Elementos químicos: entenda a base da matéria para Enem e vestibulares

Os elementos químicos são a base de tudo o que existe, pois são os verdadeiros “tijolos” que constituem toda a matéria do universo, desde a cadeira em que você está sentado até o ar que se respira. Não por menos, esse tema é comumente cobrado nas provas para ingresso nas universidades.

Não podemos, contudo, querer memorizar os 118 elementos químicos, até porque isso não seria de tão grande utilidade. Muito mais útil é ter uma boa noção de suas propriedades, como os elementos químicos são organizados e, principalmente, como esses conhecimentos são cobrados nas provas. Nosso objetivo, pois, é conectar a teoria sobre elementos químicos com fenômenos químicos (as reações químicas) que nos cercam no dia a dia. Por isso, siga conosco.

O que são Elementos Químicos?

Em sua definição mais pura, um elemento químico é uma substância composta por um único tipo de átomo. O que diferencia um elemento do outro é o número de prótons em seu núcleo, o chamado número atômico (Z). Por exemplo, todo átomo que possui 1 próton é Hidrogênio.

Todo átomo com 6 prótons é Carbono. Isso é dizer que cada elemento químico só tem uma única quantidade possível de prótons em seu núcleo.

Esse é um dado muito curioso. Senão vejamos, caso você pudesse isolar um único próton de um átomo de Ferro e um único átomo de Oxigênio, você não conseguiria distinguir a diferença entre esses prótons.

Isso significa que todos os prótons da natureza são exatamente iguais, o mesmo ocorre com os nêutrons e elétrons. Basta, porém, acrescentar um único próton a um determinado átomo que ele se transforma em um átomo de um elemento por vezes muito distinto do outro. Assim, se você acrescentar um único próton a um átomo de Oxigênio, você terá em seu lugar o Flúor. De se ver, portanto, como é fantástica a química em seu nível fundamental.

É crucial não confundir elementos com substância simples ou composta. Um elemento pode formar substâncias simples (como o gás Oxigênio, O₂, formado apenas por átomos de oxigênio) ou participar da formação de inúmeras substâncias compostas através de reações químicas.

É isso que ocorre, por exemplo, quando o Sódio (Na) reage com o Cloro (Cl) para formar o cloreto de sódio (NaCl – o sal de cozinha). Temos, pois, dois elementos combinando para criar um composto.

Esse novo composto, não raro, tem características bem diversas dos elementos ou substâncias que o formaram. Entender os elementos individualmente é o primeiro passo para prever o comportamento deles quando interagem.

Qual é a classificação periódica dos Elementos Químicos?

Os elementos químicos, como vimos acima, estão todos representados na Tabela Periódica. Por essa razão, ela vai muito além de um pôster colorido na parede da sala de aula, ou daquela cartela colorida utilizada nas aulas de química. A tabela periódica, é o grande mapa da Química.

Inicialmente ela foi organizada principalmente pelo químico Dmitri Mendeleev. Com o tempo, foi aprimorada e atualmente ela agrupa os elementos com propriedades semelhantes, facilitando sua análise e previsão de comportamento, daí ser como um mapa, pois nela se busca as orientações.

Os elementos são dispostos em:

Períodos (Fileiras Horizontais)

Indicam o número de camadas eletrônicas que o átomo possui. São as linhas horizontais (de cima para baixo, são 7).

Eles indicam o número de camadas eletrônicas (níveis de energia) que o átomo possui, isto é, as camadas pelas quais os elétrons do átomo estão distribuídos.

Abaixo quadro ilustrativo das 7 diferentes camadas de energia com o respectivo número máximo de elétrons que o átomo pode conter em cada nível ou camada.

Grupos ou Famílias (Colunas Verticais)

São as colunas verticais (de 1 a 18). Agrupam elementos com a mesma configuração na camada de valência (elétrons na última camada), o que lhes confere propriedades químicas semelhantes.

