CQ-133 Fundamentos de Química Inorgânica II. Responsáveis: Prof. Fábio Souza Nunes

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CQ-133 Fundamentos de Química Inorgânica II

Responsáveis:

Prof. Fábio Souza Nunes

www.quimica.ufpr.br/fsnunes/cq133

Profa. Giovana Gioppo Nunes

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CQ-133 Fundamentos de Química Inorgânica II

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CQ-133 Fundamentos de Química Inorgânica II

Art. 106, Resolução CEPE 37/97

É assegurado o direito à segunda chamada nos casos, desde que

devidamente

comprovado:

a) Exercícios militares

b) Internamento hospitalar

c) Doença

d) Falecimento de parentes

e) Depoimento judicial ou policial

f) Convocação para eleições em entidades oficiais

g) Viagem por convênio da UFPR

h) Participação em cursos, simpósios, congressos

i) Participação em Jogos Universitários

(4)

(5)

A importância do setor industrial na economia

Fonte: Abiquim

O Brasil é hoje a 6a_{economia do mundo e a 1}a_{da América Latina}

A indústria contribui:

com 22% do PIB

 50% das exportações

 66% do investimento do setor privado em P&D  30% da contribuição fiscal

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A indústria química brasileira

Fonte: Abiquim

POSIÇÃO DE DESTAQUE

US$ 128

bilhões faturamento líquido em 2018

US$ 65

bilhões produtos químicos de uso industrial 2018

3

o

maior

PIB da indústria

10,4%

2017

2,5%

do PIB Brasil

400 mil

Empregos

diretos

2 milhões

empregos

indiretos

Salários:

dobro da indústria de transformação

(7)

(8)

Participação (%) da ind. química brasileira

no PIB total

(9)

A química brasileira na indústria de transformação

(10)

Evolução do faturamento líquido da

indústria química brasileira

(11)

Faturamento da indústria química brasileira por

segmento em 2018 (US$127.9 bilhões)

(12)

Utilização da capacidade instalada (UCI) da

indústria química brasileira

(13)

A indústria química mundial em 2018

Fonte: Abiquim

(14)

(15)

Classificação dos produtos

químicos

(16)

Classificação dos produtos

químicos

(17)

Produtos Químicos de Uso Industrial. Faturamento

Líquido por Grupo de Produtos em 2018.

US$ 65.2 Bilhões

(18)

Produtos Químicos de Uso Industrial.

Evolução da Produção

(19)

Produtos Químicos – Produção Mundial

Classificação Produto Químico Milhões de toneladas 1 Cal 283 2 Ácido sulfúrico 200 3 Etileno 156 4 Uréia 151 5 Amônia 140 6 Propileno 80 7 Hidróxido de sódio 66 8 Ácido nítrico 60 9 Cloro 56 10 Carbonato de sódio 50

(20)

Classificação Produto Químico Milhões de toneladas 11 Hidrogênio 50 12 Benzeno 42 13 Ácido fosfórico 38 14 1,4-Dimetil benzeno 33 15 Ácido Clorídrico 20 16 Etilenoglicol 18 17 Óxido de etileno 17 18 1,3-Butadieno 12 19 Dióxido de titânio 5,1 20 Peróxido de Hidrogênio 3,8

(21)

(22)

Li Na K

Rb Cs

(23)

GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS

OCORRÊNCIA

Li: Espodumênio, LiAl(SiO₃)_2, Lepidolita K₂Li₃Al₄Si₇O₂(F,OH)₃

Na: Sal-gema NaCl(s), bórax Na₂B₄O₇10·H₂O, salitre do Chile NaNO₃, Na₂CO₃·NaHCO₃, mirabilita Na₂SO₄, água do mar, salmouras

K: Carnalita KCl

·MgCl

₂

·6H

₂

O

_, Silvita KCl(s), água do mar, salmouras

Rb: Como constituinte menor da Lepidolita

Cs: Popucita, Cs₄Al₄Si₉O₂₉·H₂O e na Lepidolita

Fr: 227_Ac

(24)

GRUPO 1 - A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS

MATÉRIA PRIMA

Mina de Sal Gema

em Cheshire, Reino Unido

NaCl obtido da

evaporação da água do mar

(25)

Eletrólise

Ígnea de Cloreto de Sódio Na+ (NaCl) + e- → Na(s) 2Cl -(NaCl) → Cl2(g) + 2e -Célula de Downs

GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS

OBTENÇÃO

(26)

GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS

OBTENÇÃO

Na(l) + KCl(l) + calor (850 oC) → NaCl(l) + _K(g)

M = Rb ou Cs:

(27)

Eletrólise de Cloreto de Sódio em solução aquosa

NaCl(aq) → Na+_(aq)_{+ Cl}-_(aq)

2H₂O(aq) + 2e- → H

2(g) + 2OH-(aq)

2Cl-_(aq)→ Cl

2(g) + 2e-

GRUPO 1 – A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS

Produção de soda cáustica

(28)

Célula de cátodo de mercúrio

Célula de diafragma

GRUPO 1 – Produção de hidróxido de sódio

Célula de membrana NaOH(aq) 50% NaOH(aq) 12% NaOH(aq) 30%

(29)



