oxigênio) e, a partir daí, estimava-se o peso do outro elemento com o qual o primeiro reagia. Com a descoberta do número atômico, feita no começo do século XX por Moseley, percebeu-se que essa é a grandeza que de fato caracteriza um elemento químico. A partir daí a tabela foi reorganizada com base nessa propriedade, removendo algumas das dificuldades que ainda existiam na época, em especial o desconhecimento dos isótopos e dos isóbaros. É difícil de estimar a importância da tabela periódica. Uma das suas principais qualidades é a de prever a propriedade dos elementos químicos e dos compostos que vão se formar por suas combinações. Tal previsibilidade é reflexo de os elementos estarem agrupados na Tabela não só pela ordem crescente de seus números atômicos, mas também em função de sua distribuição eletrônica. Esta, por sua vez, está no fundamento das ligações químicas. Tal organização apontou, de modo muito natural, a regularidade em uma série de propriedades macroscópicas da matéria, como a densidade, os pontos de fusão e ebulição e outras.

CC - Alguns cientistas como Döbereiner e Newlands tentaram por muito tempo compreender as diversas relações existentes entre os elementos químicos, entretanto, nenhum com a mesma precisão de Mendeleev. Qual foi a grande ideia que permitiu ao cientista russo obter uma classificação tão perfeita?

Para compreender esse momento da história, vejamos alguns poucos aspectos do trabalho de cada um desses cientistas. As propriedades dos elementos químicos são dependentes dos números atômicos de seus átomos característicos. Contudo, este conceito só ganhou força com o trabalho de Moseley, no começo do século XX. Antes dessa data, sabia-se que as massas relativas dos elementos (massas atômicas) seriam determinantes nas propriedades destes, de modo que as tentativas de se organizar os elementos químicos numa tabela não são recentes. Contudo, muitas das tentativas fracassaram em função das dificuldades inerentes de se determinar massas atômicas com precisão, pois os valores de então tinham qualidade muito baixa. A primeira tentativa real de se classificar elementos se deve a Johann Wolfgang Dobereiner (1780-1849), professor de química da Universidade de Jena e amigo do poeta Wolfgang von Goethe. Em 1816, enquanto estudava a composição de minerais, ele percebeu que a massa atômica e algumas propriedades do estrôncio eram intermediárias entre as do cálcio e do bário. Mais tarde, em 1829, dispondo de uma tabela mais aperfeiçoada de pesos atômicos, e sabendo da descoberta de novos elementos, ele fez uma lista de diversas "tríades", grupos de três elementos em que o de peso atômico intermediário apresenta propriedades intermediárias entre os outros dois. No quadro abaixo podemos ver a reprodução de um fragmento da tabela de Dobereiner.

Quadro 1: Reprodução do modelo proposto por Dobereiner

Nessa lista, o membro intermediário de algumas tríades está faltando, pois Dobereiner acreditava que eles não eram conhecidos. Dobereiner foi capaz de enquadrar 54 elementos dentro de suas tríades, mas elas não chamaram muita atenção dos cientistas, por imaginarem que se tratava apenas de uma coincidência. Vale a pena comentar também algo do trabalho de Béguyer De Chancourtois (1820-1886), professor de geologia da Escola de Minas da França. Ele teve a ideia de agrupar os elementos no entorno de um cilindro. Tomando como referência o peso relativo do oxigênio (16), a circunferência do cilindro foi dividida em 16 partes. Os elementos foram lançados numa linha descendente a partir do topo do cilindro, de modo que aqueles com propriedades similares apareciam na mesma linha vertical (figura 1). Embora a ideia estivesse no caminho certo, ela não prosperou devido à complexidade do comportamento de diversos elementos. As ideias de De Chancourtois foram apresentadas na Academia Francesa de Ciências, em 1862, de modo bastante obscuro, e não ganhou adeptos.

Figura 1: O parafuso periódico (ou parafuso telúrico) de Béguyer De Chancourtois.

Outro nome bastante citado é o de John A. Reina Newlands (1837-1898), químico assistente da Real Sociedade de Agricultura do Reino Unido. Ele publicou seu primeiro trabalho sobre a classificação dos elementos, em 1863, mas sua tabela mais completa foi publicada em 1866, resumindo 62 elementos agrupados em oito colunas e sete linhas. Nessa tabela, Newlands via analogias entre o comportamento químico e as oitavas musicais. A ideia foi ironizada por diversos pesquisadores, mas sua tabela explicitava de modo melhor que a de seus predecessores as regularidades entre os elementos.

