Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Bacharelado em Ciência e Tecnologia
Diamantina - MG
Elementos do Bloco “p”
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Família do Boro
Características Gerais
-Configuração eletrônica da camada de valência:
ns2np1
-Número de oxidação máximo esperado: +3 . -Os membros mais leves são encontrados na natureza em combinação com o oxigênio, na forma de óxidos.
Ex.:
Na2B4O5(OH)4.8H2O - Bórax Al2O3.H2O - Bauxita
-P.f.: não variam regularmente;
-Não podem ser comparados entre si com rigor pois o B apresenta estrutura cristalina fora do comum (icosaedro – B12), isso leva a um p.f. muito elevado;
-Al, In e Tl: apresentam estruturas metálicas de empacotamento compacto; -Ga: tem uma estrutura pouco comum (romboédrico), o Ga líquido se expande quando forma o sólido (o sólido é menos denso que o líquido): ponto de fusão baixo.
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-Do árabe Burag, borax (Na2B4O5(OH)4.8H2O), é seu principal mineral.
-O B puro, atualmente, é obtido pela redução do BeO3 com Mg em pó. -Apresenta-se na coloração negra ou marrom.
-É um micronutriente essencial aos animais e plantas.
-Utilizado principalmente na indústria de vidros, fertilizantes, semi-condutores, retardante de chamas, antisépticos e abrasivos (nitreto de boro)
Boro
-Não é encontrado livre na natureza, mas em jazidas relacionadas a atividades vulcânicas, combinado com oxigênio e sódio (Bórax).
Na2B4O5(OH)4.8H2O Bórax Ponto de Fusão = 2079°C
Ponto de Ebulição = 2550 °C
Densidade = 2,37 g/cm3
-O boro é o único elemento da família 3A/grupo 13, que pode ser considerado não metálico.
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-Há 13 isótopos do boro -Apenas 2 são estáveis: B -10: 19,85% de abundância B -11: 80,2% de abundância
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Exceção à Regra do Octeto
-B (Z = 5): 1s2 2s2 2p1
-Forma 3 ligações covalentes com outros elementos não metálicos.
-Isso resulta em uma camada de valência com somente 6 elétrons para o Boro em seus compostos (2 a menos que o octeto).
-Compostos de Boro são bastante reativos. -Boranos são compostos contendo B e H.
BH3, B2H6
-O átomo de Boro pode acomodar um quarto par de elétrons, mas somente quando esse par é fornecido por um outro átomo (ÁCIDO DE LEWIS).
-Moléculas ou íons com pares isolados de elétrons podem cumprir esse papel (BASE DE LEWIS).
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-Os tri-haletos de boro (BF3, BCl3 e BBr3) são ácidos de Lewis (possuem afinidade por elétrons). -BF3: CL = 1,30 Å (menor que a soma dos raios
covalentes: B = 0,80 Å , F =0,72 Å).
-Um resfriamento rápido do B2O3 fundido conduz à
formação de vidros de borossilicatos (Pirex) que possui baixa dilatação térmica e não quebra quando aquecido.
Ex: utensílios de cozinha e laboratório
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-O composto de boro de maior importância econômica é o bórax (empregado na fabricação de fibras de vidro). -O boro é usado em reatores nucleares com a função de
materiais de controle, sendo usado para controlar e até mesmo finalizar a reação de fissão nuclear em cadeia, pois o boro é um bom absorvente de nêutrons.
-Fibras de boro são usadas em aplicações mecânicas especiais, como no âmbito aeroespacial. Alcançam resistências mecânicas de até 3600 MPa.
-O boro é usado em fogos de artifício devido a
coloração verde que produz.
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Aplicações
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-Do latim Alume, derivado do mineral Alumen, conhecido dos antigos Gregos e Romanos que o usavam em medicina.
-É o mais abundante dos metais na Terra (8,2%)
Alumínio
-Tem 23 isótopos.
-Apenas 1 é estável: Al – 27
-Os demais são radioativos e possuem tempo de meia-vida da ordem de nanosegundos.
-Al puro, metálico, não é encontrado na natureza. -É encontrado combinado principalmente com o
oxigênio formando o óxido de alumínio (Al2O3) – Bauxita
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Obtenção
-Hidrometalurgia do Alumínio: Processo de
Bayer
-O minério triturado é dissolvido em NaOH 30% (em massa) a 150 - 230°C e alta pressão (30 atm para impedir a ebulição).
