Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Exatas e da Natureza
Departamento de Química
Prof. Dr. Ary da Silva Maia
OS METAIS
INTRODUÇÃO
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
2
 São os mais numeroso entre os elementos
 Todos os elementos dos blocos s, d e f da tabela
periódica são metais
 Alguns elementos do bloco p também são
metais: Alumínio, Gálio, Tálio, Estanho, Chumbo
e Bismuto
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
3
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
4
Distribuição dos elementos metálicos (em azul) na tabela
periódica
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
5
PROPRIEDADES GERAIS
DOS METAIS
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
6








Bons condutores de calor
Bons condutores de eletricidade
Sólidos, exceto o mercúrio (líquido).
Brilho
Dúcteis (fios).
Maleáveis (lâminas).
Formam cátions (+).
Resistência mecânica alta
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
7
 A entalpia (energia) de Vaporização dos metais
são bastante diferentes.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
8
Considerações Importantes!!!
 A baixa entalpia de vaporização do sódio e do
mercúrio possibilita aplicá-los em lâmpadas de
iluminação pública (vapores) e fluorescentes.
 O tungstênio, com o valor mais alto é usado
como filamento em lâmpadas incandescentes,
já que ele volatiliza muito lentamente.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
9
PROPRIEDADES QUÍMICAS
 A maioria dos metais reage com o oxigênio (O2).
Entretanto, a espontaneidade e a velocidade dessa
reação varia muito.
Ex: - O Césio inflama-se em contato com o ar.
- O Alumínio e o Ferro sobrevivem ao ar e por isso
são empregados comercialmente.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
10
OS METAIS DO BLOCO S:
METAIS ALCALINOS (GRUPO 1)
METAIS ALCALINOS TERROSOS
(GRUPO 2)
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
11
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
12
METAIS ALCALINOS (1A)
 Os Alcalinos são os elementos do Grupo 1 (1A)
da Tabela Periódica. Formada pelos seguintes
metais: lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio
(Rb), césio (Cs) e frâncio (Fr).
 Têm
este nome porque reagem muito
facilmente com a água e, quando isso ocorre,
formam hidróxidos, liberando hidrogênio.
2 Li(s) + 2 H2O(l) → 2 LiOH(aq) + H2(g)
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
13
METAIS ALCALINOS TERROSOS (2A)
 Os alcalino-terrosos são os elementos químicos
do grupo 2 (2 A) da tabela periódica, e são os
seguintes: berílio (Be), magnésio (Mg), cálcio
(Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e radio (Ra).
 O nome alcalino-terroso provém do nome que
recebiam seus óxidos: terras.
propriedades básicas (alcalinas).
Prof. Dr. Ary Maia
Possuem
Outubro 2009
14
 A abundância é muito variada na crosta
terrestre: desde o Cálcio (5º metal mais
abundante), seguido pelo Sódio, Magnésio até
aos metais mais raros como Césio e Berílio.
Abundância na crosta:
as quantidades citadas
estão na base 10.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
15
 Possuem Energia de Ionização Baixa
 Esses metais reagem rapidamente com a água
para liberar hidrogênio (H2).
 Os números de oxidação coincidem com o seu
número de grupo:
Metais Alcalinos (Grupo 1): + 1
Metais Alcalinos Terrosos (Grupo 2): + 2
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
16
OBTENÇÃO
 Sódio, Potássio, Magnésio e Cálcio são abundantes
na crosta terrestre, mas a obtenção dos metais
requer muita energia e consequentemente é cara!!!
METAL
LÍTIO
SÓDIO
CÁLCIO
FONTE
NATURAL
LiAl(SiO3)
ÁGUA DO MAR
CALCÁRIO
MÉTODO DE
OBTENÇÃO
ELETRÓLISE
ELETRÓLISE
ELETRÓLISE
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
17
ELETRÓLISE
Eletrólise ígnea do NaCl
Fonte de corrente direta
ee-
ânodo
cátodo
Fonte de corrente direta
e-
e-
ânodo
Prof. Dr. Ary Maia
cátodo
Outubro 2009
18
 Os metais alcalinos e alcalinos terrosos são
dissolvidos até pela água.
