Post on 19-Nov-2018
Elemento Z Configuração
Boro 5 [He] 2s2 2p1
Alumínio 13 [Ne] 3s2 3p1
Gálio 31 [Ar] 3d10 4s2 4p1
Índio 49 [Kr] 4d10 5s2 5p1
Tálio 81 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1
13
B
Al
Ga
In
Tl
Grupo 13: Família do Boro
Propriedades Atômicas
Não há evidências de B3+
(valor estimado)
Pouca blindagem dos elétrons do bloco d (contração do bloco d)
Pouca blindagem dos elétrons do bloco f (contração lantanídica)
Capacidade de blindagem s>p>d>f
Efeito alternante: aumento da carga nuclear efetiva dos elementos 4p devido à presença dos elétrons 3d que tem baixo efeito de blindagem
O Ga é mais eletronegativo que o Al
Propriedades Atômicas
os raios covalentes não sofrem alterações regulares em seus valores
como nos alcalinos e alcalinos terrosos.
no caso do Ga, In e Tl os elétrons dos orbitais d e f produzem um
menor efeito de blindagem na carga nuclear que os elétrons s e p do B
e do Al.
blindagem ineficiente da carga nuclear leva a elétrons externos
mais firmemente ligados ao núcleo. Portanto, Ga, In e Tl são menores
que o esperado.
Elemento Z Configuração
Boro 5 [He] 2s2 2p1
Alumínio 13 [Ne] 3s2 3p1
Gálio 31 [Ar] 3d10 4s2 4p1
Índio 49 [Kr] 4d10 5s2 5p1
Tálio 81 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1
Propriedades Atômicas
os raio covalentes não sofrem alteração regular em seus valores
como nos alcalinos e alcalinos terrosos.
no caso do Ga, In e Tl os elétrons dos orbitais d e f produzem um
menor efeito de blindagem na carga nuclear que os elétrons s e p do B
e do Al.
blindagem ineficiente da carga nuclear leva a elétrons externos
mais firmemente ligados ao núcleo. Portanto, Ga, In e Tl são menores
que o esperado.
Com exceção do Boro que é um não-metal, todos os demais
elementos do grupo 3 são metais que apresentam uma reatividade
razoável.
Propriedades Atômicas
B sempre forma ligação covalente em seus compostos
Compostos simples dos demais elementos, tais como AlCl3 e GaCl3
são covalentes quando anidros
Al, Ga, In e Tl formam íons quando em solução.
Por que ocorre mudança de covalente para iônico em solução?
Porque o íons são hidratados e a quantidade de energia de
hidratação liberada excede a energia de ionização.
AlCl3: 5.137 kJ.mol-1 para converter Al em Al3+ e Cl-
HHid de Al3+ e Cl- = -4.665 e – 381 kJ.mol-1 = -4.665 + (3x(–381)) =
5.808 KJ.mol-1
Propriedades Atômicas
todos ocorrem no estado de oxidação +3, mas Ga, In e Tl podem formar compostos monovalentes (+1).
Propriedades Atômicas
Atribuído à gde energia necessária p/ remover os elétrons ns2 após remoção do elétron np1 e baixas entalpias de ligação M-X p/ os mais pesados do grupo
In e Tl: efeito do par inerte
Estabilidade relativa de um estado de oxidação no qual o nox é de 2 a menos do que o no de oxidação do grupo
Propriedades Atômicas
todos ocorrem no estado de oxidação +3, mas Ga, In e Tl podem formar compostos monovalentes (+1).
Para Ga e In o estado de oxidação +1 é menos estável que o +3
Para Tl o estado de oxidação +1 é mais estável que +3
Propriedades Atômicas
todos ocorrem no estado de oxidação +3, mas Ga, In e Tl podem formar compostos monovalentes.
raio iônico pequeno e carga grande
a soma das 3 primeiras energias de ionização é alta
valores de eletronegatividade maiores do que grupo 1 e 2.
são menos eletropositivos que os elementos do grupo 1 e 2.
Essas características sugerem a formação
de compostos covalentes:
- Todos os compostos de Boro são covalentes
- Cloretos, por ex., são covalentes: AlCl3 e GaCl3
• O B possui PF e PE muito elevados devido a sua estrutura cristalina fora do
comum.
•Pequeno tamanho e elevada energia de ionização
•Apresenta 4 formas alotrópicas
• Al, In e Tl apresentam estruturas metálicas de empacotamento compacto
•O Ga tem estrutura pouco comum: se assemelha a estruturas de moléculas
diatômicas (baixo PF).
