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Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Prof. Dr. Ary da Silva Maia.

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1 Universidade Federal da Paraíba Centro de Ciências Exatas e da Natureza Departamento de Química Prof. Dr. Ary da Silva Maia

2 INTRODUÇÃO Outubro 2009 2 Prof. Dr. Ary Maia

3 São os mais numeroso entre os elementos Todos os elementos dos blocos s, d e f da tabela periódica são metais Alguns elementos do bloco p também são metais: Alumínio, Gálio, Tálio, Estanho, Chumbo e Bismuto Outubro 2009 3 Prof. Dr. Ary Maia

4 Outubro 2009 4 Prof. Dr. Ary Maia

5 Distribuição dos elementos metálicos (em azul) na tabela periódica Outubro 2009 5 Prof. Dr. Ary Maia

6 PROPRIEDADES GERAIS DOS METAIS Outubro 2009 6 Prof. Dr. Ary Maia

7 Bons condutores de calor Bons condutores de eletricidade Sólidos, exceto o mercúrio (líquido). Brilho Dúcteis (fios). Maleáveis (lâminas). Formam cátions (+). Resistência mecânica alta Outubro 2009 7 Prof. Dr. Ary Maia

8 A entalpia (energia) de Vaporização dos metais são bastante diferentes. Outubro 2009 8 Prof. Dr. Ary Maia

9 Considerações Importantes!!! A baixa entalpia de vaporização do sódio e do mercúrio possibilita aplicá-los em lâmpadas de iluminação pública (vapores) e fluorescentes. O tungstênio, com o valor mais alto é usado como filamento em lâmpadas incandescentes, já que ele volatiliza muito lentamente. Outubro 2009 9 Prof. Dr. Ary Maia

10 PROPRIEDADES QUÍMICAS A maioria dos metais reage com o oxigênio (O 2 ). Entretanto, a espontaneidade e a velocidade dessa reação varia muito. Ex: - O Césio inflama-se em contato com o ar. - O Alumínio e o Ferro sobrevivem ao ar e por isso são empregados comercialmente. Outubro 2009 10 Prof. Dr. Ary Maia

11 OS METAIS DO BLOCO S: METAIS ALCALINOS (GRUPO 1) METAIS ALCALINOS TERROSOS (GRUPO 2) Outubro 2009 11 Prof. Dr. Ary Maia

12 Outubro 2009 12 Prof. Dr. Ary Maia

13 METAIS ALCALINOS (1A) Os Alcalinos são os elementos do Grupo 1 (1A) da Tabela Periódica. Formada pelos seguintes metais: lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs) e frâncio (Fr). Têm este nome porque reagem muito facilmente com a água e, quando isso ocorre, formam hidróxidos, liberando hidrogênio. 2 Li(s) + 2 H 2 O(l) 2 LiOH(aq) + H 2 (g) Outubro 2009 13 Prof. Dr. Ary Maia

14 METAIS ALCALINOS TERROSOS (2A) Os alcalino-terrosos são os elementos químicos do grupo 2 (2 A) da tabela periódica, e são os seguintes: berílio (Be), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e radio (Ra). O nome alcalino-terroso provém do nome que recebiam seus óxidos: terras. Possuem propriedades básicas (alcalinas). Outubro 2009 14 Prof. Dr. Ary Maia

15 A abundância é muito variada na crosta terrestre: desde o Cálcio (5º metal mais abundante), seguido pelo Sódio, Magnésio até aos metais mais raros como Césio e Berílio. Abundância na crosta: as quantidades citadas estão na base 10. Outubro 2009 15 Prof. Dr. Ary Maia

16 Possuem Energia de Ionização Baixa Esses metais reagem rapidamente com a água para liberar hidrogênio (H 2 ). Os números de oxidação coincidem com o seu número de grupo: Metais Alcalinos (Grupo 1): + 1 Metais Alcalinos Terrosos (Grupo 2): + 2 Outubro 2009 16 Prof. Dr. Ary Maia

17 OBTENÇÃO Sódio, Potássio, Magnésio e Cálcio são abundantes na crosta terrestre, mas a obtenção dos metais requer muita energia e consequentemente é cara!!! METALFONTE NATURAL MÉTODO DE OBTENÇÃO LÍTIOLiAl(SiO 3 )ELETRÓLISE SÓDIOÁGUA DO MARELETRÓLISE CÁLCIOCALCÁRIOELETRÓLISE Outubro 2009 17 Prof. Dr. Ary Maia