M(s) + H2O(l) → M+(aq) + OH−(aq) + H2(g)
M(s) + 2 H2O(l) → M+2(aq) + 2OH−(aq) + H2(g)

Estas reações são tão rápidas
exotérmicas que faz com que
hidrogênio se inflame
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
e
o
19
Diagramas de Latimer
Grupo 1 – Meio Ácido
Grupo 2 – Meio Ácido
Grupo 2 – Meio Básico
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
20
OS METAIS DO BLOCO d
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
21
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
22
METAIS DE TRANSIÇÃO
 São conhecidos como elementos de transição
porque suas propriedades são geralmente
intermediárias entre os elementos metálicos dos
blocos s e os elementos não metálicos dos
blocos p.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
23
 A maioria dos metais do bloco d é muito mais
rígida do que os metais do bloco s
 Apresentam a velocidade de oxidação moderada
Tais fatos justificam o uso do ferro, cobre e titânio
na construção de edifícios e veículos
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
24
ESTADOS DE OXIDAÇÃO ELEVADOS
 Os Metais do bloco d apresentam ampla faixa de
estados de oxidação o que induz a uma química
rica e interessante.
 O estado de oxidação do grupo pode ser
alcançado por elementos que se encontram ao
lado esquerdo do bloco d, mas não pelos
elementos do lado direito
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
25
Número de Oxidação dos Metais de Transição
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
26
OS METAIS DO BLOCO d
 Estados de Oxidação ao longo das séries:
 Configuração eletrônica padrão:
 ns2 (n-1)dx
sendo x o no do grupo – 2 unidades
 Serão avaliados:
 Os estados de oxidação mais elevados
 Os estados de oxidação intermediários
 Como base de avaliação será empregado o
Diagrama de Frost para os metais da série 3d.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
27
OS METAIS DO BLOCO d

Diagrama de Frost para os
elementos da série 3d.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
28
OS METAIS DO BLOCO d
 Estados de Oxidação Elevados:
 O número de oxidação do grupo de um elemento
é o número do seu grupo.
 Esta regra é valida para os elementos dos grupos 3
a 7.
 A partir dos elementos do Grupo 8 (até o 11) o
estado de oxidação do grupo não é alcançado.
 Este limite está relacionado com o aumento da
Energia de Ionização e portanto com o caráter
nobre da esquerda para a direita, ao longo de cada
série do bloco d.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
29
OS METAIS DO BLOCO d
 A formação de compostos binários dos
elementos da série 3d com halogênios e oxigênio
evidencia a tendência de estabilidade dos
estados de oxidação do grupo:
 Grupos 3 e 4: alcançam o estado de oxidação do grupo
com cloro (ScCl3 e TiCl4).
 Grupo 5 e 6: só alcançam o estado de oxidação do
grupo com o fluor (VF5 e CrF6).
 A partir do Grupo 7: só o oxigênio é capaz de alcançar
o estado de oxidação do grupo.
 Motivo: IMPEDIMENTO ESTÉRICO EM FUNÇÃO DA
QUANTIDADE DE ÁNIONS DE HALOGÊNIO
NECESSÁRIOS.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
30
OS METAIS DO BLOCO d
 A pouca estabilidade dos estados de oxidação
máximo atingido nos grupos 6,7 e 8 é evidenciada
pelo alto caráter oxidante apresentado por estes
estados (CrO42-, MnO41-, FeO42-).
 Observar que o caráter oxidante é crescente na
ordem:
CrO42- < MnO41- < FeO42-
 Outra evidência da dificuldade de se oxidar
elementos a direita do Cr ao estado de oxidação do
grupo é o fato da oxidação ao ar do MnO2, em
hidróxido de potássio fundido, não levar o metal ao
estado de oxidação do grupo, mas sim a um
composto verde escuro (K2MnO4) = Mn(VI)
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
31
OS METAIS DO BLOCO d
 Estados de oxidação intermediário na série 3d:
 Estado de Oxidação +1:
 A maioria sofre desproporcionamento em M e M2+.
 Ligações no metal sólido são muito fortes,
 Para os metais 3d o estado de oxidação +2 é mais
estável, considerando-se solução aquosa e
combinação com ligantes duros.
 Exceções são os compostos organometálicos e as
carbonilas metálicas como Ni(CO)4 e Mo(CO)6.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
32
OS METAIS DO BLOCO d
 Estado de Oxidação +2:
 Os aquaíons dipositivos ( M2+(aq)), mais
especificamente os complexos octaédricos
[M(H2O)6]2+ , tem importante papel na química dos
metais da série 3d.
 Muitos destes íons são coloridos, como resultado das
transições d-d na região visível do espectro.
