Aula 06 Química dos elementos GRUPO 13 - SQBF - Grupo de...
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GRUPO 13 Aula 06
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Bórax, Na2B4O5(OH)4.8H2O Ou Quernita Na2B4O5(OH)4.2H2O
Bauxita: (mistura complexa de hidróxido de alumínio hidratado e óxido de alumínio)
Gálio, Tálio e Índio
Alumínio Criolita: Na3AlF6 Boro
Contaminantes nos Sulfetos de Zn e de Pb
40-60% Al2O3, 12-30% H2O, 1-15% SiO2, 7-30% Fe2O3, 3-4% TiO2, outros 0,05-0,2%
Ocorrência na natureza
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)()()()(32
32][
25
323
O.8H(OH)OBNa 442
ssss
H
MgOBMgOB
OB
+→+
→∆
+
- Redução de haletos
)(2)() (
)(2)(3
)()() (
)(2)(3
Br 3 232
6232
gsTaouWrubrofilamento
gs
gsTaouWrubrofilamento
gs
BHBBr
HClBHBCl
+ →+
+ →+
- Conversão do Bórax
B12
o processo de purificação do BI3 é muito caro
Métodos de obtenção
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Propriedades químicas
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Boro: não metal, sempre forma ligações covalentes
- normalmente forma três ligações covalentes com ângulos de 120o entre si utilizando orbitais híbridos sp2
[He]2s22p1
- todos compostos BX3 são deficientes em elétrons, portanto podem receber mais um par de um outro átomo
Híbrido sp2
2s 2p
Ácidos de Lewis
Propriedades gerais do Boro
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tos Forma óxidos ácidos. O principal é o B2O3.
- funde a 450 oC e é empregado como efluente para limpeza de metais - usado na produção de vidros de Borosilicato
Vidros comuns: 12% de Na2O, 2% CaO e 86% SiO2
Vidros borosilicatos: 4,5% de Na2O, 2% CaO, 12,5% B2O3 e 81% SiO2
Não se expandem muito quando aquecidos, resistentes a aquecimento e
resfriamento rápidos
Principais compostos
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Tipo Bn Hn+4 Tipo BnHn+6
B2H6 - diborano B4H10 – tetraborano
B5H9 – petaborano-9
B5H11 – pentaborano-11
B10H14 – decaborano-14
B10H16 – decaborano-16
No diborano ⇒ 12 elétrons de valência ⇒ 3 de cada B e 1 de cada H
B
H
B
H
H
H
H
H
átomos de Hligados em ponte
Boranos, Boro-hidretos e Boretos O boro forma uma série de compostos binários com o hidrogênio (boranos), que incluem, por ex., o diborano e o decaborano, e são até certo ponto análogos aos hidrocarbonetos. Nos boranos, não existe elétrons suficiente para formar todas as ligações covalentes esperadas (compostos elétrons-deficientes)
Principais compostos - Boro
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B5H9 B5H11
Boranos, Boro-hidretos e Boretos
BH
H
H
H
BH
H
2e- spread over 3 orbitals
sp3
Principais compostos - Boro
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tos - Em versões aniônicas desses compostos (BH4
-), temos por exemplo o boro-hidreto de sódio: NaBH4
B2H6 (s) + 6 H2O (l) → 2 B(OH)3 (aq) + 6 H2 (g)
- Reagem com água (imediatamente) liberando H2.
- Quando aquecido, liberam H2.
B2H6 (s) → 2 B (s) + 3 H2 (g)
Boranos, Boro-hidretos e Boretos
Principais compostos - Boro
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tos - Em versões aniônicas desses compostos (BH4
-), temos por exemplo o boro-hidreto de sódio: NaBH4
B2H6 (s) + 6 H2O (l) → 2 B(OH)3 (aq) + 6 H2 (g)
- Reagem com água (imediatamente) liberando H2.
- Quando aquecido, liberam H2.
B2H6 (s) → 2 B (s) + 3 H2 (g)
Boranos, Boro-hidretos e Boretos
Principais compostos - Boro
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Em presença de bases de Lewis macias e volumosas → clivagem simétrica dos diboranos
Em presença de bases de Lewis duras e compactas → clivagem assimétrica dos diboranos
Ácido de lewis – receptor de par de elétrons
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Principais compostos - Boro
OH
HOB
OH
H3BO3: é um sólido branco que funde-se a 171 oC. É tóxico para bactérias e insetos e é empregado na fabricação de anti-sépticos suaves.
Tetraédrica
- O ácido bórico se comporta como um ácido de Lewis, aceitando um par de elétrons da molécula de água.
Trigonal plana
(OH)3B (aq) + H2O(l) B(OH)4-(aq) + H3O+
(aq)
pka = 9,14
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Principais compostos - Boro
B B
O O
O O
OH
OH
HO
HO
2- ÍON PEROXOBORATO
BN: possui estrutura parecida com a grafita. É branco e conduz eletricidade. A altas temperaturas converte-se em uma estrutura muito dura, parecida com diamante cristalino
)(2)()(3)( 3 222 gsgs HBNNHB +→+
Peroxoborato de sódio
é usado como branqueador em sabões em pó
é ativo em temperaturas superiores a 50 °C e é compatível com enzimas
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Principais compostos - Boro
Aumentar a capacidade de têmpera do aço
ácido bórico ou bórax misturado com NaOH (polibor ou timbor) – proteção de madeira contra insetos e maior resistência ao fogo
perboratos – alvejantes
borosilicatos – vidro Pyrex
B2O3 – fundente de soldas
borato de cálcio – fibra de vidro
antisépito-suave (ácido bórico)
Composição: Amido de mandioca, estearato de zinco, carbonato de magnésio, ácido bórico, fenolsulfonato de zinco, aerosil, ácido benzóico, ácido undecilênico e fragrância.