• Do B p/ Al segue a tendência normal pois aumenta caráter
metálico
• Ga, In e Tl não seguem tendência esperada
• potencial de redução vai se tornando mais positivo e
portanto a reação M3+ M se torna cada vez mais fácil (G<0)
São menos eletropositivos
(blindagem ineficiente)
As abundâncias são dadas na forma logarítmica (base 10) em
gramas de metal por 1000 Kg de amostra. Como a escala vertical e logartímica, as diferenças são muito maiores o que
aparentam.
Ocorrência na natureza
Bórax, Na2B4O5(OH)4.8H2O
Ou Quernita Na2B4O5(OH)4.2H2O
Bauxita: (mistura complexa de hidróxido de alumínio hidratado e óxido de alumínio)
Gálio, Tálio e Índio
Alumínio
Criolita: Na3AlF6
Boro
: Contaminantes nos Sulfetos de Zn e de Pb
40-60% Al2O3, 12-30% H2O, 1-15% SiO2, 30% Fe2O3, 3-4% TiO2, outros 0,05-0,2%
Ocorrência na natureza
)()()()(32
32
][25
323
O.8H(OH)OBNa 442
ssss
H
MgOBMgOB
OB
- Redução de haletos
)(2)(
) (
)(2)(3
)()(
) (
)(2)(3
Br 3 232
6232
gs
TaouWrubrofilamento
gs
gs
TaouWrubrofilamento
gs
BHBBr
HClBHBCl
- Conversão do Bórax
B12
BI3 é muito caro o processo de purificação
Métodos de Obtenção
- Decomposição térmica
)(2)()(62 32gss
HBHB
• formam óxidos ácidos, B2O3 e SiO2; o Al2O3 é anfótero
• formam muitas estruturas de óxidos poliméricos
• formam hidretos gasosos inflamáveis; hidreto de alumínio é um sólido
Relação Diagonal
Li Be B
Mg Al Si
Propriedades Atômicas
Boro: não metal, sempre forma ligações covalentes
- normalmente forma três ligações covalentes com ângulos de 120o entre si utilizando orbitais híbridos sp2
[He]2s22p1
- todos compostos BX3 são deficientes em elétrons, portanto podem receber mais um par de um outro átomo formando
uma Ligação Coordenada:
Híbrido sp2
2s 2p
Principais Compostos
Ácidos de Lewis
Forma óxidos ácidos. O principal é o B2O3.
- funde a 450 oC e é empregado como efluente para limpeza de metais
- usado na produção de vidros de Borosilicato
Vidros comuns: 12% de Na2O, 2% CaO e 86% SiO2
Vidros borosilicatos: 4,5% de Na2O, 2% CaO, 12,5% B2O3 e 81% SiO2
Não se expandem muito quando
aquecidos, resistentes a aquecimento e
resfriamento rápidos
Principais Compostos
Tipo B4 Hn+4 Tipo B6Hn+6
B2H6 - diborano B4H10 – tetraborano
B5H9 – petaborano-9 B5H11 – pentaborano-11
B10H14 – decaborano-14 B10H16 – decaborano-16
No diborano 12 elétrons de valência 3 de cada B e 1 de cada H
B
H
B
H
H
H
H
H
átomos de Hligados em ponte
Boranos, Boro-hidretos e Boretos O boro forma uma série de compostos binários com o hidrogênio
(boranos), que incluem, por ex., o diborano e o decaborano, e são até
certo ponto análogos aos hidrocarbonetos.
Nos boranos, não existe elétrons suficiente para formar todas as
ligações covalentes esperadas (compostos elétrons-deficientes)
Principais Compostos
B5H9 B5H11
Boranos, Boro-hidretos e Boretos
Principais Compostos
B
H
H
H
H
B
H
H
2e- spread over 3 orbitals
sp3
- Em versões aniônicas desses compostos (BH4-), temos por exemplo
o boro-hidreto de sódio: NaBH4
B2H6 (s) + 6 H2O (l) 2 B(OH)3 (aq) + 6 H2 (g)
- Reagem com água (imediatamente) liberando H2.
- Quando aquecido, liberam H2.
B2H6 (s) 2 B (s) + 3 H2 (g)
Boranos, Boro-hidretos e Boretos
Principais Compostos
ÁCIDO DE LEWIS – RECEPTOR DE PAR DE ELÉTRONS
Em presença de bases de Lewis macias e volumosas clivagem simétrica dos diboranos
Em presença de bases de Lewis duras e compactas clivagem assimétrica dos diboranos
OH
HO
B
OH
ácido bórico(trigonal plana)
H3BO3: é um sólido branco que funde-se a
171 oC. É tóxico para bactérias e insetos e é empregado na fabricação de anti-sépticos suaves.