Por fim, chegamos ao grande nome de Dmitri Ivanovich Mendeleev (1834-1907). Ele estudou na Universidade de São Petersburgo, onde escreveu um trabalho sobre o volume específico dos materiais. Chegou a trabalhar em Heidelberg e participou do 1º. Congresso de Química, organizado em 1860, em Karlsruhe (Alemanha). Examinando as propriedades químicas dos elementos, Mendeleev preparou um conjunto de cartões nos quais as propriedades dos elementos, um para cada cartão, foram tabuladas. Arranjando e rearranjando os cartões, ele percebeu que muitas propriedades se reproduziam periodicamente com o aumento do peso atômico dos elementos. O uso de cartões permitiu ao cientista russo deixar lacunas para elementos até então desconhecidos. Algumas conclusões importantes puderam ser tiradas, tais como o agrupamento dos elementos com valências similares e a previsão da existência de novos outros, tal como o Eka-Silício (atual Germânio), o Eka-Alumínio (atual Gálio) e o Eka-Boro (atual Escândio). As propriedades de alguns de seus compostos puderam também ser previstas, como observado no quadro abaixo:

Quadro 2: as propriedades de alguns elementos previstos por Mendeleev e seus valores experimentais, para os elementos descobertos.

CC - Além de Mendeleev, o alemão Lothar Meyer também obteve resultados semelhantes, no entanto, sem a mesma repercussão de seu colega russo. Mendeleev foi mais ousado na apresentação de seus resultados ou eles realmente eram mais precisos?

Há uma diferença fundamental no trabalho dos dois cientistas citados. Julius Lothar Meyer (1830-1895) estava interessado em explorar as propriedades físicas dos elementos e sua periodicidade com o peso atômico. Em especial, o primeiro desses gráficos se deve a Meyer, ao publicar a curva de variação do volume atômico com a massa atômica dos elementos. Entre outras propriedades examinadas pelo químico alemão estão a dureza, os pontos de fusão e ebulição e a compressibilidade dos elementos. Meyer publicou, em 1864, o livro "Die Modernen Theorien der Chemie", no qual afirma haver regularidade entre a valência dos elementos e seus pesos atômicos. Nessa obra ele publica uma tabela periódica, que foi aperfeiçoada e republicada somente em 1870. Nessa segunda tabela é muito provável que Meyer tenha aproveitado alguns dados de Mendeleev, até por que ela é mais aperfeiçoada que a do químico russo. Por outro lado, Dmitri Ivanovitch Mendeleev (1834-1907) dava mais atenção aos aspectos químicos que apresentavam regularidades. Com certeza, as tabelas dos dois químicos foram desenvolvidas de modo independente.

Do mesmo modo que Lothar Meyer, Mendeleev desenvolveu suas ideias de periodicidade a partir da elaboração de um livro didático. Ele pensava em como organizar os capítulos de uma obra em química teórica e decidiu por organizá-los a partir da periodicidade em suas propriedades. Sua primeira tabela (a "tabela vertical") foi apresentada pela primeira vez na Sociedade Química Russa em 1869 (figura 2).

Figura 2: a primeira tabela de Mendeleev, apresentada em 1869 na Sociedade Química Russa.

Ao final, conclui-se que o trabalho dos dois cientistas só foi possível pois ambos aceitaram plenamente a hipótese de Cannizzaro, anunciada em 1860 no Congresso de Karlsruhe, da existência de átomos como constituintes de moléculas. Parece, contudo, que Mendeleev foi mais ousado do que Meyer, pois o primeiro se atreveu a prever propriedades de elementos até então não isolados, algo que o alemão não foi capaz de fazer.

CC - Podemos dizer que a construção da tabela periódica por Mendeleev é um daqueles raros momentos onde conhecimento, curiosidade e inspiração se juntam?

No meu modo de ver, sim. O químico russo tentava há muito tempo compreender as relações de periodicidade nas propriedades dos elementos. Decidiu, momentos antes de uma viagem, escrever as propriedades dos elementos em cartões individuais e começou a distribui-los conforme suas regularidades, algo como no jogo de paciência, até que vislumbrou as tais regularidades. Sua mente estava preparada para essa descoberta. Essa história não tem nada de fantasiosa e ele mesmo a narrou em uma de suas publicações.

CC - Depois de Mendeleev a tabela foi reajustada de acordo com as descobertas de Moseley e de Seaborg. De maneira geral, quais foram as principais mudanças?

