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GRUPO 13
Ga
CQ133
FSN
GRUPO 13
boro, alumínio, gálio, índio e tálio.
PROPRIEDADES GERAIS
Boro é um semi-metal
Os outros membros são metálicos e o caráter metálico aumenta no
grupo.
A configuração eletrônica dos membros do grupo é:[gás nobre]ns2np1 e
os estados de oxidação comuns no grupo são 0 e 3+.
Existe uma tendência crescente de estabilização do estado de oxidação
1+ ao longo dos elementos do grupo. In+ e Tl+ são muito comuns.
GRUPO 13
PROPRIEDADES GERAIS (Continuação)
O boro (semi-metal) comporta-se muito mais como o silício do que o
como o alumínio.
Assim como no grupo 1, os raios atômicos e as densidades aumentam
no grupo.
Os pontos de fusão dos elementos tendem a diminuir no grupo.
GRUPO 13
boro, alumínio, gálio, índio e tálio.
OCORRÊNCIA
B: Bórax (Na2B4O5(OH)4∙8H2O) e Kernita, (Na2B4O5(OH)4∙2H2O) são os
principais minérios.
Al: Bauxita, AlO(OH) = mistura de Al2O3 com vários graus de hidratação
Ga, In e Tl: Predominam os sulfetos, em quantidade traço junto com
minérios de Al, Zn, Ge e Pb.
GRUPO 13
Boratos
Metaborato em
cadeia
Metaborato
cíclico
Metaborato
Bórax,
Na2[B4O5(OH)4]·8H2O
Boratos
Na2B4O5(OH)4∙8H2O + 2HCl(aq) → 4B(OH)3(aq) + 5H2O + 2NaCl(aq)
bórax ácido bórico
2B(OH)3(s) + calor → B2O3(s) + 3H2O(g)
B2O3(s) + 3Mg (ou Na) → 2B(s) + 3MgO(s)
amorfo, baixa pureza
filamento de W ou Ta ao rubro
BCl3(g) + 3H2(g) → 2B(s) + 6HCl(g)
2BI3(g) → 2B(s) +3I2(g)
B2H6(g) → 2B(s) + 3H2(g)
cristalino, alta pureza
Obtenção de boro
Boro
Icosaedro (B12)
BORO
Usado na fabricação de aços resistentes ou carbetos de boro para
reatores nucleares. Carbetos de boro, também, são bons abrasivos;
o bórax (Na2B4O5(OH)4∙8H2O), o ácido ortobórico (H3BO3) são usados na
produção de fibra de vidro;
o bórax também é usado como retardante de chama para tecidos e
madeira e na fabricação de esmaltes cerâmicos;
B2O3 (conhecido como sesquióxido de boro) é usado na fabricação de
vidros do tipo borossilicato, resistentes ao calor
(por exemplo, Pyrex contém 14% de B2O3).
ALUMÍNIO
2o metal mais produzido depois do ferro
39.7 bilhões de toneladas/ano
baixa densidade, maleável,
resistente à corrosão, bom condutor de eletricidade
e facilmente reciclado com baixo uso de energia (5% da necessária
para sua produção)
Forma ligas metálicas com Cu, Zn, Mg, Mn, Si;
Ex. Duralumínio: (94%Al, Cu, Mg e Mn)
ALUMÍNIO
metal estrutural em aviões, navios, automóveis e trocadores de
calor;
na construção civil (portas, janelas, divisórias);
embalagens para bebidas, tubos para creme dental, papel alumínio;
fabricação de utensílios de cozinha;
fabricação de cabos elétricos;
Al(OH)3 é muito usado como antiácido, Al2(SO4)3 é usado no
tratamento de água potável.
ALUMÍNIO
Produção envolve quatro etapas:
A) Extração do minério (bauxita, AlO(OH)) (mistura de gibsita,
boehmita e diaspore)
B) Purificação da bauxita para produzir alumina (Al2O3)
C) Preparação de criolita (Na3AlF6)
D) redução eletrolítica da alumina
Principais impurezas da bauxita
Fe2O3 (3 a 25%)
SiO2 (1 a 7%)
TiO2 (2 a 3%)
GÁLIO e ÍNDIO
Gálio e índio são usados para dopar cristais para fabricação de
transistores. o gálio de altíssima pureza é usado em semicondutores;
GaAs é usado em diodos emissores de luz (LEDs = light emitting
diodes);
índio é muito macio e usado como anel de vedação metálico em
juntas metálicas de alto-vácuo;
índio é usado em ligas de baixo ponto de fusão.
