ESTUDO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO GRUPO DO NITROGÊNIO

5/14/2018 ESTUDO DAS PROPRIEDADES E APLICA ES DO GRUPO DO NITROG NIO - slidepdf.com

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ESTUDO DAS PROPRIEDADES E APLICAÇÕES DO GRUPO DO NITROGÊNIO

Relatório cientifico submetido a disciplina de Quimica Geral tendo como professor Johnson Pontes

de Moura como requisito parcial para obtenção de nota

CARACTERISTICAS GERAIS

Todos os elementos desse grupo apresentam cinco elétrons na camada mais externa e o estado

de oxidação máxima é +5, quando utilizam todos os elétrons para fazer ligações. Assim, geralmente só os

elétrons p são utilizados, resultando uma valência 3. A maioria dos compostos formados pelos elementos

do grupo VA é covalente. A remoção dos cinco elétrons da camada de valência implica numa energia de

ionização muito elevada, de modo que não se formam íons M5+. Contudo, os elementos maiores do

grupo (Sb e Bi) podem ser transformados em íons M3+, perdendo três de seus elétrons externos. Somente

o nitrogênio existe sob a forma de molécula diatômica, porque os demais átomos do grupo são grandes e

seus tamanhos dificultam o estabelecimento de duas ligações pi (M M). Nos hidretos destes elementos a

energia de ligação e a estabilidade decrescem de cima para baixo no grupo. Assim, a arsina (AsH3), a

estibina (SbH3) e a bismutina (BiH3) só são obtidas em pequenas quantidades. Nestes hidretos, os

ângulos de ligação se tornam menores, à medida que se desce no grupo. Isso ocorre provavelmente

devido ao tamanho crescente dos átomos centrais, fazendo com que o orbital p, com dois elétrons, seja

mais difuso e se aproxime da forma esférica, "comprimindo" as ligações. Tanto a arsina quanto a estibina

são gases tóxicos.

OBTENÇÃO DOS ELEMENTOS

2.1 NITROGÊNIO

A produção comercial de nitrogênio se realiza por destilação fracionada do ar líquido, mediante a

qual se elimina o oxigênio da mistura. Esse processo é possível graças à grande diferença entre os pontos

de ebulição de ambos os elementos. Em escala reduzida, o nitrogênio puro é obtido em laboratório por

inúmeras reações de oxidação da amônia e seus derivados ou por redução de compostos oxigenados donitrogênio. Entre os mais comuns, citam-se a decomposição térmica do dicromato de amônio e do nitrito

de amônio.

2.2 FÓSFORO

O fósforo é muito difundido na crosta terrestre (cerca de 12% de sua composição), sendo encontrado

em mais de 250 minerais. O mineral de fósforo mais importante é a apatita, a qual pode se apresentar de

três maneiras, de estruturas semelhantes, sendo que as três podem se apresentar mescladas na mesma

rocha: Fluorapatita: 3 Ca3(PO4)2 . CaF2, Cloroapatita: 3 Ca3(PO4)2 . CaCl2 e Hidroxiapatita: 3Ca3(PO4)2 . Ca(OH)2. Existe também um mineral formado apenas por carbonatos e fosfatos de cálcio,



chamado fosforita. A extração do fósforo pode ser feita pelo aquecimento das fosforitas em forno elétrico,

a temperaturas próximas a 1000o C, com areia e carbono. O fósforo é ainda um importante constituinte

dos ossos e dentes dos animais.

2.3 ARSÊNIO

Em quantidades reduzidas (aprox. 0,00005%), o arsênio está presente na matéria orgânica e em quase

todos os sulfetos metálicos, e encontra-se ainda dissolvido nas águas naturais. Raramente ocorre sob a

forma elementar, e seus principais minerais são: Ouro-pigmentado: As2S3, Realgar: AsS, Arsenopirita:

FeAsS e Arsenolita: As2O3.