Tetraédrica
- O ácido bórico se comporta como um ácido de Lewis, aceitando um
par de elétrons da molécula de água.
Trigonal plana
(OH)3B (aq) + H2O(l) B(OH)4-(aq) + H3O+
(aq) pka = 9,14
Principais Compostos
Peroxoborato de sódio
usado como branqueador em sabões em pó
é ativo em temperaturas superiores a 50 C e é compatível com enzimas
B B
O O
O O
OH
OH
HO
HO
2-
ÍON PEROXOBORATO
BN: possui estrutura parecida com a grafita.
É branco e conduz eletricidade.
A altas temperaturas converte-se em uma
estrutura muito dura, parecida com diamante
cristalino )(2)()(3)( 3 222gsgs HBNNHB
Principais Compostos
Aumentar a capacidade de têmpera do aço
ácido bórico ou bórax misturado com NaOH (polibor ou timbor)
– proteção de madeira contra insetos e maior resistência ao fogo
perboratos – alvejantes
borosilicatos – vidro Pyrex
B2O3 – fundente de soldas
borato de cálcio – fibra de vidro
antisépito-suave (ácido bórico)
Composição:
Amido de mandioca,
estearato de zinco,
carbonato de magnésio,
ácido bórico, fenolsulfonato
de zinco, aerosil, ácido
benzóico, ácido
undecilênico e fragrância.
Aplicações Industriais
- A partir da bauxita (mistura complexa de hidróxido de alumínio hidratado e óxido de alumínio)
)(32)(62)(4)(2)()(32)(2)(32 )()( 2H 5 4saqaqlaqsss
OFeOHSiNaOHNaAlONaOHOFeSiOOAl
O ferro é um contaminante da bauxita (cor vermelha). O aluminato de sódio formado no tratamento é solúvel e o hidróxido férrico (contaminante) é insolúvel, separando-se o Fe.
Na segunda etapa, é borbulhado dióxido de carbono:
)(3)(3)(2)(4 )( )(saqgaq OHAlNaHCOCOOHNaAl
O hidróxido de alumínio é então desidratado, regenerando a alumina pura:
)(2)(32)(3 3H )( 2 gssOOAlOHAl
Métodos de Obtenção
O óxido de alumínio é fundido, juntamente com criolita ( Na3AlF6) que abaixa seu ponto de fusão de 2050 oC para 950 oC, e sofre eletrólise:
Catodo: Al3+ (fund) + 3 e- Al (l)
Anodo: 2 O2- (fund) + C (s) CO2 (g) + 4 e-
Global: 4 Al3+ (fund) + 6 O2- (fund) + 3 C (s) 4 Al (l) + 3 CO2(g)
Processo Hall
Métodos de Obtenção
http://www.cempre.org.br/
No ano de 2012, a reciclagem de latas de alumínio para bebidas movimentou R$ 1,8 bilhão na economia nacional. Volume financeiro equivalente ao de empresas que estão entre as maiores do país. Somente a etapa de coleta (a compra das latas usadas) injetou R$ 645 milhões, o equivalente à geração de emprego e renda para 251 mil pessoas. Aproximadamente 97,9% da produção nacional de latas consumidas foi reciclada em 2012. Na reciclagem de latas de alumínio para bebidas, no mesmo ano, o País reciclou 248,7 mil toneladas de sucata, o que corresponde a 18,4 bilhões de unidades, ou 50,4 milhões por dia ou 2,1 milhões por hora
2007 2008 2009 2010 2011
Argentina 90,5 90,8 92 91,1 91,7
Brasil 96,5 91,5 98,2 98 98,3
Europa N/D 62,0 n.d 64,3 66,7
EUA 53,8 54,2 57,4 58,1 65,1
Japão 92,7 87,3 93,4 92,6 92,6
Índice de Reciclagem das Latas de Alumínio (%)
A lata de alumínio é o material reciclável mais valioso. O preço pago por uma tonelada é, em média, de R$ 3.000 (base novembro/2011) - o quilo equivale a 75 latinhas.
