Prezados Senhores visitantes desse novo Blog. Meus agradecimentos a vocês que adoram a química. Vamos adentrar no mundo dos metais e da fundição lembrando que o mundo em si já é uma bola de ferro fundido que vaga no universo da qual suporta o peso de tudo o que esta à sua superfície.
Na primeira postagem, começarei por fazer uma reflexão sobre a quem cabe os créditos da incrível e perfeita ordem que se manifesta no organizado e surpreendentemente outro mundo - os átomos. Suas inteirações e complexa estrutura que se harmonizam numa intrínseca relação que conspira em formar a estupenda e deslumbrante correlação entre matéria e energia, no que tudo existe, no tudo se vê e tudo que não se vê, apenas se percebe.
O artigo que se segue, apenas nos faz pensar sobre como se formaram os "pequeninos tijolos" colocados de forma tão ordeira que fizeram "nossa linda casa". Olha que legal ver como surgiu a tabela periódica!
A PERFEITA TABELA PERÍODICA – MUITO BEM ESTRUTURADA – MUITO BEM ORGANIZADA – ELA É APENAS UMA “FOTOGRAFIA” DE QUÃO BEM ORGANIZADA SE MANIFESTA A NATUREZA .
MUITO INTERESSANTE – FAÇA SUA OBSERVAÇÃO E, TIRE SUA CONCLUSÃO: SURGIU POR ACASO OU TEVE UM PROJETISTA?
Demétrio Ivanovitch Mendeleiev nasceu em Tobólsqui, Sibéria, em 1834, e morreu em S. Petersburgo, Rússia, em 1907.
Há pouco mais de 100 anos, o químico russo Demétrio Mendeleiev pôs-se a refletir sobre a inter-relação dos elementos. À base de sua pesquisa, ele chegou à conclusão de que certos elementos estavam ainda por se descobrir. Será que tinha razão? Se tinha, indicaria isso que toda matéria veio à existência simplesmente pelo acaso cego? Ou provaria que a terra e o inteiro universo foram projetados por um Criador inteligente?
Pela década de 1860, haviam sido identificados 63 dos 103 elementos agora conhecidos ao homem. Mendeleiev estava estudando as propriedades destes elementos para descobrir alguma ordem ou padrão. Ele já conhecia sua relação pelo peso, partindo do peso atômico relativo dado a cada um. Também havia observado similaridades entre pares ou famílias de elementos. Muitas destas semelhanças nós conhecemos em nossa vida diária. Por exemplo, por razões dietéticas, algumas pessoas substituem o cloreto de potássio pelo cloreto de sódio, como sal de cozinha. O cobre facilmente substitui o ouro ou a prata em moedas ou jóias. E o magnésio e o cálcio são tão semelhantes que se enquadram alternativamente na estrutura mineral do calcário dolomítico. Mendeleiev se perguntava por que alguns elementos são tão similares ao passo que outros são tão diferentes.
Mendeleiev dispôs em cartões as particularidades de cada elemento e passou a fixá-los na parede. Arranjou-os e tornou a arranjá-los, tentando colocá-los em ordem por peso, ao mesmo tempo que levava em consideração as diferentes propriedades e caraterísticas deles. Logo um padrão começou a surgir. Ele descobriu que, se colocasse os primeiros sete elementos (com exceção do hidrogênio, o qual de fato é uma classe em si mesmo) em ordem numa coluna, e então alistasse os próximos sete ao lado, haveria uma nítida similaridade entre cada par de elementos. O sódio caiu ao lado do lítio, estes sendo dois dos elementos chamados de metais alcalinos, porque reagem com água formando bases fortes. O cloro se emparelhou com o flúor, dois gases chamados halogênios devido à sua notável tendência de formar sais. Estes foram os dois primeiros “períodos” do que veio a ser sua tabela periódica.
Continuando numa terceira coluna, Mendeleiev descobriu que o potássio ficava ao lado do sódio, e o cálcio ao lado do magnésio. Até aí tudo bem. Mas daí em diante as coisas começaram a complicar um pouco. Após tentar vários arranjos de seus cartões, ele descobriu que podia dispor todos os elementos seguintes até ao iodo em dois longos períodos de 17 elementos cada. Por dividir os períodos curtos, conforme mostra a tabela, ele encontrou duas fileiras no alto de cada período e três fileiras embaixo que correspondem exatamente às bem-conhecidas famílias dos elementos químicos. No meio dos períodos longos, ele encontrou os elementos metálicos, inclusive estes metais mais familiares no nosso dia-a-dia.