2.4 ANTIMÔNIO

Encontra-se sempre associado a outros elementos, sendo praticamente constante a presença de

enxofre. Seu mineral mais importante - a antimonita (Sb2S3) - representa a combinação mais simples. Na

pirargirita e na estefanita existe, além do enxofre, a prata. Quando o grupo SbS se liga ao cobre ou ao

chumbo, os minerais são chamados respectivamente tetraédrica e boulangerita. No entanto, de todos esses

minerais apenas a antimonita é usada como fonte de obtenção do semimetal, pois é o mais rico em

antimônio e também o mais difundido. Suas principais jazidas estão na China, Japão, Bolívia, México,

Peru e Iugoslávia. A extração do antimônio a partir da antimonita recorre a técnicas diversas. Uma delas

consiste em ustular o sulfeto, reduzindo, em seguida o óxido formado (como redutor usa-se, geralmente, o

carbono):

2 Sb2S3 + 9 O2 2 Sb2O3 + 6 SO2

2 Sb2O3 + 3 C 4 Sb + 3 CO2

Entretanto, o antimônio assim obtido é bastante impuro. Através de sucessivas refinações eletrolíticas

pode-se obtê-lo com elevado grau de pureza (99,9%).

2.5 BISMUTO

Na natureza, o bismuto ocorre no estado livre. Geralmente, porém, é encontrado sob a forma de

compostos em alguns minerais. Destes, os mais importantes são: Bismutina ou Bismutinita: Bi2S3,

Bismita ou Bismutocre: Bi2O3, Bismutita: Bi2CO3(OH)4, Telurobismutita: Bi2Te3 e Tetradimita:

Bi2Te2S. O bismuto é um elemento raro, e não ocorre em abundância na natureza. O bismuto elementar

ocorre em veios de rochas cristalinas e gnaisse (rocha metamórfica). Ele este normalmente associado a

minérios de vários metais (Ag, Co, Pb, Zn e Sn). O principal mineral é a bismutinita e quase sempre

ocorre associado ao bismuto nativo. Os maiores produtores são o Peru, Bolívia, México, Estados Unidos

e Canadá. O unumpentio é um elemento artificial, que não ocorre na crosta terrestre.



1. PROPRIEDADES FISICAS E QUIMICAS

3.1 NITROGÊNIO

O nitrogênio exige uma grande variedade de estados de oxidação, que pode ser verificado pelos

seguintes exemplos: -3 na amônia (NH3), -2 na hidrazina (N2H4), -1 na hidroxilamina (NH2OH), 0 no

nitrogênio molecular (N2), +1 no óxido nitroso (N2O), +2 no óxido nítrico (NO), +3 no ácido nitroso

(HNO2), +4 no dióxido de nitrogênio (NO2) e +5 no ácido nítrico (HNO3). Passando uma faísca elétrica

através do N2 gasoso a baixas pressões, pode-se obter o nitrogênio ativo. Essa forma de nitrogênio

atômico reage com diversos elementos, rompendo muitas moléculas normalmente estáveis. O composto

de nitrogênio de maior importância é a amônia, cujo ponto de ebulição é maior do que se deveria esperar,

devido à formação de pontes de hidrogênio no estado líquido. O caráter fortemente básico da amônia faz

dela um excelente doador de elétrons. Assim, ela forma sais de amônio [NH4]+ e também compostos de

coordenação com íons metálicos, como por exemplo o [Co(NH3)6]3+. A hidrazina (N2H4) é um líquido

fumegante quando exposto ao ar, de cheiro semelhante ao da amônia. Alguns de seus derivados são

utilizados como combustíveis para foguetes e ônibus espaciais. A hidrazina é obtida pelas seguintes

reações: NH3 + NaOCl NH2Cl + NaOH (lenta)2 NH3 + NH2Cl N2H4 + NH4Cl (rápida).

