aula 6 - halogenios carbono

7/14/2019 Aula 6 - Halogenios Carbono

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QFL 2129 Qumica Inorgnica 2013

Aula 6

No-Metais:

Halognios

A Qumica do Carbono

Ana Maria da Costa Ferreira

9

F

17

Cl

35

Br53

I

85

At

grupo 17

Raio covalente, pm

6

C

14

Si32

Ge

50

Sn

82

Pb

grupo 14


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Importncia dos Halognios

Nos ltimos 30 anos observou-se um perodode expanso significativa no campo dedesenvolvimento e pesquisa deagroqumicos, especialmente no uso decompostos halogenados.

A introduo de halognios como ingredientesativos constituiu um conceito importante para aobteno de um agroqumico moderno comeficcia otimizada, maior segurana ambiental,uso responsvel e viabilidade econmica.

Do ponto de vista industrial:

Pesticida -uma substncia capaz de matar, repelir ou controlar qualquerorganismo que possa serdesignado como uma peste, incluindo mato, insetos, caramujos, roedores, fungos e bactrias.

Toxicidademedida da habilidade de um pesticida em causar efeitos agudos, tardios ou alrgicos emum organismo vivo.

Pest Manag Sci 2010, 66: 1027

1940-40 1950-59 1960-69 1970-79 1980-89 1990-99 2000-08

0

20

40

60

80

No.

de

produtoshalogenados

anos

F

Cl

F, Cl, Br


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Flupropanate = 2,2,3,3-tetrafluoropropionic acid

herbicidas halogenados alifticos

Chloropon = 2,2,3-trichloropropionic acid

methyl iodide and methyl bromide

sulfluramid

inseticidas halogenadospara-dichlorobenzene

http://www.alanwood.net/pesticides/index.html


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Triflumizole = (E)-4-chloro-,,-trifluoro-N-(1-imidazol-1-yl-2-propoxyethylidene)-o-toluidine

fungicidas

dichlorophen = 4,4-dichloro-2,2-methylenediphenol

bactericidas


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Graphene is the basic buildingblock for other carbon allotropes

Focusing on Energy and OptoelectronicApplications: A Journey for Grapheneand Graphene Oxide at Large Scale

ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH

2012, 45, 598607
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229qhttp://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ar200229q


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Contedo

1. Descrio e Importncia dos Halognios

2. Mtodos de Obteno

3. Molculas diatmicas. Propriedades

4. Potenciais redox e poder oxidante dos halognios.5. Diagramas de Frost e Diagramas de Latimer.

6. Reatividade dos cidos binrios e dos halognios frente gua.


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Fluor Cloro Bromo Iodo

Apresentam-se como molculas diatmicas coloridas, nas condies normais

de presso e temperatura. So muito reativos.

Fluor, cloro e bromo so preparados pela oxidao eletroqumica dos respectivossais de haletos (KF, NaCl, NaBr). O cloro usado para oxidar brometo e iodetoao di-halognio correspondente.

HALOGNIOS

Cl2(g) + 2 Br-(aq) 2 Cl-(aq) + Br2(l)

Cl2(g) + 2 I-(aq) 2 Cl-(aq) + I2(s)


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O flor um gs amarelo plido que reage com a maioria dasmolculas orgnicas e inorgnicas, e com os gases nobres criptnio(Kr), xennio (Xe) e radnio (Rn). de difcil manuseio, uma vez quereage com a maioria dos materiais. Pode ser armazenado em ao ou

monel (liga de Ni e Cu). Estas ligas, em contato com o gs fluor formamum filme superficial de fluoreto metlico passivante.

O cloro um gs verde-amarelado txico, bastante reativo. Suaprincipal fonte na natureza so depsitos de sal gema. extrado da

gua do mar, tambm como NaCl.

O bromo o nico elemento no-metlico lquido, apresentandocolorao vermelha escura, e sendo voltil e txico. Tambm extrado da gua do mar, na forma de brometos.

O iodo um slido cinza violceo, que sublima como vapor violeta.Essa mesma cor persiste quando iodo dissolvido em solventesapolares, como CCl4 ou CH3Cl. Em gua forma soluo castanha,devido presena de ons poli-iodetos, como I3-. encontrado como

iodato (NaIO3 ou KIO3), em depsitos de nitratos de metais alcalinos.


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Halognios reagem facilmente com metais alcalinos para formarcompostos inicos:


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O fluor encontrado na natureza como fluoreto de clcio, que tendo baixasolubilidade aparece em depsitos sedimentares, como fluorita, CaF2, afluorapatita, Ca5(PO4)3F e a criolita, Na3AlF6.

