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GRUPO 13

Ga

CQ222

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 (Na2B4O7∙10H2O) e Kernita, (Na2B4O7∙4H2O) 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

Na2B4O7 · 10H2O(s) + 2HCl(aq) → 4B(OH)3(aq) + 5H2O + 2NaCl(aq)

bórax ácido bórico

2B(OH)3(s) + calor → B2O3(s) + 3H2O(g)

B2O3(s) + 3Mg(l) (ou Na) → 2B(s) + 3MgO(s)

amorfo, baixa pureza

(filamento de W ou Ta ao rubro)

BCl3(g) + 3H2(g) + calor → 2B(s) + 6HCl(g)

2BI3(g) + calor → 2B(s) +3I2(g)

B2H6(g) + calor → 2B(s) + 3H2(g)

cristalino, alta pureza

Obtenção de boro

Boro

Icosaedro (B12)

BORO e COMPOSTOS

Boro é usado na fabricação de aços resistentes e em reatores

nucleares para absorção de neutrons. Carbetos de boro (B12C3) são bons

abrasivos e também usados na preparação de coletes à prova de balas;

Boro (na forma de ácido bórico e bórax) é um micronutriente essencial

para plantas.

o bórax (Na2B4O7.10H2O), o ácido ortobórico (H3BO3) são usados na

produção de fibra de vidro;

o bórax também é usado como retardante de chama para tecidos,

conservantes de 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)

É um elemento altamente tóxico

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.

GÁLIO e ÍNDIO

Gálio e índio são usados para dopar cristais na 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.

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%)

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)

O2- + C(s) → CO(g) + 2e-

O Processo Hall-Heroult

1886 –Charles Hall (EUA) e Paul Heroult (França)

16 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

ESTRUTURA DOS ELEMENTOS METÁLICOS

Os elementos com estruturas mais complexas em branco na tabela

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

613 kJ/mol versus

485 kJ/mol para C-F

BF3(g) + ꞉NH3(g) → F3B꞉NH3(s)

Demonstra a acidez de Lewis do BF3

Haletos de alumínio

Al2X6, X = Br ou I

Al2Br6 PF = 98 oC covalente

Al2I6 PF = 190 oC covalente

AlF3 PF = 1280 oC iônico

AlCl3 sublima a 180 oC

AlCl3 iônico no estado sólido

Al2Cl6 no estado líquido

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

Diborano. Síntese e reações

2 BF3(g) + 6NaH(s) → B2H6(g) + 6NaF(s)

B2H6(g) + 3O2(g) → B2O3(s) + 3H2O(g)

B2H6(g) + 6H2O(l) → 2H3BO3(s) + 3H2(g)

2B2H6(g) + alta pressão → B4H10(g) + H2(g)

B2H6(g) + 2B4H10(g) → 2B5H11(g) + 2H2(g)

B2H6(g) + 6CH2=CHCH3(g) → 2B(CH2CH2CH3)3(l)

B2H6(g) + 2NaH(s) → 2NaBH4(s)

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