BC-1302 – Química dos elementos
Aula 08
1
Propriedades Atômicas
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  Configuração Eletrônica e Estados de Oxidação
Configuração Eletrônica
Estados Oxidação
N
[He] 2s2 2p3
-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3, 4, 5
P
[Ne] 3s2 3p3
-3, 0, 1, 3, 5
As
[Ar] 3d10 4s2 4p3
-3, 0, 3, 5
Sb
[Kr] 4d10 5s2 5p3
0, 3, 5
Bi
[Xe] 4f
14
5d10 6s2 6p3
0, 3, 5
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Nitrogênio
Antimônio
Fósforo
Arsênio
Bismuto
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Portanto a condutividade
diminui do As p/ Bi
Tendência oposta na condutividade
Sugere caráter molecular mais pronunciado no
estado sólido
Ocorrência na
Natureza
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•  Gás diatômico (N2)
Nitrogênio
• 78 % da atmosfera, mas é o 33º em abundância relativa na crosta
terrestre
•  Possui ligação tripla N!N
•  Energia de dissociação altíssima (941,4 kJ/mol) ! molécula muito
estável ! gás pouco reativo (utilizado c/o atmosfera inerte)
•  ocorre também na forma de nitrato de sódio (por exemplo o salitre do
Chile)
•  está presente nas proteínas (comp. Média: 50% C, 25% O, 17%N,
7%H, 0,5%S, 0,5%P em peso)
•  Lavoisier chamou de azoto (sem vida) por ser praticamente inerte
Ocorrência na
Natureza
Fósforo
•  É o 11o elemento mais abundante na crosta terrestre
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•  Existe em três formas alotrópicas:
P4 branco ! muito reativo (inflama em contato com o ar)
P4 vermelho ! pouco reativo (inflamado por atrito ou
aquecimento)
P negro ! não reativo (inerte)
P4 preto
P4 branco
P4 vermelho
(sólido
polimérico)
Ocorrência na
Natureza
Fósforo
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•  Fluoroapatita – 3Ca3(PO4)2.CaF2
•  Hidroxiapatita – [3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2]
•  Cloroapatita – [3Ca3(PO4)2.CaCl2]
http://tasaclips.com/photos.html
Ocorrência na
Natureza
Arsênio, Antimônio e Bismuto
• São pouco comuns, mas bem conhecidos (desde a antiguidade)
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• Podem ser encontrados em várias formas alotrópicas
•  Principal fonte são os sulfetos, que ocorrem combinados com outros
minérios
Ouro-pigmento
ou Orpimento Estibina Realgar
As2S3
Sb2S3
As4S4
Bismutinita – Bi2S3 e Bismita – Bi2O3
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Propriedades Atômicas
Propriedades Atômicas
Configuração Eletrônica
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  Elementos com 5 elétrons no nível mais externo
  É possível que os elementos adquiram 3 elétrons e passem a apresentar
configuração eletrônica de gás nobre (N-3, P-3)
Conf. Eletr. de elementos
do Grupo 15
ns2
np3
  Possuem no de oxidação máximo de 5 (quando os 5 elétrons participam
de ligações)
  A tendência do par eletrônico s não participar de ligações aumenta com
o aumento do número atômico ! efeito do par inerte. Nesses casos só os
elétrons p participam e os compostos são trivalentes.
Configuração eletrônica do fósforo
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3s
3p
P no estado
fundamental
P no estado
excitado
Hibridização sp3d
P
[Ne] 3s2 3p3 3d0
3d
  O N ([He] 2s2 2p3) pode formar ligações múltiplas fortes p! p! produzindo uma série de compostos que não têm análogos nos
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outros elementos (N2 = 994 KJ.mol-1).