Obteno:

criolita

fluoritafluorapatita
http://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Fluoritahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Apatitahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Criolitahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Criolitahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Fluoritahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Apatitahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Apatitahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Fluoritahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Criolitahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Criolitahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Apatitahttp://www.jornallivre.com.br/artigo/?p=Fluorita


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obtido pela eletrlise de uma misturade KF dissolvido em HF, onde ocorre aoxidao de fluoretos, no nodo:

2F-(aq) F2(g) + 2e-

simultaneamente reduo do H+ ahidrognio, no ctodo:

2H+(aq) + 2e- H2 (g)

Obteno:

F configurao eletrnica: [He] 2s2 2p5com mais um eltron, completa a camada


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Obteno:

O cloro comercial obtido pela eletrlise de uma salmoura ou soluo de cloretode sdio (NaCl) numa clula conhecida como c lo ro -lc al is

Catodo (-)Anodo (+)

Membranatrocadorade ction

Na+

Entrada de salmoura

Salmoura consumida

NaOH diludo

35% NaOH aq

H2Cl2

Anodo:2Cl-(aq) Cl2(g) + 2e

-

Catodo:

2 H2O(l) + 2 e-

2 OH-

+ H2(g)

Indstria Cloro-lcali


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perde e- recebe e-

Na(s) + 1/2 Cl2 (g) Na+ + Cl- NaCl (composto inico)

- no ocorrem livres na natureza;- so txicos

HALOGNIOS

Reagem diretamente com os metais formando sais:

Na + Cl Na Cl Na+ Cl-

metal no metal transferncia de eltron composto inico

ns2 np5ns1


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-200

-100

0

100

200Iodo

Bromo

Cloro

Flor

Temperatura de ebulio

Temperatura de fuso

Temperatura

(oC)

temperatura ambiente: F2

Cl2

Br2

I2

gs

gs

lquido

slido

Todos os halognios existem como molculas diatmicas e so coloridos.

Formam substncias simples X2

HALOGNIOS

Astato ou astatine radiativo e instvel, t = 8,3 h


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F Cl Br I At

Raio covalente, pm 64 99 114 133 140

Raio inico, pm 117 167 182 206

1. Energia ionizao,

kJ/mol

1680 1250 1140 1008

PF, C -220 -101 -7,2 114 302

PE, C -188 -34,7 58,8 184

Eletronegatividade de

Pauling

4,0 3,0 2,8 2,5 2,2

Afinidade eletrnica,kJ/mol

334 355 325 295 270

Propriedades selecionadas dos elementos halognios

Potencial de reduo

X2 X- E, V

2,87 1,36 1,09 0,54


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Ciclos Termoqumicos

E

F(g) + Na+(g) + e-(g)

F2(g) + Na+(g) + e-(g)

F-(g) + Na+(g)

F2(g) + Na(s)

NaF(s)

AE-334,4EI+609,4

ED+79

E rede-1506 kJ/mol-573,6 kJ/mol

Cl(g) + Na+(g) + e-(g)

Cl2(g) + Na+(g) + e-(g)

Cl2(g) + Na(s)

Cl-(g) + Na+(g)

NaCl(s)

AE

-355

E+609,4

ED+121,9

E rede-787,4kJ/mol

-411,1 kJ/molEntalpiaformaoEntalpiaformao

Ciclo de Haber-Born

NaF

NaCl

Compostos inicos, com alta energia (entalpia) de formao


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Molculas diatmicas X2

HALOGNIOS

F2 Cl2 Br2 I2Comprimento de ligao (pm) 143 199 228 266Entalpia de dissociao (kJ/mol) 159* 243 193 151

*A ligao mais frac a no F2.

Por ela ser to curta h umefeito de repulso entre os

pares de eltrons isolados de

um tomo com os do outro

tomo, enfraquecendo a

ligao. (a) C-X (b) H-X (c) X-X

D = Entalpia dedissociao (kJ/mol)


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Foras intermoleculares: Foras de disperso

todas as molculas, polares ou no,interagem umas com as outras por foras

de disperso;

para molculas no polares, esta a

nicafora que atua entre elas;

instante 1

instante 2

mdia

ocorre devido presena de momentos de dipolo instantneos;

a fora intermolecular aumenta com a massa molar(molculas maispesadas tm mais eltrons, e a flutuao de carga maior).

Por esta razo, iodo slido, bromo lquido e cloro e fluorso

gasosos.


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Todos os elementos do grupo 17 sofrem dissociao trmica ou fotoqumica,em fase gasosa, formando radicais, que participam de reaes em cadeia:

/ hX2 X + X

H2 + X HX + H

H + X2 HX + X

/ hCF2Cl2 CF2Cl

+ X

Cloro-fluorocarbonetos (CFC)

Essa espcies radicalares so responsveis, por exemplo, pela degradao dacamada de oznio, em nossa camada atmosfrica superior.

CH4 + Cl2 CH3Cl + HCl

RISCOS AMBIENTAIS


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Cl + O3 ClO + O2

O3 O + O2

O + ClO Cl + O2

h

Aumento gradativo do chamadoburaco de oznio


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Agenteoxidante forte

Agenteredutor forte

Poder oxidante dos halognios


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Todos os halognios formam compostos que apresentam diferentesestados ou nmeros de oxidao:

NEo , em Volts

onde N = nmero de oxidao

Eo

o potencial padro de reduo

Diagramas de Frostcorrelacionam potencial de reduo com

nmero de oxidao para elementos de ummesmo grupo


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O oxidante mais forte o flor, embora a afinidade

eletrnica do cloro seja maior:a ligao F-F mais fcil de rompera hidratao do F- libera mais energia

X2 + e-

X-

(aq)

Poder oxidante dos halognios

X2(s) X2(l) Hfuso X2(l) X2(g) Hvaporizao

X2(g) X(g) DX2= Hdissociao X2X(g) + e- X-(g) AEX= Afinidade eletrnicaX-(g) X-(aq) Hhidratao X-