Os grupos também são chamados de famílias dos elementos. Veja os principais grupos ou famílias na tabela periódica abaixo:

As principais classificações dentro da tabela são:

• Grupo dos metais alcalinos (grupo 1): ex.: Lítio (Li), Sódio (Na), Potássio (K). São metais muito reativos, brandos e de baixo ponto de fusão. Característica: 1 elétron na camada de valência.
• Grupo dos metais alcalino-terrosos (grupo 2): ex.: Berílio (Be), Magnésio (Mg), Cálcio (Ca). São metais reativos, mas menos que os alcalinos. Característica: 2 elétrons na camada de valência.
• Grupo de transição (grupo 3 a 12). ex.: Ferro (Fe) e Cobre (Cu), Zinco (Zn), Prata (Ag), Ouro (Au). Sujeitos a doar elétrons.
• Grupo do Boro ou dos metais terrosos (grupo 13): ex.: Boro (B), Alumínio (Al). Mostram uma transição de não-metal para metal.
• Grupo do Carbono (grupo 14): ex.: Carbono (C), Silício (Si), Germânio (Ge). Inclui não-metais e semimetais. O Carbono é a base da química orgânica.
• Grupo do Nitrogênio ou pnictogênios (grupo 15): ex.: Nitrogênio (N), Fósforo (P). Importantes para a vida e para a fabricação de fertilizantes.
• Grupo do Oxigênio ou Calcogênios (grupo 16): ex.: Oxigênio (O), Enxofre (S). São altamente reativos.
• Grupo dos Halogênios (grupo 17): ex.: Flúor (F), Cloro (Cl), Bromo (Br). São não-metais muito reativos, formando facilmente compostos iônicos com metais. Característica: 7 elétrons na camada de valência.
• Grupo dos Gases Nobres (grupo 18): ex.: Hélio (He), Neônio (Ne), Argônio (Ar). A mais famosa, conhecida por sua estabilidade e pouca reatividade.

Uma classificação, digamos, um pouco mais simplificada, costuma apresentar os elementos químicos conforme segue:

• Metais: Localizam-se à esquerda e no centro da tabela. São geralmente sólidos (exceto o Mercúrio), bons condutores de calor e eletricidade, maleáveis e dúcteis. Exemplos: Ferro (Fe), Cobre (Cu), Alumínio (Al).
• Não Metais: Encontram-se no canto superior direito. São geralmente pobres condutores, podendo ser gases (Oxigênio – O), líquidos (Bromo – Br) ou sólidos (Enxofre – S).
• Gases Nobres: Localizados no grupo 18, são extremamente estáveis e quase não participam de reações químicas.
• Semimetais (ou metaloides): Possuem propriedades intermediárias entre metais e não metais. Exemplo: Silício (Si), fundamental para a eletrônica.

Quais são as propriedades dos Elementos Químicos?

As principais propriedades dos elementos incluem características como raio atômico, eletronegatividade, energia de ionização, afinidade eletrônica. Essas propriedades são conhecidas como propriedades periódicas. Além dessas também há as chamadas propriedades não periódicas, como a massa atômica. Vejamos abaixo cada uma dessa propriedades de forma mais detalhada.

1 – Propriedades Periódicas

Essas propriedades periódicas variam de forma previsível na tabela periódica em que os elementos estão ordenados segundo seu número atômico, isto é, conforme a quantidade de prótons do átomo contém em seu número.

Vejamos abaixo as principais propriedades dos elementos químicos:

Raio Atômico

Tamanho do átomo. Aumenta de cima para baixo em um grupo e da direita para a esquerda em um período. Note que esse comportamento se deve pelas razões a seguir. De cima para baixo em um grupo, pois cala elemento sucessivo tem uma camada eletrônica adicional. Já a diminuição da esquerda para a direita (ou aumento da direita para a esquerda) se deve ao fato de que, quanto mais à direita em um período um elemento estiver na tabela, mais prótons esse átomo tem em seu núcleo e essa quantidade maior de prótons tende a atrair os elétrons mais para o seu centro, daí o raio se tornar menor. Com a visualização do quadro a seguir fica mais fácil a compreensão da variação do raio atômico.

Eletronegatividade

Capacidade de um átomo de atrair elétrons em uma ligação química. Essa propriedade é fundamental para prever o tipo de ligação (iônica ou covalente) e o comportamento dos elementos nas reações químicas.

