Silício
Carbono: diamante e grafite
Estanho
Germânio
Chumbo
RAIO COVALENTE
• É a metade da distância entre dois núcleos de
átomos de mesmo elemento químico
Elemento
C
Si
Ge
Sn
Pb
32Ge:
82Pb:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p2
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d10 5p6 6s2 4f14 5d10 6p2
Raio
covalente (Å)
0,77
1,17
1,22
1,40
1,46
ENERGIA DE IONIZAÇÃO
• Comportamento irregular no grupo
Elemento 1ª E.I. (Kj/mol)
C
Si
Ge
Sn
Pb
1086
786
760
707
715
2ª E.I. (Kj/mol)
3ª E.I. (Kj/mol)
4ª E.I. (Kj/mol)
2354
1573
1534
1409
1447
4622
3232
3300
2943
3087
6223
4351
4409
3821
4081
PONTO DE FUSÃO E EBULIÇÃO
• Os dois primeiros elementos se destacam em relação
aos demais
Elemento
PF(0C)
PE(0C)
C
4100
4289
Si
1420
3800
Ge
945
2870
Sn
232
2623
Pb
327
1751
COMPOSTOS COM Nox = +4
• A maioria dos compostos são tetravalentes
• Descendo no grupo o estado de oxidação +2
torna-se mais estável (efeito do par inerte)
• M2+ forma valência de maior caráter iônico do
que M4+
REATIVIDADE QUÍMICA
• Um grupo com elementos menos reativos,
entretanto esta propriedade aumenta descendo no
grupo;
• Entretanto, o chumbo, na maioria dos casos,
apresenta baixa reatividade
REATIVIDADE QUÍMICA
•Com água: C, Si, Ge e Pb não reagem. Sn reage com vapor
•Ácidos diluídos: C, Si e Ge não reagem. Sn e Pb reage com
HNO3 e Pb reage com HCl e ácidos orgânicos (acético, cítrico e
oxálico).
•Ácidos concentrados: Ge e grafite reage com HNO3 a
quente.Si e grafite reagem com a mistura ácida HF/HNO3. Ge se
dissolve com H2SO4 a quente. O Sn se dissolve em diversos
ácidos.
REATIVIDADE QUÍMICA
• Álcalis: Si reage rapidamente a frio com solução aquosa de
NaOH. Sn e Pb reagem a frio e lentamente
• Halogênios: grafite reage com F2 (5000C). Si e Ge reagem
com todos os halogênios. Sn e Pb são menos reativos
ESTRUTURAS CRISTALINAS
• Carbono
- Diamante: cúbica
- Grafite: hexagonal
- Fulereno: icosaedro
• Silício e Germânio: cúbica
• Estanho e Chumbo:
cúbica
CONDUTIVIDADE ELÉTRICA
-Diamante: isolante, Grafite e Fulereno:
condutor
-Silício e Germânio: semicondutores
-Estanho e Chumbo: condutor
CARBONO
O carbono é um elemento importante porque apresenta
duas propriedades que o permitem formar uma grande
variedade de compostos:
•CAPACIDADE DE FORMAÇÃO DE MULTIPLAS LIGAÇÕES
•CATENAÇÃO
•FORMAÇÃO DE MULTIPLAS LIGAÇÕES
•CATENAÇÃO – capacidade que os átomos têm de se
unir uns aos outros para formar cadeias
Condições necessárias:
Ter valência maior que ou igual a 2;
A ligação entre os átomos iguais deve ser tão forte quanto suas
ligações com os outros elementos;
O composto catenado deve ser cineticamente inerte quando
comparado com outras moléculas ou íons:
Ligação Energia (KJ/mol)
C-C
356
N-N
160
Si-Si
226
C-O
336
N-O
201
Si-O
368
CARBONO
FORMAS ALOTRÓPICAS DO CARBONO
• DIAMANTE
–Sólido duro
–Estrutura composta de tetraedros de átomos de carbono
FORMAS ALOTRÓPICAS DO CARBONO
• GRAFITE
–Sólido mole
–Tem brilho metálico, conduz eletricidade e é usado como
lubrificante
–Sua estrutura consiste de camadas de átomos de carbono unidas
por forças de London
FORMAS ALOTRÓPICAS DO CARBONO
• FULERENOS
NANOTUBOS
• Estruturas cristalinas cilíndricas
Forma amorfa do carbono elementar: O coque ou carvão
O carbono finamente dividido,
chamado carvão ativado, é um
excelente adsorvente.
Tem uma área superficial muito
alta (600 a 2000m2/g) e, por isto, é
usado para remover vapores
tóxicos ou mal cheirosos do ar,
além de impurezas coloridas ou de
sabor desagradável da água ou
qualquer liquido.
