Principais características dos elementos do bloco p

Principais características dos hidretos

H+, um próton H-, um hidreto com conf. eletr. completa, 1s2 H., elétron livre do hidrogênio, formador de ligações covalentes

Reações com hidrogênio

Hidretos covalentes são formados quando H reage com os compostos não-metais do bloco p, por compartilhamento de elétrons. Elementos com altas eletronegatividades (no mínimo 1,5) reagem formando hidretos com altos caráteres covalentes.

C (s) + 2H2 (g) → CH4 (g)

Hidrocarbonetos podem ser arranjados em vários tipos de cadeias (abertas, ramificadas ou em anéis).

C3H8, C3H6, C3H4

Hidretos de boro Um borano é um composto químico composto de B e H. A família dos boranos é composta por compostos de fórmula genérica BxHy, sendo compostos sintéticos. A maior parte dos boranos têm fórmulas moleculares do tipo BnHn+4 ou BnHn+6. Alguns boranos típicos são B2H6, B4H10, B9H15, B10H14, B20H16. O borano mais simples é o BH3, conhecido somente no estado gasoso, sendo dimerizado para formar o diborano, B2H6. Os maiores boranos formam cadeias cíclicas (“clusters”), como por exemplo o borano B20H26.

B2H6

BH3

B4H10 B5H9 B10H 14 [B12H12] 2-

Reações envolvendo diboranos

4 BCl3 + 3 LiAlH4 → 2 B2H6 + 3 LiAlCl4

4 BF3 + 3 NaBH4 → 2 B2H6 + 3 NaBF4

2 BF3 + 6 NaH → B2H6 + 6 NaF

Reações de obtenção do diborano:

B2H6 + 6 H2O → 2 B(OH)3 + 6 H2

Diboranos são altamente reativos:

B2H6 + 2 LiH → 2 LiBH4

B2H6 + HX → B2H5X + H2 (X = Cl, Br)

O borano propriamente dito, BH3, tem só uma existência momentânea na decomposição térmica do diborano:

2 B2H6 → BH3 + B3H9

Ligações covalentes no diborano

Ligações covalentes tricentradas

Em algumas condições especiais, alguns átomos deficientes

de e- podem apresentar hibridizações especiais, como o B,

na molécula do B2H6:

Assim, teremos a formação de 4 orbitais sp3, 3 deles contendo e-

e um deles vazio.

2s 2p1s

4 sp3=B =

Ligações covalentes no diborano

Ligações covalentes tricentradas

B B

HH H

H H H

Algumas denominações:

Ligação 3 Centros-2 elétrons (3C-2e)

“Pontes de hidrogênio”

B2H6

Ligações covalentes no diborano

Os dois átomos centrais de hidrogênio estão simultaneamente ligados a ambos os átomos de boro em ligações 3c-2e.

No diborano, há duas dessas ligações: dois átomos de hidrogênio realizam uma ponte entre os dois átomos de boro, deixando dois átomos de hidrogênio adicionais em ligações B-H ordinárias em cada átomo de boro. Este padrão de ligação é também visto no trimetilalumínio Al(CH3), onde o átomo de carbono de um grupo metil realiza essa “ponte”. Este tipo de ligação ocorre também em compostos de carbono, onde é algumas vezes referida como “hiperconjugação”.

Principais características dos óxidos de B Boratos são compostos químicos que contém oxiânions de B no estado de oxidação +3. O borato mais simples é o íon borato, BO3

3−, de estrutura trigonal planar. Outros boratos são constituídos de unidades BO3 ou BO4 (tetraédricas). Quando o B forma 3 ligações covalentes, como no BO3

3- , há o compartilhamento de 3 pares de elétrons. Os boratos são ácidos de Lewis.

Estrutura de um composto com geometria trigonal planar.

Estrutura do ânion tetraidróxiborato

Estrutura do íons tetraborato ([B4O5(OH)4]2− , borax). Rosa: B; vermelho: O; branco: H

Principais características dos óxidos de B

Borax pode ser também convertido para ácido bórico e outros boratos em meio ácido.

Na2B4O7·10H2O + 2 HCl → 4 B(OH)3 [or H3BO3] + 2 NaCl + 5 H2O

Principais características dos óxidos de B

B2O3 é óxido típico não-metálico, tendo propriedades ácidas, reagindo com óxidos básicos, formando sais (boratos ou metaboratos).

