Gustavo Motta

Uma das produções que revolucionaram o conhecimento humano, a Tabela Periódica dos Elementos Químicos, chega ao 150º aniversário em 2019. Por esse motivo, a Organização das Nações Unidas para a Educação, a Ciência e a Cultura (Unesco), definiu este como o Ano Internacional da Tabela Periódica dos Elementos Químicos. “Essa é a mais bela forma de organização do mundo material. Tudo o que existe está na tabela, exceto os nossos amores, afetos e paixões”, afirma a professora do Instituto de Química da Universidade Federal de Goiás (IQ/UFG), Agustina Rosa Echeverría, que ingressou no ensino superior por meio da graduação em Química em Moscou, na antiga Rússia Soviética - país de Dmitri Mendeleiev, criador do famoso modelo de classificação dos elementos. 

A docente lembra que o ano é de comemoração do centenário da União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC), importante instituição para o desenvolvimento de padrões científicos. Fundada após a Primeira Guerra Mundial, a organização é responsável pela catalogação de novos elementos e a constante alimentação de informações que chegam à tabela periódica - à medida que novos elementos são identificados.

Resultado de estudos, da observação e do ordenamento que tiveram início com o russo Dmitri Mendeleiev, a classificação periódica dos elementos chega à atualidade com relevância acadêmica e como um dos conteúdos mais importantes na educação básica. A iniciativa das Nações Unidas tem, por objetivo, refletir sobre os muitos aspectos dessa criação, que contribuem com a investigação de respostas às demandas do presente e aos anseios sobre o futuro. 

Mendeleiev

Dmitri Mendeleiev nasceu em Tobolsk, leste da Sibéria, em 1834. Aos 24 anos de idade, recebeu uma bolsa de estudos do governo russo, para se dedicar à Química Experimental na França - sua passagem pelo exterior ainda o levaria à Alemanha, mas a produção que o colocou na história ocorreu em São Petersburgo, cidade russa. Enquanto realizava estudos sobre as massas dos átomos de cada elemento, Mendeleiev começou a colecionar informações, reunidas em cartões, que eram afixados nas paredes de seu laboratório.

Conforme notava características comuns entre as informações, aproximava e distanciava os cartões - de acordo com os valores de massa atômica e propriedades semelhantes. Quando percebeu que essa organização era uma forma sistematizada de se dispor os elementos, o químico a apresentou à comunidade científica. Surgiu assim a primeira versão da Tabela Periódica, com a disposição dos elementos em linhas horizontais, de acordo com o “peso atômico” (em ordem crescente), e em linhas verticais, de acordo com as semelhanças entre as propriedades de cada material.

Echeverría destaca que a atual classificação periódica dos elementos “é resultado de um longo período de trabalho, realizado por muitos cientistas que nem são lembrados pela história da Química - e tem uma relevância que pode ser comparada à teoria da evolução de Charles Darwin”. Um dos diferenciais da tabela elaborada pelo químico russo é a existência de espaços vazios, que foram deixados propositalmente. Mendeleiev percebeu que novos elementos poderiam ser descobertos, e acertou nessa previsão. Como exemplo, o gálio e o germânio foram identificados depois - em 1875 e 1886, respectivamente - e adicionados à tabela exatamente nos espaços que haviam sido deixados “em branco”.

No entanto, existem diferenças visuais entre o modelo apresentado pelo russo e o modelo que pode ser acessado nos livros didáticos, artigos e páginas da IUPAC. A primeira diferença diz respeito a alguns elementos que o cientista excluiu - especialmente gases nobres, como o argônio e hélio. Houve uma intensa experimentação de layouts, sendo que um exemplo curioso foi proposto em 1870 pelo químico alemão Heinrich Baumhauer. Ele posicionou o hidrogênio no centro de seu diagrama e distribuiu os outros elementos ao redor em forma de espiral, em ordem crescente das massas atômicas. Foi apenas em 1905, com o design apresentado pelo suíço Alfred Werner, que a tabela horizontal se consolidou.

Conceitos

Echeverría conta que Mendeleiev se destacou por abordar a matéria em níveis macroscópico e microscópico. “Um corpo simples é algo material, dotado de propriedades físicas e capaz de sofrer reações químicas - essa relação estabelecida entre o visível e o invisível foi a grande contribuição do químico russo”. Conforme aponta a professora, para o primeiro formulador da tabela periódica, já havia uma distinção entre “elementos” e “substâncias”. “As substâncias simples, como o carvão e o diamante, por exemplo, são formadas por átomos de um elemento, o carbono”. 

