18/01/2014
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri
Bacharelado em Ciência e Tecnologia
Diamantina - MG
Elementos do Bloco “p”
Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira
[email protected]
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Família do Boro
Características Gerais
-Configuração eletrônica da camada de valência:
ns2np1
-Número de oxidação máximo esperado: +3 .
-Os membros mais leves são encontrados na
natureza em combinação com o oxigênio, na
forma de óxidos.
Ex.:
Na2B4O5(OH)4.8H2O - Bórax
Al2O3.H2O - Bauxita
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-P.f.: não variam regularmente;
-Não podem ser comparados entre si com rigor pois o B apresenta estrutura
cristalina fora do comum (icosaedro – B12), isso leva a um p.f. muito
elevado;
-Al, In e Tl: apresentam estruturas metálicas de empacotamento compacto;
-Ga: tem uma estrutura pouco comum (romboédrico), o Ga líquido se
expande quando forma o sólido (o sólido é menos denso que o líquido):
ponto de fusão baixo.
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-Do árabe Burag, borax (Na2B4O5(OH)4.8H2O), é seu principal mineral.
-O B puro, atualmente, é obtido pela redução do BeO3 com Mg em pó.
-Apresenta-se na coloração negra ou marrom.
-É um micronutriente essencial aos animais e plantas.
-Utilizado principalmente na indústria de vidros, fertilizantes, semicondutores, retardante de chamas, antisépticos e abrasivos (nitreto de
boro)
Boro
-Não é encontrado livre na natureza, mas em
jazidas relacionadas a atividades vulcânicas,
combinado com oxigênio e sódio (Bórax).
Na2B4O5(OH)4.8H2O Bórax
Ponto de Fusão = 2079°C
Ponto de Ebulição = 2550 °C
Densidade = 2,37 g/cm3
-O boro é o único elemento da família 3A/grupo
13, que pode ser considerado não metálico.
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Exceção à Regra do Octeto
-Há 13 isótopos do boro
-B (Z = 5): 1s2 2s2 2p1
-Apenas 2 são estáveis:
-Forma 3 ligações covalentes com outros
elementos não metálicos.
B -10: 19,85% de abundância
B -11: 80,2% de abundância
-Isso resulta em uma camada de valência com
somente 6 elétrons para o Boro em seus
compostos (2 a menos que o octeto).
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-Os tri-haletos de boro (BF3, BCl3 e BBr3) são
ácidos de Lewis (possuem afinidade por elétrons).
-Compostos de Boro são bastante reativos.
-Boranos são compostos contendo B e H.
BH3, B2H6
-O átomo de Boro pode acomodar um quarto par de
elétrons, mas somente quando esse par é fornecido
por um outro átomo (ÁCIDO DE LEWIS).
-Moléculas ou íons com pares isolados de elétrons
podem cumprir esse papel (BASE DE LEWIS).
-BF3: CL = 1,30 Å (menor que a soma dos raios
covalentes: B = 0,80 Å , F =0,72 Å).
-Um resfriamento rápido do B2O3 fundido conduz à
formação de vidros de borossilicatos (Pirex) que
possui baixa dilatação térmica e não quebra
quando aquecido.
Ex: utensílios de cozinha e laboratório
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-O composto de boro de maior importância econômica é
o bórax (empregado na fabricação de fibras de vidro).
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Aplicações
-O boro é usado em reatores nucleares com a função de
materiais de controle, sendo usado para controlar e até
mesmo finalizar a reação de fissão nuclear em cadeia,
pois o boro é um bom absorvente de nêutrons.
-Fibras de boro são usadas em aplicações mecânicas
especiais, como no âmbito aeroespacial. Alcançam
resistências mecânicas de até 3600 MPa.
-O boro é usado em fogos de artifício devido a
coloração verde que produz.
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-Do latim Alume, derivado do mineral
Alumen, conhecido dos antigos
Gregos e Romanos que o usavam em
medicina.
-É o mais abundante dos metais na
Terra (8,2%)
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Alumínio
-Tem 23 isótopos.
-Apenas 1 é estável: Al – 27
-Os demais são radioativos e possuem tempo de
meia-vida da ordem de nanosegundos.
-Al puro, metálico, não é encontrado na natureza.
-É encontrado combinado principalmente com o
oxigênio formando o óxido de alumínio (Al 2O3) –
Bauxita
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Processo de
Produção
Obtenção
-Hidrometalurgia do Alumínio: Processo de
Bayer
-O minério triturado é dissolvido em NaOH 30%
(em massa) a 150 - 230°C e alta pressão (30 atm
para impedir a ebulição).
