CQ-133 Fundamentos de Química Inorgânica II

Responsáveis:

Prof. Fábio Souza Nunes

www.quimica.ufpr.br/fsnunes/cq133

Profa. Giovana Gioppo Nunes

www.quimica.ufpr.br/nunesgg/cq133

CQ-133 Fundamentos de Química Inorgânica II

www.quimica.ufpr.br/fsnunes/cq133

Tabela Periódica dos Elementos

A importância do setor industrial na economia

Fonte: Abiquim

O Brasil é hoje a 8a economia do mundo e a 1a da América Latina

A indústria contribui:

com 22% do PIB

50% das exportações

66% do investimento do setor privado em P&D

30% da contribuição fiscal

A indústria química brasileira

Fonte: Abiquim

POSIÇÃO DE DESTAQUE

US$ 119,6 bilhões

faturamento

líquido em 2017

US$ 58,1 bilhões

produtos

químicos de uso

industrial 2017

3o maior PIB da indústria

10,4% 2017

2,5% do PIB Brasil

400 mil Empregos

diretos

2 milhões empregos

indiretos

Salários: dobro da

indústria de

transformação

A química e a sociedade

A química brasileira na indústria de transformação

Fonte: Abiquim

Evolução do faturamento líquido da indústria química brasileira

Fonte: Abiquim

Faturamento da indústria química brasileira por segmento em 2017 (US$119,6 bilhões)

Fonte: Abiquim

Utilização da capacidade instalada (UCI) da indústria química brasileira

Fonte: Abiquim, CNI

A indústria química mundial

Fonte: Abiquim

8a

Onde estão os produtos químicos?

Onde estão os produtos

químicos?

Classificação dos produtos

químicos

Classificação dos produtos

químicos

A indústria química brasileira

Fonte: Abiquim, Abiplast e Braskem

Unidades de produção

11 unid. EXTRAÇÃO e REFINO

petróleo e gás

06 unid. 1a GERAÇÃO petroquímicos básicos

(eteno, propeno, butadieno, benzeno, xilenos)

2,5 mil unid. ind. e 2,3 mil empresas 2a GERAÇÃO

químicos intermediários e resinas termoplásticas

(PE, PP, PS, PET, SBR)

12 mil empresas 3a GERAÇÃO transformadores plásticos

(embalagens, autopeças, eletrodomésticos, tubos)

Produtos Químicos – Produção Mundial

Classificação Produto Químico Milhões de

toneladas

1 Cal 283

2 Ácido sulfúrico 200

3 Etileno 156

4 Uréia 151

5 Amônia 140

6 Propileno 80

7 Hidróxido de sódio 66

8 Ácido nítrico 60

9 Cloro 56

10 Carbonato de sódio 50

Fonte: The Essential Chemical Industry

Classificação Produto Químico Milhões de

toneladas

11 Hidrogênio 50

12 Benzeno 42

13 Ácido fosfórico 38

14 1,4-Dimetil benzeno 33

15 Ácido Clorídrico 20

16 Etilenoglicol 18

17 Óxido de etileno 17

18 1,3-Butadieno 12

19 Dióxido de titânio 5,1

20 Peróxido de

Hidrogênio

3,8

Fonte: The Essential Chemical Industry

GRUPO 1

Li Na K

Rb Cs

GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS

GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS

OCORRÊNCIA

Li: Espodumênio, LiAl(SiO3)2, Lepidolita K2Li3Al4Si7O2(F,OH)3

Na: Sal-gema NaCl(s), bórax Na2B4O710·H2O, salitre do Chile NaNO3,

Na2CO3·NaHCO3, mirabilita Na2SO4, água do mar, salmouras

K: Carnalita KCl·MgCl2·6H2O, Silvita KCl(s), água do mar, salmouras

Rb: Como constituinte menor da Lepidolita

Cs: Popucita, Cs4Al4Si9O29·H2O e na Lepidolita

Fr: 227Ac89 → 4He2 + 223Fr87 ; meia-vida de 21 min: 223Fr87 → e- + 223Ra88

GRUPO 1 - A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS

MATÉRIA PRIMA

Mina de Sal Gema

em Cheshire,

Reino Unido

NaCl obtido da

evaporação da água

do mar

Eletrólise Ígnea de Cloreto de Sódio

Na+(NaCl) + e- → Na(s)

2Cl-(NaCl) → Cl2(g) + 2e-

Célula de Downs

GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS

OBTENÇÃO

GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS

OBTENÇÃO

Na(l) + KCl(l) + calor (850 oC) → NaCl(l) + K(g)

M = Rb ou Cs:

Ca(l) + 2MCl(l) + calor (750 oC) → NaCl(l) + M(g)

Eletrólise de Cloreto de Sódio em solução aquosa

NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq)

2H2O (aq) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)

2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-

GRUPO 1 – A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS

Produção de soda cáustica

Célula de cátodo de mercúrio Célula de diafragma

GRUPO 1 – Produção de hidróxido de sódio

Célula de membrana

NaOH(aq)