Portanto, um elemento é constituído por átomos com características em comum - o chamado “número atômico”. Esse dado numérico equivale à quantidade de prótons, que são partículas atômicas, localizadas no interior dos átomos. Um balão de voo, por exemplo, é preenchido por uma mistura de substâncias gasosas, sendo que um desses é o gás hélio. Esse gás nobre tem número atômico equivalente a 2, ou seja, cada átomo de hélio possui dois prótons. “Todos esses conceitos são posteriores a Mendeleiev”, explica Echeverría, e propiciam na confirmação de novas descobertas, que ocorrem quando são identificados átomos com quantidades de prótons distintas, quando comparadas aos elementos que já constam na tabela. 

A versão atual da tabela apresenta 118 elementos. Entre esses, muitos são sintéticos, ou seja, foram obtidos artificialmente. O primeiro deles foi o tecnécio, um metal radioativo que sofre reações de oxidação, ou seja, perde carga de elétrons, quando entra em contato com a umidade do ar. Descoberto em 1939, o elemento constitui parte da história de uma ciência com sete mil anos de existência, originada sob um caráter “eminentemente experimental”.

Descobertas

A instituição responsável pela denominação de descobertas novas é a União Internacional de Química Pura e Aplicada (IUPAC). Fundada em 1919, a organização ainda lida com recomendações técnicas, mantém periódicos, realiza eventos e concede prêmios. “Hoje, ela é reconhecida como entidade que se dedica ao desenvolvimento de padrões químicos, como nomenclaturas e símbolos dos elementos”, pontua Echeverría. 

“Atualmente, todas as sociedades nacionais de Química são membros da instituição”. Nesse sentido, a manutenção da IUPAC permite uma padronização universal, inclusive na quantidade de elementos e no “design” atual da tabela periódica - a atualização mais recente é de dezembro de 2018. Um dos detalhes mais curiosos a respeito da padronização diz respeito aos nomes que são conferidos às novas descobertas. Enquanto alguns recebem os nomes tendo como base o lugar onde foram encontrados, outros recebem seus nomes em homenagem aos cientistas, como os seus descobridores.

Mas também há outros critérios. O ósmio, por exemplo, tem seu nome derivado do grego “osme”, que significa “cheiro” - isso porque o metal é conhecido pelo mau odor. Denso, metálico e altamente tóxico, ele é utilizado em associação com outros compostos, em produtos como agulhas de toca discos e penas de canetas-tinteiro. Mas ainda existem materiais que carregam nomes provisórios, que podem constar na tabela por tempo indeterminado. É o caso do ununquadium e ununhexium, aprovados pela IUPAC em junho de 2012, que agora se chamam fleróvio e livermório.

A professora Echeverría lembra que os primeiros alquimistas conheciam apenas dez elementos químicos - carbono, ouro, prata, cobre, chumbo, estanho, enxofre, ferro, mercúrio e antimônio. “No século 18, foram isolados 21 elementos, como resultado de um intenso trabalho experimental, que mostravam como a ‘Teoria dos Quatro Elementos’ de Aristóteles (filósofo grego que viveu no século 4 da era pré-cristã) era insuficiente para explicar os novos dados empíricos”. Essa teoria defendia que a matéria era composta por quatro elementos - terra, fogo, ar e água - e foi considerada relevante para estudos ao longo de dois milênios.

“A Química tem origens pré-históricas, relacionadas ao desenvolvimento da metalurgia (fabricação de objetos em metal), com registros que datam de quatro a cinco milênios antes de Cristo”, conta. No entanto, foi no contexto das revoluções industriais e tecnológicas que a Ciência passou a registrar grandes saltos no número de descobertas. “O fato é que a Química Empírica seguiu acumulando êxitos, e no período entre 1790 e 1808, chegaram a ser identificados 12 novos elementos”. 

Organização

Mendeleiev apresentou a primeira versão da tabela em março de 1869, durante uma reunião da Sociedade Química Russa. A organização apresentava uma listagem dos elementos, conforme “o peso dos átomos”, em sentido crescente. Na atualidade, a classificação é horizontal, em ordem crescente (da esquerda à direita), obedecendo aos dados de número atômico. Cada elemento é representado por um símbolo, contido em quadros. Esse símbolo é a informação em destaque, centralizada, que vem acompanhada de outras informações: o número atômico aparece no canto superior esquerdo do quadro, enquanto o peso atômico surge no canto superior direito. Logo abaixo do símbolo, que aparece ao centro, consta o nome completo do elemento. 

Por constar no canto superior esquerdo da tabela, o hidrogênio possui o menor dos números atômicos. O maior pertence ao oganessônio, localizado no canto inferior direito, cujo número atômico equivale a 118. Uma vez que a organização dos elementos ocorre em sentido horizontal, as “linhas” são chamadas de “períodos”, sendo que existem sete.