Al Al2O3
bauxita
Produção de Alumínio
Refino da bauxita (Processo Bayer) e
Produção de Alumínio (Processo Hall-Héroult)
AlO(OH)(s) + NaOH(aq) + H2O(l) → NaAl(OH)4(aq) SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3(aq) + H2O(l) Al(OH)4
-(aq) + CO2(g) Al(OH)3(s) + HCO3-(aq)
Al(OH)3(s) + calor → Al2O3(s) + H2O(g) Al(OH)3(s) + 6HF(g) → [AlF6]
3-(aq) + 3H3O+(aq)
[AlF6]
3-(aq) + 3H3O+(aq) + 3NaOH(aq) + calor → Na3AlF6(s) + 6H2O(g)
criolita Eletrólise ígnea Criolita + Al2O3 (2-5%) + AlF3 → Al(l)
AlO(OH)
Al3+ + 3e- → Al(l)
2O2- + C(s) → CO2(g) + 4e-
O Processo Hall-Heroult
1886 –Charles Hall (EUA) e Paul Heroult (França)
10 a 13 kWh / kg de Al
400 células de 8x4x1m
300.000 ton Al / ano
Grupo 13 - Propriedades
Raio
atômico
Å
Raio
iônico,
M3+, Å
P.F.
oC
B 0,89 0,27 2180
Al 1,43 0,54 660
Ga 1,23 0,62 30
In 1,67 0,80 157
Tl 1,70 0,89 303
P.E.
oC
3650
2467
2403
2080
1457
BORO
Icosaedro (B12) vários unidades B12 ligadas através
de ligações covalentes B-B →Arranjo
cristalino: a-romboédrico
ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
Empacotamento hexagonal
é mais eficiente
ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS HEXAGONAL
equivale à uma
estrutura cúbica
de face centrada
ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS CÚBICO
equivale à uma
estrutura cúbica
de face centrada
ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS CÚBICO
equivale à uma
estrutura cúbica
de face centrada
ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
Grupo 13 - Propriedades
M3+/ M
Volts
M+ / M
Volts
B -0,87 -
Al -1,66 +0,55
Ga -0,56 -0,79
In -0,34 -0,18
Tl +1,26 -0,34
Potenciais Padrão de Redução, Eo
2Al(s) + 3/2O2(g) Al2O3(s)
Reação Termita
Cr2O3(s) + 2Al(s) 2Cr(s) + Al2O3(s)
Alumina
Rubi, contém Cr3+ Safira, contém
Fe3+ e Ti4+
Topaz, contém
Fe3+
Grupo 13 – Propriedades ácido-base
Óxidos e hidróxidos
B2O3(s) + 3H2O(l) 2H3BO3(aq)
Tl2O3(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2O(l)
TlOH(aq) Tl+(aq) + OH-(aq)
Al2O3(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2O(l)
Al2O3(s) + 2OH-(aq) + 3H2O(l) 2Al(OH)4-(aq)
Al(OH)3(s) + 3H+(aq) Al3+(aq) + 3H2O(l)
Al(OH)3(s) + OH-(aq) Al(OH)4-(aq)
2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g)
2Al(s) + 6H2O(l) + 2OH-(aq) 2Al(OH)4-(aq) + 3H2(g)
Haletos de boro
Haletos de alumínio
Al2Cl6
B2H6 B4H10 B3H8
B5H9 B5H11 B10H10
2-
Boranos
Boranos
[B6H6]2- [B5H9] [B4H10]
remoção
de vértice remoção
de vértice
Diborano
B B
H
H
H
Ligação 3c-2e
Boro versus Carbono
nitreto de boro grafite
Boro versus Carbono
APLICAÇÕES
Aço
Lã de vidro Fibra de
vidro
APLICAÇÕES
APLICAÇÕES
Ga e In
fabricação de transistores
e semicondudores
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