Coleção de Química Conceitual 3 - Elementos Químicos e seus

Compostos

Lançamento 2013

Henrique E. Toma

ISBN: 9788521207337Páginas: 168

Formato: 17x24 cm

1Conteúdo

COLEÇÃO de QUÍMICA CONCEITUALvolume três

ELEMENTOS QUÍMICOSE SEUS COMPOSTOS

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9Conteúdo

CONTEÚDO

1 INTRODUÇÃO, 13

2 ELEMENTOS NÃO METÁLICOS E SEMI-METÁLICOS, 17 Gases Nobres: Os Elementos Pouco Reativos, 17 Usos e Propriedades dos Gases Nobres, 18 Elementos Biatômicos, 19 Hidrogênio, H2, 19 Obtenção, 20 Propriedades e aplicações, 22 Halogênios, 24 Flúor, 24 Cloro, Bromo e Iodo, 26 Obtenção, 27 Usos do cloro, 28 Oxigênio e Nitrogênio Molecular, 30 Obtenção, 33 Aplicações, 34 Enxofre, Selênio e Telúrio, 35 Enxofre, 35 Obtenção e usos, 36 Aplicações, 37 Selênio e Telúrio, 38 Aplicações, 38 Fósforo, 39 Ocorrência, obtenção e usos, 40 Arsênio, Antimônio e Bismuto, 41 Carbono, Silício, Germânio e Estanho, 41 Diamante, 41 Grafi te, 43 Fullerenos, 44 Nanotubos de carbono, 46 Silício, 49 Obtenção e usos, 50 Germânio, 52 Estanho, 53 Boro, 54 Obtenção e ocorrência, 55

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10 Elementos químicos e seus compostos

3 ELEMENTOS METÁLICOS, 57 Obtenção e aplicações dos metais, 62 Decomposição térmica de óxidos, 63 Redução com carvão ou CO, 63 Metalotermia, 67 Métodos eletroquímicos, 69

4 COMPOSTOS QUÍMICOS, 79 Compostos de Hidrogênio, 79 Hidretos Iônicos, 80 Hidretos de Metais de Transição, 80 Hidretos de Elementos Não Metálicos, 81 Hidretos Covalentes, 83 Haletos de hidrogênio, 83 Água e hidretos dos calcogêneos, 85 Amônia, fosfina, arsina e estibina, 86 Síntese da amônia – processo Haber-Bosch, 89 Hidrazina e hidroxilamina, 92 Hidretos de carbono, silício e germânio, 93 Hidrocarbonetos, 94 Alcanos, 96 Alcenos ou olefinas, 98 Alcinos, 99 Hidrocarbonetos cíclicos, 99 Hidrocarbonetos aromáticos, 100 Propriedades químicas dos hidrocarbonetos, 101 O petróleo e a petroquímica, 103 Aminas Alifáticas e Aromáticas, 109 Hidretos de Boro, 110 Haletos, 112 Haletos de elementos metálicos, 112 Haletos covalentes, 112 Haletos dos gases nobres, 113 Inter-halogênios, 113 Haletos dos calcogênios, 115 Haletos de N, P, As e Sb, 116 Haletos de C, Si, Ge e Sn, 118 Haletos mistos, 119 Haletos de B, Al, Ga e In, 121 Óxidos – Características Gerais, 123 Características estruturais dos óxidos covalentes, 125 Força dos oxiácidos, 125 Estrutura, Preparação e Propriedades dos Óxidos e

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11Conteúdo

Oxicompostos, 127 Óxidos e oxiácidos dos halogênios, 127 Óxidos e oxiácidos dos calcogênios, 129 Ácido sulfúrico, 131 Peróxidos, 131 Óxidos e oxiácidos de nitrogênio, 132 Óxidos de carbono, 135 CO2, 136 Oxicompostos orgânicos, 140 Alcoóis, 140 Etanol, 141 Polialcoóis, 142 Éteres, 142 Aldeídos e Cetonas, 143 Ácidos Carboxílicos, 144 Ésteres, 146 Amidas, 147 Óxidos e Oxiácidos de Fósforo, 147 Polifosfatos, 149 Óxido e Oxiácidos de Boro, 150 Óxido de Silício, 151 Silicatos, 152 Argilas, 155 Cimento, 155 Vidros, 156

5 CONVERSA COM O LEITOR, 159 Questões provocativas, 160

Apêndice – Tabelas, 167

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13Introdução

CAPÍTULO 1INTRODUÇÃO

Os elementos químicos, na forma livre ou combinada, com-põem o mundo em que vivemos. Entretanto, na escala uni-versal, o hidrogênio, o elemento mais simples, é o grande formador de quase tudo que é visível, compondo as estrelas e alimentando o processo de fusão nuclear que as torna radiantes. Por esse processo, elementos mais pesados vão sendo gradualmente formados nas estrelas, até chegar aos elementos metálicos mais pesados, como o ferro, quando então um novo ciclo tem início, anunciando a morte estelar. Em uma sucessão de eventos, os fragmentos de matéria das explosões estelares acabam sendo condensados, for-mando os corpos celestes, como os planetas.

