Quando você pensa na palavra "metais", é provável que você pense nos objetos do dia-a-dia e suas funções tanto quanto na química ou em qualquer outra coisa relacionada à ciência. A maioria das máquinas e muitas estruturas, por exemplo, são feitas de um ou mais metais devido à durabilidade e rigidez que esses materiais oferecem. Além disso, alguns metais são avaliados por sua aparência, custam muito dinheiro por unidade de massa e são literalmente classificados como "metais preciosos"; ouro e prata são talvez os exemplos mais conhecidos.
Mas os metais também representam um dos três tipos de elementos na química, os outros dois sendo não-metais e metalóides. Na verdade, os metais representam a maioria dos elementos da natureza, embora você provavelmente já tenha ouvido falar de apenas uma pequena fração deles. Antes de explorar as propriedades dos metais, é útil entender o que é conhecido pelo termo "elemento" e como a tabela periódica é usada para estruturar os elementos da tabela.
O que são elementos?
Na vida cotidiana, um "elemento" é um componente de um todo. A palavra tem uma definição semelhante, mas mais estrita, em química: um elemento é algo feito de um tipo particular de átomo. Ele não pode ser dividido em componentes mais simples usando ferramentas químicas do dia-a-dia. Em 2018, os químicos identificaram 92 elementos que ocorrem naturalmente, juntamente com 11 elementos instáveis que foram gerados em condições de laboratório. Um determinado elemento existe como um sólido, um líquido ou um gás em sua forma nativa.
Um átomo, por sua vez, é uma coleção microscópica de prótons, nêutrons e elétrons em alguma combinação. O hidrogênio, o átomo mais simples, consiste apenas em um próton e um elétron; o urânio, o mais massivo, tem 92 prótons, 92 elétrons e 146 nêutrons em um de seus isótopos. Um átomo geralmente tem o mesmo número de prótons, que carregam uma carga positiva, e elétrons, que carregam uma carga negativa de igual magnitude. O número de nêutrons, que junto com os prótons formam os núcleos (núcleo singular) dos átomos e não têm carga elétrica, aproxima-se o número de prótons até certo ponto, embora à medida que os elementos sobem em tamanho, os nêutrons tendem a ultrapassar o número de prótons em um número cada vez maior extensão.
A Tabela Periódica dos Elementos
A tabela periódica é para a química o que uma lista indexada de ingredientes está para um livro de receitas. Qualquer composto químico que você tenha ou em que possa pensar, grande ou pequeno, pode ser reduzido a alguma combinação dos elementos da tabela periódica.
Os 113 elementos estão dispostos nesta tabela em ordem crescente por número atômico. Este número é apenas o número de prótons que um elemento possui. Se este número mudar, a identidade do elemento muda. Isso não é verdade para nêutrons ou elétrons; variações de um elemento que contém diferentes números de nêutrons são chamadas isótopos desse elemento, enquanto um elemento que tem mais ou menos elétrons do que prótons é chamado de íon e carrega uma carga elétrica positiva ou negativa.
A tabela periódica tem esse nome porque inclui categorias de elementos que se repetem de forma periódica e previsível. Quando você olha para uma tabela periódica (consulte Recursos para um exemplo interativo), você pode ver que tem algumas lacunas curiosas nas linhas no topo, mas que desaparecem com as de numeração mais alta elementos Isso ocorre porque os elementos não foram meramente ordenados com base no número atômico; eles foram divididos em tipos com base em suas várias propriedades atômicas e químicas.
Grupos da Tabela Periódica
Estritamente falando, os elementos podem ser agrupados em metais e não metais, mas tradicionalmente existem três grupos de elementos: metais, não metais e metaloides. Como o nome "metaloides" sugere, esses elementos têm propriedades semelhantes às metálicas e não-metálicas.
Existem também três tipos básicos de metais: metais alcalinos, metais alcalino-terrosos e metais de transição. Os metais de transição incluem várias subcategorias próprias, descritas mais tarde.
Os elementos classificados estritamente como não-metais são surpreendentemente poucos em número, com apenas sete deles (H, C, N, O, P, S e Se) pontuando a tabela periódica. Esta classificação, no entanto, exclui não metais que ganharam suas próprias categorias, incluindo os cinco halogênios (F, Cl, Br, I e At) e os seis gases nobres (He, Ne, Ar, Kr, Xe e Ra).
Características de Metais
Como existem sete metalóides e 18 não metais de algum tipo (sete não metais per se, seis gases nobres e cinco halogênios), 88 dos 113 elementos da tabela periódica são classificados como algum tipo de metal. Embora estas claramente variem consideravelmente em suas propriedades, os metais compartilham uma série de características em comum.
Os metais são sólidos à temperatura ambiente, com exceção do mercúrio, um líquido usado em termômetros mais antigos. Eles têm brilho, o que significa que refletem a luz, uma propriedade que muitas vezes lhes confere valor (por exemplo, cobre, prata). Eles são maleáveis, o que significa que podem ser fisicamente moldados em folhas finas sem se quebrar. Eles são tipicamente duros, embora o potássio e o sódio, que atuam como íons biologicamente ativos na corrente sanguínea humana, possam ser cortados com uma faca comum. Eles são dúcteis, o que é uma maneira elegante de dizer que os metais podem ser transformados em fios; esta propriedade é conveniente porque a maioria dos metais são bons condutores de eletricidade e calor, tornando-os cruciais para as aplicações industriais modernas. Sua condutividade é consequência de haver elétrons que não estão fortemente ligados aos núcleos. Finalmente, os metais são geralmente densos (ou seja, têm uma grande massa por unidade de volume) e têm altos pontos de ebulição e fusão. O tungstênio tem um ponto de fusão extraordinariamente alto, e não é por acaso que esse elemento é amplamente usado em filamentos de lâmpadas.
Tipos de Metais
As três categorias de metais são os metais alcalinos, os metais alcalino-terrosos e os metais de transição. A disposição da tabela periódica é útil para mantê-los agrupados; os metais alcalinos são os seis elementos diretamente abaixo do hidrogênio (H) na coluna da extrema esquerda da tabela, que é rotulada como IA. Os metais alcalino-terrosos são os seis "vizinhos" dos metais alcalinos da mesa, ocupando toda a coluna IIA.
Os metais de transição ocupam as colunas III a XII e as linhas 3 a 6 da tabela periódica, para um total de 40 elementos. Os 14 lantanídeos (elementos 58 a 71) e o 14 actinidas (elementos 90 a 103) são considerados metais de terras raras. Finalmente, na maioria dos esquemas, oito elementos são considerados metais não especificados de outra forma, trazendo o total número de metais para 6 (alcalino) + 6 (alcalino-terroso) + 40 (transição) +28 (terras raras) + 8 (não especificado) = 88.
Metalóides e não metais
Estes sete elementos com propriedades semelhantes a metal e propriedades não semelhantes a metal ocupam porções das linhas 3 a 6 na tabela periódica e incluem:
- B
- Si
- Ge
- Como
- Sb
- Te
- Po
Estes são sólidos à temperatura ambiente e úteis no reino da tecnologia de semicondutores, e muitas vezes formam ligas, ou combinação de metais, com outros elementos metálicos.
