Tabela Periódica dos Elementos

D I S C I P L I N A

Arquitetura Atmica e Molecular

Tabela peridica dos elementos

S O RE VI

Autorestom Anselmo de Oliveira

Data: ___/___/___ Nome:______________________ :

Joana DArc Gomes Fernandes

Material APROVADO (contedo e imagens)

aula

06

Governo FederalPresidente da Repblica Luiz Incio Lula da Silva Ministro da Educao Fernando Haddad Secretrio de Educao a Distncia SEED Ronaldo Motta

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REISBN 85-7273-278-0

Revisores de Estrutura e Linguagem Eugenio Tavares Borges Marcos Aurlio Felipe Pedro Daniel Meirelles Ferreira

Catalogao da publicao na Fonte. UFRN/Biblioteca Central Zila Mamede Oliveira, tom Anselmo de Arquitetura atmica e molecular / tom Anselmo de Oliveira, Joana Darc Gomes Fernandes Natal (RN) : EDUFRN Editora da UFRN, 2006. 280 p.

1. Ligaes qumicas. 2. Modelos atmicos. 3. Tabela peridica. I. Fernandes, Joana Darc Gomes. II. Ttulo. CDU 541 RN/UFR/BCZM 2006/18 CDD 541.5

VI

S ODiviso de Servios Tcnicos

Apresentao

N

as aulas anteriores, voc analisou algumas das idias e experincias que levaram os cientistas a esclarecer muitos aspectos relativos estrutura dos tomos. Nas anlises realizadas, voc deve ter percebido que muitos elementos apresentam conguraes eletrnicas nos nveis de mais alta energia semelhantes e que essa caracterstica faz tais elementos apresentarem propriedades parecidas. Estes so conhecimentos desenvolvidos nos sculo XX, Mas, antes disso, os qumicos j haviam observado que muitos elementos apresentavam propriedades muito parecidas que se repetiam periodicamente, medida que os seus pesos atmicos iam aumentando. Com isso, eles comearam a organizar os elementos em grupos que vieram a constituir a tabela peridica, a qual se converteu num dos instrumentos mais conhecidos para a compreenso , dos princpios gerais que regem a Qumica e um dos mais teis em atividades nas quais se precise utilizar as propriedades dos elementos.

S O

Procurando refazer o caminho seguido na construo desse instrumento to til para quem, de alguma maneira, lida com a Qumica, partindo de algum interesse interpretativo, nesta aula, estudaremos como foi construda a tabela peridica.

Objetivos

RE

Ao nal desta aula, voc estar habilitado a: interpretar os fundamentos usados na construo da tabela peridica; compreender as regras de comportamento de cada propriedade dos elementos; utilizar as informaes contidas na tabela em suas atividades como estudantes de Qumica.

2 3

Aula 06 Arquitetura Atmica e Molecular

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VI

Aspectos geraisA tabela peridica pode ser denida como uma forma de agrupamento dos elementos qumicos de acordo com as suas propriedades. Na construo da tabela, os elementos so listados na ordem crescente dos seus nmeros atmicos e distribudos em sete linhas horizontais, conhecidas como perodos. Nessas linhas, o nmero de prtons ou de eltrons varia de uma unidade de um elemento para o seguinte. Como conseqncia da forma em que os perodos so sobrepostos, ocorre a formao de dezoito linhas verticais (ou colunas), denominadas grupos, nos quais os elementos grupos apresentam propriedades semelhantes entre si. Esses grupos, mediante norma adotada pela Unio Internacional de Qumica Pura e Aplicada (IUPAC), so identicados pelos nmeros de 1 a 18(a), embora existam outros sistemas de identicao utilizados na Unio Europia(b) e nos Estados Unidos(c), apresentados na Figura 1.