Contudo, para conseguir este belo arranjo, Mendeleiev teve que deixar várias lacunas, três no primeiro período longo e uma no segundo. Estes espaços em branco não o impediram de publicar sua tabela. Tão firme era sua confiança então de que os elementos haviam sido criados num padrão ordenado, que ele intrepidamente anunciou que os elementos ainda desconhecidos seriam descobertos para preencher as lacunas. Com atrevida ousadia, ele chegou ao ponto de descrever as propriedades desses elementos faltantes. Ele predisse seus pesos atômicos, suas densidades e os tipos de combinações químicas que formariam. Deu a eles nomes hipotéticos: “ecaboro”, “ecalumínio” e “ecasilício”, em harmonia com as esperadas caraterísticas de família.
Sua confiança na regularidade da “natureza” não foi imerecida. Bem mais cedo do que alguém podia ter imaginado, seus elementos faltantes começaram a aparecer. O gálio (ecalumínio) foi descoberto na França em 1876, o escândio (ecaboro), na Suécia em 1879, e, em 1886, o germânio (ecasilício) foi descoberto na Alemanha. Surpreendentemente — para os outros, mas não para Mendeleiev — as propriedades físicas e os pesos atômicos de cada elemento eram quase exatamente o que ele havia predito. A propósito, o germânio hoje tem um lugar indispensável na produção de transistores.
Após estas descobertas, cientistas que originalmente haviam prestado pouca atenção à tabela de Mendeleiev, passaram a aclamá-lo internacionalmente como gênio científico. Sua tabela periódica passou a ser uma ajuda indispensável no ensino e na pesquisa química, e até hoje é encontrada em toda parte, nas paredes das classes e dos laboratórios de química. Ninguém duvidava de que os outros elementos necessários para preencher os espaços na tabela viriam finalmente à luz.
Espaço Para Uma Família Inesperada
Descobertas posteriores estavam destinadas a expandir a tabela de Mendeleiev. Em 1894, João Rayleigh e Guilherme Ramsay isolaram do nitrogênio atmosférico um gás raro que chamaram de argônio, porque não combinava com nenhum outro elemento. Um ano mais tarde, Ramsay descobriu num minério de urânio um gás inerte ainda mais raro; ele o identificou como hélio, o qual havia sido visto no espectro solar durante um eclipse em 1868, mas que não se sabia que existia na terra. Onde poderiam enquadrar-se na tabela periódica esses elementos inesperados?
Mendeleiev endossou a especulação de Ramsay, de que talvez a tabela periódica não estivesse completa. Ele propôs que se apresentassem os dois elementos como membros de uma nova família, a dos gases inertes, num grupo acima dos metais alcalinos. Porém, isto significava que mais três gases inertes teriam de ser descobertos para preencher a nova fileira na tabela. Com efeito, dentro de apenas três anos mais três pequenos componentes da atmosfera foram encontrados no laboratório de Ramsay — neônio, criptônio e xenônio. Seus pesos atômicos os colocaram exatamente nos lugares certos na tabela periódica.
Evidência da Criação?
Provê isso realmente evidência da criação? Bem, se os elementos ficaram juntos apenas por acaso, por que não estavam seus pesos atômicos agrupados em volta de algum valor médio, talvez com alguns leves e alguns pesados? E por que não variavam a esmo, de um elemento para outro, propriedades tais como densidade, ponto de fusão ou reatividade química? Por que se esperar alguma correlação entre um e outro? Não haveria razão de se esperar que os elementos estivessem agrupados em famílias com similaridades tão definidas.
Mas a tabela de Mendeleiev demonstrou que a inteira estrutura da matéria não está a esmo. Sua própria organização prova que sua origem não pode ser possível pelo acaso. Um padrão tão complexo na organização mais básica da matéria dá evidência de projeto.
Ora, não concorda que isto fornece poderosa evidência da existência de um Projetista inteligente, de um Criador sábio? Ou deseja mais provas? Bem, evidência adicional ainda estava por vir à tona. Deveras, a adição do grupo dos gases inertes, que aumentou os períodos curtos para oito elementos e os longos para 18, mostrou ser a base que a posterior teoria da estrutura atômica precisava para seu aperfeiçoamento.
Evidência Adicional
Nova pesquisa pioneira abriu o átomo para uma olhada mais detalhada para ver como se parece por dentro. Primeiramente, J. J. Thomson mostrou que elétrons, de carga negativa, podiam ser isolados de átomos de todos os tipos. Ernesto Rutherford mostrou que a carga positiva do átomo estava concentrada num volume muito pequeno, chamado núcleo. Niels Bohr concebeu o átomo como semelhante ao sistema solar, com inúmeros elétrons em várias órbitas em volta do núcleo no centro. As cargas positivas vêm em múltiplos de unidade de carga. O átomo do hidrogênio tem apenas uma unidade de carga; foi chamado de próton. Elementos diferentes têm átomos, os quais têm cada um certo número de prótons, e estes prótons no núcleo são neutralizados por um número igual de elétrons em órbita.
