Ciências e Química

Mendeleev e a Tabela Periódica

22/09/2012 19:22
Mendeleev e a Tabela Periódica

Um dos conteúdos mais chatos em Química, abominado por muitos alunos e professores, é Tabela Periódica, justamente o instrumento que mais os acompanhará no ensino médio. Fato: O uso da Tabela é uma necessidade. Problema: Como transformar aquele quadro de aversão em prazer de aprender (e ensinar)?

A seguir, procurarei contar com o máximo de detalhes minhas aulas sobre este conteúdo que, mais precisamente, tentam reconstruir os mais prováveis passos seguidos pelo químico russo D.I. Mendeleev. Recomendo a leitura das páginas 128 e seguintes do livroQuímica, de N.O. Beltran e C.A.M. Ciscato (Cortez Editora, 1991); uma pesquisa histórica também seria interessante (ainda que não se esgote).

Mendeleev foi o homem certo na época certa, outros tentaram uma classificação dos elementos, mas este russo viveu em um tempo em que já se conhecia cerca de 60 elementos e já se media massas atômicas de forma satisfatória. Se fossem 30 ou 40 os elementos conhecidos, dificilmente teria chegado à Lei Periódica (Ele estava presente, em 1860, no congresso de Karlsruhe, em que Canizzaro distribuiu um texto no qual se tinha um método de determinação de massas atômicas, o russo percebeu a importância do texto).

A aula começa justamente falando da enorme quantidade de elementos descobertos (e suas propriedades) até o início do século passado, que havia uma necessidade de organizar esse conhecimento para facilitar, por exemplo, o trabalho de um cientista em seu laboratório, em suas pesquisas. Várias tentativas foram feitas, mas a mais feliz de todas foi a de D.I. Mendeleev. Ele construiu uma tabela essencialmente ordenando os elementos em ordem crescente de massa atômica e um embaixo do outro aqueles com propriedades químicas e físicas semelhantes. Num canto do quadro-negro, escrevo alguns dos elementos conhecidos e suas massas atômicas:

H(1), Li(7), Be(9 ou 14?), B(11), C(12), N(14), O(16), F(19), Na(23), Mg(24), Al(27), Si(28), P(31), S(32), Cl(35), K(39), Ca(40), Ti(48 ou 52?), V(51), Cr(52), Mn(55), Cu(63), Zn(65), Ge(72), As(75), Se(79), Br(80).

Agora, começamos a montar a tabela seguindo as idéias de Mendeleev, baseando-se principalmente na fórmula dos óxidos: O lítio (Li2O) embaixo do hidrogênio (H2O). A seguir, viria o Be ou o B? Não se sabia corretamente a fórmula do óxido de berílio e, portanto, não se sabia se seu peso era 9 ou 14. Mendeleev decidiu colocar o Be antes do B porque aquele tem propriedades intermediárias ao Li e ao B, o que implicava que o Be tivesse massa 9 e óxido com fórmula BeO (foi um passo ousado este que ele deu).

Continuando a montar a tabela no quadro-negro, colocando as fórmulas dos óxidos e compostos de H para não esquecer, temos:

H2O              
H BeO B2O3 CO2        
Li Be B C N O F Na

Ao colocar o Na ao lado do F estou cometendo um erro proposital para chamar a atenção dos alunos às idéias centrais daquele químico. O sódio tem propriedades químicas e físicas semelhantes ao H e ao Li, a fórmula de seu óxido é Na2O. Ele deve ficar ao lado do F?, pergunto. Os alunos respondem o que deve ser feito:

H2O              
H BeO B2O3 CO2       Na2O
Li Be B C N O F Na
Na              

-E onde deve ficar o magnésio, cujo óxido é MgO?

-Ao lado do Na, embaixo do Be - respondem após olharem sua massa no canto do quadro e para a tabela que estamos montando.

-E se eu tenho um elemento "X" de óxido XO2. Onde eu o coloco?

Alguns respondem que é embaixo do C e peço que justifiquem.

-De fato, o elemento "X" em que estou pensando é o Si, de óxido SiO2 (e o coloco na tabela).

Peço que me digam onde colocar um outro elemento "X", com óxido X2O3. Agora mais alunos respondem e continuo com esta estratégia até que todos estejam entendendo a idéia, geralmente não necessito mais do que 3 exemplos. Prossigo o preenchimento da tabela informando a fórmula do óxido do elemento em questão.

