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CQ-222 Química Inorgânica II

Responsável

Prof. Fábio Souza Nunes

www.quimica.ufpr.br/fsnunes/CQ222


www.quimica.ufpr.br/fsnunes/CQ222


Art. 106, Resolução CEPE 37/97

É assegurado o direito à segunda chamada nos casos, desde que

devidamente comprovado:

a) Exercícios militares

b) Internamento hospitalar

c) Doença

d) Falecimento de parentes

e) Depoimento judicial ou policial

f) Convocação para eleições em entidades oficiais

g) Viagem por convênio da UFPR

h) Participação em cursos, simpósios, congressos

i) Participação em Jogos Universitários

Tabela Periódica dos Elementos

A importância do setor industrial na economia

Fonte: Abiquim

O Brasil é hoje a 6a economia do mundo e a 1a da América Latina

A indústria contribui:

com 22% do PIB

50% das exportações

66% do investimento do setor privado em P&D

30% da contribuição fiscal

A indústria química brasileira em números Ano Base: 2019

Fonte: Abiquim

POSIÇÃO DE DESTAQUE

US$ 119 bilhões

faturamento

líquido em 2019

US$ 56 bilhões

produtos

químicos de uso

industrial 2019

3o maior PIB da indústria

11,4% 2017

2,3% do PIB Brasil

em 2019

400 mil Empregos

diretos

2 milhões empregos

indiretos

Salários: dobro da

indústria de

transformação

A química e a sociedade

Participação (%) da ind. química brasileira no PIB total

Fonte: Abiquim

A química brasileira na indústria de transformação

Fonte: Abiquim

Evolução do faturamento líquido da indústria química brasileira

Fonte: Abiquim

Faturamento da indústria química brasileira por segmento em 2019 (US$119 bilhões)

Fonte: Abiquim

Utilização da capacidade instalada (UCI) da indústria química brasileira

Fonte: Abiquim, CNI

A indústria química mundial em 2018

Fonte: Abiquim

6a

Onde estão os produtos químicos?

Classificação dos produtos

químicos

Produtos Químicos de Uso Industrial. Faturamento

Líquido por Grupo de Produtos em 2019.

US$ 55.5 Bilhões

Fonte: Abiquim

Produtos Químicos – Produção Mundial

Fonte: The Essential Chemical Industry

Fonte: The Essential Chemical Industry

GRUPO 1

Li Na K

Rb Cs

GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS


OCORRÊNCIA

Li: Espodumênio, LiAl(SiO3)2, Lepidolita K2Li3Al4Si7O2(F,OH)3

Na: Sal-gema NaCl(s), bórax Na2B4O710·H2O, salitre do Chile NaNO3,

trona Na2CO3·NaHCO3·2H2O, mirabilita Na2SO4, água do mar, salmouras

K: Carnalita KCl·MgCl2·6H2O, Silvita KCl(s), água do mar, salmouras

Rb: Como constituinte menor da Lepidolita

Cs: Popucita, Cs4Al4Si9O29·H2O e na Lepidolita

Fr: 227Ac89 → 4He2 +

223Fr87 ; meia-vida de 21 min: 223Fr87 → e

- + 223Ra88

GRUPO 1 - A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS

MATÉRIA PRIMA

Mina de Sal Gema

em Cheshire,

Reino Unido

NaCl obtido da

evaporação da água

do mar

+150 milhões de toneladas/ano

Eletrólise Ígnea de Cloreto de Sódio

Na+(NaCl) + e- → Na(s)

2Cl-(NaCl) → Cl2(g) + 2e-


OBTENÇÃO

Célula de Downs

Usa-se mistura

33% NaCl

67% CaCl

funde a 580 oC


OBTENÇÃO

Na(l) + KCl(l) + calor (850 oC) → NaCl(l) + K(g)

M = Rb ou Cs:

Ca(l) + 2MCl(l) + calor (750 oC) → CaCl2(l) + 2M(g)

LEMBRAR:

Eletrólise Ígnea dos cloretos

Método “pode ser aplicado” a todos os elementos do grupo 1, exceto o Fr

Deve-se considerar dificuldades técnicas como a elevada reatividade dos metais

1) Qual é o método principal para obtenção dos metais do grupo 1?

10) Qual dos seguintes compostos você usaria para extinguir um incêndio

provocado por lítio metálico? Explique.

a) água;

b) nitrogênio líquido;

c) carvão em pó; ou

d) areia.

Eletrólise de Cloreto de Sódio em solução aquosa

NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq)

2H2O (aq) + 2e- → H2(g) + 2OH

-(aq)

2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-

GRUPO 1 – A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS

Produção de soda cáustica

Célula de cátodo de mercúrio Célula de diafragma

GRUPO 1 – Produção de hidróxido de sódio

Célula de membrana

NaOH(aq)

50%

NaOH(aq)

12%

NaOH(aq)

30%

HRNA zA zB e

2

1 - d

do

A=4odo

NaOH - Aplicações

CARBONATO DE SÓDIO

EXTRAÍDO DO MINERAL “TRONA”

Maiores depósitos em Wyoming (EUA), 4.5x1010 toneladas

Na2CO3· NaHCO3·2H2O (SESQUICARBONATO DE SÓDIO)

2 Na2CO3·NaHCO3·2H2O(s) + calor → 3Na2CO3(s) + 5H2O(l) + CO2(g)

A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS

BARRILHA OU SODA LEVE

MÉTODO SOLVAY

Ernest Solvay

CaCO3(s) + calor → CaO(s) + CO2(g)

