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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ QUÍMICA DOS NÃO -METAIS Alunos: Alessandra Gregio Fonseca – 15712 João Victor de Novaes Pacheco - 15736 Prof. Dr. Élcio.

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ QUÍMICA DOS NÃO -METAIS Alunos: Alessandra Gregio Fonseca – João Victor de Novaes Pacheco Prof. Dr. Élcio Barrak

2 Sumário Conceitos gerais Hidrogênio e suas propriedades Grupo 8A: gases nobres Grupo 7A: halogênios Oxigênio Outros elementos do grupo 6A Nitrogênio Outros elementos do grupo 5A Fósforo Carbono Outros elementos do grupo 4A Silício Boro

3 Conceitos gerais: tendências periódicas e reações químicas Eletronegatividade Sólidos iônicos: metais e não-metais Compostos moleculares: não- metais e não-metais

4 IMPORTANTE: A química exibida pelo primeiro membro de um grupo pode diferir de várias maneiras importantes da dos membros subseqüentes. Exemplo: O 1º elemento em um grupo pode formar ligações π mais facilmente que os membros mais abaixo no grupo. Carbono, nitrogênio e oxigênio freqüentemente formam ligações duplas. Os elementos dos períodos 3, 4, 5 e 6 da tabela tendem a formar apenas ligações simples.

5 REAÇÕES QUÍMICAS Reações de combustão com O 2 Compostos contendo hidrogênio produzem H 2 O Compostos contendo carbono produzem CO 2 Compostos contendo nitrogênio tendem a formar N 2 H 2 O, CO 2 e N 2 : altas estabilidades termodinâmicas devido às altas energias de ligação para as suas ligações.

6 HIDROGÊNIO produtor de água Elemento mais abundante no universo. A maior parte encontra-se associada ao oxigênio. Importante componente do petróleo, da celulose, do amido, dos alcoóis, dos ácidos e de muitos outros materiais. Isótopos: Prótio: isótopo mais comum do hidrogênio. Constitui 99,9844% do H 2 natural. Seu núcleo consiste em um único próton.

7 Deutério: Constitui 0,0156% do hidrogênio natural e não é radioativo. D 2 O – óxido de deutério, conhecido como água pesada. Deuteração: processo de substituição do prótio pelo deutério. Tem efeito nas velocidades das reações, num fenômeno chamado efeito cinético de isótopo. Trítio: É radioativo e tem meia-vida de 12,3 anos. É formado continuamente na atmosfera mais alta. PFPE D2OD2O3,81ºC101,42ºC H2OH2O0,00ºC100,00ºC

8 Propriedades do hidrogênio À temperatura ambiente é um gás incolor, inodoro e sem sabor, composto de moléculas diatômicas (H 2 ); H 2 : molécula apolar com PF e PE baixos; Forma ligações covalentes fortes com muitos elementos. Utilização Síntese de amônia (NH 3 ) pelo processo de Harber Fabricação do metanol (CH 3 OH) CO (g) + 2 H 2(g) CH 3 OH (g)

9 Compostos binários de hidrogênio Hidretos iônicos: Hidrogênio + metais alcalinos ou metais alcalino-terrosos mais pesados (Ca, Sr, Ba) Ex: CaH 2 – hidreto de cálcio (inflar barcos salva-vidas) Hidretos metálicos: Hidrogênio + metais de transição. Esses compostos mantêm a condutividade metálica e outras propriedades dos metais. Hidretos moleculares: Hidrogênio + não-metais ou semi- metais. Sob condições-padrão são gases ou líquidos.

10 Grupo 8A – Gases nobres São quimicamente não-reativos Possuem estabilidade altas energias de ionização São todos gases à temperatura ambiente e compõem a atmosfera da Terra (exceto Rn) Hélio: mais importante dos gases nobres. Tem o ponto de ebulição mais baixo de todas as substâncias e é encontrado em concentrações relativamente altas em muitas fontes naturais. Compostos de gás nobre Gases nobres: extremamente estáveis sofrem reações apenas sob condições rigorosas Como os elementos do grupo 8A (exceto He) já contêm 8 elétrons em seus níveis de valência, a formação de ligações covalentes necessitará de um nível de valência expandido. O Xenônio (Xe) é o gás nobre que forma compostos mais facilmente.