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REFigura 1 Esquema geral das tabelas peridicas

VI

S O

Alm dessa forma de identicao, devido a certas peculiaridades, alguns grupos ou conjuntos de grupos da tabela peridica recebem denominaes especcas, tais como alcalinos, metais ou elementos de transio, gases nobres, entre outros, tambm ilustrados na Figura 1. Em conseqncia da quantidade de propriedades que podem ser includas na tabela peridica e das regras gerais de comportamento qumico ou fsico elaboradas a partir dessas propriedades, a tabela peridica um dos instrumentos mais usados pelos prossionais e estudantes de Qumica em suas atividades dirias.

S Oom o advento da Qumica Moderna, no sculo XVIII, os qumicos comearam a observar que alguns elementos apresentavam propriedades semelhantes e logo perceberam a convenincia de organiz-los em grupos, de acordo com as suas caractersticas. Assim, quando Lavoisier publicou o seu livro Trait lementaire de Chimie, em 1790, j agrupou os vinte e dois elementos conhecidos na poca de acordo com as suas propriedades qumicas. No incio do sculo XIX, Dalton, usando sua teoria atmica, deniu a massa atmica como parmetro para identicar os elementos, o que possibilitou avanos signicativos nos estudos da Qumica. Em trabalhos que se seguiram, logo foi observado que a listagem dos elementos a partir dos respectivos pesos atmicos mostrava que algumas propriedades se repetiam em intervalos constantes. Isso foi muito interessante porque, na poca, j eram conhecidos cerca de trinta elementos e, com freqncia, ocorriam novas descobertas, o que tornava conveniente agrup-los para facilitar a sua descrio.


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C

RE

Aspectos histricos

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VI

Assim, cientistas como J. W. Dbereiner (1817), A. B. de Chancourtois (1862) e J. Newlands (1866) comearam a esboar agrupamentos de elementos, relacionando as propriedades observadas com as massas atmicas, no conseguindo, inicialmente, alcanar muito sucesso em termos de aplicaes mais genricas. Porm, em 1869, Lotar Meyer, na Alemanha, e Dimitri Ivanovich Mendeleyev, na Rssia, (este com um trabalho mais completo, mostrado na Tabela 1), apresentaram classicaes peridicas que se tornaram as reais precursoras das tabelas atuais.Tabela 1 Tabela peridica de MendeleyevSries I 1 Li 7,0 Na 23 K 39 Cu 63 Rb 85 Ca 40 H 1,0 Be 9,4 Mg 24 II III IV Grupos V VI VI VIII

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B

S OC N O 12 14 16 Al Si P 27,3 28 31 Ti V Cr 48 51 As 75 Nb 94 Sn 118 ? 140 Sb 122 Mo 96 52 ? ? 68 72 Zr 90 In 113 Ta 182 Tl 204 Th 231 Pb 207 W 184 Bi 208

F 19 Cl 35,5 Mn 55 Fe, Co, Ni 56, 59, 58 Br 80 ? 100 Ru, Rh, Pd 104 104 106 I 127

11

3

S

32

VI44 Zn 65 ? 88 Cd 112 ? 138 ? 180 Hg 200

4

?

5

Se 78

6

RESr 87 Ag 108 Cs 133 Ba 137 ? 178 Au 199

7

Te 128

8Material APROVADO (contedo e imagens)

9 Os, Ir, Pt 195 197 198

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U 240

4


Nessa tabela, os sessenta elementos conhecidos em 1869 j eram organizados em sries, que cavam em linhas horizontais, e esse arranjo j determinava a formao de colunas verticais (os grupos) constitudas por elementos cujas propriedades eram semelhantes. Um fato interessante foi o aparecimento de espaos vazios nas seqncias formadas, os quais, no entendimento de Mendeleyev, corresponderiam a espcies qumicas ainda desconhecidas. Mendeleyev chegou a prever as propriedades dessas espcies qumicas e, quando elas foram descobertas, vericou-se que os valores de alguns parmetrosreferentes a tais propriedades, tambm previstos por Mendeleyev, eram muito prximos dos dados experimentais encontrados, conforme se observa na Tabela 2.