H2O              
H BeO B2O3 CO2       Na2O
Li Be B C N O F Na
Na Mg X Si P S Cl  
K Ca   Ti V Cr Mn  
Cu Zn   Ge As Se Br  

Um aluno me interrompe nesse momento:

- Por que não colocou ninguém entre o Ca e o Ti?

-Aí está um dos méritos de Mendeleev. Depois do Ca ele tinha que colocar o Ti, mas este não é semelhante ao B nem ao Al. O seu óxido é o TiO2, então deve ficar na coluna do C e Si. O espaço entre o Ca e o Ti, disse Mendeleev, deveria ser ocupado por um elemento ainda não descoberto. Ele o chamou de Ekaboro ("embaixo do boro") e, baseando-se nas propriedades dos que o cercam, previu as propriedades que este elemento desconhecido deveria ter. Por exemplo, supondo que seu símbolo seja Eb, olhando a tabela, qual deve ser a fórmula de seu óxido?

É importante obter aqui resposta do aluno para passar à segunda:

-E qual a sua massa atômica?

Várias podem ser as respostas. Frequentemente algum aluno sugere o 44 porque é a média aritmética do 40 (Ca) e 48 (Ti), mesmo procedimento de Mendeleev.

H2O              
H BeO B2O3 CO2       Na2O
Li Be B C N O F Na
Na Mg Al Si P S Cl  
K Ca Eb Ti V Cr Mn  
Cu Zn   Ge As Se Br  

Neste momento é interesante escrever algumas propriedades previstas como massa atômica 44, fórmula do óxido, etc. e comparar com as propriedades do elemento que viria a ser descoberto: o escândio (a densidade do Sc2O3 é 3,8; Mendeleev tinha estimado em 3,5).

Concluída essa construção da T.P., apresento a atual que possui diferenças na posições de alguns elementos porque são utilizados outros critérios para classificá-los. Não há necessidade de terem estudado já o que é número atômico, que é o critério atual por ser o verdadeiro responsável pelas propriedades dos elementos químicos (Moseley).

Prossigo apresentando aplicações desta Tabela, antes perguntando porque tem o nome de "periódica". Apesar deles entenderem como foi construída, a palavra "periódica" não lhes faz sentido. O seu significado é uma particularidade da Química, mas que pode ser esclarecida utilizando analogias:

- Alguém sabe qual é a outra T.P. que todos nós usamos? (Silêncio, muitos não compreendem a pergunta, alguém resmunga:"que? tem outra tabela pra gente decorar?). Respondo: - É o calendário. No calendário temos "propriedades" que se repetem de tempos em tempos. Se sei que dia 14 é quarta-feira, posso prever que dia 21 também será quarta e assim por diante. Os dias da semana são "propriedades" que se repetem em períodos de 7 dias. Na nossa T.P. certas propriedades se repetem periodicamente em função do número atômico, em vez dos dias. Ninguém pode negar a utilidade de um calendário. Com a T.P. é a mesma coisa. Não faz sentido decorar um calendário, é pouco prático e ele perderia a razão de existir. O mesmo vale para T.P., não vamos decorá-la, mas temos que entendê-la para podermos tirar proveito.

Nesse mommento, colho da tabela vários exemplos:

- De que metal são feitos os fios para materiais elétricos?

- O cobre.

- E se não pudéssemos utilizar o cobre, o que faríamos?

Um ou dois alunos sugerem a Ag ou o Au. Deixo que expliquem aos colegas que não entederam o porquê.

A prata é o metal que melhor conduz eletricidade e discutimos estas 3 opções: Cu, Ag e Au. Quando usar, por que usar e por que não usar). Numa dessas aulas, um aluno lembra que numa loja certos aparelhos de som e seus acessórios vende-se plugs feitos com ouro. São aparelhos para uso profissional. Explico que além do ouro ser inerte (não sofrer corrosão como acontece em outros metais) ele conduz eletricidade muito melhor que o cobre e a qualidade do som fica melhor (menos ruído e perda de potência).