3.2 FÓSFORO

O fósforo existe sob três formas alotrópicas: O fósforo amarelo é uma variedade venenosa e instável,

que se oxida espontaneamente a temperaturas próximas de 40o C, gerando uma intensa luminosidade e

liberando grande quantidade de calor (a combustão produz o pentóxido de fósforo - P2O5). Por isso ele

deve ser conservado imerso em água. Suas moléculas são formadas por quatro átomos de fósforo,

formando um tetraedro. Aquecendo-se o fósforo amarelo a temperaturas entre 250-300o C por cerca deduas horas, obtém-se o fósforo vermelho, uma variedade estável e não-venenosa, formada por dois

tetraedros de átomos de fósforo ligados um ao outro (dimerização do fósforo amarelo). Aquecendo o

fósforo amarelo a cerca de 200o C, porém, a alta pressão, forma-se a terceira variedade - o fósforo negro.

Trata-se de uma forma polímera, constituída de várias moléculas tetraédricas unidas entre si, formando

longas cadeias. É uma substância cinza-escura e de densidade maior do que as outras formas alotrópicas.

O fósforo amarelo apresenta uma afinidade muito grande pelos demais elementos, podendo formar com

eles numerosos compostos. Sendo um redutor bastante enérgico, transforma o ácido sulfúrico, a quente,

em SO2. A mais de 600o C o fósforo decompõe a água, formando ácido fosfórico e liberando hidrogênio:

P4 + 16 H2O 4 H3PO4 + 10 H2. Com o oxigênio, o fósforo forma vários óxidos de caráter ácido: P2O3

(P com valência +3), P2O5 (P com valência +5), P2O4 (P com valências +3 e +5). Dos três, o pentóxido é



o óxido mais ávido por água, e constitui um dos melhores agentes desidratantes disponíveis no laboratório

e na indústria. O fósforo reage com halogênios, produzindo haletos, dentre quais os mais importantes são

os cloretos (PCl3 e PCl5). O PCl3 é obtido pela síntese direta do fósforto com o halogênio. Fazendo-se

borbulhar o cloro através do tricloreto, que é líquido à temperatura ambiente, obtém-se o pentacloreto. O

fósforo também forma o hidreto PH3 (fosfina), mas o PH5 não existe porque o hidrogênio não possuiorbitais d para distorcer a nuvem eletrônica do fósforo e hibridizá-lo.

3.3 ARSÊNIO

Analogamente ao fósforo, o arsênio existe sob três formas alotrópicas. A única estável à temperatura

ambiente é uma substância cristalina de cor cinza- escuro, de brilho metálico. As duas outras formas,

instáveis, são o arsênio amarelo e o arsênio negro. A primeira, obtida pelo resfriamento rápido de vapores

de arsênio, cristaliza-se no sistema cúbico e é constituída de moléculas tetratômicas. Além disso é volátil

e solúvel em solventes apolares. Já o arsênio negro é amorfo, resultando da decomposição térmica dohidreto de arsênio AsH3 (arsina). A arsina pode ser obtida pela seguinte reação: As2O3 + 6 Zn + 6

H2SO4 2 AsH3 + 6 ZnSO4 + 3 H2O. Substituindo-se os hidrogênios da arsina por radicais orgânicos

pode-se obter derivados orgânicos do arsênio. altas temperaturas o arsênio combina-se com muitos

elementos, especialmente alguns metais, com os quais forma ligas extremamente duras. Entre os

halogenetos mais conhecidos está o AsCl3, um líquido oleoso e incolor, muito venenoso e instável na

presença de ar. Fazendo passar uma corrente de gás sulfídrico (H2S) através de uma solução de ácido

arsênico (H3AsO4), forma-se um precipitado amarelo - o pentassulfeto (As2S5) - que se dissolve em

presença de íons sulfeto.

