Química dos Elementos Metálicos
Valentim M. B. Nunes
Departamento de Engenharia Química e do Ambiente
Abril de 2009
Química dos elementos metálicos.
Vimos anteriormente que todos os elementos podem ser
classificados em metálicos, não-metálicos ou metalóides.
Até agora estudámos teorias fundamentais da Química,
como ligação química, forças intermoleculares, equilíbrio
químico, electroquímica, etc. Todos estes conhecimentos são
necessários para compreender a química dos elementos, em
particular dos metais.
Esta Química Inorgânica Descritiva é necessária para a
compreensão da utilidade e aplicação da Química nos
variados processos industriais e biológicos (incluindo
organismos vivos).
Ocorrência
A maioria dos metais provem dos minerais. Um mineral é uma
substância que ocorre naturalmente e com composição química
definida. Um depósito mineral designa-se por minério.
Processos metalúrgicos
A metalurgia é a ciência da separação dos metais a partir dos
minérios e o fabrico de ligas metálicas. Envolve: a) preparação
do minério; b) produção do metal; c) purificação.
A produção de um metal livre é sempre um processo de
redução. Por vezes é necessário previamente calcinar o
minério para expulsar impurezas voláteis

CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)
2 PbS(s) + 3 O2(g)  2 PbO(s) + 2 SO2(g)
Os processos mais importantes são realizados a altas
temperaturas num processo conhecido como pirometalurgia.
Processos de redução
Metal
Eº(v)
Li, Na, Mg, Ca
Redução electrolítica do cloreto.
2 MCl  2 M + Cl2
Al
Redução electrolítica do óxido.
Cr, Mn, Ti, V, Fe, Zn
Redução do óxido metálico, com metal
com menor Eº ou com coque e CO.
Hg, Ag, Pt, Cu, Au
Não combinados, ou calcinação dos
sulfuretos.
Metalurgia do Ferro
O ferro existe na forma de certos minerais como a pirite (FeS)
e a hematite (Fe2O3). O processo envolve a redução química
dos minerais pelo carbono (na forma de coque) num alto forno.
3 Fe2O3 + CO  2 Fe3O4 + CO2
CaCO3  CaO + CO2
Fe3O4 + CO  3 FeO + CO2
C + CO2  2 CO
FeO + CO  Fe + CO2
2 C + O2  2 CO
Ferro fundido
Produção do aço
O fabrico do aço é uma indústria fundamental. Enquanto a
produção do ferro é um processo de redução a conversão em
aço é um processo de oxidação. As impurezas indesejáveis são
removidas com oxigénio gasoso.
CaO ou SiO2
CO2, SO2
(poluição!)
Purificação metálica
Destilação: metais com pontos de fusão baixos podem ser
purificados por destilação fraccionada. Exemplo: método de
Mond para purificação do níquel.
43 ºC
Ni(s) + 4 CO(g)
Ni(CO)4(g)
tetracarbonilníquel
200 ºC
Electrólise: Como exemplo o cobre (já estudado)
Refinação de zona.
Metais alcalinos
São os elementos menos electronegativos. Estado de oxidação
+1. Possuem pontos de fusão e densidade baixas.
Sódio, Na
Ocorrência: NaAlSi3O8 (albite); NaCl; NaNO3(nitrato
do Chile)
Obtenção: electrólise do NaCl fundido (pilha de Downs)
Reacções principais:
2 Na(s) + 2 H2O(l)  2 NaOH(aq) + H2(g)
2 Na(s) + O2(g)  Na2O2(g)
Na2O2(g) + 2 H2O(l)  2 NaOH(aq) + H2O2 (aq)
Potássio, K
Ocorrência: KAlSi3O8 (ortoclase); KCl
Obtenção: destilação do KCl fundido a 892 ºC.
Reacções principais:
2 K(s) + 2 H2O(l)  2 KOH(aq) + H2(g)
K(s) + O2(g)  KO2(g)
2 KO2(g) + 2 H2O(l)  2 KOH(aq) + O2(g) + H2O2 (aq)
4 KO2(g) + 2 CO2(g)  2 K2CO3(s) + 3 O2(g)
Aplicações
Na2CO3: tratamento de águas; fabrico de sabões; detergentes;
medicamentos, indústria do vidro.
Hidróxidos: produção de sabões; electrólitos de baterias, ....
Nitratos: fertilizantes; explosivos, .....
Metais alcalino-terrosos: Magnésio,Mg
Ocorrência: Mg(OH)2 (brucite); CaCO3.MgCO3 (dolomite);
MgSO4.7 H2O (epsomite).
Obtenção: electrólise do MgCl2 fundido (obtido da água do
mar)
Reacções principais:
Mg(s) + H2O(g)  MgO(s) + H2(g)
2 Mg(s) + O2(g)  2 MgO(s)
3 Mg(s) + N2(g)  Mg3N2(s)
MgO(s) + H2O(l)  Mg(OH)2 (aq)
Cálcio, Ca
Ocorrência: CaCO3 (calcário, giz e mármore);
CaSO4.2 H2O (gesso); CaF2 (fluorite)
Obtenção: electrólise do CaCl2 fundido
Reacções principais:
Ca (s) + H2O(l)  Ca(OH)2 (aq) + H2(g)
CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2(g)
CaO (s) + H2O(l)  Ca(OH)2 (s)
Aplicações
Magnésio: ligas metálicas; protecção catódica; baterias....
CaO: metalurgia; remoção de SO2; regulação da acidez dos
solos,.....
Ca(OH)2: tratamento de águas.
Alumínio, Al
O alumínio é o metal mais abundante, e 3º elemento
mais presente na crusta terrestre (7.5%). Possui baixa
densidade, elevada resistência à tracção e é um
excelente condutor eléctrico.
Ocorrência: Al2O3. 2 H2O (bauxite); Be3Al2Si6O18 (berilo); Na3AlF6
(criolite); Al2O3 (corindo).
Obtenção: electrólise do óxido de alumínio anidro, pelo processo de HallHéroult.
Reacções principais:
2 Al (s) + 6 HCl(aq)  2 AlCl3(aq) + 3 H2(g)
2 Al (s) + 2 NaOH(aq) + 2 H2O(l)  2 NaAlO2(aq) + 3 H2(g)
4 Al(s) + 3 O2(g)  2 Al2O3(s)
Aplicações
Alumínio: linhas de transmissão de alta tensão; construção de
aeronaves; recipientes; propulsor sólido para foguetões.
Reciclagem: O alumínio é utilizado em milhões de toneladas
de latas de refrigerantes. Para reciclar o alumínio é apenas
necessário a energia para aquecer o alumínio até ao ponto de
fusão ( ~ 660 ºC) e a energia de fusão ( ~10.7 kJ/mol). No
total, a energia para reciclar um mole de alumínio é cerca de
9% da energia necessária para produzir a mesma quantidade
por electrólise.