Capítulo 23
Metais e metalurgia
Fernando
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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.
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Capítulo 23
Ocorrência e distribuição
dos metais
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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:
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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.
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Capítulo 23
Pirometalurgia do Ferro
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Capítulo 23
Pirometalurgia: Formação do
AÇO
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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:
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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)
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Capítulo 23
Eletrometalurgia
•Eletrometalurgia é o processo de obtenção de metais
através de eletrólise.
•Dois materiais de partida diferentes: sal derretido ou
solução aquosa.
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Capítulo 23
Eletrometalurgia do Sódio
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Capítulo 23
Eletrometalurgia do Alúmínio
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12
Capítulo 23
Eletrometalurgia do Alumínio
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13
Capítulo 23
Eletrorrefinamento do Cobre
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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.
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Capítulo 23
Ligação metálica
Modelo de mar de elétrons para a ligação metálica
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Capítulo 23
Ligação metálica
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Capítulo 23
Ligação metálica
Modelo do orbital molecular para os metais
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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).
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Capítulo 23
Ligas
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Capítulo 23
Ligas
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Capítulo 23
Metais de transição
Propriedades físicas
• As tendências atômicas tendem a ser regulares para os metais de
transição.
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Capítulo 23
Metais de transição
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Capítulo 23
Metais de transição
Configurações eletrônicas e estados de oxidação
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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).
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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).
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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).
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Capítulo 23
A química de alguns
metais de transição
Cromo
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Capítulo 23
A química de alguns
metais de transição
Ferro
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Capítulo 23
A química de alguns
metais de transição
Cobre
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Capítulo 23
Referências Bibliográficas
Química a ciência central 9ª edição – Brown, LeMay,
Bursten
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Capítulo 23