Aula: 12
Temática: Metais de Transição Externa (parte 1)
Iniciaremos a partir de agora uma viagem pelos metais de transição. Vamos permanecer neste assunto até o final de unidade. Então, prepare-se e boa aula!
METAIS DE TRANSIÇÃO EXTERNA
Ocorrência, Estrutura, Métodos de Obtenção, Aplicações e Propriedades
Os elementos de transição ou metais de transição são definidos quimicamente por formarem, ao menos, um íon que tenha uma orbital d incompleta com elétrons.
Às vezes são empregadas outras definições menos restritivas, já que a intenção é agrupar os elementos segundo as suas propriedades físicas e químicas, conforme a classificação adotada. Além disso, alguns textos consideram elementos de transição apenas aqueles que pertencem ao bloco d. No bloco d (elementos de transição externa), os elétrons são adicionados ao penúltimo nível, expandindo-o de 8 para 18 elétrons. Assim, os elementos de transição são caracterizados pelo fato de possuírem um nível d parcialmente preenchido. Os elementos do grupo 12 (grupo do zinco) têm configuração d10 e, devido ao fato do nível d estar preenchido, os compostos desses elementos apresentam propriedades diferentes dos demais. Todos os elementos de transição são metais, portanto bons condutores de eletricidade e de calor, apresentam brilho metálico e são duros, resistentes e dúcteis. Também formam ligas com outros metais.
Um dos aspectos mais marcantes dos elementos de transição é o fato de poder existir em diversos estados de oxidação. Apresentam uma tendência inigualável de formar compostos complexos de coordenação com bases de Lewis, isto é, com grupos capazes de doar um par de elétrons. Esses grupos são denominados ligantes. Um ligante pode ser uma molécula neutra como o NH3, ou íons tais como Cl- ou CN-. O cobalto forma mais complexos que qualquer outro elemento, e forma mais compostos que qualquer outro elemento, exceto o carbono.
Co3+ + 6NH
3 → [Co(NH3)6]3+ Fe2+ + 6CN- → [Fe(CN)6]4-
Muitos metais de transição e seus compostos apresentam propriedades catalíticas. Algumas das mais importantes estão listadas abaixo:
TiCl3: Usado como catalisador de Ziegler-Natta na fabricação de polietileno. V2O5: Converte SO2 em SO3 no processo de fabricação de H2SO4.
MnO2: Usado como catalisador na reação de decomposição de KClO3 a O2. Fe: O ferro ativado é usado no processo Haber-Bosch de fabricação de NH3. FeCl3: Usado na fabricação da CCl4 a partir de CS2 e Cl2.
Pt: Encontra uso crescente em conversores de três estágios para gases de escape de automóveis.
Outra característica importante dos elementos de transição é a possibilidade de formação de compostos não-estequiométricos. Trata-se de compostos de estrutura e composição indefinidas. Por exemplo, o composto óxido de ferro II, FeO, deve ser escrito com uma barra sobre a fórmula para indicar que a proporção de átomos de Fe e de O não é exatamente 1:1. Os resultados de análises realizadas indicaram que a fórmula desse composto varia de Fe0,94O a Fe0,84O.
Três dos metais de transição são muito abundantes na crosta terrestre. Fe é o quarto elemento mais abundante em peso, Ti o nono e o Mn o décimo-segundo. Os elementos da 1ª série de transição geralmente seguem a regra de Harkins, ou seja, elementos com números atômicos pares são geralmente mais abundantes que seus vizinhos com números atômicos ímpares. O Mn é uma exceção. O Tc não existe na natureza.
Grupo 19 (Grupo do escândio) que engloba os elementos Sc, Y, La e Ac ( o La e o Ac serão citados com mais detalhes nos elementos de transição interna). O Sc é um metal mole, muito leve, resistente ao ácido nítrico e ácido fluorídrico diluídos, mas reage rapidamente com outros ácidos. Apresenta coloração branca prateada e adquire uma coloração ligeiramente rosada quando exposto ao ar.
Seu estado de oxidação mais comum é +3 e seus sais são incolores. Suas propriedades são parecidas com as do ítrio, actínio e os lantanídios, por isso, são incluídos freqüentemente entre as terras raras, denominação errada porque não são tão raras assim.