X2 + e-

X-

(aq) Hsemi-reao de reduo


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Parmetros termodinmicosValores em kJ/mol F2 Cl2 Br2 I2

H fuso 15 2H vap 31 2 44 2

DX2 159 2 243 2 193 2 151 2

AEX -333 -348 -324 -295

H hid X- -515 -381 -347 -305H (= soma) -769 -608 -559 -495

T S -34 -16 +2 +16

G (X2/X-) -735 -592 -561 -511

G (ref ao H) -277 -134 -103 -53E (X2/X-), em V 2,9 1,4 1,1 0,5

G (ref. ao H) = G (X2/X-) + G (H2/H+) = -n F E

G (H2/H+) = Hdissociao H2+ EIH + Hhidratao H+ - TS

= (436) + 1311 + (-1091)(-20) = 458 kJ/mol


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Fora dos cidos binrios

Compostos binrios H-X

a ligao H-X fica maisfraca medida que se desce na famlia.

facilita a doao do prton para a base

aumenta Kacido mais forte (mais dissociado)

Kadepende dos fatores energticos que

determinam o valor de G, que resultante das contribuies entlpica eentrpica(G =H - TS)

HX(aq) H+(aq) + X-(aq)

117

167

182

206

Raios, pm


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HX(aq) HX(g) -HhidrataoHX

HX(g) H(g) + X(g) Hdissociao ligaoH(g) H+(g) + e- EIH=Energia de ionizaoH+(g) H+(aq) Hhidratao H+X(g) + e- X-(g) AEX=Afinidade eletrnica

X-(g) X-(aq) Hhidratao X-

Ciclo termoqumico

HX(aq) H+(aq) + X-(aq) Hdissociao cida

HX(aq) H+

(aq) + X-

(aq)

Fora dos cidos binriosKa depende dos

fatores energticosque determinam ovalor deG,

G = H -T S = -RT lnKa


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Valores em kJ/mol HF HCl HBr HI

-H

hidrataoHX 48 18 21 23DHX 574 432 362 295

EIH 1311 1311 1311 1311

Hhidratao H+ -1091 -1 091 -1091 -1091

AEX - 333 - 348 - 324 - 295

Hhidratao X- - 515 - 381 - 347 - 305

H dissociao cida - 14 - 60 - 64 - 58

TSdissociao cida -29 -13 -4 +4

G dissociao cida + 15 - 47 - 60 -62

Ka (25C) 10-3 108 1010 1011

G = -RT lnKa Ka = e-G /RT

Parmetros termodinmicos, a 25C


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Reatividade frente gua

F2+ H2O HF + HOF (baixa temperatura)

F2 + H2O 2 HF + O2 (predominante) G0 = -795 kJ mol-1

Cl2 + H2O HCl + HOCl (predominante)Cl2 + H2O 2 HCl + O2 (termodinamicamente possvel, mas lenta)

luz

Br2 + H2O HBr + HOBr

3HOBr 2 HBr + HBrO3

I2 + H2O HI + HOI

3HOI 2 HI + HIO3

I2 + H2O 2 HI + O2G0 = +105 kJ mol-1

Diferenas de reatividade

desproporcionamento


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Reao de desproporcionamento: forma os cidos hipohalosos.

nox do cloro:

- as reaes de desproporcionamento so favorecidas em meio bsico.

Reduo: Cl2 (g) + e- Cl-(aq) Eo= 1,36 VOxidao: Cl2 (g) + 2 OH- H2O + OCl- + e- Eo= -0,42 V

Cl2 + 2 OH- Cl- + OCl- + H2O E =0,94 V

O cloro, o on cloreto e o cidohipocloroso coexistem em equilbrio

Cl2(aq) + H2O(l) H+ (aq) + Cl-(aq) + HOCl(aq)0 -1 +1

Reatividade frente gua


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Cl2(g) + OH-(l) Cl-(aq) + ClO-(aq) + H

2O(aq) K = 7,5 x 1015

K = [XO-][X-]/ [OH-] [X2]

Br2(g) + H2O (l) HBr(aq) + HBrO(aq) K = 3,5 x 10-9

Inorg. Chem. 1996, 90, 995.

gua de Cloro desinfetante muito usado para eliminar organismos patognicos

Cl2(g) + H2O (l) Cl-(aq) + HClO(aq) + H+(aq) K = 3,9 x 10-4

J. Am.Chem. Soc. 1959, 81, 1280.

A constante de equilbrio varia com o pH e com o halognio.


31/73

X2(aq) + 2 OH-(aq) X-(aq) + XO-(aq) + H2O(l)

K = ---------------------[XO-] [X-][X2] [OH-]2

A constante deste equilbrio ser dada por:

onde K = 7,5 x 1015para X = Cl, 2 x 108para Bre 30 para I.