Al2O3, alumina: é anfotera e reage com bases e com ácidos
)(4)(2)()(32 )( 2H 3 2aqlaqs
OHNaAlONaOHOAl
)(3
62)(2)(3)(32 )( 23H6 aqlaqsOHAlOHOOAl
H2O
O H
H
M
OH2
OH2
OH2
H2O
H2O
3+ OH
M
OH2
OH2
OH2
H2O
2+
Principais Compostos
No complexo hidratado, as ligações Alumínio-Oxigênio são muito
fortes, enfraquecendo as ligações O-H e favorecendo a dissociação,
dando propriedades ácidas ao íon Al(H2O)63+:
- Al2O3, alumina: reage com ácido sulfúrico originando o sulfato
de alumínio (Al2(SO4)3, que é empregado por indústrias de papel para coagular celulose em superfícies duras e não absorventes.
)(2)(342)(42)(32 3)( SO 3 laqaqsOHSOAlHOAl
- Al2(SO4)3: empregado, juntamente com o aluminato de sódio em tratamentos de água como agentes coagulantes:
)(42)(3)(342)(4 3)(8 )(SOl)(6aqsaqaq
SONaOHAlAOHNaAl
Aplicações Industriais
- Al2O3, alumina: formas cristalinas preciosas obtidas pela
substituição de Al3+ por outros metais
Rubi (Cr3+) Safira (Fe3+, Ti4+) Topázio (Fe3+)
Principais Compostos Principais Compostos
AlCl3: Os trihaletos de Al formam estruturas dímeras
Al
Cl
Al
Cl
Cl
ClCl
Cl
Cloreto de alumínioAl2Cl6
Neste composto, o átomo de alumínio de cada fragmento atua como ácido de Lewis, aceitando um par de elétrons de um átomo de cloro
de outro fragmento (que atua como base de Lewis).
O cloreto de alumínio é muito empregado como catalisador (catalisador de Friedel-Crafts) em indústrias.
Principais Compostos Principais Compostos
Aplicações Industriais
Alumínio metálico
• Esquadrias, janelas, embalagens, estruturas leves
• Reação de termita
2 Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3(s) + 2 Fe(l)
https://www.youtube.com/watch?v=a8XSmSdvEK4
O Ga ocorre c/o impureza na bauxita e é obtido como subproduto da produção de Al.
O In e o Tl são obtidos c/o subproduto da obtenção do Pb e Zn
Como são encontrados em quantidades mínimas na natureza, são produzidos por eletrólise de seus sais em solução aquosa.
O estado de oxidação +1 torna-se progressivamente mais estável do alumínio ao tálio
Efeito do par inerte
Métodos de Obtenção
- componente de ligas de baixo ponto de fusão
- tela de televisão
Y3(Al,Ga)5O12:Ce, verde (520 nm)
Y3(Al,Ga)5O12:Tb, amarelo-esverdeado (544 nm)
- uma camada de gálio aplicada ao vidro ou porcelana forma espelho com alto índice de reflexão.
Aplicações Industriais
componente de LED's (diodo emissor de luz)
Lasers de diodo
Ex: (AlxGa(1-x)As).
Aplicações Industriais
Tecnologia Blue-Ray (GaN – 30% de eficiência)
Semicondutores (III/V)
produção de transistores
GaAs
Componente de circuitos integrados
Microchip com circuito integrado
Aplicações Industriais
Na fabricação de espelhos mais resistentes à corrosão que os de prata
Em sistemas de solda
Em fotocondutores: ITO (Indium Tin Oxide)- liga-se fortemente ao vidro, é transparente, e conduz eletricidade
Em transistores
Ligas metálicas de baixo ponto de fusão
Curiosidade:
Até 1924, o suprimento mundial do índio puro era aproximadamente de uma grama (1g).
A produção mundial, atualmente, é de 600 ton/ano
Aplicações Industriais
Ocorre associado a minerais de potássio.
usado comercialmente em inseticidas e venenos para
roedores.
dose fatal em adultos é de 800 mg
Também se utiliza tálio como aditivo de vidros especiais,
usados no encapsulamento de semicondutores, condensadores
e outros dispositivos eletrônicos, para os proteger da oxidação
atmosférica e da umidade.
Aplicações Industriais
1. Atkins, P., Jones, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio
Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006.
2. Shriver, D. F., Atkins, P., Química Inorgânica, Ed Artmed, 2003 .
3. Lee, J. D., Química Inorgânica Não Tão Concisa. Edgard Blucher Ltda, 3’ ed., São Paulo, 1980
4. http://www.webelements.com/
5. http://www.rc.unesp.br/
6. http://www.unicamp.br
7. http://www.abiquim.org.br
8. http://www.fapesp.br
9. http://www.inovacaotecnologica.com.br
10. Emsley, J., Vaidade, Vitalidade, Viriliade, Rio de Janeiro, JorgeZahar Editor, 2006.
Bibliografia