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Química dos Não-Metais
Prof. Dr. Élcio Barrak
Capítulo 22UNIFEI
Universidade Federal de
Itajubá
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- O que são Não-Metais?
- Hidrogênio
- Família do Carbono
- Família do Nitrogênio
- Calcogênios
- Halogênios
- Gases Nobres
- Bibliografia
Lucas Carvalho de Sousa - 15839Matheus Henrique Adão - 16975Mauricio Esper Andere - 17112
Existem 18 não-metais (ou ametais) conhecidos. Os não-metais, em geral, ficam na parte superior direita da tabela periódica; a exceção é o hidrogênio, que fica acima da família 1.
Características gerais:» Não são maleáveis e nem dúcteis; » Não conduzem eletricidade – são isolantes;» Não conduzem calor;» Apresentam baixos pontos de fusão e de ebulição – a maioria é gasosa em condições ambientes;» São eletronegativos.
Perceba: grosseiramente falando, os não-metais têm características contrárias às dos metais.
O que são não-metais?UNIFEI
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- Bibliografia
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Semi-metais
Os semi-metais são um conjunto de elementos com algumas características semelhantes às dos metais, e outras semelhantes às dos não-metais.
» Boro: anti-séptico (bórax – borato de sódio decaidratado); semicondutor do tipo P (elemento de dopagem).» Silício: construção civil (areia e argila); propriedades semicondutoras.
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Hidrogênio
Esse nome foi dado pelo químico francês Lavoisier, que significa, do grego, “produtor de água” (hydro = água; gennao = produzir). O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo.
Nota: no sol, a energia proveniente das reações nucleares implica uma perda de massa de milhões de toneladas por segundo!
Introdução
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Hidrogênio
O átomo de hidrogênio possui 3 isótopos – prótio, com apenas 1 próton; deutério, com 1 próton e 1 nêutron; e trítio, com 1 próton e 2 nêutrons.
Saiba:» O deutério compõe D2O, conhecida como água pesada.» O trítio é o único radioativo entre os 3 e possui meia-vida de 12,3 anos.
Posição na Tabela Periódica
Isótopos do Hidrogênio
O hidrogênio não pertence a uma família específica da tabela periódica. Geralmente, ele encontra-se acima da família 1, pois pode se comportar como metal (reagir com ametais e formar íon positivo), mas também podemos encontrá-lo acima da família 17, dos halogênios, pois pode se comportar como ametal (reagir com elementos alcalinos e formar o íon hidreto, H-).
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Hidrogênio
Produção do Gás Hidrogênio
Há várias maneiras de produzir hidrogênio molecular (H2). Algumas delas são:
» Eletrólise da água2 H2O(l) → O2(g) + 2 H2(g)
» Reação de metal mais reativo que hidrogênio (ligado a ácidos) e uma solução diluída de ácido forte
Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)
» Reação de carbono com vapor de água (mistura esta chamada de gás d’ água)
C(s) + H2O(g) → H2(g) + CO(g)
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Hidrogênio
Importância do Hidrogênio
São várias as aplicações do hidrogênio. Na indústria química, ele é utilizado no processamento de combustíveis fósseis e na produção de amoníaco (feito a partir da amônia).
» Síntese de amônia:N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g)
Existem estudos que dizem que o hidrogênio será combustível do futuro, pois sua reação com o oxigênio é bastante exotérmica e origina, como produto final, a água. Sendo assim, ele pode gerar muita energia, além de ser ecologicamente correto.
» Combustão do hidrogênio:2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) ∆H = - 286 kJ/mol H2
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Hidrogênio
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Dirigível Hindenburg em chamas
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Família do CarbonoIntrodução
Na família do carbono, 14, o único ametal presente é o próprio carbono. Apesar de não ser abundante na crosta terrestre, o carbono é extremamente importante, pois a vida como conhecemos é baseada em seus compostos.
Alótropos
O carbono existe em 3 formas cristalinas: grafite, diamante e fulerenos.» Grafite: sólido macio, preto, escorregadio que tem brilho metálico e conduz eletricidade.» Diamante: sólido duro e transparente no qual os átomos de carbono formam uma rede cristalina.» Fulerenos: em geral apresenta uma estrutura esférica formada por hexágonos e pentágonos.
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Família do Carbono
Diamante – átomos de carbono sp3 ligados entre si.
Grafite – planos paralelos com átomos de carbono ligados por ligações duplas ou simples.
Fulereno (C60) – hexágonos ligados por pentágonos, sendo estes responsáveis pela curvatura da molécula.