Tabela 2 Dois elementos cujas propriedades foram previstas por Mendeleyev

Eka-alumnioa 68 5,9 Baixo

Gliob 69,7 5,94

Eka-silcioa 72

Germniob 72,59 5,47 937

Massa atmica Densidade Ponto de fuso Volume atmico Cor xido

5,5

VI

30,15

Alto

13 cm3 Cinza escuro EO2 Branca Anftera 4,7 g.cm3 ECl4 < 100 oC 1,9 g.cm3

13,22 cm3 Cinza claro GeO2 Branca Anftera 4,23 g.cm3

RE

E2O3

Ga2O3

Cor

Acidez

Densidade

(a)

Ebulio Densidade(b)

84 oC 1,84 g.cm3

Previses por Mendeleyev

Dados reais

A tabela de Mendeleyev no inclua os gases nobres porque estes ainda no eram conhecidos. Porm, aps serem descobertos, no houve diculdade em coloc-los numa nova coluna, sem criar conito para a funcionalidade da tabela.


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Cloreto

GeCl4

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Propriedades

S ONomes iniciais e nomes atuais

Atividade 11 2Data: ___/___/___ Nome:______________________

Faa um resumo das tentativas de agrupamento dos elementos, em funo das respectivas propriedades que precederam a tabela peridica moderna.

Baseado em que Mendeleyev previu a existncia dos elementos de pesos atmicos 44, 68, 72 e 100, ainda desconhecidos, quando ele organizou a sua tabela peridica?

3 4

Descreva como Mendeleyev conseguia prever propriedades de elementos ainda desconhecidos e apresente dois exemplos dessas previses.


6


REA tabela peridica moderna

C

onforme vimos na primeira aula, Thomson havia observado que tomos de massas diferentes podiam corresponder a um mesmo elemento e, em 1913, Soddy denominou essas espcies de istopos. No mesmo ano, Moseley, atravs da espectroscopia de raios X, mostrou que, ao invs da massa atmica, o nmero atmico (Z) seria o parmetro adequado para identicar cada elemento. Com isso, logo os qumicos perceberam que esse nmero deveria ser o referencial para expressar a lei peridica, a qual passou a ser enunciada na forma:

VI S

Nas primeiras tabelas construdas, as propriedades de alguns elementos eram diferentes das observadas em outros elementos de um mesmo grupo. O que provocava essa anomalia e como Mendeleyev resolveu tal problema?

O

Quando os elementos qumicos so agrupados na ordem crescente dos respectivos nmeros atmicos, observam-se repeties peridicas de vrias das suas propriedades.

Usando-se esse critrio, a tabela peridica foi reorganizada, corrigindo-se algumas falhas no posicionamento dos elementos causadas por inverses nas massas atmicas em relao aos nmeros atmicos. Como exemplo, pode ser citada a srie ferro, cobalto e nquel, que, pela seqncia dos nmeros de massa, seria 56Fe, 58Ni e 59Co e, pelo critrio do nmero atmico, passou a ser 26Fe, 27Co e 28Ni. A descoberta de Moseley tambm levou previso de espaos vazios na tabela peridica, que foram preenchidos com a descoberta de novos elementos.

S Of 14 d 10Figura 2 Forma estendida da tabela peridica

Perodos 1 2 3 4 5 6 7 Blocos

RE

VI

Para ser mais exato, deve-se ressaltar que, usando-se esses critrios, as tabelas deveriam ser formatadas conforme ilustrado na Figura 2: na forma estendida da tabela. tabela Porm, isso no feito, para que se possa economizar espao, mantendo-se as notaes com dimenses legveis para os usurios. por tal razo que os metais de transio interna so colocados em duas linhas abaixo do corpo principal da tabela.

s 2

p 6

Elementos por perodo


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Posteriormente, com a denio das conguraes eletrnicas dos elementos, a tabela peridica evoluiu para a forma atual, sendo denida em funo dos nmeros atmicos e das conguraes eletrnicas dos elementos. elementos.