Uma descoberta notável de Henrique Moseley tornou possível dizer exatamente quantos prótons e elétrons há em cada tipo de átomo. Ele mediu a energia de raios X emitida por vários elementos quando os elétrons mais interiores eram excitados. Moseley descobriu que esta energia cresce num modo matematicamente regular de um elemento para o próximo na ordem da tabela de Mendeleiev. Onde havia um intervalo, o pulo da energia era o dobro. Ele propôs colocar um número seriado em cada elemento, começando com o hidrogênio como número 1, hélio como número 2, e assim por diante. Esse número atômico é o número de prótons no núcleo, bem como o número de elétrons, em cada tipo de átomo.
Este número se mostrou ser ainda mais fundamental do que o peso atômico em fixar as propriedades de um elemento. Os elementos ordenados pelo número atômico caíam exatamente nos seus lugares na tabela periódica, sem exceção! Mendeleiev achou necessário colocar o argônio antes do potássio, embora o peso atômico do argônio seja 40 e o do potássio seja apenas 39. Outros casos em que tinha invertido a ordem, devido à harmonia química, foram vindicados pela ordem dos números atômicos de Moseley, sendo assim em cada caso. Todas as discrepâncias haviam sumido. Além disso, a designação certa dos números atômicos tornou possível dizer positivamente que elementos estavam ainda faltando, e deu a certeza de que não havia mais lacunas. Não há lugar para acomodar outra família, do modo como a família dos gases inertes foi encaixada.
Por volta de 1925 foi estabelecido definitivamente que a relação inteira dos elementos, do hidrogênio ao urânio, preenchia exatamente 92 espaços na tabela periódica, com apenas quatro espaços ainda em branco. Dois destes, os de n.° 85 e 87, calculavam-se ser radioativos, assim como são todos os elementos do bismuto para a frente. Os outros dois, os de n.° 43 e 61, foram procurados diligentemente no minério de outros elementos raros, mas apesar das alegações de vários químicos de tê-los encontrado, sua existência não foi confirmada.
Elétrons em Camadas
Bohr introduziu a idéia, e outros a refinaram, de que os orbitais dos elétrons se acham em camadas, cada uma tendo uma certa capacidade máxima. A camada mais interior, onde os elétrons têm os menores orbitais possíveis, pode conter apenas dois elétrons. Na próxima camada, com orbitais um tanto maiores, podem ser acomodados até oito elétrons. A terceira acomodará 18, a quarta 32. Estes números se derivaram de um estudo das diferentes formas possíveis dos orbitais, circulares e elípticas, de acordo com a teoria dos “quanta” de Bohr.
A extensão em que essas camadas são preenchidas depende do número de elétrons em qualquer átomo dado, ou seja, de seu número atômico. Assim, no hélio, com dois elétrons, a camada mais interior é preenchida. Os elementos do lítio ao neônio, n.° 3 ao 10, têm sucessivamente um a oito elétrons na segunda camada. O próximo elemento, o sódio, com 11 elétrons, tem um único elétron na terceira camada, e assim por diante.
Os elétrons na camada exterior controlam a interação do átomo com outros átomos; portanto, o comportamento químico de um elemento depende de quantos elétrons ocupam a camada exterior. Podemos ver agora por que o lítio e o sódio são da mesma família. Cada um tem um único elétron na camada exterior. Isso também se aplica aos outros metais alcalinos, potássio, rubídio e césio. Na família dos halogênios, flúor, cloro, bromo e iodo, cada um deles têm sete elétrons na camada exterior.
Acontece que, em cada um dos gases inertes — neônio, argônio, criptônio e xenônio — há oito elétrons na camada exterior. Oito elétrons formam um arranjo muito estável. Podemos dizer que tais átomos estão muito satisfeitos com si mesmos, e tenazmente resistem a todas as ofertas de dar e receber elétrons. Em contraste, a perda do elétron livre no sódio ou no potássio é bem fácil. Tais metais reagem vigorosamente com quase qualquer substância, mesmo com ar ou água. No final de outros períodos, tanto o flúor como o cloro tentam tomar um elétron de outro elemento, para conseguir o estável número de oito. De modo que estes elementos também são quimicamente ativos, mas pela razão oposta.
A atividade do metal sódio o torna bem perigoso de manejar, e o gás cloro elementar é muito venenoso. Mas mude um único elétron do sódio para o cloro e veja que diferença isto faz. O cloro terá então sua deficiência satisfeita, com uma camada completa de oito, como o gás inerte argônio. E o sódio terá ficado com uma similar camada de oito, igual ao neônio. De modo que no composto cloreto de sódio (o sal de cozinha comum) ambos os elementos são bastante inócuos, até mesmo seguros para comer.