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-A solução de aluminato é separada através da redução do pH.
-A solução de aluminato é calcinada e reduzida para produzir o metal.
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Processo de
Produção
A partir da alumina (Al2O3) ocorre o processo de obtenção do alumínio metálico.
Esse processo ocorre com a fundição da
alumina com a criolita (Na3AlF6) a 1000 °C.
A criolita é adicionada na mistura para abaixar
o ponto de fusão.
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A mistura obtida é colocada numa cuba
eletrolítica e sofre uma reação de eletrólise
A bauxita contém de 35% a 55% de óxido de alumínio, este mineral é extraído da natureza e através dele se obtém a
Alumina.
Em termos de rendimento:
4 a 5 toneladas de bauxita são necessárias para a produção de 2 toneladas de alumina que, por sua vez gera 1 tonelada de alumínio.
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Vídeo
Como se produz o alumínio ?
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Eletrometalurgia do Alumínio
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Corrosão
-Al em contato com a umidade e o ar, reage rapidamente com o oxigênio formando a uma fina camada de óxido que o protege de ataques do meio ambiente.
-Forma-se uma camada-barreira que protege o alumínio da corrosão.
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
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Reações com Ácidos e Alcalis
Reações com Oxigênio
-O metal alumínio é moderadamente mole e fraco quando puro, mas torna-se consideravelmente mais resistente quando combinado em ligas com outros metais.
-Sua principal vantagem é seu baixo peso (densidade baixa, de 2,73 g.cm-3).
-Algumas ligas são utilizadas para finalidades específicas: duralumínio, que contém cerca de 4% de Cu, e diversos "bronzes de alumínio" (ligas e Cu e Al com outros metais, como Ni, Sn e Zn).
-São muitos os usos do alumínio e de suas ligas:
•A maior parte da produção mundial vai para as a-se às indústrias aeronáutica e automobilística.
•Fabricação do arame.
•Bom condutor de calor, o Al não tem gosto nem cheiro: usado em utensílios de cozinha.
•Características de leveza (densidade cerca de 1/3 da do aço).
•Resistência mecânica (a resistência específica é o dobro ou o triplo da dos aços).
•Resistência à corrosão, ainda melhorada por tratamentos de superfície.
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Aplicações
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Curiosidades
-Uma latinha de alumínio pesa cerca de 14,5 g. -67 latinhas de alumínio correspondem a 1 kg. -Cada 1.000 kg de alumínio reciclado corresponde a
5 mil kg de minério bruto (bauxita) poupados. -O Brasil possui uma das 3 maiores reservas de
bauxita do mundo.
-Para reciclar o alumínio são gastos 5% da energia utilizada na extração.
-Todo o processo de reciclagem do Al no Brasil envolve mais de 2 mil empresas.
-Uma lata de Al demora mais de 100 anos para se
decompor na natureza. 35
-O nome Galio é derivado de Gallia, o nome latino para a França.
-Suas propriedades foram previstas por Mendeleev que o chamou de Ekaalumínio.
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Aplicações
-Pequenas quantidades de Ga são empregadas para "dopar" cristais na fabricação de transistores. -A fabricação de semicondutores requer Ga de
extrema pureza.
-Ga é também usado em outros dispositivos semicondutores. O arseneto de gálio, GaAs, é isoeletrônico com o Ge, e é usado em diodos emissores de luz (LEDs=light emiting diodes) e diodos de laser.
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-Traços de Ga são encontrados na bauxita, sendo a relação de Ga para Al de cerca de 1/5.000.
-Durante o processo Bayer de purificação de alumina, a concentração de Ga na solução alcalina gradualmente aumenta para cerca de 1/250. -O Ga é obtido pela eletrólise dessa solução.
-O Ga é recuperado da poeira da exaustão, sendo obtido pela eletrólise de soluções aquosas de seus sais.
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-Nome derivado de ìndigo (azul) que é a cor de uma linha brilhante em seu espectro.
-Atualmente é um subproduto da mineração e refino de Zn.
Índio
-O índio é utilizado em soldas de baixo ponto de fusão (usadas comumente na solda de "chips" de semicondutores) e em outras ligas de baixo ponto de fusão.