O ácido ortobórico (H3BO3) tem unidades BO3- triangulares. Ele é solúvel em água e se

comporta como um ácido monobásico fraco. Ele não doa prótons para o solvente, mas aceita OH-, sendo um ácido de Lewis, sendo tipicamente representado por B(OH)3.

Célula unitária do H3BO3

Ligações de hidrogênio, que formam estruturas planares

Nitretos de boro

α-BN, hexagonal β-BN, esfalerita BN, wurtzita

B2O3 + 2 NH3 → 2 BN + 3 H2O (T = 900 °C)

B(OH)3 + NH3 → BN + 3 H2O (T = 900 °C)

Estrutura do BN hexagonal intercalado com K (B4N4K).

Nitreto de boro é um composto de fórmula simplificada BN, consistindo em um igual número de B e N. Ele apresenta estruturas químicas similares à grafite.

Nitretos de boro

BN observado ao microscópio de tunelamento.

Borazina - “Benzeno inorgânico” A borazina é sintetizada a partir do diborano e amônia a 250 - 300 °C.

3 B2H6 + 6 NH3 → 2 B3H6N3 + 12 H2

Aquecendo-se a borazina a 70 °C formam-se estruturas poliméricas, ou poliborazilenos.

Compostos de Al O óxido de Al é um composto anfotérico, de fórmula Al2O3. Esse óxido, tipicamente conhecido por alumina (α-alumina) ou corundum é comumente encontrado na natureza. Ele tem sido utilizado na produção de Al metálico, sendo posteriormente oxidado pela água para produzir H2 e calor:

2 Al + 3 H2O → Al2O3 + 3H2

Estado de oxidação: +3 A grande maioria dos compostos é encontrada no estado de oxidação +3. O número de coordenação dos compostos de Al3+ é geralmente 4 ou 6.

Óxidos de Al

Estrutura cristalina do corundum

No corundum, há a formação de empacotamentos hexagonais de Al e O. Cada Al central apresenta coordenação octaédrica.

Óxidos de Al

Al2O3 + 6 HCl → 2 AlCl3 + 3 H2O

Al2O3 + 6 NaOH + 3 H2O → 2 Na3Al(OH)6

O óxido de Al é muito solúvel em água. Devido ao seu caráter anfotérico, ele pode reagir com ácidos e bases inorgânicos.

Hidretos de Al

Trimetilalumínio apresenta fórmula química Al2(CH3)6, classificado como um organoalumínio.

Síntese a partir do Al metálico e cloreto de metila: 2 Al + 6 CH3Cl + 6 Na → Al2(CH3)6 + 6 NaCl

Compostos de Al O cloreto de Al é higroscópico (alta afinidade por água). Ao misturar em água, ele agrega moléculas de água em sua estrutura química:

Al(H2O)6Cl3 → Al(OH)3 + 3 HCl + 3 H2O

Sob forte aquecimento (~400°C), forma-se óxido de Al a partir do hidróxido:

2 Al(OH)3 → Al2O3 + 3 H2O

[Al(H2O)6]3+ ⇌ [Al(OH)(H2O)5]2+ + H+

Soluções de AlCl3 são iônicas e conduzem eletricidade. Essas soluções são ácidas, devido à hidrólise parcial do íons Al3+.

Reações de Al em meio básico

AlCl3 + 3 NaOH → Al(OH)3 + 3 NaCl

Soluções aquosas de Al quando reagem produzem precipitados gelatinosos, como nas Reações em meio básico com NaOH:

Minerais de Al

gibbsite Al(OH)3

Gibbsita é o mineral de Al mais importante. Existem outros, cujas composições são oxi-hidróxidos de Al, como a boemita (γ-AlO(OH)).

Carbetos e nitretos de Al

Carbetos Carbetos de Al (Al4C3) são preparados aquecendo os elementos constituites acima de 1.000 °C. Os carbetos de Al reagem em água ou em soluções ácidas produzindo metano:

Al4C3 + 12 H2O → 4 Al(OH)3 + 3 CH4

Al4C3 + 12 HCl → 4 AlCl3 + 3 CH4