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Propriedades Químicas
Propriedades Químicas
Hidretos
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  Todos os elementos do grupo 15 formam hidretos voláteis de fórmula
MH3
  A facilidade de formação, a tendência de utilizar o par de elétrons
isolados na formação de ligações coordenadas e a facilidade de
substituição de hidrogênio por outros grupos diminuem da NH3 para o
BiH3
NH3 – amônia
PH3 – fosfina
AsH3 – arsinaTóxicos
SbH3 – estibina
BiH3 – bismutina (pouco estável)
 Agentes redutores fortes
107o
Óxidos e Oxi-ácidos
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Nitrogênio
Demais elementos
Trihaletos e Pentahaletos
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 O nitrogênio não forma pentahaletos pela inexistência de
orbitais d disponíveis em seus átomos. Forma trihaleto (mais
estável é o NF3)
  Os demais elementos formam pentahaletos do tipo MX5 e
trihaletos do tipo MX3
  os trihaletos são covalentes com exceção do BiF3 que é iônico
e o SbF3 que possui caráter intermediário
Bipirâmide trigonal
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Ou PCl5
Hidrólise:
PCl5 está no limite iônico-covalente.
Nos estados gasoso e líquido é covalente e no estado sólido é iônico
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Métodos de Obtenção
•  Indústria: Liquefação e destilação fracionada do ar
p.e. (N2) = - 196 oC
p.e. (Ar) = - 186 oC
p.e. (O2) = - 183 oC
•  No laboratório
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• é usado na fabricação de explosivos
pólvora
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Principais Compostos
Fertilizantes (fixação de nitrogênio)
Fertilizantes possuem no mínimo 3 componentes básicos:
Nitrogênio ! normalmente (NH4)2SO4 ! promove crescimento
de folhas
Fósforo ! Promotor de crescimento de raízes
-  superfosfato ! Ca3(PO4)2 tratado com H2SO4 conc.
-  superfosfato triplo ! Ca3(PO4)2 tratado com H3PO4 conc.
Potássio ! promotor de floração K2SO4
Principais Compostos
Amônia
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• Gás tóxico, condensa a -33 oC (líquido incolor)
• Muito solúvel em água devido a formação de ligações de hidrogênio
•  Os elétrons desemparelhados do orbital p do Nitrogênio formam
ligações com três átomos de outros elementos produzindo moléculas
com arranjo eletrônico tetraédrico, mas geometria trigonal piramidal.
Amônia
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•  o Nitrogênio só pode ter 8 elétrons no segundo nível eletrônico, assim, o
par de elétrons não ligantes pode ser coordenado a um átomo receptor
conferindo ao N o número de coordenação máximo 4 (hibridização sp3)
H
+
NH4+ (cátion Amônio)
Amônia
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•  NH3 pode coordenar-se à íons
[Cu(NH3)4]2+
[Co(NH3)6]3+
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PROCESSO
HABER-BOSCH
Fritz Haber
Nobel de Química
em 1918
Carl Bosch
Nobel de Química
em 1931
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Reação
exotérmica
•  À medida que a pressão aumenta, a quantidade
de amônia presente no equilíbrio aumenta.
•  À medida que a temperatura diminui, a
quantidade de amônia no equilíbrio aumenta.
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Na prática as condições são: 200
atm de pressão, temperatura entre
380-450 oC e catalisador de “ferro
ativado”
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Magnetitas (ferro) contendo:
•  K2O
Mais porosos
•  CaO
Mais ativos em
•  MgO
temperaturas baixas
•  Al2O3
•  SiO2
•  Traços de TiO2, ZrO2 e V2O5
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• Alta pressão: desloca o equilíbrio
para menor volume.
•  Retirada da amônia formada
•  Alta temperatura
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No Brasil:
1952: 1ª Unidade de amônia sintética
(foi posteriormente desativada)
Santo André - SP
RHODIA
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Amônia
16.000.000.000 Kg
NH3/ano EUA
(maior parte é
utilizado como
fertilizante)
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Amônia
Principais Compostos
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Hidrazina
•  tem semelhanças estruturais e químicas com o peróxido de
hidrogênio.
