Responsável Prof. Fábio Souza Nunes …quimica.ufpr.br/fsnunes/cq222/Grupo 1.pdf · 2020. 3....
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CQ-222 Química Inorgânica II
Responsável
Prof. Fábio Souza Nunes
www.quimica.ufpr.br/fsnunes/CQ222
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CQ-222 Química Inorgânica II
www.quimica.ufpr.br/fsnunes/CQ222
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CQ-222 Química Inorgânica II
Art. 106, Resolução CEPE 37/97
É assegurado o direito à segunda chamada nos casos, desde que
devidamente comprovado:
a) Exercícios militares
b) Internamento hospitalar
c) Doença
d) Falecimento de parentes
e) Depoimento judicial ou policial
f) Convocação para eleições em entidades oficiais
g) Viagem por convênio da UFPR
h) Participação em cursos, simpósios, congressos
i) Participação em Jogos Universitários
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Tabela Periódica dos Elementos
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A importância do setor industrial na economia
Fonte: Abiquim
O Brasil é hoje a 6a 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
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A indústria química brasileira em números Ano Base: 2019
Fonte: Abiquim
POSIÇÃO DE DESTAQUE
US$ 119 bilhões
faturamento
líquido em 2019
US$ 56 bilhões
produtos
químicos de uso
industrial 2019
3o maior PIB da indústria
11,4% 2017
2,3% do PIB Brasil
em 2019
400 mil Empregos
diretos
2 milhões empregos
indiretos
Salários: dobro da
indústria de
transformação
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A química e a sociedade
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Participação (%) da ind. química brasileira no PIB total
Fonte: Abiquim
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A química brasileira na indústria de transformação
Fonte: Abiquim
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Evolução do faturamento líquido da indústria química brasileira
Fonte: Abiquim
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Faturamento da indústria química brasileira por segmento em 2019 (US$119 bilhões)
Fonte: Abiquim
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Utilização da capacidade instalada (UCI) da indústria química brasileira
Fonte: Abiquim, CNI
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A indústria química mundial em 2018
Fonte: Abiquim
6a
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Onde estão os produtos químicos?
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Classificação dos produtos
químicos
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Classificação dos produtos
químicos
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Produtos Químicos de Uso Industrial. Faturamento
Líquido por Grupo de Produtos em 2019.
US$ 55.5 Bilhões
Fonte: Abiquim
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Produtos Químicos – Produção Mundial
Fonte: The Essential Chemical Industry
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Fonte: The Essential Chemical Industry
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GRUPO 1
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Li Na K
Rb Cs
GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS
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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,
trona Na2CO3·NaHCO3·2H2O, 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
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GRUPO 1 - A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS
MATÉRIA PRIMA
Mina de Sal Gema
em Cheshire,
Reino Unido
NaCl obtido da
evaporação da água
do mar
+150 milhões de toneladas/ano
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Eletrólise Ígnea de Cloreto de Sódio
Na+(NaCl) + e- → Na(s)
2Cl-(NaCl) → Cl2(g) + 2e-
GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS
OBTENÇÃO
Célula de Downs
Usa-se mistura
33% NaCl
67% CaCl
funde a 580 oC
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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) → CaCl2(l) + 2M(g)
LEMBRAR:
Eletrólise Ígnea dos cloretos
Método “pode ser aplicado” a todos os elementos do grupo 1, exceto o Fr
Deve-se considerar dificuldades técnicas como a elevada reatividade dos metais
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1) Qual é o método principal para obtenção dos metais do grupo 1?
10) Qual dos seguintes compostos você usaria para extinguir um incêndio
provocado por lítio metálico? Explique.
a) água;
b) nitrogênio líquido;
c) carvão em pó; ou
d) areia.
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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
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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%
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HRNA zA zB e
2
1 - d
do
A=4odo
NaOH - Aplicações
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CARBONATO DE SÓDIO
EXTRAÍDO DO MINERAL “TRONA”
Maiores depósitos em Wyoming (EUA), 4.5x1010 toneladas
Na2CO3· NaHCO3·2H2O (SESQUICARBONATO DE SÓDIO)
2 Na2CO3·NaHCO3·2H2O(s) + calor → 3Na2CO3(s) + 5H2O(l) + CO2(g)
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A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS
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)
http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Ernest_Solvay.jpg
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2) Que produtos químicos de uso industrial são obtidos do segmento
Cloro-Álcalis? Escreva todas as equações pertinentes.