No caso do flor, a reao realizada a -40C, com gelo e leva formao intermediria d HFO, altamente instvel, comaproximadamente 50% de rendimento.F2 + H2O(s) HFO(g) + HF(g)

Este intermedirio se decompe em oxignio e HF com t1/2 de 30 min,a 20C.2 HFO(g) 2 HF(g) + O2(g)


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Diagramas de Latimer

Diagrama de Latimer para o cloro em soluo cida:

ClO4- ClO3- HClO2 HClO Cl2 Cl-

7 5 3 1 0 -1

1,20 1,18 1,65 1,67 1,36

Diagrama de Latimer para o cloro, em soluo bsica:

ClO4- ClO3- ClO2- ClO- Cl2 Cl-

7 5 3 1 0 -1

0,37 0,30 0,68 0,42 1,36

- em meio cido, as reaes de desproporcionamento temmenor tendncia a ocorrer

E =-0,31 VCl2

+ H2O Cl- + HOCl+ H+

Estados de oxidao


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Por que os potenciais variam em meio cido e bsico?

2HClO (aq) + 2 H+ + 2 e- Cl2

(g) + 2 H2O E0= 1,67 V

2ClO- (aq) + 2 H2O + 2 e- Cl2 (g) + 4 OH- E0= 0,42 V

- ClO- agente oxidante mais forte em meio cido ou bsico?

- Cl2 agente oxidante mais forte em meio cido ou bsico?

HClO Cl2 Cl-

1 0 -1

1,67 1,36ClO- Cl2 Cl-

1 0 -1

0,42 1,36

Meio cido Meio bsico

Cl2 (g) + 2e- 2 Cl-(aq) Eo= 1,36 V


34/73

rG0= rG0(1)+rG0(2)

Espcies no adjacentes: Os potenciais padro para um par

envolvendo espcies com nox no adjacentes devem ser obtidosconvertendo os potenciais para as energias de Gibbs.


rG0= -n F Eo

ClO- Cl2 Cl-

1 0 -1

rG0(1) rG0(2)

rG

0

ClO- Cl2 Cl-

1 0 -1

0,42 1,360,89

E1 E2

-nFEo = -nFEo(1) + (-nFEo(2)) 2nEo = nEo(1) + nEo(2)

Eo(1) + Eo(2)= 0,89 VEo =


35/73

1. Qual o valor de Eo para a reduo de cido hipocloroso(HClO) para cloreto em soluo cida aquosa?

2. Qual o valor de Eo para a oxidao de HClO para clorato(ClO3-) em soluo cida aquosa?


Diagrama de Latimer para o cloro, em soluo cida:

ClO4- ClO3- HClO2 HClO Cl2 Cl-

7 5 3 1 0 -1

1,20 1,18 1,65 1,67 1,36

Eo= - {(2 x 1,65) + 2 x 1,18)}/4 = -1,42 V

E

o

= (1,67 + 1,36)/2 = + 1,52 V


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Diagrama de Latimer para o iodo, em soluo bsica:

5 1 0 -1

IO3- IO- I2 I-0,14 0,45 0,54

Y


1. Qual o valor de Eopara a reduo de iodato para iodeto em

soluo bsica aquosa?Eo = {(4 x 0,14) + 0,45 + 0,54}/6 = 0,26 V


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O DESPROPORCIONAMENTO

2 M+ M + M2+

- Esta reao de desproporcionamento espontnea se EoR

> 0

2 1 0

M2+ M+ ME0E E0DM+ + e- M E0D

M2+ + e- M+ E0E

EoR= E0D - E0E

se E0

D > E0

E Eo

R< 0

Quando uma espcie qumica temtendncia termodinmica a sedesproporcionar?


38/73


O DESPROPORCIONAMENTO

Portanto:

A B CEmaior Emenor

A

B

C

Emenor Emaior

espcie B estvel

espcie B instvel


39/73


3 XO- (aq) 2 X- (aq) + XO3- (aq)3 XO- (aq) 2 X- (aq) + XO3- (aq)

ClO4- ClO3

- HClO2 HClO Cl2 Cl-

1,20 1,18 1,65 1,67 1,36ClO4

- ClO3- HClO2 HClO Cl2 Cl

-ClO4- ClO3

- HClO2 HClO Cl2 Cl-

1,20 1,18 1,65 1,67 1,36

BrO4- BrO3

- HBrO Br 2 Br-

1,74 1,47 1,60 1,07BrO4

- BrO3- HBrO Br 2 Br

-1,74 1,47 1,60 1,07

IO4- IO3

- HIO I2 I-

1,65 1,34 1,44 0,54IO4

- IO3- HIO I2 I

-1,65 1,34 1,44 0,54

Solues cidas

A reao de desproporcionamento dos ons hipohaletos

levando formao de ons haletos tende a ocorrer emmeio cido? Para qual haleto essa constante ser maior?


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0,77V - 0,44VFe3+ Fe2+ Fe

Dado o diagramas de Latimer, em meio cido, a 25oC:

O que ocorre em uma soluo de ons de Fe3+ se a ela foradicionado ferro metlico?

reao de desproporcionamento

A B CE1 E2

E2< E1 Espcie B estvel!!


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PO43- HPO32- H2PO2- P PH3-1,12 -1,57 -2,05 -0,89

Em soluo bsica:

Qual espcie pode sofrer desproporcionamento em meiobsico? Justifique e escreva as equaes balanceadasque representam os processos envolvidos.

