Elementos do Grupo 13 ou 3A

• O Grupo 13 (3A) da Tabela Periódica é formado pelos seguintes

metais: boro (B), alumínio (Al), gálio (Ga), índio (In) e tálio (Tl).

•Seus membros têm configuração eletrônica da camada de valência ns2np1 . Logo, espera-se que seu número de oxidação máximo seja +3 .

•AlCl3 e GaCl3 são covalentes quando anidros, mas os elementos Al, Ga, In e Tl formam íons em solução.

• Estado de Oxidação +1 (Efeito do Par Inerte)

• Os membros mais leves são encontrados na natureza em combinação com ooxigênio, ou seja, na forma de óxidos.Exemplos:

Na2B4O5(OH)4.8H2O BóraxAl2O3.H2O Bauxita

• Estado de Oxidação +1 (Efeito do Par Inerte)Ga (I), In (I) e Tl (I)

• O boro não é encontrado livre na natureza, mas em jazidas relacionadas a atividades vulcânicas, combinado com oxigênio e sódio (BÓRAX).

Na2B4O5(OH)4.8H2O BóraxPonto de Fusão = 2079°C

Ponto de Ebulição = 2550 °CDensidade = 2,37 g/cm3

BORO

Densidade = 2,37 g/cm3

• O boro é o único elemento da família 3A que pode ser considerado não-metálico.

• Há 13 isótopos do boro, no entanto, apenas 2 são estáveis:B -10 : 19,85% de abundânciaB -11: 80,2% de abundância

EXCEÇÃO À REGRA DO OCTETO

• B (Z = 5): 1s2 2s2 2p1 forma 3 ligações covalentes com outros elementos não metálicos.Isso resulta em uma camada de valência com somente 6 elétrons para o Boro em seus compostos (2 a menos que o octeto).

Ex.: BF3

• Os compostos de Boro são bastante reativos. Boranos são compostos contendo boro e hidrogênio.BH3, B2H6

• O átomo de Boro pode acomodar um quarto par de elétrons, mas somente quando esse par é fornecido por um outro átomo (ÁCIDO DE LEWIS).

• Moléculas ou íons com pares isolados de elétrons podem cumprir esse papel (BASE DE LEWIS).

1. BF3 tem a maior parte de sua carga positiva no átomo do boro e sua carga negativa localiza-se nos três átomos de flúor.

2. NH3 tem a maior parte de sua carga negativa localizado na região de pares de elétrons livres (não ligantes).

3. Os elétrons livres ou não-ligantes da amônia atacam o átomo de boro do trifluoreto de boro, preenchendo a camada de valência do boro.

Obtenção

2B

• Os tri-haletos de boro (BF3, BCl3 e BBr3) são ácidos de Lewis (possuem afinidade por elétrons).BF3 CL = 1,30 Å (menor que a soma dos raios covalentes: B = 0,80 Å , F = 0,72 Å).

• O principal composto com oxigênio é o B O (sesquióxido).• O principal composto com oxigênio é o B2O3 (sesquióxido).

• Um resfriamento rápido do B2O3 fundido conduz à formação de vidros deborossilicatos (Pirex) que possui baixa dilatação térmica e não quebra quando aquecido.Ex: utensílios de cozinha e laboratório

�O boro amorfo tem densidade igual a 2,34. O cristalino, mais puro, é muitoduro, tem brilho quase metálico e densidade igual a 3,3.

• O boro amorfo é usado em fogos de artifício, devido à coloração verde que produz.

Compostos de Boro e Oxigênio

H3BO3 ou B(OH)3 ácido fraco (aceita íons OH-)

Ácido Ortobórico

ALUMÍNIO

• Há 23 isótopos de alumínio. Apenas 1 é estável: Al – 27

• Os demais são radioativos e possuem tempo de meia-vida da ordem de nanosegundos.

• O alumínio puro metálico não é encontrado na natureza. É encontrado combinado principalmente com o oxigênio formando o óxido de alumínio (Al2O3) – BAUXITA

Hidrometalurgia do alumínio• O processo de Bayer:

– O minério triturado é dissolvido em NaOH 30% (em massa) a 150 - 230°C e altapressão (30 atm para impedir a ebulição).

– Al2O3 dissolve:

Al O .H O(s) + 2H O(l) + 2OH-(aq) → 2Al(OH) -(aq)

Obtenção

Al2O3.H2O(s) + 2H2O(l) + 2OH-(aq) → 2Al(OH)4-(aq)

– A solução de aluminato é separada através da redução do pH.

– A solução de aluminato é calcinada e reduzida para produzir o metal.

Eletrometalurgia do alumínio

• A célula de eletrólise do processo de Hall é usada para a produção do alumínio.

• O Al2O3 funde à 2000°C e não é prático fazer eletrólise no sal fundido.

• Hall: usa o Al2O3 purificado em criolita fundida (Na3AlF6, ponto de fusão1012°C).

• Anodo: C(s) + 2O2-(l) → CO2(g) + 4e-• Anodo: C(s) + 2O (l) → CO (g) + 4e

• Catodo: 3e- + Al3+(l) → Al(l)

• Os bastões de grafite são consumidos na reação.