NH3(g) + H2O(l) → NH4OH(aq)

2NH4OH(aq) + CO2(g) → (NH4)2CO3(aq) + H2O(l)

(NH4)2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l) → 2NH4HCO3(aq)

NH4HCO3(aq) + NaCl(aq) → NH4Cl(aq) + NaHCO3(s)

2NaHCO3(s) + calor → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l)

CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq)

2NH4Cl(aq) + Ca(OH)2(aq) → 2NH3(g) + CaCl2(aq) + 2H2O(l)

CaCO3(s) + 2NaCl(aq) → Na2CO3(s) + CaCl2(aq)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Ernest_Solvay.jpg

2) Que produtos químicos de uso industrial são obtidos do segmento

Cloro-Álcalis? Escreva todas as equações pertinentes.

3) A soda leve, a barrilha ou ainda o carbonato de sódio, está entre os dez

produtos químicos de maior produção mundial. Seu principal uso é a

fabricação de vidros. Escreva as etapas de produção da barrilha pelo

método Solvay.

BARRILHA OU SODA LEVE

Preparação de vidros:

Na2CO3(l) + xSiO2(s) + calor (1500 oC) → Na2O·xSiO2(l) + CO2(g)

HIDROGENOCARBONATO DE SÓDIO

É preparado pela carbonatação de uma solução saturada de carbonato de

sódio com CO2(g) comprimido a 40 oC:

Na2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l) → 2NaHCO3(s) PRINCIPAL APLICAÇÃO: FERMENTO QUÍMICO:

2NaHCO3(s) + Ca(H2PO4)2(s) → NaHPO4(s) + CaHPO4(s) + 2CO2(g) + 2H2O(g)

Metais Alcalinos

4) Por que os metais alcalinos possuem baixos pontos de fusão e são moles? 5) Por que os íons dos elementos do grupo 1 são monovalentes? 6) Explique por que o caráter metálico aumenta de cima para baixo no grupo.

O “caráter” metálico

maleabilidade

eletropositividade brilho metálico

condução elétrica e de calor

Características dos Compostos

A maioria dos compostos é formada por

sólidos iônicos estáveis e incolores.

KMnO4 Na2Cr2O7 Na2CrO4

Características dos Compostos

Relação carga/raio pequena

Na+ até Cs+ são os únicos íons que estabilizam

ânions grandes e de baixa carga, como os sais

hidrogenocarbonatos no estado sólido;

Em geral, sais de K+, Rb+ e Cs+ são anidros

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA

O CICLO DE BORN-HABER

Hf = Hs K(s) + E.I. K(g) + 1/2Hd Cl2(g) + A.E. Cl(g) + U

U = energia reticular

G = H - TS

ESTRUTURA DE SÓLIDOS EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS

Empacotamento hexagonal

é mais eficiente


HEXAGONAL

equivale à uma

estrutura cúbica de

face centrada


CÚBICO

equivale à uma

estrutura cúbica de

face centrada

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA

O CICLO DE BORN-HABER

Hf = Hs K(s) + E.I. K(g) + 1/2Hd Cl2(g) + A.E. Cl(g) + U

U = energia reticular

G = H - TS

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA Entalpias de rede

A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA A equação de Born-Mayer

HRNA zA zB e

2

1 - d

do

A=4odo

Solubilidade dos sais de metais alcalinos

Alta solubilidade → reagentes úteis

Balanço entre entalpia e entropia de dissolução


Variação da entalpia de dissolução (Hdissolução)


Variação da entropia de dissolução (Sdissolução)


Gdissolução = Hdissolução - TSdissolução

12)Discuta sobre os fatores que controlam a solubilidade de sólidos iônicos 14) Compare e explique as condutividades dos cátions do grupo 1 em solução aquosa?

Condução de eletricidade em solução

Metais Alcalinos

Reatividade dos metais alcalinos

4Li(s) + O2(g) → 2Li2O(s)

Li2O(s) + CO2(g) → Li2CO3(s)

Os metais são armazenados em óleo

Reação de Li com dioxigênio


4Li(s) + O2(g) → 2Li2O(s) óxido

Li2O(s) + H2O(l) → 2LiOH(aq)

2Na(s) + O2(g) → Na2O2(s) peróxido ou dióxido(2-)

Na2O2(s) + 2H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2O2(aq)

Reação de Li e Na com dioxigênio

Orbital molecular do dioxigênio, O2

Orbital molecular do ânion peróxido ou dióxido(2-)


M(s) + O2(g) → 2MO2(s) superóxido ou dióxido(1-)

2MO2(s) + 2H2O(l) → 2MOH(aq) + H2O2(aq) + O2(g)

Reação de M = K, Rb ou Cs com dioxigênio

4KO2(s) + 2CO2(g) → 2K2CO3(s) + 3O2(g)

K2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l) → 2KHCO3(aq)

usados em cápsulas espaciais e

submarinos

Orbital molecular do ânion superóxido ou dióxido(1-)

Reatividade em água e amônia líquida

Na(s) + nNH3(l) → [Na(NH3)n]+ + [e(NH3)n]

-

ou

Na+(am) + e-(am)

[Na(NH3)n]+ + [e(NH3)n]

- + NH3(l) → NaNH2(am) + 1/2H2(g)

2Na(s) + H2O(l) → 2NaOH(aq) + H2(g)

Reatividade com halogênios

2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s)

Reagentes perigosos formando um

produto essencial à vida !!

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