3.4 ANTIMÔNIO

O antimônio é um sólido acinzentado que apresenta dificuldades na transmissão de calor e oferece

grande resistência à passagem de corrente elétrica. Além dessa forma aparentemente metálica, o

antimônio ocorre sob outra forma alotrópica: o antimônio amarelo, estável a -90o C e que, a -40o C, dá

origem ao antimônio negro (uma terceira forma alotrópica).Existe ainda o estado chamado antimônio

explosivo, obtido por eletrólise do tricloreto (SbCl3). Trata-se de uma variedade instável que, ao ser

aquecido explode e se converte na forma cinzenta comum. Os estados de oxidação do antimônio são +5,

+3 e -3. O estado -3 é o menos estável. Um exemplo conhecido é o hidreto (SbH3), conhecido como

estibina - um gás venenoso e altamente instável: sob leve aquecimento decompões-se em hidrogênio e

antimônio. O óxido de antimônio III (Sb2O3) é um óxido anfótero, que se dissolve em ácidos, produzindo

cátions Sb(OH)2+ ou SbO+ e na presença de bases, dá origem a ânions SbO - ou Sb(OH)4-. O óxido de

antimônio V (Sb2O5) é atacado por ácido nítrico concentrado em excesso, produzindo o ácido antimônico

(HSbO3 . 3 H2O). Existe ainda um óxido em que o antimônio é aparentemente tetravalente - o Sb2O4.

No entanto, trata-se de um composto em que um dos átomos de Sb é trivalente e o outro pentavalente.

3.5 BISMUTO



O estado de oxidação característico do bismuto é +3. À temperaturas elevadas forma com o oxigênio

o óxido de bismuto (Bi2O3). Trata-se de um óxido básico de coloração amarelo-escura, insolúvel em

água. Reagindo-se esse óxido com o ácido clorídrico obtém-se o cloreto de bismuto (BiCl3), um sal

volátil e solúvel em água. Dissolvendo-se o bismuto em ácido nítrico, forma-se o nitrato, que com um

excesso de água, precipita-se sob a forma de um sal básico, o Bi(OH)2NO3. O processo é reversível: umexcesso de ácido nítrico redissolve o precipitado, conduzindo-o à forma de nitrato novamente.

4. PRINCIPAIS REAÇÕES

4.1 NITROGÊNIO

- Obtenção de Amônia, (processo de Haber – Bosch) :

2N2 + 3H2 2NH3

- Chuva ácida é também causada pelo óxido de nitrogênio:

2NO2 + H2O HNO2 + HNO3

- Obtenção do cianeto de sódio:

Na2CO3 + 4C + N2 2NaCN + 3CO

4.2 FÓSFORO

Palito de fósforo:

P4(s) + 5 O2(g) + 3 S(s) + 2 KClO3(s) → P4O10(s) + 3 SO2(g) + 2 KCl(g) + calor.

Reação com oxigênio:

P4 + 5O2 → P4O10

P4 + 3O2 → P4O6

Reação com halogênios (produz haletos):

P4 + 6F2 → 4PF3

P4 + 6Cl2 → 4PCl3



P4 + 6Br2 → 4PBr3

P4 + 6I2 → 4PI3

4.3 ARSÊNIO

O arsênio negro é amorfo, resultado da decomposição térmica do hidreto de arsênio AsH3 (arsina).

As2O3 + 6 Zn + 6 H2SO4 2 AsH3 + 6 ZnSO4 + 3 H2O

Reação com oxigênio:

4As + 3 O2 → As4O6

4As + 5O2 → As4O10

4.4 ANTIMÔNIO

Reação com oxigênio (aquecido) 4Sb + 3O2 → 2Sb2O3

Reação com água (aquecido) 2Sb + 3H2O → Sb2O3 + 3H2

Reação com halogênios :

2Sb + 3F2 → 2SbF3

2Sb + 3Cl2 → 2SbCl3

2Sb + 3Br2 → 2SbBr3

2Sb + 3I2 → 2SbI3

4.5 BISMUTO

Reação com oxigênio Aquecido:

4Bi + 3O2 → 2Bi2O3

Reação com halogênios :

2Bi + 3F2 → 2BiF3

2Bi + 3Cl2 → 2BiCl3

2Bi + 3Br2 → 2BiBr3



2Bi + 3I2 → 2BiI3

Reação com ácido :