•  É um forte redutor em meio básico e um redutor moderado em meio ácido
ou neutro. Ex.: reduz I2 O2 e Cu2+
• 
Na indústria é utilizada no tratamento de água para alimentação de
caldeiras para prevenir a oxidação das mesmas (remove o O2 dissolvido na
água)
N2H4 (aq) + O2 (g) ! N2 (g) + 2 H2O (l) !H = -621 kJmol-1
•  é uma base mais fraca que a amônia
N2H4 (aq) + HX ! N2H5+ + XN2H6+2 + 2X-
ou
N2H4 (aq) + 2HX !
  Utilizada na fabricação de propelentes, combustível de foguetes,
fabricação de espelhos de prata e cobre
Principais Compostos
Utilizado
em air
bags
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Azidas ou Azotetos
Detonam por
impacto e liberam
N2
•  azida de sódio pode ser obtida:
•  azida de chumbo [(Pb(N3)2] é usada como detonador de
explosivos
•  triazina cianídrica (ou triazoteto cianúrico) é um poderoso
explosivo
Principais Compostos
Óxidos e oxiácidos do nitrogênio
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•  Todos os oxiácidos do nitrogênio possuem ligações múltiplas
p! - p!.
•  O mesmo não ocorre com os demais elementos do grupo
Fórmula
No oxid.
Nome
N2O
+1
Óxido nitroso
NO
+2
Óxido nítrico
N2O3
+3
Sesquióxido de nitrogênio
NO2N2O4
+4
Dióxido de Nitrogênio (tetróxido de dinitrogênio)
N2O5, NO3-
+5
Pentóxido de dinitrogênio e ânion nitrato
Óxido nitroso ou óxido de dinitrogênio (N2O)
•  razoavelmente estável, obtido pelo aquecimento cuidadoso do
nitrato de amônio
•  foi usado como anestésico (gás hilariante)
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•  é utilizado na produção de azidas
•  é uma molécula linear e um híbrido de ressonância
•  como é solúvel em gorduras, é empregado como espumante e
propelente em sprays de chantilly.
•  utilizado para elevar a potência de motores (conhecido com NOs)
com poder comburente, cuja aplicação em motores à combustão
interna, tem por objetivo aumentar a capacidade de queima na
câmara de combustão e consequentemente a energia produzida.
Óxido de nitrogênio ou óxido nítrico (NO)
•  número de oxidação +2
•  é um óxido neutro e incolor
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•  no laboratório é obtido pela reação de ácido nítrico com metais
•  industrialmente obtido a partir da amônia (1000 oC, Pt)- processo
Ostwald
•  o N2 da atm é convertido em NO nos motores de aviões. Este, por
sua vez, é convertido em HNO2 na presença de água e contribui para
a chuva ácida.
NO (g) + O3 (g) ! NO2 (g) + O2 (g)
•  Reage com o O3 da camada de ozônio:
•  Em nosso organismo, em pequenas quantidades, ajuda a dilatar os
vasos sanguíneos.
Dióxido de nitrogênio (NO2)
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•  é um gás castanho, sufocante e tóxico.
•  no estado gasoso está em equilíbrio com seu
dímero N2O4
incolor
marrom
Paramagnético
Diamagnético
Dióxido de nitrogênio (NO2)
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• é produzido pela oxidação de NO na presença de O2
•  no laboratório pode ser obtido pelo aquecimento de Pb(NO3)2
•  em água forma o ácido nítrico e o óxido de nitrogênio
3 NO2 (g) + H2O (l) ! 2 HNO3 (aq) + NO (g)
•  N2O4 é anidrido misto
N2O4 (g) + H2O (l) ! HNO3 (aq) + HNO2 (aq)
•  N2O4 e NO2 são agentes oxidantes fortes
Principais Compostos
Ácido Nítrico
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•  é um agente oxidante forte quando concentrado e a quente. O
nitrogênio tem número de oxidação +5.
