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GRUPO 13
Ga
CQ133
FSN
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GRUPO 13
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boro, alumínio, gálio, índio e tálio.
PROPRIEDADES GERAIS
Boro é um semi-metal
Os outros membros são metálicos e o caráter metálico aumenta no
grupo.
A configuração eletrônica dos membros do grupo é:[gás nobre]ns2np1 e
os estados de oxidação comuns no grupo são 0 e 3+.
Existe uma tendência crescente de estabilização do estado de oxidação
1+ ao longo dos elementos do grupo. In+ e Tl+ são muito comuns.
GRUPO 13
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PROPRIEDADES GERAIS (Continuação)
O boro (semi-metal) comporta-se muito mais como o silício do que o
como o alumínio.
Assim como no grupo 1, os raios atômicos e as densidades aumentam
no grupo.
Os pontos de fusão dos elementos tendem a diminuir no grupo.
GRUPO 13
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boro, alumínio, gálio, índio e tálio.
OCORRÊNCIA
B: Bórax (Na2B4O5(OH)4∙8H2O) e Kernita, (Na2B4O5(OH)4∙2H2O) são os
principais minérios.
Al: Bauxita, AlO(OH) = mistura de Al2O3 com vários graus de hidratação
Ga, In e Tl: Predominam os sulfetos, em quantidade traço junto com
minérios de Al, Zn, Ge e Pb.
GRUPO 13
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Boratos
Metaborato em
cadeia
Metaborato
cíclico
Metaborato
Bórax,
Na2[B4O5(OH)4]·8H2O
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Boratos
Na2B4O5(OH)4∙8H2O + 2HCl(aq) → 4B(OH)3(aq) + 5H2O + 2NaCl(aq)
bórax ácido bórico
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2B(OH)3(s) + calor → B2O3(s) + 3H2O(g)
B2O3(s) + 3Mg (ou Na) → 2B(s) + 3MgO(s)
amorfo, baixa pureza
filamento de W ou Ta ao rubro
BCl3(g) + 3H2(g) → 2B(s) + 6HCl(g)
2BI3(g) → 2B(s) +3I2(g)
B2H6(g) → 2B(s) + 3H2(g)
cristalino, alta pureza
Obtenção de boro
Boro
Icosaedro (B12)
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BORO
Usado na fabricação de aços resistentes ou carbetos de boro para
reatores nucleares. Carbetos de boro, também, são bons abrasivos;
o bórax (Na2B4O5(OH)4∙8H2O), o ácido ortobórico (H3BO3) são usados na
produção de fibra de vidro;
o bórax também é usado como retardante de chama para tecidos e
madeira e na fabricação de esmaltes cerâmicos;
B2O3 (conhecido como sesquióxido de boro) é usado na fabricação de
vidros do tipo borossilicato, resistentes ao calor
(por exemplo, Pyrex contém 14% de B2O3).
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ALUMÍNIO
2o metal mais produzido depois do ferro
39.7 bilhões de toneladas/ano
baixa densidade, maleável,
resistente à corrosão, bom condutor de eletricidade
e facilmente reciclado com baixo uso de energia (5% da necessária
para sua produção)
Forma ligas metálicas com Cu, Zn, Mg, Mn, Si;
Ex. Duralumínio: (94%Al, Cu, Mg e Mn)
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ALUMÍNIO
metal estrutural em aviões, navios, automóveis e trocadores de
calor;
na construção civil (portas, janelas, divisórias);
embalagens para bebidas, tubos para creme dental, papel alumínio;
fabricação de utensílios de cozinha;
fabricação de cabos elétricos;
Al(OH)3 é muito usado como antiácido, Al2(SO4)3 é usado no
tratamento de água potável.
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ALUMÍNIO
Produção envolve quatro etapas:
A) Extração do minério (bauxita, AlO(OH)) (mistura de gibsita,
boehmita e diaspore)
B) Purificação da bauxita para produzir alumina (Al2O3)
C) Preparação de criolita (Na3AlF6)
D) redução eletrolítica da alumina
Principais impurezas da bauxita
Fe2O3 (3 a 25%)
SiO2 (1 a 7%)
TiO2 (2 a 3%)
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GÁLIO e ÍNDIO
Gálio e índio são usados para dopar cristais para fabricação de
transistores. o gálio de altíssima pureza é usado em semicondutores;
GaAs é usado em diodos emissores de luz (LEDs = light emitting
diodes);
índio é muito macio e usado como anel de vedação metálico em
juntas metálicas de alto-vácuo;
índio é usado em ligas de baixo ponto de fusão.