 Cr2+(aq) é azul, Fe2+(aq) é verde, Co2+(aq) é rosa, Ni2+(aq)
é verde e Cu2+(aq) é azul.
 É um estado de oxidação cada vez mais comum da
esquerda para a direita da série 3d.
 Sc2+ - desconhecido, Ti2+ - técnica especial de preparação,
V2+ e Cr2+ - termodinamicamente instáveis em relação à
oxidação pelo H+.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
33
OS METAIS DO BLOCO d
 Apesar da instabilidade, a lentidão na evolução de
H2 torna possível trabalhar com soluções aquosas
destes íons, na ausência de ar, sendo assim
agentes redutores úteis.
 Após o Cr, o íon M2+ é estável em relação à reação
com água e somente o Fe2+ é oxidado pelo ar.
 A água pode atuar como um agente oxidante,
tornando instáveis algumas soluções de íons M2+.
 Isto faz com que sejam conhecidos mais sais
destes íons em estado sólido do que em solução
aquosa.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
34
OS METAIS DO BLOCO d
 Estado de Oxidação +3:
 Este estado de oxidação é mais comum para os
elementos a esquerda da série, sendo por exemplo, o
único estado de oxidação conhecido para o escândio.
 Titânio, vanádio e cromo apresentam grande
variedade de compostos no estado de oxidação +3.
 O aumento da energia de ionização é responsável pela
diminuição da estabilidade das espécies M(III) ao
longo do período.
 O Mn2+ apresenta a subcamada d semicheia o que
implica em maior estabilidade desta espécie. Já o Mn3+
apresenta relativamente poucos compostos
conhecidos.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
35
OS METAIS DO BLOCO d
o
o
o
o
São conhecidos compostos de Fe(III), mas, geralmente,
os mesmos são oxidantes.
O Co3+ é um poderoso oxidante em meio ácido,
promovendo liberação de O2.
Consegue-se estabilização deste íons na forma de
oxocomplexos em meio básico, ou quando
complexados por outros ligantes bons doadores.
Os aquapions Ni3+ e Cu3+ nunca foram preparados.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
36
OS METAIS DO BLOCO d
 Estados de oxidação intermediário nas
séries 4d e 5d :
 Diferentemente dos metais da série 3d, os metais
das séries 4d e 5d raramente formam íons M2+ (aq)
simples.
 Poucos exemplos foram caracterizados:
 [Ru(H2O)6]2+ , [Pd(H2O)4]2+ , [Pt(H2O)4]2+
 São formados muitos complexos entre o íon M(II)
e outros ligantes que não a água, entre eles estão:
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
37
OS METAIS DO BLOCO d
 Complexos octaédricos
d6 muito estáveis,
como:
[Ru(H2O)(NH3)5]2+
 Complexos d6 quadrado
piramidais muito raros,
como:
[Ru(Cl)2(PPh3)3]
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
38
OS METAIS DO BLOCO d
 Paládio (II) e platina (II) formam muitos complexos d8 ,
quadrado planares, como por exemplo [PtCl4]2-.
[PdCl4]2Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
39
OS METAIS DO BLOCO d
 Estados de Oxidação descendo nos grupos:
 Nos grupos 4 a 10 o estado de oxidação mais
elevado torna-se mais estável descendo no grupo,
com a maior mudança de estabilidade ocorrendo
entre as duas primeiras séries.
 A facilidade de oxidação do metal não se
correlaciona com o maior estado de oxidação
disponível.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
40
APLICAÇÕES DO FERRO
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
41
 É o metal de transição mais abundante da crosta
terrestre.
 O ferro é encontrado em numerosos minerais,
destacando-se a:
Hematita (Fe2O3)
Magnetita (Fe3O4)
Limonita (FeO(OH))
Siderita (FeCO3)
Pirita (FeS2)
Ilmenita (FeTiO3)
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
42
 A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é
efetuada em fornos denominados alto forno ou
forno alto.
 Nele são adicionados os minerais de ferro, em
presença de coque (C), e carbonato de cálcio
(CaCO3) que atua como escorificante.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
43
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
44
 O Ferro obtido no processo é chamado de ferro
gusa (até 4% de C).
 O ferro gusa é duro e quebradiço, com baixa
resistência mecânica, devido ao excesso de
carbono.
