Química dos não- metais Hanneli Carolina Andreazzi Tavante – 14449 Antonio Ribeiro Alves Júnior...
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Química dos não-metais
Hanneli Carolina Andreazzi Tavante – 14449
Antonio Ribeiro Alves Júnior – 13305
Introdução
• Esta apresentação visa à introdução de alguns aspectos da química descritiva para o estudo sistemático de elementos não-metálicos.
• A importância do estudo de tais elementos dá-se pelo fato de os mesmos formarem compostos comercialmente importantes e indispensáveis à vida.
Tópicos a serem abordados
• 1. Conceitos gerais;• 2. Hidrogênio;• 3. Os gases nobres (Grupo 8A);• 4. Elementos do grupo 7A - halogênios• 5. Elementos do grupo 6A - calcogênios• 6. Nitrogênio;• 7. Elementos do grupo 5A;• 8. Elementos do grupo 4A;• 9. Boro;• 10. Referências bibliográficas;
Conceitos gerais
• A divisão dos elementos em metais, metalóides e não-metais relaciona-se com as tendências das propriedades de cada elemento.
• Dentre os não-metais, a habilidade de um átomo formar ligações π é um fator importante na determinação de sua estrutura.
• Por exemplo,
SiO2 possui apenas ligações simples, enquanto CO2 possui ligações duplas.
Hidrogênio• O nome hidrogênio foi designado ao
respectivo elemento pelo químico francês Lavoisier. Do grego, hydro (água), gennao (produzir) “aquele que produz água”.
• De fato, o hidrogênio é o elemento mais abundante do universo. Porém, constitui apenas 0,87% da massa da Terra. A maior parte encontra-se associada ao oxigênio.
• Possui três isótopos: prótio, deutério e trítio.
Algumas propriedades do hidrogênio
• Não é membro de família alguma na tabela periódica.
• À temperatura ambiente, existe na forma de H2, um gás incolor. A molécula é rapidamente ativada por calor, irradiação ou catálise.
• Átomos de hidrogênio são muito reativos, podendo formar ligações covalentes fortes com muitos elementos.
• Uma pequena quantidade de H2 é suficiente para tornar o ar explosivo. O hidrogênio pode ser usado como combustível para foguetes.
• Quando se necessita de H2 em pequenas quantidades, geralmente pode-se obtê-lo através da reação:
• Sendo H2 insolúvel, ele pode ser coletado como no esquema abaixo:
• O hidrogênio também é indispensável para o processo de Haber (síntese da amônia):
• O hidrogênio reage podendo formar:– Hidretos iônicos (hidrogênio reage com metais
alcalinos e alcalino-terrosos mais pesados);– Hidretos metálicos (H reage com metais de
transição);– Hidretos moleculares (H reage com não metais
ou semimetais);
Os gases nobres (Grupo 8A)
• Os elementos do grupo 8A são quimicamente não reativos. São todos gases à temperatura ambiente e possuem altas energias de ionização.
• Sendo estáveis, apenas reagirão sob condições rigorosas. A formação de ligações covalentes necessitará de um nível de valência expandido. A tabela a seguir traz alguns exemplos:
Elementos do Grupo 7A - halogênios
• A maioria dos halogênios apresenta afinidade eletrônica muito negativa, existindo do estado de oxidação -1. Outros podem exibir nox até +7, combinando-se com O, por exemplo.
• Em condições normais, existem como moléculas diatômicas, mantidas por forças de London.
• A tabela a seguir traz algumas informações:
• Na prática, por exemplo, F2 não pode ser feito por oxidação eletrolítica de soluções aquosas porque a água é oxidada mais rapidamente do que F-. O que se faz é oxidar-se KF em HF anidro:
• O flúor é importante na composição de fluorcarbonetos (refrigerantes, lubrificantes e plásticos).
• Grande parte da produção de Cl2 é utilizada na fabricação de compostos orgânicos, tais como o cloreto de vinila,C2H3Cl, essencial para a fabricação do polivinil (PVC).
• O sal iodado fornece a pequena quantidade de iodo indispensável à alimentação.
Utilização dos halogênios
• Todos os halogênios são estáveis formando ligações com o hidrogênio. A maneira mais importante para prepará-los é através da reação de um sal do mesmo haleto com um ácido não-volátil forte:
• Os haletos de hidrogênio formam soluções halídricas com a água. Essas exibem propriedades características dos ácidos.