Os critrios usados na distribuio dos elementos (tendo como referncias os nmeros atmicos e as conguraes eletrnicas) determinam o aparecimento dos sete perodos, dos dezoito grupos e do bloco dos metais de transio interna, que a forma de apresentao mais utilizada atualmente. O aparecimento dos sete perodos decorre da existncia de orbitais s ou s e p nas camadas de valncia, com os nmeros qunticos principais 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, que so preenchidos ao longo de cada perodo. Assim, no primeiro perodo, temos apenas o hidrognio e o hlio, cujo orbital de valncia o 1s; no segundo, temos os elementos do ltio ao nenio, e os orbitais de valncia so o 2s e o 2p. Nos perodos seguintes, temos, sucessivamente, como orbitais de valncia de maior nmero quntico principal, 3s e 3p, 4s e 3 4p, 5s e 5p, 6s e 6p e, por m, 7s e 7p. Essa distribuio faz com que, em cada grupo, o nmero quntico principal mais elevado varie de uma unidade de um elemento para o seguinte e, simultaneamente, que os tipos de orbitais de valncia em cada grupo sejam os mesmos. Alm disso, as distribuies eletrnicas em cada grupo so iguais para todos os elementos ou, pelo menos, para algum dos seus ons. A tabela tambm pode ser dividida em blocos, s, p, d e f, correspondentes aos orbitais blocos , p que esto sendo ocupados. Assim, os metais alcalinos e alcalinos terrosos formam o bloco s, porque neles so preenchidos os orbitais s. Pela mesma razo, os metais de transio , juntamente com os elementos do grupo 10 formam o bloco d e os elementos que cam esquerda na tabela peridica formam o bloco d. Por m, os lantandeos e os actindeos, chamados de metais de transio interna, formam o bloco f. interna Esses ltimos, juntamente com o escndio, trio e o lantnio, tambm so conhecidos como terras raras, pelo fato de no existirem na forma elementar e serem de difcil extrao raras, a partir dos minerais, parecendo, a princpio, serem raros na natureza. Hoje, sabe-se que tais elementos so razoavelmente abundantes na crosta terrestre, tendo muitas aplicaes no cotidiano como constituintes de vidros coloridos, pedras para isqueiros e clulas fotoeltricas; como fonte de energia em baterias ou usinas nucleares; alm do uso (no edicante) em armas de alto poder de destruio. O hidrognio e o hlio, nicos elementos do primeiro perodo, apresentam particularidades que devem ser discutidas. Pode-se vericar, por exemplo, que o hidrognio tem apenas um eltron no orbital 1s, e colocado no grupo 1, junto com os alcalinos. Porm, suas propriedades so muito diferentes quando observadas nos demais elementos desse grupo. Alm disso, para completar sua camada de valncia, ele precisa de apenas um eltron, assemelhando-se aos constituintes do grupo 17. J o hlio, pelo critrio da congurao eletrnica, deveria car no bloco s. Mas, pelo seu comportamento como elemento inerte, colocado no grupo 18, junto aos demais gases nobres, como se pertencesse ao bloco p. Uma justicativa para esse posicionamento o fato do hlio, assim como todos os elementos do grupo 18, apresentar a camada de valncia completa.

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RE

VI

S O

Os constituintes dos blocos s e p so conhecidos, tambm, como elementos representativos, em funo da similaridade entre muitas propriedades decorrentes do carter regular das suas conguraes eletrnicas. Entre esses elementos, o nmero de eltrons de valncia dos integrantes do bloco s corresponde ao nmero do grupo. Assim, os elementos do grupo 1 possuem um eltron nos orbitais s de valncia (ns1), enquanto os do grupo 2 tm dois eltrons nesses orbitais (ns2). Para os constituintes do bloco p, basta subtrair dez do nmero do grupo para se saber o nmero de eltrons p. Portanto, nos grupos 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17 e 18, existem, respectivamente, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8 eltrons nos orbitais p. Ou seja: as conguraes eletrnicas p so as seguintes: np1, np2, np3, np4, np5, np6, np7 e np8. Os elementos que possuem eltrons nos orbitais d ou f, sem preench-los completamente, , seja na forma atmica ou inica, recebem a denominao de elementos de transio, devido transio possibilidade de transies eletrnicas entre orbitais d ou f de um mesmo nvel.