O óxido de escândio Sc2O3, é usado para a produção de lâmpadas de vapor de mercúrio e obtém-se uma luz solar artificial da mais alta qualidade. O isótopo radioativo Sc-46 é usado no craqueamento do petróleo como traçador, e o metal tem aplicação na indústria aeroespacial devido ao seu ponto de fusão muito superior ao do alumínio.
As únicas fontes concentradas conhecidas do metal, que não é encontrado no estado nativo são minerais pouco abundantes na Escandinávia e Madagascar como euxenita , gadolinita e thortveitita.
A thortveitita é a principal fonte de escândio. Outra fonte importante são os resíduos da extração do urânio onde é obtido como subproduto. O metal é obtido industrialmente por redução do fluoreto de escândio com cálcio.
O escândio natural tem um único isótopo estável, o Sc-45. São conhecidos 13 isótopos radioativos, no quais os mais estáveis são o Sc-46 com 83,79 dias de meia-vida, o Sc-47 ( 3,3492 dias ) e Sc-48 ( 43,67 horas ); os demais isótopos radioativos têm meias-vidas inferiores a 4 horas e a maioria menos de 2 minutos. São conhecidos, além disso, cinco meta estados, sendo o mais estável o Sc-44 ( meia-vida de 58,6 horas ).
O ítrio é um metal pertencente ao conjunto de elementos denominados terras raras , com aspecto prateado metálico com brilho, são relativamente estável no ar, e quimicamente semelhante aos lantanídios. Lascas ou fragmentos desse metal, podem inflamar-se quando a temperatura é superior a 400° Celsius. Finamente dividido, é muito instável em presença do ar. O metal tem uma seção transversal baixa para a captação nuclear. Seu estado de oxidação mais comum é +3.
O ítrio está tem sido estudado como uso para a produção de ferro fundido nodular, potencialmente o ítrio pode ser usado na composição de cerâmicas e vidros, devido ao fato de seu óxido apresentar elevado ponto de fusão, alta resistência mecânica e baixas características de expansão.
O óxido de ítrio é o composto mais importante de ítrio e é extensivamente usado para a produção de YVO4 e Y2O3 utilizado em fósforos de európio para dar a coloração vermelha em cinescópios de televisão. Veja outros usos do ítrio:
• O óxido de ítrio também é usado para a produção de granadas de ítrio e ferro muito eficazes como filtros de microondas.
• Granadas de ítrio e alumínio, de ítrio e ferro, e de ítrio e gadolínio (exemplos: Y3Fe5O12 e Y3Al5O12) apresentam interessantes propriedades magnéticas. A granada de ítrio e ferro é muito eficiente como
• Quantidades pequenas deste elemento ( 0,1 a 0,2% ) têm sido utilizadas para reduzir o tamanho de grãos de cromo, molibdêmio, titânio e zircônio. É usado também para aumentar a resistência das ligas de alumínio e magnésio.
• Usado como catalisador para a polimerização do etileno.
• Granada de alumínio e ítrio, fluoreto de lítio e ítrio e o vanadato de ítrio são usados em combinação com dopantes tais como neodímio ou érbio em lasers infravermelhos;
• O ítrio pode ser usado para desoxidar vanádio e outros metais não-ferrosos.
Este elemento não é encontrado livre na natureza. É encontrado em quase todos os minerais de terras raras e minerais de urânio. O ítrio é recuperado comercialmente de areias monazíticas, ( com 3% , além de [(Ce, La, etc.)PO4)], e da bastnasita (com 0.2%, além de [(Ce, La, etc.)(CO3)F]). Pode ser produzido a partir da redução do fluoreto de ítrio com cálcio. Este metal também pode ser obtido por meio da utilização de outras técnicas. É difícil separá-lo de outras terras raras, e, quando extraído, apresenta-se como um pó cinza escuro. As amostras das rochas lunares coletadas durante o programa Apollo continham um índice elevado de ítrio.
Os compostos que contêm este elemento raramente são encontrados pelas pessoas, entretanto deve-se considerá-los altamente tóxicos, mesmo que muitos compostos de ítrio apresentem poucos riscos aos humanos. Os sais de ítrio podem ser carcinógenos. Este elemento não é encontrado normalmente nos tecidos humanos não desempenham nenhum papel biológico conhecido.
Na aula de hoje você viu alguns metais de transição e algumas maneiras de obtenções e utilidades. Continuaremos na próxima aula. Até lá!