A eletronegatividade aumenta da esquerda para a direita (salvo os gases nobres) no período e de baixo para cima no grupo. É por essa razão que o Flúor (F) é o campeão de eletronegatividade! Localize-se o na tabela para uma melhor visualização e compreensão. Abaixo ilustração do sentido do crescimento da eletronegatividade na tabela.

Energia de Ionização

Energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro. É crucial para entender a formação de íons e a ligação iônica. Segue a mesma tendência da eletronegatividade (aumenta no período, diminui na família).

Afinidade Eletrônica

Energia liberada quando um átomo ganha um elétron. Também segue a tendência da eletronegatividade.

Caráter Metálico

Reflete a tendência de um átomo perder elétrons. Segue a tendência OPOSTA à eletronegatividade. Aumenta da direita para a esquerda no período e de cima para baixo na família.

Propriedades não periódicas

Essas propriedades não seguem uma variação específica na tabela, como o número de massa. A Massa Atômica é a forma padrão para medir a massa dos átomos, expressa em unidade de massa atômica (u).

Na natureza podemos encontrar elementos químicos com o mesmo número atômico, mas com massas atômicas diferentes. Estes elementos são chamados de isótopos, que nada mais são que átomos do mesmo elemento químico e que possuem o mesmo número de prótons, mas número diferente de nêutrons. Daí resulta terem massa atômica distinta. Simples assim.

Para exemplificar, pode-se citar o deutério e o trítio. Ambos são isótopos do hidrogênio. O deutério, assim como o hidrogênio, tem 1 próton, mas adicionalmente tem 1 nêutron, já o trítio conta com 2 nêutrons, mas também só 1 próton.

Abaixo a ilustração da representação do Hidrogênio com a anotação de alguns elementos identificadores.

Tabela completa de Elementos Químicos e seus símbolos

Vimos acima as propriedades dos elementos químicos. Como você deve saber todos os elementos químicos estão representados na Tabela Periódica e, embora existam 118 elementos conhecidos, você não precisa decorar todos. Atenha-se principalmente à classificação por grupos e propriedades. Assim você será capaz de identificar rapidamente caraterísticas semelhantes de elementos químicos pertencentes a um mesmo grupo. Abaixo, para seu auxílio, segue a tabela periódica com a representação dos elementos e seus fatores identificativos.

Como encontrar os Elementos Químicos no dia a dia?

A teoria ganha vida quando aplicada ao dia a dia. Os elementos, por conseguinte, não estão confinados aos laboratórios; eles estão em tudo, literalmente em tudo, ao nosso redor, e entender isso é uma das melhores formas de fixar o conteúdo.

Vejamos abaixo alguns exemplos da presença e importância de alguns elementos químicos no nosso dia a dia.

Medicamentos

O Lítio (Li) é usado no tratamento do transtorno bipolar. O Ferro (Fe) é a base de suplementos para anemia. Por quê? Porque o Ferro é quem transporta o Oxigênio para as células onde reagem com a glicose para produzir energia, o que, como você já deve saber, é o que chamamos de respiração celular.

O Ferro, portanto, é o transportador do oxigênio em nosso corpo. Daí que ter deficiência de Ferro causa anemia, pois o organismo não é capaz de transportar oxigênio necessário para as células.

Também podemos citar os antibióticos como a penicilina que contém Enxofre (S). O entendimento desses elementos permite o desenvolvimento de novos fármacos através de complexas reações químicas de síntese.

Eletrônicos

O Silício (Si) é o coração de todos os chips e processadores. Ítrio (Y) e Európio (Eu) são usados para criar a cor vermelha em telas de TV e smartphones. O Nióbio (Nb) é um metal brasileiro crítico para a produção de superligas usadas em turbinas e ímãs supercondutores.

Além disso, você já deve ter ouvido o termo “terras-raras”, muito em voga ultimamente. As terras-raras são um grupo de 17 elementos químicos essenciais para a tecnologia moderna.

Utilizados em Smartphones e até equipamentos militares de defesa. Incluem os lantanídeos, Escândio (SC) e Ytrio (Y), principalmente.