11 Grupo 7A : Halogênios Afinidades eletrônicas muito negativas; Atingem com freqüência a configuração de gás nobre; Têm as mais altas eletronegatividades; Moléculas diatômicas; À temperatura ambiente e 1 atm de pressão: I 2 é sólido, Br 2 é líquido, Cl 2 e F 2 são gases Cl, Br e I são encontrados como haletos na água do mar e em depósitos de sal; Flúor: ocorre nos minerais fluorita, criolita e fluorapatita, mas apenas a fluorita é uma fonte comercial importante desse elemento

12 Utilização dos halogênios Flúor Usado para a preparação dos fluorcarbonos, compostos muito estáveis usados como refrigerantes, lubrificantes e plásticos. O Teflon é um fluorcarbono polimérico de alta estabilidade térmica e deficiência de reatividade química. Cloro É o halogênio mais importante comercialmente. É usado na fabricação de compostos orgânicos como o cloreto de vinila (C 2 H 3 Cl) e seu plástico, conhecido como PVC. Também tem aplicação como agente alvejante e no tratamento da água. Bromo Brometo de prata, usado em filmes fotográficos Iodo aparece como KI no sal de cozinha. O sal iodado fornece a pequena quantidade de iodo necessária na alimentação. Carência de Iodo: bócio

13 Haletos de hidrogênio TODOS os halogênios formam moléculas diatômicas estáveis com o hidrogênio. Preparação: Sal do haleto + ácido não-volátil forte CaF 2(s) + H 2 SO 4(l) 2 HF (g) + CaSO 4(s) Compostos Inter- halogênios Suas moléculas são formadas por átomos de halogênios diferentes; são extremamente reativos; têm como átomos centrais Cl, Br ou I, rodeados por átomos de flúor. Exemplos: IF 3, IF 5, IF 7, BrF 3, BrF 5, ClF 3, ClF 5 Geometria molecular: modelo RPENV

14 Oxiácidos e oxiânions Propriedades importantes: Forças ácidas dos oxiácios aumentam com o aumento do estado de oxidação do átomo de halogênio central; Todos os oxiácios são agentes oxidantes fortes; Oxiânions: formados pela remoção de H + dos oxiácidos. Geralmente são mais estáveis que os oxiácidos. Exemplos: Sais de hipoclorito: alvejantes e desinfetantes Ácido perclórico e seus sais: mais estáveis oxiácidos. São oxidantes vigorosos quando aquecidos.

15 Oxigênio É encontrado na combinação com outros elementos; É o elemento mais abundante em massa na crosta terrestre e no corpo humano; Atua como agente oxidante para o metabolismo dos alimentos; Tem dois alótropos: O 2 e O 3 (ozônio) À temperatura ambiente, o O 2 é um gás incolor e inodoro; Praticamente todo o oxigênio comercial é obtido do ar; Muito do O 2 da atmosfera é reabastecido pela fotossíntese; Utilização: Indústria de aço remoção das impurezas do aço Medicina amenização das dificuldades respiratórias

16 Ozônio Gás azul-claro, venenoso, com odor irritante. Sua molécula dissocia-se facilmente, formando átomos de oxigênio reativos O 3(g) O 2(g) + O (g) É agente oxidante mais forte que o O 2 Não pode ser armazenado por muito tempo porque se decompõe rapidamente em O 2 É um importante componente da atmosfera superior, onde bloqueia as radiações UV Na atmosfera baixa é considerado um poluente do ar Utilização: Tratamento da água em substituição ao cloro Preparação de medicamentos e lubrificantes sintéticos, entre outros compostos orgânicos.

17 Óxidos Não-metais óxidos covalentes Óxidos ácidos (anidridos ácidos): são óxidos que reagem com água para formar ácidos. Óxidos básicos (anidridos básicos): são óxidos iônicos que se dissolvem em água e reagem para formar hidróxidos. Peróxidos e Superóxidos Peróxidos: são compostos contendo ligações O - O e oxigênio com estado de oxidação -1. Ex: Na 2 O 2, CaO 2, SrO 2, BaO 2, H 2 O 2 * Superóxidos: nos superóxidos o oxigênio tem estado de oxidação -1/2 Ex: KO 2, RbO 2, CsO 2

18 Outros elementos do grupo 6A: S, Se, Te e Po Configuração eletrônica mais externa geral: ns 2 np 4 (2 n 6) Com exceção do oxigênio, podem ser encontrados com estado de oxidação de até +6 e podem ter níveis de valência expandidos; Ex: SF 6, SeF 6 e TeF 6 Enxofre (S) É amarelo, sem sabor e quase inodoro. Possui vários alótropos; Forma mais estável: enxofre rômbico S 8 É utilizado na fabricação de H 2 SO 4 e na vulcanização da borracha Selênio (Se) Tem condutividade elétrica baixa no escuro, mas aumenta muito com a exposição à luz; Células fotoelétricas, medidores de luz e fotocopiadoras.

19 Processo de Frasch Grandes depósitos no subsolo são a principal fonte de enxofre elementar. O processo de Frasch é usado para obter o elemento a partir desses depósitos. Sulfetos (S 2- ) O elemento que se liga ao enxofre é menos eletronegativo que ele. Pirita minérios com o íon dissulfeto S 2 -2 Ex: FeS 2 (pirita de ferro)

20 Nitrogênio Descoberto em 1771 pelo botânico Daniel Rutherford; Representa 78% em volume da atmosfera da Terra; Destilação fracionada do ar líquido.