-A solução de aluminato é separada através da
redução do pH.
-A solução de aluminato é calcinada e reduzida
para produzir o metal.
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
A partir da alumina (Al2O3) ocorre o
processo de obtenção do alumínio metálico.

Esse processo ocorre com a fundição da
alumina com a criolita (Na3AlF6) a 1000 °C.

A criolita é adicionada na mistura para abaixar
o ponto de fusão.
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
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A mistura obtida é colocada numa cuba
eletrolítica e sofre uma reação de eletrólise
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
A bauxita contém de 35% a 55% de óxido
de alumínio, este mineral é extraído da
natureza e através dele se obtém a
Alumina.

Em termos de rendimento:
4 a 5 toneladas de bauxita são
necessárias para a produção de 2
toneladas de alumina que, por sua vez
gera 1 tonelada de alumínio.
Vídeo
Como se produz o alumínio ?
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Eletrometalurgia do Alumínio
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Corrosão
-Al em contato com a umidade e o ar, reage
rapidamente com o oxigênio formando a uma
fina camada de óxido que o protege de ataques
do meio ambiente.
-Forma-se uma camada-barreira que protege o
alumínio da corrosão.
4 Al + 3 O2 → 2 Al2O3
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-O metal alumínio é moderadamente mole e fraco
quando puro, mas torna-se consideravelmente
mais resistente quando combinado em ligas com
outros metais.
Reações com Ácidos e Alcalis
-Sua principal vantagem é seu baixo peso
(densidade baixa, de 2,73 g.cm-3).
Reações com Oxigênio
-Algumas ligas são utilizadas para finalidades
específicas: duralumínio, que contém cerca de 4%
de Cu, e diversos "bronzes de alumínio" (ligas e
Cu e Al com outros metais, como Ni, Sn e Zn).
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-São muitos os usos do alumínio e de suas
ligas:
•A maior parte da produção mundial vai para as a-se às
indústrias aeronáutica e automobilística.
•Fabricação do arame.
•Bom condutor de calor, o Al não tem gosto nem cheiro:
usado em utensílios de cozinha.
•Características de leveza (densidade cerca de 1/3 da do
aço).
•Resistência mecânica (a resistência específica é o dobro
ou o triplo da dos aços).
•Resistência à corrosão, ainda melhorada por
tratamentos de superfície.
Aplicações
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Curiosidades
-Uma latinha de alumínio pesa cerca de 14,5 g.
-67 latinhas de alumínio correspondem a 1 kg.
-Cada 1.000 kg de alumínio reciclado corresponde a
5 mil kg de minério bruto (bauxita) poupados.
-O Brasil possui uma das 3 maiores reservas de
bauxita do mundo.
-Para reciclar o alumínio são gastos 5% da energia
utilizada na extração.
-Todo o processo de reciclagem do Al no Brasil
envolve mais de 2 mil empresas.
-Uma lata de Al demora mais de 100 anos para se
decompor na natureza.
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-O nome Galio é derivado de Gallia, o
nome latino para a França.
-Suas propriedades foram previstas
por Mendeleev que o chamou de
Ekaalumínio.
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Aplicações
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-Traços de Ga são encontrados na bauxita, sendo a
relação de Ga para Al de cerca de 1/5.000.
-Pequenas quantidades de Ga são empregadas para
"dopar" cristais na fabricação de transistores.
-A fabricação de semicondutores requer Ga de
extrema pureza.
-Durante o processo Bayer de purificação de
alumina, a concentração de Ga na solução alcalina
gradualmente aumenta para cerca de 1/250.
-O Ga é obtido pela eletrólise dessa solução.
-Ga é também usado em outros dispositivos
semicondutores. O arseneto de gálio, GaAs, é
isoeletrônico com o Ge, e é usado em diodos
emissores de luz (LEDs=light emiting diodes) e
diodos de laser.
-O Ga é recuperado da poeira da exaustão, sendo
obtido pela eletrólise de soluções aquosas de seus
sais.
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Índio
-O índio é utilizado em soldas de baixo ponto de
fusão (usadas comumente na solda de "chips" de
semicondutores) e em outras ligas de baixo ponto
de fusão.
-Nome derivado de ìndigo (azul) que é a
cor de uma linha brilhante em seu
espectro.
-Atualmente é um subproduto da
mineração e refino de Zn.