A B CEmenor Emaior Er


42/73

1. A Qumica Inorgnica do Carbono

2. Carbonatos, oxalatos,

3. Alotropia do Carbono: Fulerenos, Nanotubos de carbono, Grafenos

Functionalization of Graphene forSupercapacitors and Batteries


43/73

Altropos de Carbono

O carbono pode ser encontrado em diversas formas alotrpicas, com

estruturas e, portanto, propriedades bastante diferentes.


44/73

cada tomo de C esta ligado a outros 4 tomos de carbono(C-C = 1,54 ) por ligaes simples nos vrtices de umtetraedro regular

tetraedros ligados uns aos outros

clula unitria cbica

Diamante - Estrutura rgida, covalente, tridimensional

hibridizao sp3

G fi


45/73

ligaes entre as camadas sofracas(distncia interplanar 3,35 )

lacuna de van der WaalsDist C-C = 1,42

Grafite

Mais recentemente, foram isolados os grafenos


46/73

Compostos de insero ou intercalao

Devido a sua estrutura em camadas(resultado da hibridizao sp2do carbono)

pode-se inserir diferentes molculas e ons

entre os planos. Por exemplo:

Esses novos materiais obtidos apresentam

propriedades diferentes do grafite, e tm

interesse como materiais funcionais, isto ,

que desempenham funes desejveis.


47/73

Fulerenos, C60

Buckminster fulereno (em homenagem a Buckminster Fuller)

Nova forma de carbono molecular s foi descoberta nos anos 80

Uma descarga eltrica entre eletrodos de carbono em atmosfera

inerte forma uma quantidade grande de fuligem, mas tambmquantidades significativas de C60e quantidades menores de C70, C76e C84. nos anos 90 descoberta de depsitos naturais (Austrlia,Nova Zelndia, Amrica do Norte)

So compostos covalentes

m/z60


48/73

Coque -pirlise do carvo na ausncia de ar oudestilao de leos pesados.

Carbono parcialmente cristalino

Fibra de carbono -pirlise controlada de fibras asflticas ou

sintticas

Negro de Fumo (fuligem)- Combusto dehidrocarbonetos provenientes do gs natural ou

petrleo sob condies deficientes de oxignio

Carbono ativado-Produzido pela pirlisecontrolada de compostos orgnicos

Carbono Ativado ou carvo ativo


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Devido ao seu alto grau de microporosidade, 1grama de carbono ativado tem uma rea superficialde 500 m2 (cerca de 1/10 do tamanho de um campo

de futebol), conforme determinado por exemplo porabsoro de gs nitrognio.

Carbono Ativado ou carvo ativo

Activated carbon is carbon produced from carbonaceous source materials like nutshells, peat, wood, coir,lignite, coal and petroleum pitch. It can be produced by one of the following processes:

Physical reactivation: The precursor is developed into activated carbons using gases. This is generallydone by using one or a combination of the following processes:

Carbonization: Material with carbon content is pyrolyzed at temperatures in the range 600900 C, inabsence of oxygen (usually in inert atmosphere with gases like argon ornitrogen)

Activation/Oxidation: Raw material orcarbonized material is exposed to oxidizing atmospheres(carbon dioxide, oxygen, or steam) at temperatures above 250 C, usually in the temperature range of6001200 C.

Chemical activation: Prior to carbonization, the raw material is impregnated with certain chemicals. Thechemical is typically an acid, strong base, or a salt (phosphoric acid, potassium hydroxide, sodiumhydroxide, calcium chloride,and zinc chloride 25%). Then, the raw material is carbonized at lowertemperatures (450900 C). It is believed that the carbonization / activation step proceeds simultaneouslywith the chemical activation. Chemical activation is preferred over physical activation owing to the lowertemperatures and shorter time needed for activating material.
http://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogenhttp://en.wikipedia.org/wiki/Peathttp://en.wikipedia.org/wiki/Woodhttp://en.wikipedia.org/wiki/Coirhttp://en.wikipedia.org/wiki/Lignitehttp://en.wikipedia.org/wiki/Coalhttp://en.wikipedia.org/wiki/Pitch_(resin)http://en.wikipedia.org/wiki/Pyrolysishttp://en.wikipedia.org/wiki/Argonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogenhttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbonizationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Acidhttp://en.wikipedia.org/wiki/Alkalihttp://en.wikipedia.org/wiki/Salt_(chemistry)http://en.wikipedia.org/wiki/Phosphoric_acidhttp://en.wikipedia.org/wiki/Potassium_hydroxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hydroxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hydroxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_chloridehttp://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Zinc_chloride_25%&action=edit&redlink=1http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Zinc_chloride_25%&action=edit&redlink=1http://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_chloridehttp://en.wikipedia.org/wiki/Calcium_chloridehttp://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hydroxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Sodium_hydroxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Potassium_hydroxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Phosphoric_acidhttp://en.wikipedia.org/wiki/Salt_(chemistry)http://en.wikipedia.org/wiki/Alkalihttp://en.wikipedia.org/wiki/Acidhttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_dioxidehttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbonizationhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogenhttp://en.wikipedia.org/wiki/Argonhttp://en.wikipedia.org/wiki/Pyrolysishttp://en.wikipedia.org/wiki/Pitch_(resin)http://en.wikipedia.org/wiki/Coalhttp://en.wikipedia.org/wiki/Lignitehttp://en.wikipedia.org/wiki/Coirhttp://en.wikipedia.org/wiki/Woodhttp://en.wikipedia.org/wiki/Peathttp://en.wikipedia.org/wiki/Nitrogen