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Métodos de obtenção
15
- A partir da bauxita (mistura complexa de hidróxido de alumínio hidratado e óxido de alumínio)
)(32)(62)(4
)(2)()(32)(2)(32
)()( 2
H 5 4
saqaq
laqsss
OFeOHSiNaOHNaAl
ONaOHOFeSiOOAl
++
→++++
O ferro é um contaminante da bauxita (cor vermelha). O aluminato de sódio formado no tratamento é solúvel e o hidróxido férrico (contaminante) é insolúvel, separando-se o Fe.
Na segunda etapa, é borbulhado dióxido de carbono:
)(3)(3)(2)(4 )( )( saqgaq OHAlNaHCOCOOHNaAl +→+
O hidróxido de alumínio é então desidratado, regenerando a alumina pura:
)(2)(32)(3 3H )( 2 gss OOAlOHAl +→∆
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Métodos de obtenção
O óxido de alumínio é fundido, juntamente com criolita ( Na3AlF6) que abaixa seu ponto de fusão de 2050 oC para 950 oC, e sofre eletrólise:
Catodo: Al3+ (fund) + 3 e- → Al (l)
Anodo: 2 O2- (fund) + C (s) → CO2 (g) + 4 e-
Global: 4 Al3+ (fund) + 6 O2-
(fund) + 3 C (s) → 4 Al (l) + 3 CO2(g)
Processo Hall
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Propriedades químicas
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No complexo hidratado, as ligações Alumínio-Oxigênio são muito
fortes, enfraquecendo as ligações O-H e favorecendo a
dissociação, dando propriedades ácidas ao íon Al(H2O)63+:
Al2O3, alumina: é anfotera e reage com bases e com ácidos
)(4)(2)()(32 )( 2H 3 2 aqlaqs OHNaAlONaOHOAl →++
)(3
62)(2)(3)(32 )( 23H6 aqlaqs OHAlOHOOAl ++ →++
H2O
O H H
M
OH2
OH2 OH2
H2O
H2O
3+ OH
M
OH2
OH2
OH2
H2O 2+
Principais compostos - Alumínio
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- Al2O3, alumina: reage com ácido sulfúrico originando o sulfato de alumínio (Al2(SO4)3, que é empregado por indústrias de papel para coagular celulose em superfícies duras e não absorventes.
)(2)(342)(42)(32 3)( SO 3 laqaqs OHSOAlHOAl +→+
- Al2(SO4)3: empregado, juntamente com o aluminato de sódio em tratamentos de água como agentes coagulantes:
)(42)(3)(342)(4 3)(8 )(SOl)(6 aqsaqaq SONaOHAlAOHNaAl +→+
Principais compostos - Alumínio
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- Al2O3, alumina: formas cristalinas preciosas obtidas pela substituição de Al3+ por outros metais
Rubi (Cr3+) Safira (Fe3+, Ti4+) Topázio (Fe3+)
Principais compostos - Alumínio
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Principais compostos - Alumínio
AlCl3: Os trihaletos de Al formam estruturas binucleares
Al
Cl
Al
Cl
Cl
ClCl
Cl
Cloreto de alumínioAl2Cl6
Neste composto, o átomo de alumínio de cada fragmento atua como ácido de Lewis, aceitando um par de elétrons de um átomo de
cloro de outro fragmento (que atua como base de Lewis).
O cloreto de alumínio é muito empregado como catalisador (catalisador de Friedel-Crafts) em indústrias.
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tos O Ga ocorre c/o impureza na bauxita e é obtido como subproduto
da produção de Al.
O In é obtido c/o subproduto da obtenção do Pb e Zn
Como são encontrados em quantidades mínimas na natureza, são produzidos por eletrólise de seus sais em solução aquosa.
O estado de oxidação +1 torna-se progressivamente mais estável do alumínio ao tálio
Efeito do par inerte
Ocorrência
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- componente de ligas de baixo ponto de fusão
- tela de televisão
Y3(Al,Ga)5O12:Ce, verde (520 nm)
Y3(Al,Ga)5O12:Tb, amarelo-esverdeado (544 nm)
- uma camada de gálio aplicada ao vidro ou porcelana forma espelho com alto índice de reflexão.
Aplicações - Gálio
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Aplicações - Gálio
componente de LED's (diodo emissor de luz)
Lasers de diodo
Ex: (AlxGa(1-x)As).
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Aplicações - Gálio
semicondutores produção de transistores
GaAs
Componente de circuitos integrados
Microchip com circuito integrado
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Aplicações - Índio
Na fabricação de espelhos mais resistentes à corrosão que os de prata
Em sistemas de solda
Em fotocondutores
Em transistores
Ligas metálicas de baixo ponto de fusão
Curiosidade:
Até 1924, o suprimento mundial do índio puro era aproximadamente de uma grama (1g).
A produção mundial, atualmente, é de 112,40 t/ano
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Aplicações - Tálio
o tálio ocorre associado a minerais de potássio.
usado comercialmente em inseticidas e venenos para
roedores.
Também se utiliza tálio como aditivo de vidros especiais,
usados no encapsulamento de semicondutores,
condensadores e outros dispositivos eletrônicos, para os
proteger da oxidação atmosférica e da umidade.