3) A soda leve, a barrilha ou ainda o carbonato de sódio, está entre os dez
produtos químicos de maior produção mundial. Seu principal uso é a
fabricação de vidros. Escreva as etapas de produção da barrilha pelo
método Solvay.
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BARRILHA OU SODA LEVE
Preparação de vidros:
Na2CO3(l) + xSiO2(s) + calor (1500 oC) → Na2O·xSiO2(l) + CO2(g)
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HIDROGENOCARBONATO 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) PRINCIPAL APLICAÇÃO: FERMENTO QUÍMICO:
2NaHCO3(s) + Ca(H2PO4)2(s) → NaHPO4(s) + CaHPO4(s) + 2CO2(g) + 2H2O(g)
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Metais Alcalinos
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Metais Alcalinos
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4) Por que os metais alcalinos possuem baixos pontos de fusão e são moles? 5) Por que os íons dos elementos do grupo 1 são monovalentes? 6) Explique por que o caráter metálico aumenta de cima para baixo no grupo.
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O “caráter” metálico
maleabilidade
eletropositividade brilho metálico
condução elétrica e de calor
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Características dos Compostos
A maioria dos compostos é formada por
sólidos iônicos estáveis e incolores.
KMnO4 Na2Cr2O7 Na2CrO4
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Características dos Compostos
Relação carga/raio pequena
Na+ até Cs+ são os únicos íons que estabilizam
ânions grandes e de baixa carga, como os sais
hidrogenocarbonatos no estado sólido;
Em geral, sais de K+, Rb+ e Cs+ são anidros
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A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA
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
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
Empacotamento hexagonal
é mais eficiente
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
HEXAGONAL
equivale à uma
estrutura cúbica de
face centrada
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
CÚBICO
equivale à uma
estrutura cúbica de
face centrada
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
CÚBICO
equivale à uma
estrutura cúbica de
face centrada
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
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A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA
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
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A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA Entalpias de rede
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A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA A equação de Born-Mayer
HRNA zA zB e
2
1 - d
do
A=4odo
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A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA A equação de Born-Mayer
HRNA zA zB e
2
1 - d
do
A=4odo
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Solubilidade dos sais de metais alcalinos
Alta solubilidade → reagentes úteis
Balanço entre entalpia e entropia de dissolução
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Solubilidade dos sais de metais alcalinos
Variação da entalpia de dissolução (Hdissolução)
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Solubilidade dos sais de metais alcalinos
Variação da entropia de dissolução (Sdissolução)
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Solubilidade dos sais de metais alcalinos
Gdissolução = Hdissolução - TSdissolução
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Solubilidade dos sais de metais alcalinos
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12)Discuta sobre os fatores que controlam a solubilidade de sólidos iônicos 14) Compare e explique as condutividades dos cátions do grupo 1 em solução aquosa?
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Condução de eletricidade em solução
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Metais Alcalinos
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Reatividade dos metais alcalinos
4Li(s) + O2(g) → 2Li2O(s)
Li2O(s) + CO2(g) → Li2CO3(s)
Os metais são armazenados em óleo
Reação de Li com dioxigênio
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Reatividade dos metais alcalinos
4Li(s) + O2(g) → 2Li2O(s) óxido
Li2O(s) + H2O(l) → 2LiOH(aq)
2Na(s) + O2(g) → Na2O2(s) peróxido ou dióxido(2-)
Na2O2(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2O2(aq)
Reação de Li e Na com dioxigênio
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Orbital molecular do dioxigênio, O2
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Orbital molecular do ânion peróxido ou dióxido(2-)
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Reatividade dos metais alcalinos
M(s) + O2(g) → 2MO2(s) superóxido ou dióxido(1-)
2MO2(s) + 2H2O(l) → 2MOH(aq) + H2O2(aq) + O2(g)
Reação de M = K, Rb ou Cs com dioxigênio
4KO2(s) + 2CO2(g) → 2K2CO3(s) + 3O2(g)
K2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l) → 2KHCO3(aq)
usados em cápsulas espaciais e
submarinos
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Orbital molecular do ânion superóxido ou dióxido(1-)
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Reatividade em água e amônia líquida
Na(s) + nNH3(l) → [Na(NH3)n]+ + [e(NH3)n]
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ou
Na+(am) + e-(am)
[Na(NH3)n]+ + [e(NH3)n]
- + NH3(l) → NaNH2(am) + 1/2H2(g)
2Na(s) + H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)
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Reatividade com halogênios
2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)
Reagentes perigosos formando um
produto essencial à vida !!