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Adsoro de ons de nquel e mercrio, a partir de gua potvel simulada(drinking water) (2 mg/L), por carbono ativado

Hg2+

Ni2+

E l d b i ML f l


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[60]FullereneMetal Cluster Complexes:Understanding Novel 1 and 2[6:5]Bonding Modes of Metallofullerenes

Eur. J. Inorg. Chem. 2010, 15301535

[Cr(CO)5C60]

[MnH(CO)4C60]

[Fe(CO)4C60]

[CoH(CO)3C60]

[Mo(CO)5C60]

[Ru(CO)4C60]

[RhH(CO)3C60]

density functional calculations onvarious metallofullerene complexes

Especulando sobre espcies ML-fulereno

Clculos tericos DFT


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Descobertos em 1991

Nanotubos de carbono

*Novas propriedades :

Folha de grafite

- pode ser metlico ou semicondutor - condutividade eltrica do cobre(com 1/6 da densidade) ou do silcio;

- resistncia mecnica (maior que a do ao!);- leve e flexvel;- condutividade trmica do diamante;


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semicondutormetlico


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Microscopia eletrnica de xido de samrio(III) dentro

do nanotubo de carbono


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Grafeno uma forma alotrpica do carbono, cuja estrutura consiste de folhas planares decarbon tomos de carbono que se ligam por orbitais hbridizados sp2 que esto densamenteempacotados (rede cristalina tipo favo-de-mel.[1] O termo grafeno foi cunhado como umacombinao de grafite o o sufixo -eno porHanns-Peter Boehm,[2] que descreveu folhas comuma simples camada de carbono em 1962.[3] Sua forma cristalina ou "fragmentar" consiste devrias folhas de grafeno empilhadas.O comprimento da ligao carbono-carbono no grafeno de ~ 0,142 nm.[4] Folhas de grafenointeragem entre si e formam o grafite com espaamento interplanar de 0,335 nm, o quesignifica que 3 milhes de folhas de grafeno teriam cerca de 1 mm de espessura.

Grafeno o elemento estrutural fundamental para outros altropos de carbono, incluindografite, carvo, nanotubos de carbono e fulerenos. O grafeno pode ser considerado como umamolcula aromtica extremamente grande, um caso limite da famlia dos hidrocarbonetosaromticos policclicos.O Prmio Nobel de Fsica em 2010 foi dado a SirAndre Geim e SirKonstantin Novoselovporexperimentos fundamentais referentes ao material bidimensional grafeno".[5]

1. Geim, A. K. and Novoselov, K. S. (2007). "The rise of graphene". Nature Materials6 (3): 183191.2. H. P. Boehm, R. Setton, E. Stumpp (1994). "Nomenclature and terminology of graphite intercalation compounds". Pure and

Applied Chemistry66 (9): 18931901. doi:10.1351/pac1994660918935. The Nobel Prize in Physics 2010 was awarded jointly to Andre Geim and Konstantin Novoselov "for groundbreaking

experiments regarding the two-dimensional material graphene"
http://en.wikipedia.org/wiki/Plane_(geometry)http://en.wikipedia.org/wiki/Graphitehttp://en.wikipedia.org/wiki/Hanns-Peter_Boehmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Graphitehttp://en.wikipedia.org/wiki/Charcoalhttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotubeshttp://en.wikipedia.org/wiki/Fullereneshttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Prize_in_Physicshttp://en.wikipedia.org/wiki/Andre_Geimhttp://en.wikipedia.org/wiki/Konstantin_Novoselovhttp://onnes.ph.man.ac.uk/nano/Publications/Naturemat_2007Review.pdfhttp://en.wikipedia.org/wiki/Digital_object_identifierhttp://dx.doi.org/10.1351/pac199466091893http://dx.doi.org/10.1351/pac199466091893http://en.wikipedia.org/wiki/Digital_object_identifierhttp://onnes.ph.man.ac.uk/nano/Publications/Naturemat_2007Review.pdfhttp://onnes.ph.man.ac.uk/nano/Publications/Naturemat_2007Review.pdfhttp://onnes.ph.man.ac.uk/nano/Publications/Naturemat_2007Review.pdfhttp://en.wikipedia.org/wiki/Konstantin_Novoselovhttp://en.wikipedia.org/wiki/Konstantin_Novoselovhttp://en.wikipedia.org/wiki/Konstantin_Novoselovhttp://en.wikipedia.org/wiki/Andre_Geimhttp://en.wikipedia.org/wiki/Andre_Geimhttp://en.wikipedia.org/wiki/Andre_Geimhttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Prize_in_Physicshttp://en.wikipedia.org/wiki/Nobel_Prize_in_Physicshttp://en.wikipedia.org/wiki/Fullereneshttp://en.wikipedia.org/wiki/Carbon_nanotubeshttp://en.wikipedia.org/wiki/Charcoalhttp://en.wikipedia.org/wiki/Graphitehttp://en.wikipedia.org/wiki/Hanns-Peter_Boehmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Hanns-Peter_Boehmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Hanns-Peter_Boehmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Hanns-Peter_Boehmhttp://en.wikipedia.org/wiki/Graphitehttp://en.wikipedia.org/wiki/Plane_(geometry)


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Grafeno (graphene) a forma cristalina

bidimensional do carbono: corresponde auma nica camada de tomos de carbonoarranjados em hexgonos interligados,num plano.Como um cristal, o grafeno bidimensional diferente (dissimilar) de materiais

tridimensionais como silicone. Os eltronsno grafeno movem-se praticamente semcolises at grandes distncias, mesmo temperatura ambiente (~25C). Comoconsequncia, a habilidade desseseltrons para conduzir a corrente eltrica

10 a 100 vezes maior que a desemicondutores. Esta propriedade torna ografeno um candidato muito promissorpara futuras aplicaes eletrnicas.