Forma amorfa do carbono elementar: O coque ou carvão
OBTENÇÃO DO CARBONO
• Fuligem: combustão incompleta de hidrocarbonetos do
petróleo
• Coque: pirólise do carvão, na ausência do ar
• Diamante: a partir do grafite (P e T)
• Grafite:
- Minerada com retirada de impurezas através da flotação,
seguido de aquecimento a vácuo com HCl e HF
- 3C + SiO2→ SiC + 2CO → C(graf) + Si(g)
• Carvão ativado: aquecimento ou oxidação da serragem
ou turfa.
SILÍCIO
• Silex (pedra dura)
• 20 elemento mais abundante da crosta
terrestre
• Principal componente do vidro, cimento,
cerâmica, componentes semicondutores e
silicones.
• Formas amorfa e cristalina
Monóxido de carbono: um poluente muito tóxico
• Monóxido de carbono é um dos dois óxidos gasosos
do carbono
• É menos denso que o ar enquanto o dióxido é mais
denso
C(s) + ½ O2 (g) → CO(g)
C(s) + 1 O2 (g) → 2CO2 (g)
Monóxido de carbono: um poluente muito tóxico
• Gás incolor, inodoro e muito venenoso!
• A afinidade pelo ferro da hemoglobina é 300 vezes maior que a do
oxigênio
• Concentrações muito baixas de CO no ar são suficientes para
impedir a absorção de oxigênio nos pulmões
Monóxido de carbono: um poluente muito tóxico
• Gás incolor, inodoro e muito venenoso!
• A afinidade pelo ferro da hemoglobina é 300 vezes maior que a do
oxigênio
• Concentrações muito baixas de CO no ar são suficientes para
impedir a absorção de oxigênio nos pulmões
Monóxido de carbono: um poluente muito tóxico
N N N N N
Fe2+
Fe2+
Monóxido de carbono: um poluente muito tóxico
• Forte agente redutor
• Utilizado nos processos de obtenção de metais pois remove o
oxigênio do óxido do metal
Fe2O3 (s) + CO(s) → 2Fe(s) + CO2 (g)
Dióxido de carbono: fotossíntese, efeito estufa e
extintores de incêndio
• A atmosfera atua como um reservatório de dióxido de carbono
Dióxido de carbono: fotossíntese, efeito estufa e
extintores de incêndio
• A existência de CO2 na atmosfera é de importância vital, não somente por causa
da fotossíntese mas também para manter a temperatura média de 15 oC do
nosso planeta
Dióxido de carbono: fotossíntese, efeito estufa e
extintores de incêndio
• A existência de CO2 na atmosfera é de importância vital, não somente por causa
da fotossíntese mas também para manter a temperatura média de 15 oC do
nosso planeta
Dióxido de carbono: fotossíntese, efeito estufa e
extintores de incêndio
• A existência de CO2 na atmosfera é de importância vital, não somente por causa
da fotossíntese mas também para manter a temperatura média de 15 oC do
nosso planeta
E por que o CO2 é um gás estufa e o O2 e o N2 não?
Dióxido de carbono: fotossíntese, efeito estufa e
extintores de incêndio
E por que o CO2 é um gás estufa e o O2 e o N2 não?
Dióxido de carbono: fotossíntese, efeito estufa e
extintores de incêndio
Dióxido de carbono: fotossíntese, efeito estufa e
extintores de incêndio
• O CO2 constitui 0,03% da atmosfera
• É um gás incolor, inodoro e mais pesado que o ar
• O gelo seco sublima e é usado em shows para produzir névoa
A importância dos carbonatos!
• São minerais de grande importância geológica
Nome do mineral
Calcita
Aragonita
Dolomita
Siderita
Malaquita
Fórmula do carbonato
CaCO3.
CaCO3
CaCO3 . MgCO3
FeCO3
CuCO3 . Cu(OH)2
• Uma das características da pedras calcárias é que ele é dissolvida por ácidos,
mesmos em soluções diluídas como, por exemplo, a chuva ácida
CaCO3 (s) + H2CO3 → H2O + CO2 (g) + Ca(OH)2
A importância dos carbonatos!
• A chuva é naturalmente acida
• Carbonato de sódio é usado para neutralizar solos ácidos
• O precipitado formado, quando se borbulha CO2 em água de cal, se redissolve
com excesso de CO2
A importância dos carbonatos!
• A chuva é naturalmente acida
H2O + CO2 → H2CO3
• Carbonato de sódio é usado para neutralizar solos ácidos
H2O + Na2CO3 → NaOH + H2O + CO2
• O precipitado formado, quando se borbulha CO2 em água de cal, se redissolve
com excesso de CO2
CO2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2
insolúvel
solúvel
Dióxido de silício: o mineral quartzo!
• A forma cristalina mais comum do dióxido de silício, SiO2, comumente chamada
sílica, é o mineral quartzo
• SiO2 e CO2: mesma formula estequiométrica entretanto suas propriedades são
bem diferentes!
Dióxido de silício: o mineral quartzo!
• SiO2 e CO2: mesma formula estequiométrica entretanto suas propriedades são
bem diferentes!
