elemento z configuração - sqbf - grupo de síntese...

Elemento Z Configuração

Boro 5 [He] 2s2 2p1

Alumínio 13 [Ne] 3s2 3p1

Gálio 31 [Ar] 3d10 4s2 4p1

Índio 49 [Kr] 4d10 5s2 5p1

Tálio 81 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1

13

B

Al

Ga

In

Tl

Grupo 13: Família do Boro

B

Al

Ga

In

Tl

Z = 5

Z = 13

Z = 31

Z = 49

Z = 81

Grupo 13: Família do Boro

Propriedades Atômicas

Não há evidências de B3+

(valor estimado)

Pouca blindagem dos elétrons do bloco d (contração do bloco d)

Pouca blindagem dos elétrons do bloco f (contração lantanídica)

Capacidade de blindagem s>p>d>f

Efeito alternante: aumento da carga nuclear efetiva dos elementos 4p devido à presença dos elétrons 3d que tem baixo efeito de blindagem

O Ga é mais eletronegativo que o Al


os raios covalentes não sofrem alterações regulares em seus valores

como nos alcalinos e alcalinos terrosos.

no caso do Ga, In e Tl os elétrons dos orbitais d e f produzem um

menor efeito de blindagem na carga nuclear que os elétrons s e p do B

e do Al.

blindagem ineficiente da carga nuclear leva a elétrons externos

mais firmemente ligados ao núcleo. Portanto, Ga, In e Tl são menores

que o esperado.

Elemento Z Configuração

Boro 5 [He] 2s2 2p1

Alumínio 13 [Ne] 3s2 3p1

Gálio 31 [Ar] 3d10 4s2 4p1

Índio 49 [Kr] 4d10 5s2 5p1

Tálio 81 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p1


os raio covalentes não sofrem alteração regular em seus valores

como nos alcalinos e alcalinos terrosos.

no caso do Ga, In e Tl os elétrons dos orbitais d e f produzem um

menor efeito de blindagem na carga nuclear que os elétrons s e p do B

e do Al.

blindagem ineficiente da carga nuclear leva a elétrons externos

mais firmemente ligados ao núcleo. Portanto, Ga, In e Tl são menores

que o esperado.

Com exceção do Boro que é um não-metal, todos os demais

elementos do grupo 3 são metais que apresentam uma reatividade

razoável.


B sempre forma ligação covalente em seus compostos

Compostos simples dos demais elementos, tais como AlCl3 e GaCl3

são covalentes quando anidros

Al, Ga, In e Tl formam íons quando em solução.

Por que ocorre mudança de covalente para iônico em solução?

Porque o íons são hidratados e a quantidade de energia de

hidratação liberada excede a energia de ionização.

AlCl3: 5.137 kJ.mol-1 para converter Al em Al3+ e Cl-

HHid de Al3+ e Cl- = -4.665 e – 381 kJ.mol-1 = -4.665 + (3x(–381)) =

5.808 KJ.mol-1


G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91, 216-224.


todos ocorrem no estado de oxidação +3, mas Ga, In e Tl podem formar compostos monovalentes (+1).


Atribuído à gde energia necessária p/ remover os elétrons ns2 após remoção do elétron np1 e baixas entalpias de ligação M-X p/ os mais pesados do grupo

In e Tl: efeito do par inerte

Estabilidade relativa de um estado de oxidação no qual o nox é de 2 a menos do que o no de oxidação do grupo


todos ocorrem no estado de oxidação +3, mas Ga, In e Tl podem formar compostos monovalentes (+1).

Para Ga e In o estado de oxidação +1 é menos estável que o +3

Para Tl o estado de oxidação +1 é mais estável que +3


todos ocorrem no estado de oxidação +3, mas Ga, In e Tl podem formar compostos monovalentes.

raio iônico pequeno e carga grande

a soma das 3 primeiras energias de ionização é alta

valores de eletronegatividade maiores do que grupo 1 e 2.

são menos eletropositivos que os elementos do grupo 1 e 2.

Essas características sugerem a formação

de compostos covalentes:

- Todos os compostos de Boro são covalentes

- Cloretos, por ex., são covalentes: AlCl3 e GaCl3

• O B possui PF e PE muito elevados devido a sua estrutura cristalina fora do

comum.

•Pequeno tamanho e elevada energia de ionização

•Apresenta 4 formas alotrópicas

• Al, In e Tl apresentam estruturas metálicas de empacotamento compacto

•O Ga tem estrutura pouco comum: se assemelha a estruturas de moléculas

diatômicas (baixo PF).

• Do B p/ Al segue a tendência normal pois aumenta caráter

metálico

• Ga, In e Tl não seguem tendência esperada

• potencial de redução vai se tornando mais positivo e

portanto a reação M3+ M se torna cada vez mais fácil (G<0)

São menos eletropositivos

(blindagem ineficiente)

As abundâncias são dadas na forma logarítmica (base 10) em

gramas de metal por 1000 Kg de amostra. Como a escala vertical e logartímica, as diferenças são muito maiores o que

aparentam.