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O Grafeno possui caractersticas muitopeculiares que o tornam diferente de tudo oque se conhece: Pode ser feito com a espessura de apenas

um tomo; Apesar de ultra fino, apresenta resistncia

mecnica muito grande (cerca de 200vezes mais resistente que o aoestrutural);

excelente condutor de eletricidade, ou

seja, tem baixa resistividade eltrica; Tambm um fantstico condutor decalor; praticamente transparente.

Nanotubos (duplos) de carbono com folhas de Grafeno

O Prmio Nobel de Fsica de 2010 foi atribudo adois cientistas de origem russa, o holands AndreGeim e o russo-britnico Konstantin Novoselov,que com um pedao de fita adesiva e um lpis

comum e corrente descobriram o grafeno, umaforma revolucionria do grafite, que prometetransformar a eletrnica


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As propriedades eletrnicas no-usuais do Grafeno vm do fato de que o tomo decarbono tem 4 eltrons, trs dos quais esto participando de ligaes com seustomos vizinhos de C. Entretanto, o 4o. eltron, no-ligado, est localizado em

orbitais que se extendem verticalmente acima e abaixo do plano (formado pelasligaes entre orbitais hidrodizados sp2) e esses eletrons esto delocalizados portoda a folha do grafeno. Os eltrons hibridizados interagem com o campo peridico(repetido) da rede cristalina hexagonal.

Graphenes honeycomb lattice of carbon atoms. Middle: The band structure of graphene. Valence andconduction bands touch at the outskirts of the first Brioullin zone and have a cone shape. The lineardispersion (right) has profound consequences. Electrons and holes can not be described by Schrdingers

equation. The charge carriers are rathermassless Dirac fermions with an effective velocity equal to 1/300of the velocity of light.

Biological and chemical sensors based


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Sensores EletroqumicosComo grafeno apresenta uma janela ampla de

potencial eletroqumico (~ 2,5 V em soluotampo fosfato 0,1 mM) a deteco demolculas com alto potencial de oxidao oureduo (por ex.: cidos nucleicos) torna-sepossvel. Alm disso, arestas e defeitos naestrutura do grafeno favorecem uma velocidadealta de transferncia eletrnica.

RGO = reduced graphene oxideGCE = glassy carbon electrodeHb = hemoglobin

Biological and chemical sensors basedon graphene materials

Chem. Soc. Rev., 2012, 41, 22832307

Devido a suas propriedades eltrica, qumica,ptica, mecnica e estrutural extraordinrias,grafeno e seus derivados despertaram interessemuito grande para aplicaesemsensores.

Sensor eletroqumico baseado emgrafeno para deteco de H2O2.

Com uma relao superfcie/volume muito alta

(teoricamente, 2600 m2/g), eletrodos baseados emgrafeno exibem uma grande rea de reao efetivae alta capacidade de adsorver enzimas.

limite inferior de deteco (0,51 mM)larga faixa linear analtica (6,5230 mM)E(eV) vs. [H2O2]

Hb Fe(III) + e- Hb Fe(II)

2Hb Fe(II) + H2O22Hb Fe(III) + H2O


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Chem. Res. Toxicol. 2012, 25, 1534

H vrias maneiras de molculas ou ons interagirem com o grafeno:

a) Interaes hidrofbicas capazes de formar ligaes (domnios grafnicos)b) Grupos polares no carregados, na superfcie basal (OH-, -O-)c) Grupos hidroflicos carregados perifricos

ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH 46 (2013) 3142


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( )

Functionalization of Graphene for Efficient Energy Conversion and StorageLiming Dai*

Center of Advanced Science and Engineering for Carbon, Department of Macromolecular Science andEngineering, Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio 44106, United States

the two-dimensional (2D) singleatomic carbon sheet ofgraphenehas emerged as an attractivecandidate forenergy applications due to itsunique structure and properties.

ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH 46 (2013) 65-76


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the formation of bis-hexahapto-metal bonds, such as thosein (6-SWNT)Cr(6-SWNT), interconnects adjacent graphiticsurfaces and significantly reduces the internanotube junction

resistance in single-walled carbon nanotube (SWNT) networks.