H

_R

N

A

z

A

z

B

e

2 1 - d

d

_o

A

=

4 

_o

_d

_o

NaOH - Aplicações

(30)

A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS

BARRILHA OU SODA LEVE

MÉTODO SOLVAY

Ernest Solvay

CaCO₃(s) CaO(s) + CO₂(g) NH₃(g) + H₂O(l)  NH₄OH(aq)

2NH₄OH(aq) + CO₂(g)  (NH₄)₂CO₃(aq) + H₂O(l) (NH₄)₂CO₃(aq) + CO₂(g) + H₂O(l)  2NH₄HCO₃(aq) NH₄HCO₃(aq) + NaCl(aq)  NH₄Cl(aq) + NaHCO₃(s) 2NaHCO₃(s)  Na₂CO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(l)

CaO(s) + H₂O(l)  Ca(OH)₂(aq)

2NH₄Cl(aq) + Ca(OH)₂(aq)  2NH₃(g) + CaCl₂(aq) + 2H₂O(l)

(31)

(32)

BICARBONATO DE SÓDIO

É preparado pela carbonatação de uma solução saturada de carbonato de sódio com CO₂(g) comprimido a 40 o_C:

(33)

Metais Alcalinos

Raio metal Å Raio iônico Å PF o_C ₁a_E.I. kJ. mol-1 2a_E.I. kJ. mol-1 d g.cm-3 Li 1,52 0,76 181 520 7296 0,54 Na 1,86 1,02 98 496 4563 0,97 K 2,27 1,38 63 419 3069 0,86 Rb 2,48 1,52 39 403 2650 1,53 Cs 2,65 1,67 29 376 2420 1,90

(34)

Metais Alcalinos

Raio metal Å Raio iônico Å PF o_C ₁a_E.I. kJ. mol-1 2a_E.I. kJ. mol-1 d g.cm-3 Li 1,52 0,76 181 520 7296 0,54 Na 1,86 1,02 98 496 4563 0,97 K 2,27 1,38 63 419 3069 0,86 Rb 2,48 1,52 39 403 2650 1,53 Cs 2,65 1,67 29 376 2420 1,90

(35)

O “caráter” metálico

maleabilidade

eletropositividade brilho metálico condução elétrica e de calor

(36)

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA

M+_{(g) + X}-_(g)_MX(s)_Go_{< 0} O CICLO DE BORN-HABER H_f = H_s K(s) + E.I. K(g) + 1/2H_d Cl₂(g) + A.E. Cl(g) + U

U = energia reticular



G =



H - T



S

(37)

ESTRUTURA DE SÓLIDOS

(38)

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA

Entalpias de rede

Composto Estrutura H_Rexp

kJ mol-1 Composto Estrutura HR exp kJ mol-1

LiF sal-gema 1030 SrCl₂ Fluorita 2125 LiI sal-gema 757 LiH sal-gema 858

NaF sal-gema 923 NaH sal-gema 782

NaCl sal-gema 786 KH sal-gema 699

NaBr sal-gema 747 RbH sal-gema 674

NaI sal-gema 704 CsH sal-gema 648 KCl sal-gema 719 BeO wurtzita 4293

KI sal-gema 659 MgO sal-gema 3795

CsF sal-gema 744 CaO sal-gema 3414 CsCl cloreto de

césio 657 SrO sal-gema 3217 CsBr cloreto de

césio 632 BaO sal-gema 3029 CsI cloreto de

(39)

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA

A equação de Born-Mayer



H

_R

N

A

z

A

z

B

e

2

1 - d

d

_o

A

=

4 

_o

_d

_o Estrutura Constante de Madelung,

A

Cloreto de césio 1,763 Sal-gema 1,748 Esfalerita 1,638 Wurtzita 1,641 Fluorita 2,519 Rutilo 2,408

(40)

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA

A equação de Born-Mayer



H

_R

N

A

z

A

z

B

e

2

1 - d

d

_o

A

=

4 

_o

_d

_o H_Rexp kJ mol-1 HR calc kJ mol-1 HR exp_-__H Rcalc kJ mol-1 PFo_C LiF 1030 1024 6 843 LiCl 853 834 19 605 LiBr 807 788 19 550 LiI 757 730 27 449 AgF 953 920 33 - AgCl 903 832 71 - AgBr 895 815 80 - AgI 882 777 105 -

(41)

(42)

Metais Alcalinos

Raio iônico Å Li+ _0,76 Na+ _1,02 K+ _1,38 Rb+ _1,52 Cs+ _1,67 Mobilidade iônica Raio do íon hidratado, Å 33,5 3,40 43,5 2,76 64,5 2,32 67,5 2,28 68,0 2,28

(43)

SÓDIO METÁLICO –Reatividade em água e amônia líquida

Na(s) + nNH

₃

(

l) → [Na(NH

₃

)

_n

]

+

_{+ [e(NH}

3

)

n

]

-

[Na(NH

₃

)

_n

]

+

_{+ [e(NH}

3

)

n

]

-

+ NH

3

(

l) → NaNH

2

(am) + 1/2H

2