- Outro exemplo: a borracha natural é um material pegajoso, parece chiclete. Não podemos usá-la assim na fabricação dos solados dos nossos tênis, ela precisa sofrer uma reação química com o enxofre chamada de vulcanização:

 

 

 

borracha + S  → borracha vulcanizada

A borracha vulcanizada é elástica e resistente. Possui também outras propriedades adequadas para fazer solados. Há alguns casos em que esta borracha vulcanizada não serve. Por exemplo, para certos tipos de peças feitas para operar em temperaturas elevadas, em condições adversas, a borracha envelhece rapidamente, fica quebradiça, perde suas propriedades. Uma solução é substituir a borracha natural por outro tipo. Mas, se precisarmos usá-la, o que podemos fazer?

Usa telúrio, diz um. Usa polônio, responde outro. Também algum aluno arrisca o oxigênio e comentamos cada opção.

Todos os calcogênios são utilizados, cada um para uma situação específica, em que pesa a relação custo/benefício, no entanto, o oxigênio não é usado. Pergunto porque. É um bom momento para relembrar um conteúdo já trabalhado: se a borracha está reagindo com oxigênio é porque está pegando fogo.

Geralmente, continuo com mais alguns exemplos, sempre usando a tabela atual à vista dos alunos.

Comento que as colunas são denominadas grupos ou famílias.

- As pessoas que integram uma família são parecidas entre si. É claro que não chegam a ser iguais, mas sempre há uma semelhança. Por isso, chamamos de família cada coluna na tabela, porque seus integrantes têm alguma semelhança.

Pergunto por remédios usados contra azia, listam alguns e escolho aqueles que contêm NaHCO3.

- Há pessoas que devem controlar a ingestão de Na, por problemas de saúde. Que alternativas elas poderaim adotar? - os alunos respondem com os elementos alcalinos (o H também). Novamente, discute-se cada uma dessas alternativas:

- Se uso H, fica HHCO3, ou seja H2CO3 que é um ácido, não resolve o problema. O Li não é interesante, pois possui efeitos colaterais, constitui os remédios vendidos sob prescrição médica para pessoas com certo tipo de depressão. Usando Rb, Cs ou Fr a pessoa não terá mais azia. Também não terá mais dor de cabeça, de dente, nem contas para pagar...

Riem da piada, entendem que esses 3 elementos são tóxicos. Sobra o KHCO3, que no nosso exemplo hipotético, seria o melhor substituto do NaHCO3.

Também o leite de magnésia é muitas vezes citado pelos alunos, podendo ser discutido:

- O leite de magnésia - Mg(OH)2 -pode ser usado contra azia porque é uma base, contém o grupo hidroxila, que neutraliza o ácido do estômago. Se quisermos outro remédio semelhante, que opções teríamos?

Após as respostas dos alunos, comento que entre as opções a melhor seria o Ca(OH)2, que é a cal apagada, usada para caiar muros. Mas, é claro, não estamos aqui recomendando ou receitando remédios alternativos, apenas tentando explicar as vantagens da Tabela Periódica.

A seguir trabalha-se alguns exercícios antes de justificar a posição dos elementos na tabela pelo modelo de Bohr.

Para concluir, espero ter conseguido transmitir os objetivos centrais e a dinâmica com que a aula transcorre e que esse relato possa contribuir para a sua reflexão. Entendam, é uma aula que tem sido estruturada ao longo de 3 anos e que continua sofrendo alterações, frutos de trocas de experiências com os próprios alunos, que são instigados a participarem de forma ativa na aula.

Atualmente, tenho utilizado outra abordagem: em vez de começar a aula construindo a tabela, eu distribuo cartões contendo os elementos listados acima. Em cada cartão há um símbolo de elemento químico com a respectiva massa atômica e densidade (alguns com a fórmula do óxido). Estes dados são os conhecidos na época conforme consta na bibliografia citada.

A proposta é que os alunos (em grupos) tentem organizar os cartões sobre a mesa de forma a ocupar pouco espaço. Devem discutir entre si os critérios para organização. O professor vai estimulando-os na organização e apresentando questões conforme o que estão fazendo.

Freqüentemente um ou dois grupos conseguem organizar a tabela periódica de acordo com os critérios de Mendeleev.

Um detalhe importante: para facilitar, os elementos que possuem propriedades físicas e químicas semelhantes são colocados em cartões de mesma cor. Assim, H, Li, Na, K e Cu são desenhados em cartões de cor branca, por exemplo. O Be, Mg, Ca e Zn, em cartões azuis e assim por diante.


publicado originalmente em http://khemis.vilabol.uol.com.br/tperdPRF.html em 18/jun/2005

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