S O

Orbitais de um mesmo subnvel de tomos ou ons monoatmicos isolados apresentam energias iguais entre si. Porm, se esses tomos ou ons estiverem combinados formando compostos ou ons complexos, os subnveis podem se desdobrar em conjuntos de orbitais de energias diferentes. Assim, os orbitais d de um dado tomo num composto octadrico se desdobram em dois conjuntos de orbitais de energias diferentes. Isso possibilita que eltrons estabilizados no conjunto de orbitais de menor energia faam transio para o conjunto de maior energia, se excitados, por exemplo, por radiaes eletrnicas de certos comprimentos de onda. Essa a razo para o termo elementos de transio. Mas, no se preocupe muito com as condies para a ocorrncia desse fenmeno (as transies) agora, pois tal assunto ser estudado na disciplina Diversidade Qumica do Ambiente. Ambiente

RE

Os elementos do grupo 10, mesmo sendo do bloco d, tm caractersticas semelhantes aos representativos pelo fato dos seus orbitais d estarem totalmente preenchidos, impedindoos de se comportarem como metais de transio. O comprimento de cada perodo, conforme a Figura 1, determinado pelo nmero de eltrons que podem ser colocados at completar o orbital de maior nmero quntico principal da camada de valncia. Desse modo, o primeiro perodo s tem dois elementos (H e He), pois o nico orbital dessa camada (orbital 1s) s comporta at dois eltrons. O segundo dispe dos orbitais 2s e 2p e constitudo por oito elementos, sendo dois integrantes do bloco s, mais os cincoAula 06 Arquitetura Atmica e Molecular 9


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mais os cinco primeiros elementos representativos e o Ne. O terceiro, por sua vez, tambm composto por oito elementos, uma vez que os orbitais 3d, pelo princpio de construo, s so preenchidos aps o orbital 4s. J o quarto perodo formado por dezoito elementos, pois ao longo dele so preenchidos os orbitais 3d, 4s e 4p. O quinto tambm composto por dezoito elementos, formados com o preenchimento dos orbitais 4d, 5s e 5p. O sexto, por 32 elementos, devido ao preenchimento dos orbitais 4f, 5d, 6s e 6p. E, nalmente, o stimo perodo pode conter tambm 32 elementos, pois nele devem ser preenchidos os orbitais 5f, 6d, 7s e 7p. Isso daria um total de 118 elementos que poderiam existir para completar a tabela peridica, incluindo o stimo perodo, porm, at agora, apenas os 92 elementos naturais e os 22 produzidos articialmente foram identicados. Um ponto em comum entre os elementos do bloco f a existncia de dois eltrons nos orbitais 6s (nos lantandeos) ou nos 7s (nos actindeos). Ou seja: congurao ns2. Outro 7s ponto em comum que as diferenas de energia entre os orbitais dos subnveis nf e (n-1)d so muito pequenas, provocando vrias alternncias na seqncia de preenchimento desses orbitais, conforme pode ser visto na Tabela 4, da aula 5 (A congurao eletrnica dos ( tomos). Esses dois fatos tornam as propriedades qumicas dos lantandeos e dos actindeos ). muito parecidas, predominando o estado de oxidao 3+ nos seus compostos. Por m, poderia se dizer que: 1) genericamente, os elementos podem ser classicados como metlicos e no-metlicos (ou ametlicos); 2) na tabela peridica, os metais esto posicionados no lado esquerdo e correspondem a cerca de 80% dos elementos qumicos; 3) os no-metais so o hidrognio e mais os dezessete elementos colocados no lado direito da tabela; e 4) os elementos boro, silcio, germnio, arsnio, antimnio, telrio e polnio esto na fronteira entre os dois grupos citados e, freqentemente, so classicados como semimetais ou metalides. Vale destacar, porm, que o comportamento metlico ou ametlico relativo, dependendo do ambiente qumico em que o elemento se encontre. Na prxima aula, estudaremos as propriedades peridicas. Veremos que a periodicidade nas propriedades dos elementos inuenciada diretamente pelas conguraes eletrnicas dos tomos nos orbitais de valncia.