Até o trabalho de Moseley (1887-1915), os elementos eram organizados com base em suas massas atômicas (antigamente pesos atômicos). Moseley foi um cientista brilhante que morreu muito jovem, com menos de trinta anos. Ele usou em seu trabalho uma nova ferramenta para a época, os raios X. Examinando as características dessa radiação, emitida por transições eletrônicas internas (nas camadas K e L dos metais), Moseley formulou uma lei que mostra que a energia da radiação emitida é diretamente proporcional a um número inteiro. Esse número inteiro corresponde ao que hoje chamamos de número atômico (Z) dos elementos. Por meio dessa lei, conhecida como Lei de Moseley, ele foi capaz de redistribuir alguns elementos que até então ocupavam lugares não muito definidos na tabela (por exemplo, que o Cobalto deveria preceder o Níquel). Também foi possível perceber que o elemento natural de maior número atômico era o Uranio (Z=92). Com isso, evidenciou-se a existência de lacunas na tabela, pois na época eram conhecidos 88 elementos. Os quatro restantes foram descobertos entre 1937 e 1947. O Tecnécio, Z=43, por Segré e Terrier (1937), o Promécio, Z=61, por Pool e Quill (1938), o Frâncio, Z=87 por Perey (1939) e o Astato, Z=85, por Corson, McKenzie e Segré (1940). Este último elemento é extremamente raro na Terra. Supõe-se que as reservas naturais totais não passem de 30 g!

A partir das descobertas acima, iniciaram-se estudos para se preparar de modo artificial, por meio de reações nucleares, elementos transurânicos, ou seja, com Z>92. Segré e Fermi foram os primeiros a tentar, ainda em 1934, com fracasso. Por fim, em 1940 o Netúnio (Z=93) foi sintetizado por McMillan e Abelson, enquanto McMillan, Kennedy, Wahl e Seaborg preparam o Plutônio (Z=94). Seus estudos abriram as portas para a descoberta de dezenas de outros transurânicos.

CC - Atualmente são reconhecidos 118 elementos químicos. É possível que esse número aumente ainda mais?

É certamente muito provável que o número de elementos continue a aumentar. O problema de se sintetizar átomos transurânicos está no tempo de meia-vida em que o átomo subsiste sem sofrer desintegração e se transformar em átomos mais leves. Se o átomo tem tempo de meia-vida muito curto, não é possível estudar suas propriedades e reatividade.

Figura 3: Zona de estabilidade de núcleos atômicos.

Os físicos descobriram que a estabilidade de átomos transurânicos está associada à relação numérica Z/n (isto é, número atômico/número de nêutrons) de seu núcleo. Um gráfico que mostre esses valores em seus eixos exibe faixas de estabilidade atômica, ou seja, regiões dessa relação em que a estabilidade é maior, favorecendo a busca de novos elementos. É nelas que os físicos concentram atualmente sua atenção, à procura de síntese de átomos cuja relação entre o número de partículas recaia sobre elas. A figura ao lado mostra um gráfico típico, com uma longa faixa de estabilidade nuclear.

CC - Além da tabela periódica, quais outras descobertas da Química merecem destaque e foram tão revolucionárias?

Certamente, descobertas revolucionárias em química existem em profusão. Além do que foi discutido acima, a consolidação da noção de átomo químico, para além de sua aceitação como entidade física, a teoria da ligação de valência, e, mais modernamente, a descoberta dos nanocompostos (nanotubos e fulerenos) são exemplos de que as revoluções na Química acontecem com frequência extraordinária, transformando os químicos numa classe de profissionais cuja importância jamais pode ser subestimada no desenvolvimento da sociedade.

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Ourides Santin Filho Em entrevista à ClickCiência, Ourides Santin Filho, do Departamento de Química da Universidade Estadual de Maringá (UEM), conta a história do longo processo que levou à construção da Tabela Periódica e dos grandes cérebros envolvidos nesse desafio, como Moseley, Dobereiner, De Chancourtois, Newlands e Mendeleev.

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- Como os elementos estão Distribuídos e Organizados;
- Classificações dos Elementos na Tabela;
Me contem... está tudo na ponta da língua?
Vamos testar?
Reaja na publicação para eu saber se conseguiram, ok?!

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Ainda Estão com dúvidas? Assistam o vídeo e deixem o like se ajudou ou não, ok?

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Deixem a resposta nos comentários :)
Será que alguém acerta?

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Orientações Trabalho - Montando a Tabela Periódica

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Orientações Trabalho - Montando a Tabela Periódica