• Processo de Bayer: a bauxita (~ 50 % de Al2O3) é concentrada para produziróxido de alumínio.

Eletrometalurgia do alumínio• Hall: usa o Al2O3 purificado em criolita fundida (Na3AlF6, ponto de fusão 1012°C).

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

• Catodo: 3e- + Al3+(l) → Al(l)

• Os bastões de grafite são consumidos na reação.

• Processo de Bayer: a bauxita (~ 50 % de Al2O3) é concentrada para produzir óxido de alumínio.

Eletrometalurgia do alumínio• Para a produção de 1.000 kg de Al, precisamos de 4.000 kg de bauxita, 70

kg de criolita, 450 kg de anodos de C e 56 × 109 J de energia.

CORROSÃO

O alumínio em contato com a umidade e o ar reage rapidamente com o oxigênio formando a uma fina capa de óxido que o protege de ataques do meio ambiente.Forma-se uma camada barreira que CORROSÃO protege o alumínio da corrosão.

4 Al + 3 O2 →→→→ 2 Al2O34 Al + 3 O2 →→→→ 2 Al2O3

Reações com ácidos e álcalis

Reações com oxigênio

Meio ácido

BORO. O composto de boro de maior importância econômica é o bórax, empregado em grandes quantidades para a fabricação de fibras de vidro e perborato de sódio.O Boro é usado em reatores nucleares com a função de materiais de controle, é usado para controlar e até mesmo finalizar a reação de fissão nuclear em cadeia, pois o Boro é um ótimo absorvente de Nêutrons. Outros usos:Fibras de boro são usadas em aplicações mecânicas especiais , como no âmbito aeroespacial. Alcançam resistências mecânicas de até 3600 MPa.O boro amorfo é usado em fogos de artifício devido a coloração verde que

USOS DOS ELEMENTOS DO GRUPO 13

O boro amorfo é usado em fogos de artifício devido a coloração verde que produz.

ALUMÍNIO: O metal alumínio é moderadamente mole e fraco quando puro, mas torna-se consideravelmente mais resistente quando combinado em ligas com outros metais. Sua principal vantagem é seu baixo peso (densidade baixa, de 2,73 g.cm-3). Algumas ligas são utilizadas para finalidades específicas: duralumínio, que contém cerca de 4% de Cu, e diversos "bronzes de alumínio" (ligas e Cu e Al com outros metais, como Ni, Sn e Zn). São muitos os usos do alumínio e de suas ligas:

• A maior parte da produção mundial destina-se às indústrias aeronáutica eautomobilística.• Outra importante área de aplicação do alumínio é a fabricação do arame.• Bom condutor de calor, o alumínio não tem gosto nem cheiro, por isso é usado em • Bom condutor de calor, o alumínio não tem gosto nem cheiro, por isso é usado em utensílios de cozinha.• Características de leveza (densidade cerca de 1/3 da do aço).• Resistência mecânica (a resistência específica é o dobro ou o triplo da dos aços).• Resistência à corrosão, ainda melhorada por tratamentos de superfície.

• A reciclagem de latas é dividida em dez etapas, e se inicia com a entrega dalatinha nos postos de coleta.

• Diferencial: poder ser usada para o mesmo fim, ao contrário das

RECICLAGEM

• Diferencial: poder ser usada para o mesmo fim, ao contrário das garrafasplásticas, que depois de recicladas não podem guardar alimentos.

AS CURIOSIDADES� Uma latinha de alumínio pesa apenas 14,5 gramas.� 67 latinhas de alumínio correspondem a 1 kg.� Cada 1.000 kg de alumínio reciclado significa 5 mil kg de minério bruto (bauxita) poupados.� O Brasil possui uma das três maiores reservas de bauxita do mundo.� Para reciclar o alumínio são gastos apenas 5% da energia utilizada na extração, ou seja, uma economia suficiente para manter iluminadas 48 residências.� Todo o processo de reciclagem do alumínio no Brasil envolve mais de 2 mil empresas.empresas.� No Brasil são consumidas 51 latas de alumínio por habitante por ano, enquanto nos Estados Unidos esse número chega a 375 latas por habitante.� Uma lata de alumínio demora mais de 100 anos para se decompor na natureza.

GÁLIO, ÍNDIO E TÁLIO: Não há usos em grande escala desse elementos, mas pequenas quantidades de Ga são empregadas para "dopar" cristais na fabricação de transistores. A fabricação de semicondutores requer Ga de extrema pureza. O Ga é também usado em outros dispositivos semicondutores. O arseneto de gálio, GaAs, é isoeletrônico com o Ge, e é usado em diodos emissores de luz (LEDs=light emiting diodes) e diodos de laser. O índio é usado para "dopar" cristais na fabricação de transistores p-n-p, e em termistores (InAs e InSb). O índio também é utilizado em soldas de baixo ponto de fusão (usadas comumente na solda de "chips" de semicondutores) e em outras ligas de baixo ponto de fusão.