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Família do CarbonoUtilização
» Fibras de Carbono: elas sozinhas não são apropriadas para uso, porém, ao serem combinadas com materiais matrizes, estes resultam num material com propriedades mecânicas excelentes.
Nylon-66®
» Polímeros: macromoléculas formadas por moléculas menores (monômeros).
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Família do Carbono
Utilização
» Carbetos: carbetos iônicos são compostos binários com carbono ligado a um metal reativo. Em particular, temos o carbeto de cálcio, que reage com água para formar acetileno e hidróxido de cálcio. O gás acetileno (etino, C2H2) é usado em chamas de maçaricos.
CaC2(s) + 2 H2O(l) → C2H2(g) + Ca(OH)2(aq)
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Família do Nitrogênio
Introdução
Dos não-metais pertencentes à família 15, temos o fósforo e o nitrogênio.
A importância do estudo do fósforo se deve, principalmente, às suas aplicações na química ambiental e ao seu papel na bioquímica.
Para o nitrogênio (N2), temos o ar que consiste de 78% em volume da atmosfera da terra. A molécula de N2 é muito pouco reativa por causa da forte ligação tripla entre os átomos de nitrogênio.
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» Agricultura: sua importância para essa área provém do ácido fosfórico, que pode formar fosfatos - estes que são empregados na fabricação de fertilizantes.
» Bioquímica: o fósforo tem relevante papel na formação do ATP, além de funcionar como íon tampão.
» Coca-Cola: o ácido fosfórico (H3PO4) é constituinte da coca-cola, sendo este um dos responsáveis pelo baixo valor do pH de tal bebida.
Família do NitrogênioFósforo
Aplicações
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Família do Nitrogênio
» Comercialmente, a aplicação mais importante do nitrogênio é na obtenção do gás amoníaco, pelo processo Haber, que é usado posteriormente na produção de fertilizantes e ácido nítrico.
» Devido à sua baixa reatividade, é usado como atmosfera inerte em tanques de armazenamento de líquidos explosivos.
» Nitrogênio líquido, obtido pela destilação fracionada do ar liquefeito, que é usado como fluido refrigerante em diversas situações.
» TNT!!
Aplicações
Nitrogênio
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Família do Nitrogênio
TNT» Podemos obter TNT através dos seguintes processos:
I) CaC2(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + C2H2(g)
II) 3 C2H2(g) → C6H6(g)
III) C6H6(l) + CH3Cl(aq) → HCl(aq) + C7H8(l) IV) C7H8(l) + 3 HNO3(aq) → C7H5N3O6(l) + 3 H2O(l)
» Observação (catalisadores):
II) Ferro metálico, alta temperatura;III) AlCl3(s)
IV) H2SO4(concentrado)
Nitrogênio
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Calcogênios
Introdução
A família 16 é a dos calcogênios. Os ametais pertencentes a ela são o oxigênio, o enxofre e o selênio, sendo o oxigênio o que mais se destaca.
O oxigênio molecular (O2) é um dos principais constituintes do ar atmosférico e responsável pela produção de energia na respiração aeróbica, participando do ciclo de Krebs.
O enxofre é importante na produção de ácido sulfúrico e na vulcanização da borracha.
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CalcogêniosOxigênio
Histórico
Em meados do século XVIII, os cientistas estavam em busca de identificar o componente do ar relacionado à queima e à respiração. Acreditava-se que a substância responsável pela combustão era o flogístico. Mais tarde, Scheele (1771) e Priestley (1774) descobriram o elemento em questão independentemente, e Lavoisier nomeou-o de oxigênio, que significa “formador de ácido”.
19/36Antoine Laurent de Lavoisier Joseph Priestley
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CalcogêniosOxigênio
Alótropos
» O2: em temperatura ambiente, o O2 é um gás incolor e inodoro. A ligação em O2 é muito forte. O oxigênio também forma ligações fortes com muitos outros elementos, por isso, muitos compostos contendo oxigênio são termodinamicamente mais estáveis que O2.
» O3: o ozônio é um gás azul-claro venenoso com um odor pronunciado e irritante. A molécula possui ligação π delocalizada sobre os três átomos de oxigênio.
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CalcogêniosOxigênio
Óxidos, Peróxidos e Superóxidos
» Óxidos: composto binário com oxigênio, em que este é o átomo mais eletronegativo (cada átomo de oxigênio tem carga -2).» Peróxidos: O2
2- (cada átomo de oxigênio tem carga -1).» Superóxidos: O2
1- (cada átomo de oxigênio tem carga -1/2).