( )

Distribution of different biomedical


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applications of graphene

In vivo PET/CT imaging of64Cu-labeled GO conjugates in 4T1 murine breast tumor-bearing mice.(a) Serial coronal PET images of tumor-bearing mice at different postinjection time of 64Cu-NOTA-GO-TRC105, 64Cu-NOTA-GO, or64Cu-NOTA-GO-TRC105 after a preinjected blocking dose ofTRC105. Tumors are indicated by arrowheads. (b) Representative PET/CT images of64Cu-NOTA-GO-TRC105 in 4T1 tumor-bearing mice at 16 h postinjection. ACS Nano 2012,6, 2361

dx.doi.org/10.1021/cr300335p| Chem.Rev. 2013


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Grafanos

Depositando-se tomos de hidrognio(branco) sobre uma folha de grafeno,obtm-se, por sua fixao sobre ostomos de carbono (preto), o grafano.

Graphene a monolayer of carbon atoms densely packed into a hexagonallattice

(1)

has one of the strong est poss ib le atomic bo nds and can beviewed as a robus t atom ic-scale scaffold, to wh ich o ther chemic al species

can be at tached w ithout d estroy ing i t .

Grafanos obtido pelahidrogenao de grafenos.


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4

Experimento

PROPRIEDADES DOSHALOGNIOS

OBJETIVOS

Ilustrar algumas propriedades dos haletos e dos halognios,principalmente suas propriedades redox.


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Interpretao

PROPRIEDADES DO IODOSolubilidade

I2

em gua I2 em etanol I2 em clorofrmio

ObservaoSlido + soluoamarela clara

Soluocastanha

Soluovioleta

Pouco solvel Solvel Solvel

Solubilidade a 20oC = 0,03 g I2 em 100 g H2O

~ 21g I2 em 100 g etanol

~ 2,9 g I2 em 100 g CCl4

Dissoluo envolve quebra de ligaes entre molculas do soluto(intermoleculares) e entre molculas do solvente e posterior interao dasmolculas do soluto com as molculas do solvente (solvatao).

Recordando:


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I2 em gua ou em meio cido pouco solvel e a soluo amarela.

I2 mais solvel em meio alcalino e forma soluo incolor, porque sedesproporciona.


Em meio cido:

H5IO6 IO3- HlO I2 l

-1,7 1,14 1,45 0,54

iodo estvel nesse meio (0,54 - 1,45 < 0)

Em meio alcalino:

H3IO62- IO3

- lO- I2 l-0,7 0,14 0,45 0,54

Nem iodo, nem hipoioditoso estveis em meio

alcalino

I2 se converte emiodato e iodeto

espciesincolores

DESPROPORCIONAMENTO

Gerao de gs cloro


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Cl2

Sistema gerador de cloro

gua de cloro e hipoclorito de sdio

g


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PROPRIEDADES DO CLORO

Gerador de gs cloro

Semi-reaes: 2 Cl- Cl2 + 2 e- (x 5)MnO4

- + 8 H+ + 5 e- Mn2+ + 4 H2O (x 2)

Reao global: 10 Cl- + 2 MnO4- + 16 H+ 5 Cl2 + 2 Mn2+ + 8 H2O

Gs borbulhando em gua:Cl

2+ H

2Ogua de cloro (solubilidade 0,09 mol L-1)

Gs borbulhando em 0,5 M NaOH :Cl2 + H2Ocloreto e hipoclorito de sdio

Como varia a concentrao de cloro em soluo


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INFLUNCIA DO pH NO DESPROPORCIONAMENTO DO CLORO

Meio cido HClO Cl2 Cl-1,63 1,36

Cl2(aq) + H2O(l) HClO(aq) + H+(aq) + Cl-(aq)E = 1,36 -1,63 = -0,27 V K = 3,9.10-4

Meio alcal ino ClO- Cl2 Cl-0,42 1,36

Cl2(aq) + 2 OH-(aq) ClO-(aq) + Cl-(aq) + H2O(l)

E = 1,36 -0,42 = 0,94 V K = 7,5.1015

n E0,0257

ln K =

R ti id d d l


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Reatividade do cloro

Cl2+ I- ?

Cl2+ Br- ?

produto identificado por extrao

com clorofrmio

Identificao extrao com solvente e cor da fase no aquosa

Requisitos os solventes devem ser imiscveis (H2O e CHCl3) a substncia a ser extrada deve ser bastante

solvel no outro solvente

Cl2 + 2 Br- 2 Cl- + Br2

Cl2 + 2 I- 2 Cl- + I2 Corroxa no clorofrmio

Corlaranja no clorofrmio

Extrao de iodo


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Extrao de iodo

Antes de agitar

Aps aagitao

A cor do iodo emsolventeshalogenados

(CHCl3 ou CCl4) igual cor do iodogasoso.


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1. T.L. Brown, H.E. LeMay Jr., B.E. Bursten e J.R. Burdge, Qumica

uma cincia central,Pearson-Prentice Hall, So Paulo, 2005, 9a. ed., cap. 22, p. 805 Qumica dos no-

metais.

2. Shriver & AtkinsQumica Inorgnica, Bookman, 2008, 4a. Ed. (Traduo da 4a. ed.

- Oxford Univ. Press, 2006 - D.F. Shriver, P.W. Atkins , T.L. Overton, J.P. Rourke, M.T.

Weller e F.A. Armstrong), cap. 16, p. 422

Os elementos do Grupo 17.

3. B. Douglas, D. McDaniel, J. Alexander, Concepts and Models of Inorganic Chemistry,

cap. 16, p.760 - The chemistry of non-metals.

Referncias:

aula 6 - halogenios carbono

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