Outro critério para a organização dos elementos diz respeito ao número de elétrons que o átomo de cada elemento apresenta na camada eletrônica mais distante do núcleo - a chamada “camada de valência”. Os elementos com mesmo número de elétrons em suas camadas de valência estão agrupados verticalmente em 18 colunas, denominadas “famílias”.

 

Densidade

Outra característica que diz respeito ao posicionamento dos elementos é sua a densidade - que consiste na relação entre a massa e o espaço que eles ocupam (volume). Nesse sentido, um elemento ou substância altamente densos podem ter uma massa elevada, mesmo ocupando pouco espaço; ou podem ocupar um grande espaço e ter pouca massa. Uma brincadeira popular comum, que consiste em perguntar o que pesa mais, um quilo de algodão ou de chumbo, se apropria da noção de densidade para tentar enganar quem tenta responder a pergunta.

Na tabela periódica, quando se observa horizontalmente (pelos períodos), os elementos localizados mais ao centro tendem a apresentar uma densidade maior. Por outro lado, quando se nota pelas colunas (famílias), a densidade dos elementos é crescente de cima para baixo. Nesse sentido, os elementos centrais da tabela tendem a ser os mais densos, como o ósmio e irídio. Sob condições de ambiente, cada centímetro cúbico desses elementos possui, aproximadamente, 22 gramas - três vezes mais que um centímetro cúbico de ferro, e oito vezes mais quando comparado ao mesmo volume de alumínio.

Educação criativa

A tabela periódica está entre os conteúdos ministrados em sala de aula no ensino médio. A coordenadora do Departamento de Química do Centro de Ensino e Pesquisa Aplicada à Educação da Universidade Federal de Goiás (Cepae/UFG), professora Marilene Barcelos Moreira, destaca que o uso de operações sensoriais facilita o ensino da Química com os jovens: “O uso de modelos, desenhos, massas de modelar e analogias ajudam a facilitar na visualização e certificação da ocorrência de processos químicos”.

“Outros recursos também podem ser utilizados - como jogos lúdicos que envolvem a classificação dos elementos em cartas de baralho”, sugere. A utilização de recursos digitais e audiovisuais, como sites, textos interativos e animações, auxilia no aprendizado dos jovens. Uma das inovações permitidas pela tecnologia é o aplicativo para smartphones iOS The Elements: A Visual Exploration, que proporciona entender o uso e a história dos diversos elementos, por meio de uma tabela periódica interativa. Por meio do app, o usuário pode ter acesso às informações como peso atômico, densidade, pontos de fusão e ebulição (temperaturas em que um elemento muda seu estado físico) e meia-vida (tempo que leva para que metade dos átomos em uma amostra radioativa sejam desintegrados).

No entanto, Marilene Moreira ainda destaca a relevância das atividades em sala, realizadas coletivamente. Nesse sentido, no Cepae, os estudantes são estimulados a ler textos, realizar experimentos, e promover discussões em grupo sobre os dados. “Nós trabalhamos o conteúdo da tabela periódica durante o ensino médio, no fim da 1ª série, ou no início do ano letivo posterior. Anteriormente a essa fase, as crianças e adolescentes ainda não assimilam adequadamente conceitos tão abstratos como modelos atômicos, partículas, entre outros conhecimentos dessa natureza”.

A professora afirma que o psicólogo suíço Jean Piaget, autor da Teoria do Desenvolvimento Cognitivo, defendia que os educandos com faixas etárias equivalentes aos atuais 9º Ano do Ensino Fundamental (14 anos) e 1ª Série do Ensino Médio (15 anos) ainda não conseguem operar ao nível de operações microscópicas ou abstratas, como são solicitados pelos professores na maioria das escolas. “Essa é uma das causas apontadas com frequência para o pânico e as aversões que muitos jovens têm de estudar a Química”, lamenta.

Para Marilene a tabela periódica, trabalhada em sala de aula, não deve ser memorizada pelos jovens e sim assimilada por meio de recursos didáticos, de forma a promover a “compreensão dos modelos de ligação entre os elementos para formar moléculas, e a formação dos diferentes tipos de substância”.

A professora entende que um dos grandes problemas na educação em Química ainda diz respeito a muitos educadores. “Um dos grandes embargos à aprendizagem é a falta de conhecimento e de atualização, por parte de alguns colegas de profissão, em saber que a tabela periódica não deve ser memorizada pelos jovens, e sim trabalhada como recurso didático por professores e estudantes, de modo que esses últimos possam extrair as informações necessárias à compreensão dos modelos de ligação entre os elementos para formar moléculas, e a formação dos diferentes tipos de substância”.