Capítulo 23 Metais e metalurgia Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 1 Capítulo 23 Ocorrência e distribuição dos metais Minerais • Minério: depósito que contém metal suficiente para ser extraído economicamente. • A maioria dos metais é encontrada em minerais. • Os nomes dos minerais normalmente são baseados na localização de sua descoberta • A outros minerais são dados os nomes de suas cores: malaquita vem do grego malache (o nome da árvore com folhas muito verdes). • Os minérios mais importantes são óxidos, sulfetos e carbonatos. Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 2 Capítulo 23 Ocorrência e distribuição dos metais Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 3 Capítulo 23 Pirometalurgia • Pirometalurgia: uso de altas temperaturas para a obtenção do metal livre. • Diversas etapas são empregadas: – Calcinação é o aquecimento do minério para provocar a decomposição e a eliminação de um produto volátil: PbCO3(s) PbO(s) + CO2(g) – Ustulação é o aquecimento que provoca reações químicas entre o minério e a atmosfera da fornalha: Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 4 Capítulo 23 Pirometalurgia 2ZnS(s) + 3O2(g) 2ZnO(s) + 2SO2(g) 2MoS2(s) + 7O2(g) 2MoO3(s) + 4SO2(g) – Fusão de minérios é um processo de derretimento que faz com que os materiais se separem em duas ou mais camadas. – A escória consiste principalmente em silicatos derretidos junto com aluminatos, fosfatos, fluoretos e outros materiais inorgânicos. – O refino é o processo durante o qual um metal bruto, impuro é convertido em um metal puro. Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 5 Capítulo 23 Pirometalurgia do Ferro Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 6 Capítulo 23 Pirometalurgia: Formação do AÇO Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 7 Capítulo 23 Hidrometalurgia Hidrometlurgia • Hidrometalurgia é a extração de metais de minérios com a utilização de água. • Lixívia é a dissolução seletiva do mineral desejado. • Os agentes típicos da lixívia são ácidos diluídos, bases, sais e, algumas vezes, água. • O ouro pode ser extraído de minério de baixo grau através de cianização: Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 8 Capítulo 23 Hidrometalurgia Hidrometalurgia – O NaCN é borrifado sobre o minério triturado e o ouro é oxidado: 4Au(s) + 8CN-(aq) + O2(g) + 2H2O(l) 4Au(CN)2-(aq) + 4OH-(aq) – O ouro é então obtido através de redução: 2Au(CN)2-(aq) + Zn(s) Zn(CN)42-(aq) + 2Au(s) Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 9 Capítulo 23 Eletrometalurgia •Eletrometalurgia é o processo de obtenção de metais através de eletrólise. •Dois materiais de partida diferentes: sal derretido ou solução aquosa. Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 10 Capítulo 23 Eletrometalurgia do Sódio Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 11 Capítulo 23 Eletrometalurgia do Alúmínio Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 12 Capítulo 23 Eletrometalurgia do Alumínio Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 13 Capítulo 23 Eletrorrefinamento do Cobre Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 14 Capítulo 23 Ligação metálica Propriedades físicas dos metais • Importantes propriedades físicas dos metais puros: maleáveis, dúcteis, bons condutores e frios ao tato. • A maioria dos metais é sólido com empacotamento denso dos seus átomos. • No Cu, cada átomo está rodeado por 12 vizinhos. • Não existem elétrons suficientes para que os átomos metálicos estejam ligados covalentemente entre si. Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 15 Capítulo 23 Ligação metálica Modelo de mar de elétrons para a ligação metálica Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 16 Capítulo 23 Ligação metálica Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 17 Capítulo 23 Ligação metálica Modelo do orbital molecular para os metais Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 18 Capítulo 23 Ligas • As ligas têm mais de um elemento com características de metais. • Os metais puros e as ligas têm propriedades físicas diferentes. • Na indústria joalheira, usa-se uma liga de ouro e cobre (a liga é mais resistente do que o ouro macio). • As soluções de ligas são misturas homogêneas. • Ligas heterogêneas: os componentes não estão dispersos uniformemente (por exemplo, aço de perlita tem duas fases: Fe quase puro e cementita, Fe3C). Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 19 Capítulo 23 Ligas Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 20 Capítulo 23 Ligas 21 © 2005 by Pearson Education Capítulo 23 Metais de transição Propriedades físicas • As tendências atômicas tendem a ser regulares para os metais de transição. Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 22 Capítulo 23 Metais de transição Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 23 Capítulo 23 Metais de transição Configurações eletrônicas e estados de oxidação Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 24 Capítulo 23 Metais de transição Magnetismo • O magnetismo fornece informações importantes sobre a ligação. • Existem três tipos de comportamento magnético (mostrados aqui em ordem): – Diamagnético (nenhum átomo ou íon com momentos magnéticos). – Paramagnético (momentos magnéticos não alinhados fora de um campo magnético). – Ferromagnético (centros magnéticos acoplados alinhados em um sentido comum). Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 25 Capítulo 23 Metais de transição Magnetismo • O spin do elétron gera um campo magnético com um momento magnético. • Quando dois spins são contrários, os campos magnéticos se cancelam (diamagnético). – As substâncias diamagnéticas são fracamente repelidas por campos magnéticos externos. • Quando os spins estão desemparelhados, os campos magnéticos não se cancelam (paramagnético). Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 26 Capítulo 23 Metais de transição Magnetismo • Geralmente, os elétrons desemparelhados em um sólido não são influenciados por elétrons desemparelhados adjacentes. Isto é, os momentos magnéticos são aleatoriamente orientados. • Quando materiais paramagnéticos são colocados em um campo magnético, os elétrons ficam alinhados. • Ferromagnetismo é um caso especial de paramagnetismo onde os momentos magnéticos estão permanentemente alinhados (por exemplo, Fe, Co e Ni) • Os óxidos ferromagnéticos são usados em gravação de fita magnética (por exemplo, CrO2 e Fe3O4). Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 27 Capítulo 23 A química de alguns metais de transição Cromo Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 28 Capítulo 23 A química de alguns metais de transição Ferro Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 29 Capítulo 23 A química de alguns metais de transição Cobre Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 30 Capítulo 23 Referências Bibliográficas Química a ciência central 9ª edição – Brown, LeMay, Bursten Fernando 17001/ André Turrioni 16990 - EPR © 2005 byBrandão Pearson Education 31 Capítulo 23