PROPRIEDADE
Aparência
Ponto de
fusão
Ponto de
ebulição
Solubilidade
em água
Forma
molecular
SiO2
CO2
pó branco, sólido
gás incolor e
inodoro
1713 °C
-78 oC
> 2200 °C
-57 oC
0.012 g em 100g
1.45 g/L
Tetraedro
linear
Dióxido de silício: o mineral quartzo!
• A energia Si – O é muito maior C – O e, assim, os compostos de silício com
quatro ligações simples são mais estáveis que os correspondentes de carbono
Ligação Enegia (Kj/mol)
C-O
336
C=O
799
Si - O
452
• A dupla ligação entre carbono e oxigênio é muito mais forte que entre silício e
oxigênio, pois ligações duplas com elementos do terceiro período em diante
tem baixa energia quando comparadas com aquelas com elementos do
segundo período
Silicatos: polímeros da litosfera
• O s mais abundantes polímeros inorgânicos são
compostos de silício e oxigênio
• As argilas, rochas e os solos inorgânicos da
crosta terrestre são constituídos,
principalmente, desses dois elementos
Silicatos: polímeros da litosfera
• Grande parte da litosfera
consiste de polímeros, cuja
unidade repetitiva é o
dióxido de silício, SiO2, e de
agregados aniônicos como
SiO3, SiO4, Si2O5, Si4O11, etc
Silicatos: polímeros da litosfera
• Grande parte da litosfera
consiste de polímeros, cuja
SiO44-
Si2O36-
unidade repetitiva é o
dióxido de silício, SiO2, e de
agregados aniônicos como
SiO3, SiO4, Si2O5, Si4O11, etc
Si3O96SiO32Si2O52-
SiO2-
Silicatos: polímeros da litosfera
• As cadeias poliméricas podem crescer em uma, duas ou três direções
formando os silicatos com estruturas uni, bi ou tridimensionais,
respectivamente
tetraedro
simples
cadeia simples
cadeia dupla
folhas
estrutura
tridimensional
Silicatos: polímeros da litosfera
O mineral asbestos, do qual a
forma mais pura é o amianto
é um exemplo de silicatos
cuja estrutura consiste de
cadeias duplas de tetraedros
Silicatos: polímeros da litosfera
• O quartzo, SiO2, a forma cristalina mais comum da sílica, tem estrutura
tridimensional, na qual cada átomo de oxigênio é compartilhado por dois
átomos de sílicio
Silicatos: polímeros da litosfera
• Muitas micas, argilas e feldspatos são aluminossilicatos – silicatos nos quais
alguns átomos de silício são substituídos por alumínio
n: carga do cátion passível de troca;
Mn+: íon dos grupos 1 ou 2 ou outros
cátions metálicos, não-metálicos ou
orgânicos;
z: mols de água de hidratação.
Silicatos: polímeros da litosfera
• As zeólitas são aluminossilicatos cujas estruturas são muito mais abertas que
aquelas das micas e dos felspatos
• Nas zeólitas os cátions nele existentes podem ser substituídos por outros que
são cataliticamente ativos (ex: metais de transição)
Silicatos sintéticos: vidros, cerâmicas e cimentos
• Silica, na forma de areia, tem um uso muito importante: produção de vidros
• Muitos silicatos minerais, uma vez fundidos, não cristalizam quando
resfriados. Formam-se então, substâncias não-cristalinas, transparentes e
duras chamadas vidros
Silicatos sintéticos: vidros, cerâmicas e cimentos
• O vidro comum de janela é uma mistura de silicato de sódio e cálcio. Ele é
obtido por fusão do carbonato de sódio, carbonato (ou óxido) de cálcio e
dióxido de silício juntos
Silicatos sintéticos: vidros, cerâmicas e cimentos
• Ao contrario do vidro, que tem areia como seu principal ingrediente silicato, a
cerâmica – tijolo, telha, azulejo, barro, porcelana – tem argila como principal
ingrediente
• Cerâmicas são misturas de fases cristalinas e vítreas
Argilominerais são silicatos de Al, Fe e Mg hidratados, com estruturas cristalinas em camadas
(são filossilicatos), constituídos por folhas contínuas de tetraedros SiO 4, ordenados de forma
hexagonal, condensados com folhas octaédricas de hidróxidos de metais tri e divalentes
Silicatos sintéticos: vidros, cerâmicas e cimentos
• Cimento é formado a partir do aquecimento (1400 – 1600 oC) de calcáreo e
argila. O material resultante é misturado com gipsita, CaSO4.H2O, e
pulverizado formando o cimento
Silicone: os organossilício
• Silicone são polímeros de formula geral (R2SiO)n, onde R é um radical
hidrocarboneto como metil, etil ou fenil
Silício elementar: um importante semicondutor
• Semicondutores são materiais que normalmente não conduzem bem a
eletricidade, mas que passam a fazê-lo sob certas condições
Silício elementar: um importante semicondutor
Silício elementar: um importante semicondutor