O Nêutron Completa o Quadro
Mas o conhecimento de uma parte básica do átomo estava ainda faltando. Dando uma olhada na tabela, o leitor observará que, com a exceção do hidrogênio, todos os elementos têm pesos atômicos que são pelo menos duas vezes maior que os números atômicos. Visto que o próton tem um peso de apenas uma unidade, por que o carbono, por exemplo, com apenas seis prótons, tem um peso atômico de 12? Essa parte do quebra-cabeça foi desvendada quando o nêutron foi descoberto em 1932. O nêutron é uma partícula com aproximadamente o mesmo peso que o próton, mas sem carga elétrica. Assim, segundo entendemos atualmente, o carbono tem seis prótons e seis nêutrons no núcleo, e, orbitando o núcleo, seis elétrons que equilibram a carga dos prótons.
Muitos elementos têm isótopos, nos quais o núcleo contém um número diferente de nêutrons. Numa pequena percentagem de átomos de carbono, por exemplo, há sete nêutrons em vez de seis. Isto não altera a carga, ou o arranjo dos elétrons, mas afeta o peso atômico. Essa variação no número de nêutrons foi a razão pela qual Mendeleiev encontrou, em alguns casos, os pesos atômicos fora de ordem.
A maior parte do volume do átomo consiste de espaço vazio, mas a alta velocidade dos elétrons orbitantes e seu comportamento dão a aparência de um estado sólido ou fluido. Os prótons, nêutrons e elétrons são os mesmos em todos os átomos, não importa qual seja a substância. Toda matéria é feita à base desses três blocos de construção. O que, então, faz uma substância diferir de outra? É simplesmente o número de prótons no núcleo, e o número e o arranjo dos elétrons nas camadas em volta dele. E imagine quão infinitamente pequeno tudo isso é! O diâmetro de um átomo é somente cerca de 200 ou 300 milionésimos de um centímetro!
De modo que a moderna teoria atômica tem majestosamente vindicado a fé de Mendeleiev, de que os elementos foram criados segundo um plano ordeiro. Tem explicado por que os pesos atômicos colocam os elementos tão aproximadamente nas famílias certas, e tem justificado as exceções que Mendeleiev achou necessário fazer. E explica as similaridades químicas nas famílias dos elementos. Sem dúvida formam um sistema harmonioso, belo. Corretamente damos crédito àquele que descobriu o sistema. Quanto mais devemos louvar Aquele que projetou o sistema e que fez os elementos segundo um padrão tão objetivo!
Completa a Tabela
Todos os espaços na tabela de Mendeleiev hoje estão preenchidos. Os elementos de n.° 85 e 87 foram descobertos, conforme se esperava, como raros, membros efêmeros de séries de produtos radioativos do urânio em desintegração. Os elementos 43 e 61 foram criados artificialmente por transmutação nuclear, induzida num cíclotron ou num reator nuclear. Foram feitos vários isótopos de cada um, mas todos se mostraram ser radioativos, desintegrando-se completamente em bem menos tempo do que tem decorrido desde que a terra foi formada. Esta é a razão pela qual nunca foram encontrados na “natureza”.
Adicionalmente, a Tabela Periódica foi aumentada para bem mais do que a quota original de 92 elementos, pela criação dos elementos “transurânicos”. Novamente, o reator nuclear e o cíclotron têm sido os meios pelo qual isto tem sido obtido. Todos estes elementos, naturalmente, são radioativos; e quanto mais pesados, mais instáveis são. Todos os elementos até ao de n.° 103 têm sido identificados. Mas com a vida medida em minutos, a existência fugaz dos mais pesados torna mais e mais difícil capturá-los e estudá-los.
Com cada elemento desvendado, até ao de n.° 103, a tabela que Mendeleiev lutou para arrumar 100 anos atrás agora está completa. Mais nenhum elemento pode ser descoberto entre os que agora são conhecidos. Se novos elementos forem encontrados, terão de ficar além do fim da tabela. Alguns cientistas russos e americanos alegam ter descoberto os elementos 104 e 105, contudo não houve confirmação.
Criação ou Acaso Cego?
Bem mais podia ser dito sobre o átomo, e nossa consideração aqui foi limitada. Mas não concorda que esta ordem e simetria impressionantes são evidências poderosas da criação, provas de que há um Criador Mestre que sabe o que está fazendo? Quem podia imaginar que toda a complexa matéria em nossa volta, sim, nós mesmos, podíamos todos ser feitos de três simples blocos de construção — nêutrons, prótons e elétrons! Contudo, veja a tremenda variedade. Observe a beleza e a harmonia de tudo isso.
Exemplo de distribuição Eletrônica: Molibdênio
Número Atômico 42 elétrons
1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 4d5, 5s1
Camadas
K= 2
L= 8
M = 18
N = 13
O = 1
Bem, por hoje é isso.
Grande abraço a todos