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Al Al2O3
bauxita
Produção de Alumínio
Refino da bauxita (Processo Bayer) e
Produção de Alumínio (Processo Hall-Héroult)
AlO(OH)(s) + NaOH(aq) + H2O(l) → NaAl(OH)4(aq) SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3(aq) + H2O(l) Al(OH)4
-(aq) + CO2(g) Al(OH)3(s) + HCO3-(aq)
Al(OH)3(s) + calor → Al2O3(s) + H2O(g) Al(OH)3(s) + 6HF(g) → [AlF6]
3-(aq) + 3H3O+(aq)
[AlF6]
3-(aq) + 3H3O+(aq) + 3NaOH(aq) + calor → Na3AlF6(s) + 6H2O(g)
criolita Eletrólise ígnea Criolita + Al2O3 (2-5%) + AlF3 → Al(l)
AlO(OH)
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Al3+ + 3e- → Al(l)
2O2- + C(s) → CO2(g) + 4e-
O Processo Hall-Heroult
1886 –Charles Hall (EUA) e Paul Heroult (França)
10 a 13 kWh / kg de Al
400 células de 8x4x1m
300.000 ton Al / ano
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Grupo 13 - Propriedades
Raio
atômico
Å
Raio
iônico,
M3+, Å
P.F.
oC
B 0,89 0,27 2180
Al 1,43 0,54 660
Ga 1,23 0,62 30
In 1,67 0,80 157
Tl 1,70 0,89 303
P.E.
oC
3650
2467
2403
2080
1457
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BORO
Icosaedro (B12) vários unidades B12 ligadas através
de ligações covalentes B-B →Arranjo
cristalino: a-romboédrico
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
Empacotamento hexagonal
é mais eficiente
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS HEXAGONAL
equivale à uma
estrutura cúbica
de face centrada
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS CÚBICO
equivale à uma
estrutura cúbica
de face centrada
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS CÚBICO
equivale à uma
estrutura cúbica
de face centrada
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ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
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Grupo 13 - Propriedades
M3+/ M
Volts
M+ / M
Volts
B -0,87 -
Al -1,66 +0,55
Ga -0,56 -0,79
In -0,34 -0,18
Tl +1,26 -0,34
Potenciais Padrão de Redução, Eo
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2Al(s) + 3/2O2(g) Al2O3(s)
Reação Termita
Cr2O3(s) + 2Al(s) 2Cr(s) + Al2O3(s)
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Alumina
Rubi, contém Cr3+ Safira, contém
Fe3+ e Ti4+
Topaz, contém
Fe3+
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Grupo 13 – Propriedades ácido-base
Óxidos e hidróxidos
B2O3(s) + 3H2O(l) 2H3BO3(aq)
Tl2O3(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2O(l)
TlOH(aq) Tl+(aq) + OH-(aq)
Al2O3(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2O(l)
Al2O3(s) + 2OH-(aq) + 3H2O(l) 2Al(OH)4-(aq)
Al(OH)3(s) + 3H+(aq) Al3+(aq) + 3H2O(l)
Al(OH)3(s) + OH-(aq) Al(OH)4-(aq)
2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g)
2Al(s) + 6H2O(l) + 2OH-(aq) 2Al(OH)4-(aq) + 3H2(g)
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Haletos de boro
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Haletos de alumínio
Al2Cl6
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B2H6 B4H10 B3H8
B5H9 B5H11 B10H10
2-
Boranos
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Boranos
[B6H6]2- [B5H9] [B4H10]
remoção
de vértice remoção
de vértice
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Diborano
B B
H
H
H
Ligação 3c-2e
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Boro versus Carbono
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nitreto de boro grafite
Boro versus Carbono
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APLICAÇÕES
Aço
Lã de vidro Fibra de
vidro
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APLICAÇÕES
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APLICAÇÕES
Ga e In
fabricação de transistores
e semicondudores