Alimentos

O Sódio (Na) e o Potássio (K) são essenciais para o equilíbrio celular. O Cálcio (Ca) fortalece ossos e dentes. O Magnésio (Mg) ativa enzimas no organismo.

A fotossíntese, processo vital para a produção de alimentos, é uma das reações químicas mais importantes, envolvendo Carbono (C), Hidrogênio (H) e Oxigênio (O).

Meio ambiente e impactos

A exploração de elementos como o Ouro (Au) e o Alumínio (Al) pode causar devastação ambiental se não for feita de forma sustentável.

Por outro lado, elementos como o Lítio (Li) e o Cobalto (Co) são vitais para a produção de baterias de carros elétricos, uma tecnologia de baixo carbono. A química ambiental estuda justamente as reações químicas dos poluentes na atmosfera e na água.

Interdisciplinaridade com Física e Biologia

No início dissemos que os elementos químicos são a base de tudo o que existe. Os elementos químicos estão, portanto, presentes na física e biologia. Vamos ilustrar rapidamente.

• • Física: A radioatividade do Urânio (U) é usada em usinas nucleares (Física Nuclear). Propriedades elétricas dos metais são fundamentais para a circuitaria.
  • Biologia: A cadeia respiratória celular é um processo que depende do Oxigênio (O). A estrutura do DNA é uma macromolécula cuja base é formada por Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio (N) e Fósforo (P).

Como os Elementos Químicos caem no Enem e vestibulares?

As provas não perguntam simplesmente “qual o símbolo do Ferro?”. Elas cobram a capacidade de relacionar conceitos, interpretar a tabela periódica e aplicar o conhecimento em situações-problema.

As questões frequentemente envolvem a previsão dos produtos de reações químicas com base na localização dos elementos na tabela.

Abordagens Comuns:

1. Interpretação da Tabela Periódica: A prova pode fornecer um trecho da tabela com letras (A, B, C, D) no lugar de elementos e pedir para você identificar qual tem maior caráter metálico, maior eletronegatividade, etc.
2. Ligações Químicas: Com base na posição de dois elementos (ex: um metal alcalino e um halogênio), pede-se para identificar o tipo de ligação formada (iônica) e as propriedades do composto resultante.
3. Estequiometria e Reações: A questão fornece uma reação real, como a combustão do butano, e pede cálculos estequiométricos, exigindo que você conheça os símbolos e massas atômicas dos elementos envolvidos (C, H, O).
4. Contextualização Cotidiana: Apresentar uma situação do dia a dia (ex: uma panela de ferro enferrujando) e perguntar sobre os elementos e reações envolvidas [Ferro (Fe), Oxigênio (O) e a formação de óxido de ferro].

Exemplo de questão do ENEM

No ar que respiramos existem os chamados “gases inertes”. Trazem curiosos nomes gregos, que significam “o Novo”, “o Oculto”, “o Inativo”.

E de fato são de tal modo inertes, tão satisfeitos em sua condição, que não interferem em nenhuma reação química, não se combinam com nenhum outro elemento e justamente por esse motivo ficaram sem ser observados durante séculos.

Só em 1962 um químico, depois de longos e engenhosos esforços, conseguiu forçar “o Estrangeiro” (o xenônio) a combinar-se fugazmente com o flúor ávido e vivaz, e a façanha pareceu tão extraordinária que lhe foi conferido o Prêmio Nobel Qual propriedade do flúor justifica sua escolha como reagente para o processo mencionado?

LEVI, P. A tabela periódica. Rio de Janeiro: Relume-Dumará, 1994 (adaptado)

A) Densidade.

B) Condutância.

C) Eletronegatividade.

D) Estabilidade nuclear.

E) Temperatura de ebulição

Solução:Vimos acima que o Flúor (Fl) é o campeão de eletronegatividade, isto é, tem alta capacidade de atrair elétrons. Por essa razão, embora o Xenônio (Xe) seja extremamente estável, a alta capacidade de atração de elétrons do Fl foi capaz de capturar os elétrons do Xe, unindo-se a ele. Logo, alternativa correta letra “C”.