21 Nitrogênio Propriedades Gás incolor, inodoro. Composto de moléculas de N 2 ; Baixa reatividade (ligações triplas); Óxidos e oxiânions são agente oxidantes fortes. Utilização Embalagem de alimentos; Produção de dispositivos eletrônicos; Fabricação de fertilizantes; N 2(l) é empregado como um líquido refrigerante para resfriar alimentos rapidamente;

22 Nitrogênio

23 Óxidos e oxiácidos de nitrogênio Óxido nítrico(NO): neurotransmissor no corpo humano; Óxido nitroso (N 2 O): anestésico geral (gás hilariante), aerossóis e espumas; Dióxido de nitrogênio (NO 2 ): tóxico e odor sufocante; Ácido nítrico (HNO 3 ): usado na produção de fertilizantes, drogas, plásticos e explosivos (trinitrotolueno); - Processo de Ostwald (3 etapas) : 1ª : conversão catalítica de NH 3 em NO; 2ª : NO reage rapidamente com O 2, formando NO 2 ; 3ª : NO 2 dissolvido em H 2 O forma ácido nítrico (HNO 3 ). Ácido nitroso (HNO 2 ).

24 Outros elementos do grupo 5A

25 Fósforo Haletos de fósforo PX 3 (tri-haletos) e PX 5 (penta-haletos); Tricloreto de fósforo (PCl 3 ) : sabão, detergente e inseticida. Compostos oxi de fósforo Oxidação do fósforo branco: Pouco oxigênio = P 4 O 6 (óxido de fósforo (III)); Excesso oxigênio = P 4 O 10 (óxido de fósforo (V)); Ácido fosforoso (H 3 PO 3 ); Ácido fosfórico (H 3 PO 4 ); Tendência a sofrer reações de condensação quando aquecidos; Importantes nos sistemas biológicos, pois estão no RNA, DNA e ATP.

26 Arsênio na água potável AsO 4 3-, AsO 3 3-, HAsO 4 2- e HAsO 3 2- ; Norma: 10 ppb de As (10 µg/L); Alto risco de câncer de pulmão e bexiga; - 3 ppb por dia 1 em 1000; - 10 ppb por dia 3 em 1000; Pré-oxidação da água potável.

27 Carbono Constitui apenas 0,027% da crosta terrestre; Existe em três formas cristalinas: - Grafite sólido, macio, preto e conduz eletricidade; - Diamante sólido, duro, transparente; - Fulerenos C 60 (buckybola) e C 70. Existe em três formas microcristalinas : - Carbono preto; - Carvão vegetal; - Carvão mineral (coque).

28 Carbono Óxidos de Carbono Monóxido de carbono (CO) - Incolor, inodoro, insípido e tóxico; - Produzido por motores de automóveis; -Combustível e agente redutor. Dióxido de carbono (CO 2 ) - Incolor e inodoro; - Produzido pela queima de substâncias, que contêm carbono, com excesso de oxigênio; - Produção de bebidas e gelo seco; - Efeito estufa.

29 Carbono Ácido carbônico e carbonatos H 2 CO 3 : ácido fraco Neutralização do ácido carbônico - Parcial HCO 3 - (bicarbonato); - Completa CO 3 2- (carbonato). Carbetos Compostos binários de carbono com metais, metalóides alguns não-metais. Ocorrem em 3 tipos: Iônicos: metais mais ativos; Intersticiais: metais de transição; Covalentes: boro e silício. Outros compostos inorgânicos de carbono Cianeto de hidrogênio (HCN): nylon; Dissulfeto de carbono ( CS 2 ): solvente industrial.

30 Outros elementos do grupo 4A Eletronegatividade geralmente baixa ; Grande maioria são ligados covalentemente; Configuração eletrônica do nível mais externo = ns 2 np 2. Silício (Si) Segundo elemento mais abundante; Ocorre como SiO 2 e forma silicatos; Si elementar tem estrutura de diamante; Semicondutor; Fabricação de transístores e células solares.

31 Silício Silicatos Compostos que possuem um átomo de Si rodeado de maneira tetraédrica por 4 oxigênios; Usados para construir estruturas minerais; Amianto: - Silicatos fibrosos; - Isolantes; - Fibras minúsculas podem causar doenças. Amianto de serpentina

32 Silício Vidros Produzido a partir do líquido resultante da fusão do quartzo (SiO 2 ) 1600ºC. Substâncias podem ser adicionadas ao SiO 2 para baixar seu PF: - Vidro de garrafa (SiO 2 + CaO + Na 2 O) Silicone Cadeias de OSiO; Posições de ligação restantes do Si ocupadas por grupos orgânicos ; Lubrificantes, polidores de carro, seladores.

33 Boro Configuração eletrônica [He]2s 2 2p 1 ; Boranos: - Moléculas que possuem apenas boro e hidrogênio; - B 2 H 6 (diborano) : inflamável ao ar; - Combustíveis para foguetes. Óxido bórico (B 2 O 3 ), anidrido do H 3 BO 3.

34 Referências bibliográficas Química: A Ciência Central, 9ª ed. Brown, LeMay, Bursten;


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