• Compostos inter-halogênios são aqueles formados por átomos de halogênios diferentes, como o CIF.
• Tais compostos terão como átomos centrais Cl, Br ou I, circundados por 3, 5 ou 7 átomos de flúor.
Elementos do Grupo 6A - calcogênios
• Oxigênio significa “formador de ácido”. É o elemento mais abundante na crosta terrestre e também no corpo humano.
• Possui dois alótropos: O2 e O3 (ozônio).
• Um método comum para preparar O2 consiste em:
O oxigênio
• O ozônio é um gás azul claro que pode causar irritação aos olhos e vias respiratórias dos seres humanos.
• Atualmente vem sendo usado para o tratamento de água, em substituição ao cloro.
• Também é utilizado no preparo de medicamentos e para romper ligações duplas entre dois carbonos.
• O estado de oxidação -2 é o mais comum ao oxigênio. Os não-metais formam ácidos covalentes. Geralmente combinam-se com a água formando oxiácidos. Por exemplo:
• A reação acima é responsável pela formação de chuva ácida.
• Os óxidos que reagem com água para formar ácidos são denominados anidridos ácidos. Ao contrário destes, os muitos óxidos metálicos, que reagem em água formando hidróxidos, são denominados anidridos básicos.
• Ainda no grupo 6A, há os elementos enxofre, selênio, telúrio e polônio. O estado de oxidação -2 permite que atinjam a configuração eletrônica de um gás nobre. Com níveis de valência expandidos, podem ser encontrados até em estados de oxidação positivos de +6 (SF6, por exemplo).
• Para obtenção de enxofre, utiliza-se o processo Frasch, dado o baixo ponto de fusão e a baixa densidade do elemento. Água superaquecida funde o S, e ar comprimido força o enxofre para cima até que chegue à superfície:
Nitrogênio
•Descoberto em 1772 pelo escocês Daniel Ruthenford
•78% do volume da atmosfera terrestre é N2
•Ponto de fusão -210C
•Ponto de ebulição -196C
•Configuração eletrônica : [He]2s2 2p3
Estados de Oxidação do Nitrogênio:Estado: Exemplo:
5 N2O54 NO33 NO22 NO1 N2O0 N2-1 NH2F-2 N2F4-3 NH3
NitrogênioNaNO3 e KNO3
Outras formas de se encontrar o nitrogênio são os compostos naturais salitre da Índia (KNO3),
e salitre do Chile (NaNO3)
C12H22O11 + KNO3 CO2 + H2O + N2 + K2CO3 + KOH
Nitrogênio
N2H4
NH4+
N2
NH3
amôniaNO NO2 HNO3
NO3-NO2
-
Carbono
• Constituinte deapenas 0,027% dacrosta terrestre
• Grande parte
como CaCO3
• Apresenta-se emtrês alótropos:– Grafite– Diamante– Fulerenos
Elementos do Grupo 4A
Óxidos de Carbono
• Monóxido de Carbono – CO– 2 CO + O2 → 2 CO2
– Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2
• Dióxido de carbono – CO2
– Grande uso como refrigerante– Outro uso importante na fabricação de soda
(carbonato de sódio) e bicarbonato de sódio
Características gerais do Grupo 4A
Propriedade C Si Ge Sn PbRaio Atômico [A] 0,77 1,77 1,22 1,40 1,46
Eletronegatividade 2,5 1,8 1,8 1,8 1,9
Entalpia da ligação simples [kJ/mol]
348 226 188 151 -
Primeira energia de ionização [kJ/mol]
1.086 786 762 709 716
Silício• Segundo elemento mais abundante na
crosta terrestre
• Encontrado na forma SiO2 e outros mineirais silicatos
• Características semicondutoras
Silício elementar
Silício – Silicatos• São compostos constituídos de um átomo de
Si rodeados por átomos de O
• Compõem mais de 90% da crosta terrestre
• Exemplos:
– Si2O76-, SiO4
4-
Mg3Al(SiO4)3
Boro
• Único não-metal de seu Grupo 3A• Ponto de fusão: 2.300oC• Configuração eletrônica: [He] 2s2 2p2
• Boranos: BH3, B2H6
Amostra de Boro
Referências bibliográficas
• BROWN. Química, a ciência central. Pearson, Prentice Hall. São Paulo, 2007.
• http://www.quimlab.com.br/
• http://www.nakka-rocketry.net/