50%

NaOH(aq)

12%

NaOH(aq)

30%

HR

NA zA zB e2

1 - d

do

A=4odo

NaOH - Aplicações

BARRILHA OU SODA LEVE

MÉTODO SOLVAY

Ernest Solvay

CaCO3(s) + calor CaO(s) + CO2(g)

NH3(g) + H2O(l) NH4OH(aq)

2NH4OH(aq) + CO2(g) (NH4)2CO3(aq) + H2O(l)

(NH4)2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l) 2NH4HCO3(aq)

NH4HCO3(aq) + NaCl(aq) NH4Cl(aq) + NaHCO3(s)

2NaHCO3(s) + calor Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l)

CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq)

2NH4Cl(aq) + Ca(OH)2(aq) 2NH3(g) + CaCl2(aq) + 2H2O(l)

CaCO3(s) + 2NaCl(aq) Na2CO3(s) + CaCl2(aq)

BARRILHA OU SODA LEVE

BICARBONATO DE SÓDIO

É preparado pela carbonatação de uma solução saturada de

carbonato de sódio com CO2(g) comprimido a 40 oC:

Na2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l) 2NaHCO3(s)

Metais Alcalinos

Raio

metal

Å

Raio

iônico

Å

PF oC 1a E.I.

kJ.

mol-1

2a E.I.

kJ.

mol-1

d

g.cm-3

Li 1,52 0,76 181 520 7296 0,54

Na 1,86 1,02 98 496 4563 0,97

K 2,27 1,38 63 419 3069 0,86

Rb 2,48 1,52 39 403 2650 1,53

Cs 2,65 1,67 29 376 2420 1,90

Metais Alcalinos

Raio

metal

Å

Raio

iônico

Å

PF oC 1a E.I.

kJ.

mol-1

2a E.I.

kJ.

mol-1

d

g.cm-3

Li 1,52 0,76 181 520 7296 0,54

Na 1,86 1,02 98 496 4563 0,97

K 2,27 1,38 63 419 3069 0,86

Rb 2,48 1,52 39 403 2650 1,53

Cs 2,65 1,67 29 376 2420 1,90

O “caráter” metálico

maleabilidade

eletropositividade brilho metálico

condução elétrica e de calor

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA

M+(g) + X-(g) MX(s) Go < 0

O CICLO DE BORN-HABER

Hf = Hs K(s) + E.I. K(g) + 1/2Hd Cl2(g) + A.E. Cl(g) + U

U = energia reticular

G = H - TS

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA Entalpias de rede

Composto Estrutura HRexp

kJ mol-1

Composto Estrutura HRexp

kJ mol-1

LiF sal-gema 1030 SrCl2 Fluorita 2125

LiI sal-gema 757 LiH sal-gema 858

NaF sal-gema 923 NaH sal-gema 782

NaCl sal-gema 786 KH sal-gema 699

NaBr sal-gema 747 RbH sal-gema 674

NaI sal-gema 704 CsH sal-gema 648

KCl sal-gema 719 BeO wurtzita 4293

KI sal-gema 659 MgO sal-gema 3795

CsF sal-gema 744 CaO sal-gema 3414

CsCl cloreto de césio

657 SrO sal-gema 3217

CsBr cloreto de césio

632 BaO sal-gema 3029

CsI cloreto de césio

600 Li2O antifluorita 2799

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA A equação de Born-Mayer

HR

NA zA zB e2

1 - d

do

A=4odo

Estrutura Constante de Madelung, A

Cloreto de césio

1,763

Sal-gema 1,748

Esfalerita 1,638

Wurtzita 1,641

Fluorita 2,519

Rutilo 2,408

ESTRUTURA DE SÓLIDOS

EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA A equação de Born-Mayer

HR

NA zA zB e2

1 - d

do

A=4odo

HRexp

kJ mol-1

HRcalc

kJ mol-1

HRexp-HR

calc

kJ mol-1

PF oC

LiF 1030 1024 6 843

LiCl 853 834 19 605

LiBr 807 788 19 550

LiI 757 730 27 449

AgF 953 920 33 -

AgCl 903 832 71 -

AgBr 895 815 80 -

AgI 882 777 105 -

condução de eletricidade em solução

Metais Alcalinos

Raio iônico

Å

Li+ 0,76

Na+ 1,02

K+ 1,38

Rb+ 1,52

Cs+ 1,67

Mobilidade

iônica

Raio do íon

hidratado, Å

33,5 3,40

43,5 2,76

64,5 2,32

67,5 2,28

68,0 2,28

SÓDIO METÁLICO –Reatividade em água e amônia líquida

Na(s) + nNH3(l) → [Na(NH3)n]+ + [e(NH3)n]-

[Na(NH3)n]+ + [e(NH3)n]- + NH3(l) → NaNH2(am) + 1/2H2(g)

2Na(s) + H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)