Aplicações
» Oxidante para foguetes;» Medicina, no tratamento de insuficiência respiratória;» Produção de metais;» Fabricação de componentes eletrônicos.
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CalcogêniosEnxofre
» Ácido sulfúrico – provavelmente, a aplicação mais importante, com vários usos na indústria.
- Produção de ácido fosfórico e, por conseguinte, fabricação de fertilizantes;- Eletrólito de baterias de automóveis.
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CalcogêniosEnxofre
» Vulcanização da borracha.
- Como a borracha natural é termoplástica, criou-se um método para torná-la mais resistente: a vulcanização. Este processo consiste basicamente na reação de enxofre, a alta temperatura, com a borracha, interligando as moléculas do polímero através do agente vulcanizante com átomos de carbono que apresentavam dupla ligação. Assim, a borracha adquire a propriedade de poder deformar-se e, cessadas as causas determinantes, retornar às suas dimensões iniciais.
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CalcogêniosEnxofre
» Hexafluoreto de enxofre (SF6)
Ele é um gás inerte e não tóxico. É usado em dielétricos, em dispositivos de alta tensão, e em várias outras aplicações científicas, industriais e medicinais. É considerado um dos mais fortes gases para o efeito estufa, mas na prática não contribui em muito para o aquecimento do planeta.
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Halogênios
Introdução
Os halogênios compõem a família 17. Todos os seus elementos são ametálicos. Eles são eletronegativos e apresentam afinidades eletrônicas muito altas (valores muito negativos), ou seja, têm facilidade em receber elétrons para formar íons estáveis.
Os elementos pertencentes à família dos halogênios são: flúor, cloro, bromo, iodo e astato.
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HalogêniosFlúor
O flúor é o elemento mais eletronegativo conhecido. Várias experiências para tentar isolá-lo resultaram em acidentes devido à sua alta reatividade. O gás (F2) tem aspecto amarelo pálido e reage com a maioria das substâncias orgânicas e inorgânicas. O flúor pode inclusive formar compostos com gases nobres.
Aplicações
» Proteção contra cáries em cremes dentais, na forma de fluoreto de sódio ou de estanho;» Fluoreto de sódio é também usado em inseticidas contra baratas.
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HalogêniosFlúor
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HalogêniosCloro
O cloro é o segundo átomo mais eletronegativo. Seu gás (Cl2) tem coloração amarelo esverdeada, é extremamente tóxico e de odor irritante.
Aplicações
» Germicida para tratamento de água (reatividade alta);» Sal de cozinha (NaCl);» Clorofórmio (CHCl3);» Ácido clorídrico (HCl).
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HalogêniosCloro
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HalogêniosBromo
Aplicações
» Filmes fotográficos;» Tratamento de água.
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HalogêniosIodo
Aplicações
» Catalisador para produção de alguns polímeros;» Desinfetantes;» Prevenção do bócio;» Metalurgia do titânio, zircônio e outros metais.
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Gases Nobres
Introdução
Os gases nobres pertencem ao grupo 18 da tabela periódica. Eles são estáveis mesmo quando monoatômicos e apresentam o octeto completo.
São eles: hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio, radônio.
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Gases NobresHélio
O hélio é o segundo elemento mais abundante do universo (o hidrogênio é o primeiro). Ele é formado pela fusão entre dois átomos de hidrogênio. O gás hélio é incolor, inodoro, não-inflamável e inerte.
Aplicações» Gás protetor para soldas;» Misturado com oxigênio, serve para atmosfera artificial para mergulhos profundos;» Enchimento de balões e dirigíveis;
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Gases NobresNeônio
O neônio, do grego, novo, é obtido pela destilação fracionada do ar líquido (o neônio está presente na atmosfera da terra na proporção de 1 parte para 65000 partes).
Aplicações
» Detectores de íons para laboratórios;» Lâmpadas para anúncios luminosos (misturado com argônio);» Lasers de hélio e neônio.
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Gases NobresArgônio
A atmosfera terrestre contém 0,934% em volume e 1,29% em massa de argônio. Ele é obtido pela destilação fracionada do ar líquido. Tanto o gás quanto o líquido são incolores e inodoros.
Aplicações
» Argônio pressurizado é usado para inflar airbags de automóveis;» Gás protetor para soldas (evita oxidação e reduz emissão de fumos);» Produção de metais reativos.
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Bibliografia
» www.mspc.eng.br» www.infoescola.com/quimica» www.editorasaraiva.com/eddid/ciencias/curioso_quimica» www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/historia-da-borracha/producao-de-borracha
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