 O aço comum é uma liga de ferro carbono (Fe-C)
contendo geralmente de 0,008 a 2% de carbono
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
45
CARÁTER NOBRE
 Os metais localizados à direita do bloco d são
resistentes à oxidação. Essa resistência é mais
evidente para a prata, ouro e os metais 4d, 5d e
do grupo 8 a 10.
Grupo 8 a 10: metais do grupo da platina
(ocorrem em minérios contendo platina)
Cobre, prata e ouro: metais de cunhagem
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
46
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
47
 Para dissolver o ouro é necessário uma mistura
de 3:1 de ácido clorídrico e ácido nítrico (água
régia).
Au + 4 H+ + NO3- + 4 Cl- → [AuCl4]- + NO + 2 H2O
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
48
OS METAIS DO BLOCO p
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
49
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
50
 Os metais mais pesados do bloco p favorecem
os estados de oxidação baixos
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
51
 Entre os elementos do bloco p, o silício (Si) e o
alumínio (Al) são os mais abundantes e o tálio
(Tl) e bismuto (Bi) são os menos abundantes.
 Os metais do grupo 13 (alumínio) apresentam
estado de oxidação + 3
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
52
OS METAIS DO BLOCO f
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
53
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
54
LANTANÍDEOS
 São metais altamente eletropositivos.
 São conhecidos como terras raras
 Marcam o aparecimento dos subníveis f nas
configurações eletrônicas (4f)
 Do La aoYb favorecem o estado de oxidação +3
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
55
APLICAÇÕES DOS
LANTANÍDEOS
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
56
LANTÂNIO (La)
(Pedras para isqueiros)
NEODÍMIO (Nd)
PRASEODÍMIO (Pr)
CÉRIO (Ce)
Camisas incandescentes
usadas em lampiões
Lentes para óculos de proteção
para soldadores
PROMÉCIO (Pm)
Possível fonte de calor para
fornecer força auxiliar à satélites e
sondas espaciais
Corante para esmalte
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
57
SAMÁRIO (Sm)
EURÓPIO(Eu)
Fabricação de fones de ouvidos
Equipamentos de projeção
GADOLÍNIO (Gd)
Memória para computadores
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
58
TÉRBIO (Tb)
DISPRÓSIO(Dy)
Fabricação de CD´s
É usado como ativador para a cor verde
em tubos de imagens de televisores em cores
ÉRBIO (Er)
HÓLMIO (Ho)
Laser para oftalmologia
Fabricação de filtros fotográficos
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
59
TÚLIO (Tm)
ITÉRBIO(Yb)
Na fabricação de ferritas
Aplicação em lasers
LUTÉCIO (Lu)
Catalisador em reações
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
60
ACTINÍDEOS
 Envolvem o preenchimento da subcamada 5f
 Os primeiros membros da série ocorrem em
uma rica variedade de estados de oxidação.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
61
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
62
APLICAÇÕES DOS
ACTINÍDEOS
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
63
ACTÍNIO(Ac)
TÓRIO(Th)
Aumenta a refração de vidros para
lentes de câmeras e de binóculos
Usado em geradores termoelétricos
PROTACTÍNIO(Pa)
Elemento radioativo artificial (não há registro do uso do elemento)
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
64
URÂNIO(U)
NETÚNIO(Np)
Indústria de aeronaves - urânio metálico
Combustível nuclear para reatores de potência
na produção de energia elétrica;
Elemento radioativo
PLUTÔNIO(Pu)
Usado nas missões lunar Apollo, como potência, e
em equipamentos para uso na superfície lunar.
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
65
CÚRIO(Cm)
AMERÍCIO(Am)
Fonte de ionização para detector de fumaça
Elemento radioativo
(fonte portátil para radiografia gama)
BERQUÉLIO(Bk)
Elemento radioativo artificial (não há registro de uso)
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
66
EINSTÊNIO(Es)
CALIFÓRNIO(Cf)
Elemento radioativo artificial
(não há registros de seu uso)
Elemento radioativo artificial
(usado como fonte portátil de nêutrons)
FÉRMIO(Fm)
Elemento radioativo (não foi totalmente investigado)
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
67
MENDELÉVIO(Md)
NOBÉLIO(No)
Elemento radioativo artificial
(não há utilização comercial)
Elemento radioativo artificial
(não tem uso comercial devido sua raridade)
LAURÊNCIO(Lr)
Elemento radioativo artificial (não há registros de uso)
Prof. Dr. Ary Maia
Outubro 2009
68