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RE

VI

S O

Atividade 21 2 3 4 5Agora que voc analisou parte do caminho percorrido na construo da tabela peridica, relate seu entendimento sobre a evoluo desse instrumento.

Descreva a contribuio de Moseley para o desenvolvimento da tabela peridica.

IS O

Quais so os elementos que compem a srie dos lantandeos? f, Apesar do lantnio no possuir eltrons f, ele o primeiro elemento da srie. Por que o lantnio faz parte dela?

RE V

Quais so os elementos qumicos que foram produzidos articialmente?

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Reita mais um pouco sobre a classicao dos elementos na tabela peridica e responda: tem sentido classicar um grupo de elementos como semi-metais (ou metalides)?


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Quais elementos de transio d compem a 1, 2 e 3 sries de transio?

ResumoNesta aula, estudamos que, em 1869, aps algumas tentativas feitas por outros qumicos, Meyer e Mendeleyev, fundamentados nas semelhanas entre vrias propriedades dos elementos, apresentaram as classicaes peridicas que se tornaram as precursoras das tabelas atuais. Na poca, eram conhecidos sessenta elementos, que foram organizados em linhas horizontais superpostas arranjo que j determinava a formao de colunas verticais, as quais passaram a ser conhecidas como grupos. Posteriormente, Moseley mostrou que cada elemento caracterizado por nmero atmico (Z), o qual deveria ( ser o referencial para expressar a lei peridica. Isso consolidou a seqncia dos elementos na tabela peridica, embora se saiba hoje que as conguraes eletrnicas dos orbitais de valncia dos elementos sejam fundamentais para a caracterizao dos grupos e dos perodos. Vimos que por essa ltima razo, a perodos. tabela pode ser dividida em blocos s, p, d e f correspondentes aos orbitais que s, p, esto sendo ocupados. Dessa forma, os metais alcalinos e alcalinos terrosos formam o bloco s, os metais de transio juntamente com os elementos do s, grupo 10 formam o bloco d e os elementos que cam esquerda na tabela peridica formam o bloco p. Por m, os lantandeos e os actindeos, chamados p. de metais de transio interna, formam o bloco f, concluindo nossa aula sobre interna, a tabela peridica dos elementos.

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RE1 2 3a) b)

Auto-avaliaoPor que Mendeleyev, na sua verso original da tabela peridica, deixou espaos vazios? Como ele previu as propriedades dos elementos que deveriam ocupar esses espaos? Qual propriedade dos tomos Mendeleyev usou para ordenar os elementos na sua proposta de tabela peridica? Os itens a e b esto relacionados com os seguintes elementos: Ba (Z= 38), Ge (Z= 32), Nb (Z= 41), Br (Z= 35) e Xe (Z = 54). Escreva a congurao eletrnica do estado fundamental dos tomos desses elementos e escreva a qual grupo e perodo cada um deles pertence. Identique os metais e os no-metais entre esses elementos.

VI

S O

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Sem recorrer tabela peridica, escreva a congurao eletrnica dos seguintes elementos e d o nmero de eltrons desemparelhados de cada um deles:

a) b) c)

stimo elemento da primeira srie de transio; o elemento localizado no quinto perodo do grupo 13; o segundo elemento da srie dos lantandeos.

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Analise os blocos de elementos da tabela peridica e descreva as caractersticas comuns aos elementos classicados como metais e como no-metais.

ATKINS, P. W.; JONES, L. Princpio de qumica. Porto Alegre: Bookman, 2001. qumica. BRADY, J. E.; RUSSEL, J. E.; HOLUM, J. R. Qumica: a matria e suas transformaes. 3.ed. Qumica: Rio de Janeiro: LTC, 2003. v. 1 e 2.

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RE

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Referncias

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S O


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RE VI S O

Anotaes

Anotaes

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Anotaes


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