4Bi + 3O2 + 12HCl → 4BiCl3 + 6H2O

5. APLICAÇÔES

5.1 NITROGÊNIO

Quase inerte, o nitrogênio gasoso se emprega na indústria química como solvente, como protetor de

outros produtos contra eventuais riscos de oxidação ou deterioração ou como inibidor de possíveis



combustões e explosões. Na indústria alimentícia, é utilizado em estado gasoso para prevenir a oxidação e

o aparecimento de mofo ou insetos. Em estado líquido, é usado nos sistemas de refrigeração e como

congelante seco. O baixo ponto de ebulição do nitrogênio recomenda seu uso como agente criogênico

para a maioria das substâncias químicas e proporciona valiosos dados sobre o comportamento da matéria

a baixas temperaturas. As indústrias metalúrgicas e elétricas recorrem ao nitrogênio para prevenir aoxidação. O caráter estável e a baixa reatividade do nitrogênio gasoso recomendam seu emprego no

fabrico de espumas de borracha e plásticos, na obtenção de aerossóis e na pressurização de propulsores

líquidos para jatos de reação. Na medicina, a substância também é largamente aproveitada, por seu rápido

congelamento, como conservante de sangue, sêmen, tecidos, bactérias etc.

5.2 FÒSFORO

O ácido fosfórico é empregado na produção de fosfatos que são utilizados como fertilizantes. Os

fosfatos de sódio e potássio são ainda usado como aditivos em detergentes. Os cloretos de fósforo (PCl3 ePCl5) são muito utilizados em várias sínteses orgânicas, como agente clorador.

5.3 ARSÊNIO

Muitos compostos de arsênio são poderosos agentes venenosos, decorrendo daí sua aplicação como

inseticidas e raticidas. Para isto são usados principalmente o anidrido arsenioso e os arseniatos de chumbo

e cálcio. No caso de envenenamento humano por arsênio, o Ca(OH)2, o MgSO4 e o Fe(OH)3 são

antídotos convenientes, pois todos eles provocam a formação de compostos insolúveis de arsênio,

impedindo, dessa forma, sua ação. Alguns compostos aromáticos de arsênio são empregados comomedicamentos. Entre eles o para-amino-fenil-arsenato de sódio, conhecido como Atonil, e o 3,3-diamiino-

4,4-diidróxi-arsenobenzeno, chamado Salvarsan. É empregado no tratamento de algumas formas de

malária e também no combate à sífilis.

5.4 ANTIMÔNIO

Apenas o antimônio cinza é aproveitado industrialmente, principalmente na preparação de ligas. É

usado também na preparação de vernizes, cerâmica e esmaltes.

5.5 BISMUTO

O bismuto é utilizado na preparação de ligas de baixo ponto de fusão, usadas na fabricação de

fusíveis protetores de circuitos elétricos. Ele também utilizado no endurecimento de placas de chumbo

dos acumuladores, mas a maior parte do elemento é utilizada pela indústria farmacêutica, que explora seu

poder adstringente e suas propriedades anti-sifilíticas. No entanto, deve-se administrá-lo em quantidades

controladas; caso contrário, resultaria em envenenamento. Outros compostos de bismuto são usados no

tratamento da úlcera gástrica, da artrite e ainda como cicatrizante.



CONSIDERAÇÕES FINAIS

Ao termino deste relatório científico tivemos a oportunidade através de pesquisas compreender

melhor alguns aspectos e características do Grupo Nitrogênio. Visto que este grupo tem como seu maior

representante o nitrogênio, sendo que, entre os elementos químicos ele é o sexto em abundancia no

Universo. Todos elementos desse grupo são sólidos, exceto o nitrogênio que é um gás nas condições

ambientais (25 graus Célsius e a1 ATM). Outra característica desse grupo é que todos os elementos que o

compõem apresentam cinco elétrons na camada de valência. O grupo seguindo as orientações do

professor Johnson Pontes de Moura abordou neste relatório científico as propriedades particulares de cada

elemento químico que compõe este grupo, as principais reações das quais eles participam, como são

encontrados na natureza e em que são utilizados. Sendo assim a finalidade deste é abordar

detalhadamente os tópicos apresentados acima.



Este documento tem autor mas esuqeci o nome dele, não fui eu que fiz fique bem claro.

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