Ocorrência na natureza

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, 30% Fe2O3, 3-4% TiO2, outros 0,05-0,2%

Ocorrência na natureza

)()()()(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

gs

TaouWrubrofilamento

gs

gs

TaouWrubrofilamento

gs

BHBBr

HClBHBCl

- Conversão do Bórax

B12

BI3 é muito caro o processo de purificação

Métodos de Obtenção

- Decomposição térmica

)(2)()(62 32gss

HBHB

• formam óxidos ácidos, B2O3 e SiO2; o Al2O3 é anfótero

• formam muitas estruturas de óxidos poliméricos

• formam hidretos gasosos inflamáveis; hidreto de alumínio é um sólido

Relação Diagonal

Li Be B

Mg Al Si


Propriedades Químicas

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 formando

uma Ligação Coordenada:

Híbrido sp2

2s 2p

Principais Compostos

Ácidos de Lewis

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


Tipo B4 Hn+4 Tipo B6Hn+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)


B5H9 B5H11

Boranos, Boro-hidretos e Boretos


B

H

H

H

H

B

H

H

2e- spread over 3 orbitals

sp3

- 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


ÁCIDO DE LEWIS – RECEPTOR DE PAR DE ELÉTRONS

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

OH

HO

B

OH

ácido bórico(trigonal plana)

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


Peroxoborato de sódio

usado como branqueador em sabões em pó

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

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 222gsgs HBNNHB


Emsley, J., Vaidade, Vitalidade, Viriliade, Rio de Janeiro, JorgeZahar Editor, 2006.

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.

Aplicações Industriais

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

)(32)(62)(4)(2)()(32)(2)(32 )()( 2H 5 4saqaqlaqsss

OFeOHSiNaOHNaAlONaOHOFeSiOOAl

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 gssOOAlOHAl


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


A produção de 1 tonelada de alumínio é acompanhada pela liberação de mais de 1 tonelada de CO2

http://www.cempre.org.br/

No ano de 2012, a reciclagem de latas de alumínio para bebidas movimentou R$ 1,8 bilhão na economia nacional. Volume financeiro equivalente ao de empresas que estão entre as maiores do país. Somente a etapa de coleta (a compra das latas usadas) injetou R$ 645 milhões, o equivalente à geração de emprego e renda para 251 mil pessoas. Aproximadamente 97,9% da produção nacional de latas consumidas foi reciclada em 2012. Na reciclagem de latas de alumínio para bebidas, no mesmo ano, o País reciclou 248,7 mil toneladas de sucata, o que corresponde a 18,4 bilhões de unidades, ou 50,4 milhões por dia ou 2,1 milhões por hora

2007 2008 2009 2010 2011

Argentina 90,5 90,8 92 91,1 91,7

Brasil 96,5 91,5 98,2 98 98,3

Europa N/D 62,0 n.d 64,3 66,7

EUA 53,8 54,2 57,4 58,1 65,1

Japão 92,7 87,3 93,4 92,6 92,6

Índice de Reciclagem das Latas de Alumínio (%)

A lata de alumínio é o material reciclável mais valioso. O preço pago por uma tonelada é, em média, de R$ 3.000 (base novembro/2011) - o quilo equivale a 75 latinhas.

Propriedades Químicas

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

)(4)(2)()(32 )( 2H 3 2aqlaqs

OHNaAlONaOHOAl

)(3

62)(2)(3)(32 )( 23H6 aqlaqsOHAlOHOOAl

H2O

O H

H

M

OH2

OH2

OH2

H2O

H2O

3+ OH

M

OH2

OH2

OH2

H2O

2+


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+:

Principais Compostos Principais Compostos

G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91, 216-224.

Óxidos Ácido, Básico ou Anfótero

- 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 laqaqsOHSOAlHOAl

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

)(42)(3)(342)(4 3)(8 )(SOl)(6aqsaqaq

SONaOHAlAOHNaAl


- Al2O3, alumina: formas cristalinas preciosas obtidas pela

substituição de Al3+ por outros metais

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


AlCl3: Os trihaletos de Al formam estruturas dímeras

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.


Emsley, J., Vaidade, Vitalidade, Viriliade, Rio de Janeiro, JorgeZahar Editor, 2006.


Alumínio metálico

• Esquadrias, janelas, embalagens, estruturas leves

• Reação de termita

2 Al(s) + Fe2O3(s) Al2O3(s) + 2 Fe(l)

https://www.youtube.com/watch?v=a8XSmSdvEK4



O Ga ocorre c/o impureza na bauxita e é obtido como subproduto da produção de Al.

O In e o Tl são obtidos 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


- 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.


componente de LED's (diodo emissor de luz)

Lasers de diodo

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


Tecnologia Blue-Ray (GaN – 30% de eficiência)

Semicondutores (III/V)

produção de transistores

GaAs

Componente de circuitos integrados

Microchip com circuito integrado


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

Em sistemas de solda

Em fotocondutores: ITO (Indium Tin Oxide)- liga-se fortemente ao vidro, é transparente, e conduz eletricidade

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 600 ton/ano


Ocorre associado a minerais de potássio.

usado comercialmente em inseticidas e venenos para

roedores.

dose fatal em adultos é de 800 mg

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.


1. Atkins, P., Jones, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio

Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006.

2. Shriver, D. F., Atkins, P., Química Inorgânica, Ed Artmed, 2003 .

3. Lee, J. D., Química Inorgânica Não Tão Concisa. Edgard Blucher Ltda, 3’ ed., São Paulo, 1980

4. http://www.webelements.com/

5. http://www.rc.unesp.br/

6. http://www.unicamp.br

7. http://www.abiquim.org.br

8. http://www.fapesp.br

9. http://www.inovacaotecnologica.com.br

10. Emsley, J., Vaidade, Vitalidade, Viriliade, Rio de Janeiro, JorgeZahar Editor, 2006.

Bibliografia

http://www.inovacaotecnologica.com.br/

http://www.inovacaotecnologica.com.br/

elemento z configuração - sqbf - grupo de síntese...

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