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Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira

flaviana.tavares@ufvjm.edu.br

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 .

6

-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

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-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. 8

-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. 10

-Há 13 isótopos do boro

-Apenas 2 são estáveis:

B -10: 19,85% de abundância

B -11: 80,2% de abundância

11

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).

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-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).

13

-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 14

-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.

15

Aplicações

16

17

-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%)

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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

19 20

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).

21

-A solução de aluminato é separada através da

redução do pH.

-A solução de aluminato é calcinada e reduzida

para produzir o metal. 22

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

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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.

25

Vídeo

Como se produz o alumínio ?

26

Eletrometalurgia do Alumínio

27

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

28

Reações com Ácidos e Alcalis

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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). 30

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-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. 31 32

Aplicações

33 34

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.

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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

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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.

50

51

Alotropia do Carbono

52

-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. 53 54

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-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.

55

-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.

56

-Fulerenos (C60): poderão ser usados em baterias,

combustíveis, componentes para computador,

propulsão de foguetes, terapia do câncer e

também como excelentes lubrificantes.

57

-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. 58

-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

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-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) 68

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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.

http://www.mmm.org.br/index.php?p=8&c=728&pa=pf&pf=511

Algumas figuras foram retiradas do www.google.com.br/imagens