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Aplicações
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-O nome deriva do Grego Thallos, que significa
ramo verde, devido a presença de uma linha
verde no seu espectro.
-É recuperado da mineração de Zn, Pb e Cu.
Aplicações
Família do Carbono
C, Si, Ge, Sn, Pb
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-O nome deriva do Latim Carbo que
significa carvão.
-Conhecido desde os tempos préhistóricos.
-Pode ser facilmente obtido pela
calcinação da madeira ou açúcar em
condições de pouco ar.
-Um homem de peso médio contém 16
Kg de carbono.
I. Elementos do Grupo 14
II. Diferentes formas do carbono (alotropia)
III. Si, Ge, Sn e Pb
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Alotropia do Carbono
-As variedades alotrópicas podem diferir entre si
devido ao:
→ número de átomos que forma cada molécula, ou
seja, sua atomicidade
→ arranjo dos átomos no retículo cristalino
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-O C, forma as substâncias grafite e diamante de
forma natural e os fulerenos de forma artificial.
-O grafite é um sólido escuro e pouco duro,
apresenta massa específica de 2,22g/cm³.
-Microscopicamente, é um sólido constituído pela
união de grande quantidade de átomos de C, cada
um deles com geometria molecular trigonal plana.
-O diamante é um sólido transparente e muito duro,
apresenta massa específica de 3,51g/cm³. É a
substância natural mais dura de que se tem
conhecimento. Sua dureza é atribuída ao modo
como os vários tetraedros de carbono se
apresentam ligados.
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Alotropia (do grego allos, outro, e tropos, maneira)
foi um nome criado por Jöns Jacob Berzelius e que
hoje designa o fenômeno em que um mesmo
elemento químico pode originar substâncias
simples diferentes. As substâncias simples distintas
são conhecidas como alótropos.
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-Grafite (Cn):
-As pontas dos lápis (chamadas grafite), são
formadas de grafite misturada com argila.
-Diamante (Cn): utilizado para cortar o vidro e para
fazer brocas. Quando um diamante é lapidado, ele
passa a ser denominado brilhante, utilizado como
jóia.
-Também é usada em eletrodos, nos fornos
elétricos, como lubrificante em engrenagens e em
pinturas industriais.
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-Fulerenos (C60): poderão ser usados em baterias,
combustíveis, componentes para computador,
propulsão de foguetes, terapia do câncer e
também como excelentes lubrificantes.
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-Nanotubo de Carbono
-São alótropos do C com uma
nanoestrutura cilíndrica.
-Possuem propriedades incomum e
que são de altíssimo valor no campo
da nanotecnologia, eletrônica, óptica e outros
campos tecnológicos da ciência dos materiais.
-Devido as suas extraordinárias propriedades de
condução térmica, mecânica e elétrica, os
nanotubos de C podem ter aplicações que
possibilitem inúmeras melhorias nas estruturas
dos materiais.
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-Nanotubos são membros da família-estrutura do
fulereno, que também inclui o esférico buckyballs.
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Aplicações
-Seu nome deriva do seu formato: uma estrutura oca
com paredes formadas por um átomo de espessura
da folha de carbono, chamados grafeno
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-Derivado do Latin Silex, Silicus que
significa pedemeira, pedra usada
para acender fogo.
-É obtido pelo aquecimento da sílica
com carbono em forno elétrico.
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Aplicações
-Derivado de Germania, o nome Latino
da Alemanha.
-Foi previsto por Mendeleev, o qual o
chamou de Ekasilício.
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Aplicações
-Do Latim Stannum relacionado com a palavra
Stagnum devido a facilidade com que funde.
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-É conhecido desde a antiguidade como elemento
constituinte do bronze e o obtinham pela redução
de seu dióxido, cassiterita com carvão (que é um
processo similar ao empregado hoje)
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Aplicações
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-Do Latim Plumbum que significa
Chumbo.
-É conhecido desde os primórdios da
civilização.
-Seus sais são muito tóxicos.
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Aplicações
Referências Bibliográficas
-SHRIVER, D.F.; ATKINS, P.W. Química Inorgânica.
4ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2011.
-LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5.ed.
São Paulo: Edgard Blucher, 1999.
-ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de Química. 3ª
ed. Porto Alegre: Bookman, 2007.
-ALVES, P.A. Guia dos elementos químicos.
Publicação Quilab Produtos de Química Fina. 2008.
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http://www.mmm.org.br/index.php?p=8&c=728&pa=pf&pf=511
Algumas figuras foram retiradas do www.google.com.br/imagens
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