Exemplo de questão do vestibular

I – Determinado elemento metálico pertence ao terceiro período da Classificação Periódica e apresenta dois elétrons em seu nível eletrônico mais energético. Esse elemento, comumente empregado em medicamentos para o combate à azia, é representado pelo símbolo:

a) K.

b) Ca.

c) Na.

d) Mg.

e) Mn.

Solução: Para começar, somente o Sódio (Na) e o Magnésio (Mg) pertencem ao terceiro período, os demais são do quarto. Como você já sabe, o sódio está presente no sal e o magnésio no tal “leite de magnésio”, que se toma justamente quando se está com azia. De se ver que, mesmo sem um conhecimento aprofundado, é possível resolver corretamente a questão. Por conseguinte, alternativa correta letra “d”.

Dúvidas frequentes sobre os Elementos Químicos

Quais são os 7 elementos ou partículas da natureza? O que são os 8 elementos?

Esta pergunta surge de um equívoco comum e talvez você já tenha topado com ela. Na filosofia antiga, propunha-se que a matéria era feita de elementos como terra, ar, fogo e água.

Observe que eles confundiam uma substância, como a água, com o fenômeno de uma reação como a combustão, o fogo, por exemplo. Isso se dava justamente por desconhecerem as características de um elemento químico, de uma substância e de uma reação química. Hoje, na ciência moderna, após anos de estudos e descobertas, já não falamos em “7 ou 8 elementos da natureza”, pois sequer fazem muito sentido.

Por essa razão, trabalha-se com os 118 elementos químicos confirmados pela IUPAC. O conceito de “partículas da natureza” é mais adequado à Física, que estuda partículas subatômicas como prótons, nêutrons, elétrons, quarks, etc.

Quantos elementos químicos têm na tabela periódica?

Atualmente, a tabela periódica oficial, como já vimos acima, reconhece 118 elementos. Os elementos de 1 a 94 (do Hidrogênio ao Plutônio) são encontrados na natureza, enquanto os elementos de 95 a 118 foram sintetizados em laboratório.

Quais os principais elementos químicos que compõem os seres vivos?

Os seres vivos são formados basicamente pelos seguintes elementos: Carbono (C), Hidrogênio (H), Oxigênio (O), Nitrogênio (N), Fósforo (F) e Enxofre (S).

Onde são formados os elementos químicos mais pesados?

Os elementos químicos são formados por um processo de fusão nuclear no interior de estrelas. Quando estrelas maiores envelhecem e explodem, elas formam os elementos mais pesados que são espalhados pelo cosmos. Novas estrelas e planetas se formam a partir desses remanescentes. O ferro que está no seu sangue já esteve literalmente no interior de uma estrela. Não é errado, pois, dizer que somos filhos de estrelas.

Como estudar os Elementos Químicos?

1. Entenda, não decore: Em vez de memorizar a tabela inteira, conforme já alertado inicialmente, foque em entender as tendências periódicas (eletronegatividade, raio atômico). Isso permitirá que você deduza propriedades.
2. Faça resumos visuais: Crie sua própria tabela periódica colorida, destacando grupos e propriedades. O ato de escrever ajuda na fixação.
3. Relacione com o cotidiano: Sempre que vir uma substância, se possível, pense em quais elementos o compõem. Isso cria conexões neurais sólidas.
4. Resolva muitos exercícios: A prática com questões de vestibulares e do Enem é insubstituível. Ela mostra como o conteúdo é cobrado e revela suas fraquezas.

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Conclusão

Dominar os elementos químicos é muito mais do que uma etapa do estudo, é a base sobre a qual se assenta todo o estudo da química.

Saber o que identifica um elemento químico, compreender sua classificação por períodos e grupos e, por consequência, as características semelhantes, faz com que você tenha uma melhor compreensão de como se dá a dinâmica entre interações de elementos químicos, isto é, as reações químicas.

A partir disso você terá uma facilidade maior de identificar as propriedades de um elemento, ou mesmo de uma substância química e sua utilidade no mundo real, nas coisas que nos cercam.

Esse conhecimento é a chave para desvendar desde questões simples até os problemas mais interdisciplinares do Enem e dos vestibulares. Coloque as dicas em prática, estude com estratégia.

A compreensão, portanto, de uma reação química começa com o conhecimento das características dos elementos que a compõem.

Bons estudos!