A composição da crosta terrestre, mostrada na Figura 1.1 é um refl exo da gênese dos elementos. Por essa razão, com exceção dos elementos gasosos H, He, Ne e Ar, que são mais abundantes no Sol, existe alguma semelhança na composição elementar dos corpos que compõem o sistema planetário, tomando como exemplo a Terra, o Sol, a Lua e os asteroides. Verifi ca-se a predominância dos elemen-tos mais leves (do primeiro ao quarto período da tabela perió dica), bem como de elementos de número atômico par. Entre os elementos de transição, em todo o sistema

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17Elementos não metálicos e semi-metálicos

Gases Nobres: Os Elementos Pouco ReativosOs gases nobres formam o grupo mais simples de elemen-tos, em virtude de suas características monoatômicas, decorrentes da baixa tendência para formar ligações quí-micas. A denominação nobre foi inspirada na baixa reativi-dade desses elementos.

O hélio é o segundo elemento mais abundante do universo, perdendo apenas para o hidrogênio. Entretan-to, é muito escasso em nosso planeta, pois, por ser ex-tremamente leve, move-se com maior velocidade que os outros gases e consegue escapar do campo gravitacional terrestre. Felizmente ainda existem algumas fontes naturais de gases, nas quais o He pode ser encontrado em teores de até 7%, o que torna possível sua exploração de forma econômica.

Os gases nobres se encontram em pequenas quantida-des na atmosfera, contribuindo com 1% de seu volume, sen-do o argônio o elemento mais abundante da série, ocupando 0,934% em volume, seguido pelo neônio (1,818 × 10–3%), pelohélio (5,2 × 10–4%), pelo kriptônio (1,14 × 10–4%) e pelo xenônio (8,7 × 10–6%).

CAPÍTULO 2ELEMENTOS NÃO METÁLICOS E SEMI-METÁLICOS

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57Elementos metálicos

Conforme discutido anteriormente, a complexidade mole-cular medida pelo número de ligações com os átomos vi-zinhos tende a crescer com a diferença 8-n, onde n é o número de elétrons de valência do elemento. No caso dos metais, esse número atinge o limite máximo, diminuindo a tendência de formação de ligações localizadas que defi nem as estruturas moleculares. De fato, a deslocalização eletrô-nica permite maximizar o compartilhamento dos elétrons entre os átomos vizinhos. Dessa forma, o melhor modelo que explica o comportamento eletrônico dos metais é o de bandas. O brilho metálico característico provém da facili-dade com que os elétrons passam e retornam da banda de condução. Já a maleabilidade típica dos metais, bem como sua alta densidade, resultam do empacotamento regular dos átomos na rede cristalina.

O empacotamento dos átomos metálicos pode ser vi-sualizado pelas diferentes formas de colocação de esferas idênticas no interior de uma caixa. Existem três possibili-dades, representadas pelas estruturas cúbica de face cen-trada (cfc); hexagonal compacta (hc); e cúbica de corpo centrado (ccc), conforme pode ser visto na Figura 3.1.

Na estrutura cúbica de corpo centrado, o número de átomos vizinhos em torno do átomo central, é igual a 8.

CAPÍTULO 3ELEMENTOS METÁLICOS

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79Compostos químicos

A sequência adotada na apresentação dos compostos quí-micos teve como partida as duas classes mais abrangentes: a dos compostos de elementos combinados com o hidrogê-nio (hidretos) e a dos compostos de elementos combinados com o oxigênio (óxidos), seguindo a ordem das famílias na Tabela Periódica. Em continuação, os compostos interele-mentos são apresentados seguindo essa mesma ordem se-quencial.

Compostos de HidrogênioO hidrogênio forma compostos com praticamente todos os elementos químicos, exceto os gases nobres. É um ele-mento com eletronegatividade intermediária (2,1), muito próxima das do B e do C. Forma compostos tipicamente iônicos com os elementos mais eletropositivos, como os alcalinos e alcalino-terrosos, e compostos covalentes com os elementos mais eletronegativos. Os metais de transição formam, com o hidrogênio, compostos conhecidos como hi-dretos intersticiais ou metálicos.

CAPÍTULO 4COMPOSTOS QUÍMICOS

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159Conversa com o leitor

CAPÍTULO 5CONVERSA COMO LEITOR

Neste volume foram apresentados os elementos químicos e seus compostos, com o objetivo de formar uma visão abran-gente, com base no conhecimento da natureza das ligações químicas e das relações termodinâmicas abordadas nos vo-lumes I e II desta coleção de Química Conceitual. Mesmo as-sim, muitos dos conceitos básicos foram reapresentados de forma concisa, para viabilizar a compreensão do texto, sem o conhecimento prévio ou detalhado dos volumes anteriores.

O Capítulo 1 tratou da distribuição dos elementos na crosta terrestre, e da explanação da estratégia didática adotada neste volume. Ela foi baseada na sequência dia-gonal da Tabela Periódica, começando pelos gases nobres, passando pelos elementos biatômicos, depois poliatômicos, até chegar aos elementos metálicos. Essa é a sequência na-tural de evolução da complexidade molecular. A abordagem empregada permite utilizar a disposição dos elementos nas famílias, e ao mesmo tempo, explorar o relacionamento cruzado, ao longo da diagonal da tabela periódica.

No Capítulo 2, foram apresentados e discutidos os da-dos estruturais, bem como os processos básicos de obten-ção dos principais elementos não metálicos, ou represen-tativos.

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INOVAÇÃO E

EXCELÊNCIA EM

QUÍMICA