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Aplicações
-O nome deriva do Grego Thallos, que significa ramo verde, devido a presença de uma linha verde no seu espectro.
-É recuperado da mineração de Zn, Pb e Cu.
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Aplicações
Família do Carbono
C, Si, Ge, Sn, Pb
49 I. Elementos do Grupo 14
II. Diferentes formas do carbono (alotropia) III. Si, Ge, Sn e Pb
-O nome deriva do Latim Carbo que significa carvão.
-Conhecido desde os tempos pré-históricos.
-Pode ser facilmente obtido pela calcinação da madeira ou açúcar em condições de pouco ar.
-Um homem de peso médio contém 16 Kg de carbono.
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Alotropia do Carbono
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-As variedades alotrópicas podem diferir entre si devido ao:
→ número de átomos que forma cada molécula, ou seja, sua atomicidade
→ arranjo dos átomos no retículo cristalino
Alotropia (do grego allos, outro, e tropos, maneira)
foi um nome criado por Jöns Jacob Berzelius e que hoje designa o fenômeno em que um mesmo elemento químico pode originar substâncias simples diferentes. As substâncias simples distintas são conhecidas como alótropos.
-O C, forma as substâncias grafite e diamante de forma natural e os fulerenos de forma artificial. -O grafite é um sólido escuro e pouco duro,
apresenta massa específica de 2,22g/cm³.
-Microscopicamente, é um sólido constituído pela união de grande quantidade de átomos de C, cada um deles com geometria molecular trigonal plana. -O diamante é um sólido transparente e muito duro,
apresenta massa específica de 3,51g/cm³. É a substância natural mais dura de que se tem conhecimento. Sua dureza é atribuída ao modo como os vários tetraedros de carbono se apresentam ligados.
-Grafite (Cn):
-As pontas dos lápis (chamadas grafite), são formadas de grafite misturada com argila. -Também é usada em eletrodos, nos fornos
elétricos, como lubrificante em engrenagens e em pinturas industriais.
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-Diamante (Cn): utilizado para cortar o vidro e para fazer brocas. Quando um diamante é lapidado, ele passa a ser denominado brilhante, utilizado como jóia.
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-Fulerenos (C60): poderão ser usados em baterias, combustíveis, componentes para computador, propulsão de foguetes, terapia do câncer e também como excelentes lubrificantes.
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-Nanotubo de Carbono
-São alótropos do C com uma nanoestrutura cilíndrica.
-Possuem propriedades incomum e que são de altíssimo valor no campo
da nanotecnologia, eletrônica, óptica e outros campos tecnológicos da ciência dos materiais. -Devido as suas extraordinárias propriedades de
condução térmica, mecânica e elétrica, os nanotubos de C podem ter aplicações que possibilitem inúmeras melhorias nas estruturas dos materiais.
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-Nanotubos são membros da família-estrutura do fulereno, que também inclui o esférico buckyballs. -Seu nome deriva do seu formato: uma estrutura oca com paredes formadas por um átomo de espessura da folha de carbono, chamados grafeno
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Aplicações
-Derivado do Latin Silex, Silicus que significa pedemeira, pedra usada para acender fogo.
-É obtido pelo aquecimento da sílica com carbono em forno elétrico.
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Aplicações
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-Derivado de Germania, o nome Latino da Alemanha.
-Foi previsto por Mendeleev, o qual o chamou de Ekasilício.
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Aplicações
-Do Latim Stannum relacionado com a palavra Stagnum devido a facilidade com que funde. -É conhecido desde a antiguidade como elemento
constituinte do bronze e o obtinham pela redução de seu dióxido, cassiterita com carvão (que é um processo similar ao empregado hoje)
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Aplicações
-Do Latim Plumbum que significa Chumbo.
-É conhecido desde os primórdios da civilização.
-Seus sais são muito tóxicos.
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Aplicações
Referências Bibliográficas
-SHRIVER, D.F.; ATKINS, P.W. Química Inorgânica. 4ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2011.
-LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5.ed. São Paulo: Edgard Blucher, 1999.
-ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de Química. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2007.
-ALVES, P.A. Guia dos elementos químicos. Publicação Quilab Produtos de Química Fina. 2008.
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