BC

-130

2 –

Quí

mic

a do

s el

emen

tos

GRUPO 13 Aula 06

1

BC

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2 –

Quí

mic

a do

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tos

Bórax, Na2B4O5(OH)4.8H2O Ou Quernita Na2B4O5(OH)4.2H2O

Bauxita: (mistura complexa de hidróxido de alumínio hidratado e óxido de alumínio)

Gálio, Tálio e Índio

Alumínio Criolita: Na3AlF6 Boro

Contaminantes nos Sulfetos de Zn e de Pb

40-60% Al2O3, 12-30% H2O, 1-15% SiO2, 7-30% Fe2O3, 3-4% TiO2, outros 0,05-0,2%

Ocorrência na natureza

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tos

)()()()(32

32][

25

323

O.8H(OH)OBNa 442

ssss

H

MgOBMgOB

OB

+→+

→∆

+

- Redução de haletos

)(2)() (

)(2)(3

)()() (

)(2)(3

Br 3 232

6232

gsTaouWrubrofilamento

gs

gsTaouWrubrofilamento

gs

BHBBr

HClBHBCl

+ →+

+ →+

- Conversão do Bórax

B12

o processo de purificação do BI3 é muito caro

Métodos de obtenção

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tos

Propriedades químicas

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tos

Boro: não metal, sempre forma ligações covalentes

- normalmente forma três ligações covalentes com ângulos de 120o entre si utilizando orbitais híbridos sp2

[He]2s22p1

- todos compostos BX3 são deficientes em elétrons, portanto podem receber mais um par de um outro átomo

Híbrido sp2

2s 2p

Ácidos de Lewis

Propriedades gerais do Boro

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tos Forma óxidos ácidos. O principal é o B2O3.

- funde a 450 oC e é empregado como efluente para limpeza de metais - usado na produção de vidros de Borosilicato

Vidros comuns: 12% de Na2O, 2% CaO e 86% SiO2

Vidros borosilicatos: 4,5% de Na2O, 2% CaO, 12,5% B2O3 e 81% SiO2

Não se expandem muito quando aquecidos, resistentes a aquecimento e

resfriamento rápidos

Principais compostos

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tos

Tipo Bn Hn+4 Tipo BnHn+6

B2H6 - diborano B4H10 – tetraborano

B5H9 – petaborano-9

B5H11 – pentaborano-11

B10H14 – decaborano-14

B10H16 – decaborano-16

No diborano ⇒ 12 elétrons de valência ⇒ 3 de cada B e 1 de cada H

B

H

B

H

H

H

H

H

átomos de Hligados em ponte

Boranos, Boro-hidretos e Boretos O boro forma uma série de compostos binários com o hidrogênio (boranos), que incluem, por ex., o diborano e o decaborano, e são até certo ponto análogos aos hidrocarbonetos. Nos boranos, não existe elétrons suficiente para formar todas as ligações covalentes esperadas (compostos elétrons-deficientes)

Principais compostos - Boro

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tos

B5H9 B5H11

Boranos, Boro-hidretos e Boretos

BH

H

H

H

BH

H

2e- spread over 3 orbitals

sp3

Principais compostos - Boro

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tos - Em versões aniônicas desses compostos (BH4

-), temos por exemplo o boro-hidreto de sódio: NaBH4

B2H6 (s) + 6 H2O (l) → 2 B(OH)3 (aq) + 6 H2 (g)

- Reagem com água (imediatamente) liberando H2.

- Quando aquecido, liberam H2.

B2H6 (s) → 2 B (s) + 3 H2 (g)

Boranos, Boro-hidretos e Boretos

Principais compostos - Boro

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tos - Em versões aniônicas desses compostos (BH4

-), temos por exemplo o boro-hidreto de sódio: NaBH4

B2H6 (s) + 6 H2O (l) → 2 B(OH)3 (aq) + 6 H2 (g)

- Reagem com água (imediatamente) liberando H2.

- Quando aquecido, liberam H2.

B2H6 (s) → 2 B (s) + 3 H2 (g)

Boranos, Boro-hidretos e Boretos

Principais compostos - Boro

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tos

Em presença de bases de Lewis macias e volumosas → clivagem simétrica dos diboranos

Em presença de bases de Lewis duras e compactas → clivagem assimétrica dos diboranos

Ácido de lewis – receptor de par de elétrons

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Principais compostos - Boro

OH

HOB

OH

H3BO3: é um sólido branco que funde-se a 171 oC. É tóxico para bactérias e insetos e é empregado na fabricação de anti-sépticos suaves.

Tetraédrica

- O ácido bórico se comporta como um ácido de Lewis, aceitando um par de elétrons da molécula de água.

Trigonal plana

(OH)3B (aq) + H2O(l) B(OH)4-(aq) + H3O+

(aq)

pka = 9,14

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Principais compostos - Boro

B B

O O

O O

OH

OH

HO

HO

2- ÍON PEROXOBORATO

BN: possui estrutura parecida com a grafita. É branco e conduz eletricidade. A altas temperaturas converte-se em uma estrutura muito dura, parecida com diamante cristalino

)(2)()(3)( 3 222 gsgs HBNNHB +→+

Peroxoborato de sódio

é usado como branqueador em sabões em pó

é ativo em temperaturas superiores a 50 °C e é compatível com enzimas

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Principais compostos - Boro

Aumentar a capacidade de têmpera do aço

ácido bórico ou bórax misturado com NaOH (polibor ou timbor) – proteção de madeira contra insetos e maior resistência ao fogo

perboratos – alvejantes

borosilicatos – vidro Pyrex

B2O3 – fundente de soldas

borato de cálcio – fibra de vidro

antisépito-suave (ácido bórico)

Composição: Amido de mandioca, estearato de zinco, carbonato de magnésio, ácido bórico, fenolsulfonato de zinco, aerosil, ácido benzóico, ácido undecilênico e fragrância.