•  industrialmente é produzido pelo processo de Ostwald
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•  o ânion nitrato está em ressonância
•  o HNO3 na presença de H2SO4 produz íon nitrônio (NO2+) que é
usado na nitração de compostos aromáticos
•  mistura de HCl c/ HNO3 forma-se a água régia (do latim:
capacidade de dissolver metais nobres como ouro e platina)
25%
75%
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Principais Compostos
Métodos de Obtenção
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Obtido a partir da Apatita (minérios de fosfato de cálcio)
a maior parte do fósforo é usado na fabricação de H3PO4
• é componente fundamental dos fertilizantes
• é importante na formação dos ácidos nucléicos (grupamento
fosfato) e dos ossos (Ca3(PO4)2) e dos fluidos biológicos (fosfatos).
• é empregado também na produção de P4S10 (fósforos de
segurança) e POCl3
Principais usos dos fosfatos
  70% fertilizantes (superfosfatos, superfosfato triplo, fosfato de
amônio)
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  13% detergentes ( fosfato de sódio e pirofosfato de sódio)
  8% rações animais
  3% indústria farmacêutica
  2% tratamento de água dura
  1% proteção de metais
  0,7% fabricação de organofosforados ( inseticidas)
  2,3% outros
Trióxido de fósforo
É dimérico e por isso é representado por P4O6 e não P2O3
É o anidrido do ácido fosforoso
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P4O6 (s) + 6 H2O (l) ! 4 H3PO3
(aq)
É um sólido
branco e mole (P.F. 24 oC) que queima ao ar e forma P4O10
Pentóxido de fósforo
É o óxido mais importante desse elemento
É um dímero de fórmula P4O10 e não P2O5
É o anidrido do ácido fosfórico.
P4O10 (s) + 6 H2O (l) ! 4 H3PO4
(aq)
É usado como agente secante
http://www.youtube.com/watch?
v=Oke8GinWDG8&feature=PlayList&p=12000EE9CF0D8808&index=26
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•  Suprimento de energia para células
ATP + H2O (l) ! ADP + HPO42- (aq) + H+ (aq)
!G = - 30 KJ.mol-1
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Métodos de Obtenção
•  Existem duas variedades alotrópicas de cada um
-  uma tetraédrica (As4 e Sb4 ) semelhante ao Pbranco
-  uma forma metálica muito menos reativa
• Existe na forma metálica (átomos grandes, ponto de ebulição baixo)
Empregado como liga em detectores de incêndio.
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Métodos de Obtenção
•  podem ser obtidos de seus minerais
•  ou como subprodutos do processamento de minerais de outros
metais:
As – subproduto da extração de minérios de Ni, Co e Fe
Sb - subproduto da extração de minérios de Zn
Bi - subproduto da extração de minérios de Pb (PbS)
São facilmente reduzidos por aquecimento com carvão
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A estabilidade dos pentahaletos dimuniu conforme desce no grupo
PF5
PCl5
PBr5
PI5
AsF5 (AsCl5) – reativo e instável
SbF5 SbCl5
BiF5 muito reativo – reage explosivamente com água
Formam menos óxidos que o nitrogênio e fósforo, provavelmente
devido a incapacidade de formar ligações duplas
As4O6 (III)
As4O10 (V)
Sb4O6 (III)
Bi2O3 (iônico)
(SbO2)n (III e V)
Sb4O10 (V)
Geralmente os estados de oxidação mais elevados são
mais ácidos
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Principais usos
• é utilizado c/o dopante em circuitos integrados e lasers
•  Apesar de ser venenoso é essencial para o crescimento das
galinhas, cabras, porcos
•  Em tecnologias de semicondutores para produzir detectores de
infravermelho e diodos emissores de luz
• O óxido é utilizado c/o retardante de chama
• Compostos de Bi(V) são bons ag. Oxidantes
• Medicina por exemplo o seu óxido é usado em pomadas contra
hemorróidas