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Métodos de obtenção

15

- A partir da bauxita (mistura complexa de hidróxido de alumínio hidratado e óxido de alumínio)

)(32)(62)(4

)(2)()(32)(2)(32

)()( 2

H 5 4

saqaq

laqsss

OFeOHSiNaOHNaAl

ONaOHOFeSiOOAl

++

→++++

O ferro é um contaminante da bauxita (cor vermelha). O aluminato de sódio formado no tratamento é solúvel e o hidróxido férrico (contaminante) é insolúvel, separando-se o Fe.

Na segunda etapa, é borbulhado dióxido de carbono:

)(3)(3)(2)(4 )( )( saqgaq OHAlNaHCOCOOHNaAl +→+

O hidróxido de alumínio é então desidratado, regenerando a alumina pura:

)(2)(32)(3 3H )( 2 gss OOAlOHAl +→∆

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Métodos de obtenção

O óxido de alumínio é fundido, juntamente com criolita ( Na3AlF6) que abaixa seu ponto de fusão de 2050 oC para 950 oC, e sofre eletrólise:

Catodo: Al3+ (fund) + 3 e- → Al (l)

Anodo: 2 O2- (fund) + C (s) → CO2 (g) + 4 e-

Global: 4 Al3+ (fund) + 6 O2-

(fund) + 3 C (s) → 4 Al (l) + 3 CO2(g)

Processo Hall

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tos

Propriedades químicas

BC

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tos

No complexo hidratado, as ligações Alumínio-Oxigênio são muito

fortes, enfraquecendo as ligações O-H e favorecendo a

dissociação, dando propriedades ácidas ao íon Al(H2O)63+:

Al2O3, alumina: é anfotera e reage com bases e com ácidos

)(4)(2)()(32 )( 2H 3 2 aqlaqs OHNaAlONaOHOAl →++

)(3

62)(2)(3)(32 )( 23H6 aqlaqs OHAlOHOOAl ++ →++

H2O

O H H

M

OH2

OH2 OH2

H2O

H2O

3+ OH

M

OH2

OH2

OH2

H2O 2+

Principais compostos - Alumínio

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tos

- Al2O3, alumina: reage com ácido sulfúrico originando o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3, que é empregado por indústrias de papel para coagular celulose em superfícies duras e não absorventes.

)(2)(342)(42)(32 3)( SO 3 laqaqs OHSOAlHOAl +→+

- Al2(SO4)3: empregado, juntamente com o aluminato de sódio em tratamentos de água como agentes coagulantes:

)(42)(3)(342)(4 3)(8 )(SOl)(6 aqsaqaq SONaOHAlAOHNaAl +→+

Principais compostos - Alumínio

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tos

- Al2O3, alumina: formas cristalinas preciosas obtidas pela substituição de Al3+ por outros metais

Rubi (Cr3+) Safira (Fe3+, Ti4+) Topázio (Fe3+)

Principais compostos - Alumínio

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tos

Principais compostos - Alumínio

AlCl3: Os trihaletos de Al formam estruturas binucleares

Al

Cl

Al

Cl

Cl

ClCl

Cl

Cloreto de alumínioAl2Cl6

Neste composto, o átomo de alumínio de cada fragmento atua como ácido de Lewis, aceitando um par de elétrons de um átomo de

cloro de outro fragmento (que atua como base de Lewis).

O cloreto de alumínio é muito empregado como catalisador (catalisador de Friedel-Crafts) em indústrias.

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tos O Ga ocorre c/o impureza na bauxita e é obtido como subproduto

da produção de Al.

O In é obtido c/o subproduto da obtenção do Pb e Zn

Como são encontrados em quantidades mínimas na natureza, são produzidos por eletrólise de seus sais em solução aquosa.

O estado de oxidação +1 torna-se progressivamente mais estável do alumínio ao tálio

Efeito do par inerte

Ocorrência

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tos

- componente de ligas de baixo ponto de fusão

- tela de televisão

Y3(Al,Ga)5O12:Ce, verde (520 nm)

Y3(Al,Ga)5O12:Tb, amarelo-esverdeado (544 nm)

- uma camada de gálio aplicada ao vidro ou porcelana forma espelho com alto índice de reflexão.

Aplicações - Gálio

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Aplicações - Gálio

componente de LED's (diodo emissor de luz)

Lasers de diodo

Ex: (AlxGa(1-x)As).

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tos

Aplicações - Gálio

semicondutores produção de transistores

GaAs

Componente de circuitos integrados

Microchip com circuito integrado

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Aplicações - Índio

Na fabricação de espelhos mais resistentes à corrosão que os de prata

Em sistemas de solda

Em fotocondutores

Em transistores

Ligas metálicas de baixo ponto de fusão

Curiosidade:

Até 1924, o suprimento mundial do índio puro era aproximadamente de uma grama (1g).

A produção mundial, atualmente, é de 112,40 t/ano

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tos

Aplicações - Tálio

o tálio ocorre associado a minerais de potássio.

usado comercialmente em inseticidas e venenos para

roedores.

Também se utiliza tálio como aditivo de vidros especiais,

usados no encapsulamento de semicondutores,

condensadores e outros dispositivos eletrônicos, para os

proteger da oxidação atmosférica e da umidade.