18 ELETRÓLISE Eletrólise ígnea do NaCl Fonte de corrente direta cátodo ânodo e-e- e-e- e-e- e-e- Outubro 2009 18 Prof. Dr. Ary Maia

19 Os metais alcalinos e alcalinos terrosos são dissolvidos até pela água. M(s) + H 2 O(l) M + (aq) + OH (aq) + H 2 (g) M(s) + 2 H 2 O(l) M +2 (aq) + 2OH (aq) + H 2 (g) Estas reações são tão rápidas e exotérmicas que faz com que o hidrogênio se inflame Outubro 2009 19 Prof. Dr. Ary Maia

20 Diagramas de Latimer Grupo 1 – Meio ÁcidoGrupo 2 – Meio Ácido Grupo 2 – Meio Básico Outubro 2009 20 Prof. Dr. Ary Maia

21 OS METAIS DO BLOCO d Outubro 2009 21 Prof. Dr. Ary Maia

22 Outubro 2009 22 Prof. Dr. Ary Maia

23 METAIS DE TRANSIÇÃO São conhecidos como elementos de transição porque suas propriedades são geralmente intermediárias entre os elementos metálicos dos blocos s e os elementos não metálicos dos blocos p. Outubro 2009 23 Prof. Dr. Ary Maia

24 A maioria dos metais do bloco d é muito mais rígida do que os metais do bloco s Apresentam a velocidade de oxidação moderada Tais fatos justificam o uso do ferro, cobre e titânio na construção de edifícios e veículos Outubro 2009 24 Prof. Dr. Ary Maia

25 ESTADOS DE OXIDAÇÃO ELEVADOS Os Metais do bloco d apresentam ampla faixa de estados de oxidação o que induz a uma química rica e interessante. O estado de oxidação do grupo pode ser alcançado por elementos que se encontram ao lado esquerdo do bloco d, mas não pelos elementos do lado direito Outubro 2009 25 Prof. Dr. Ary Maia

26 Número de Oxidação dos Metais de Transição Outubro 2009 26 Prof. Dr. Ary Maia

27 OS METAIS DO BLOCO d Estados de Oxidação ao longo das séries: Configuração eletrônica padrão: ns 2 (n-1)d x sendo x o n o do grupo – 2 unidades Serão avaliados: Os estados de oxidação mais elevados Os estados de oxidação intermediários Como base de avaliação será empregado o Diagrama de Frost para os metais da série 3d. Prof. Dr. Ary Maia 27 Outubro 2009

28 OS METAIS DO BLOCO d Diagrama de Frost para os elementos da série 3d. Prof. Dr. Ary Maia 28 Outubro 2009

29 OS METAIS DO BLOCO d Estados de Oxidação Elevados: O número de oxidação do grupo de um elemento é o número do seu grupo. Esta regra é valida para os elementos dos grupos 3 a 7. A partir dos elementos do Grupo 8 (até o 11) o estado de oxidação do grupo não é alcançado. Este limite está relacionado com o aumento da Energia de Ionização e portanto com o caráter nobre da esquerda para a direita, ao longo de cada série do bloco d. Prof. Dr. Ary Maia 29 Outubro 2009

30 OS METAIS DO BLOCO d A formação de compostos binários dos elementos da série 3d com halogênios e oxigênio evidencia a tendência de estabilidade dos estados de oxidação do grupo: Grupos 3 e 4: alcançam o estado de oxidação do grupo com cloro (ScCl 3 e TiCl 4 ). Grupo 5 e 6: só alcançam o estado de oxidação do grupo com o fluor (VF 5 e CrF 6 ). A partir do Grupo 7: só o oxigênio é capaz de alcançar o estado de oxidação do grupo. Motivo: IMPEDIMENTO ESTÉRICO EM FUNÇÃO DA QUANTIDADE DE ÁNIONS DE HALOGÊNIO NECESSÁRIOS. Prof. Dr. Ary Maia 30 Outubro 2009

31 OS METAIS DO BLOCO d A pouca estabilidade dos estados de oxidação máximo atingido nos grupos 6,7 e 8 é evidenciada pelo alto caráter oxidante apresentado por estes estados (CrO 4 2-, MnO 4 1-, FeO 4 2- ). Observar que o caráter oxidante é crescente na ordem: CrO 4 2- < MnO 4 1- < FeO 4 2- Outra evidência da dificuldade de se oxidar elementos a direita do Cr ao estado de oxidação do grupo é o fato da oxidação ao ar do MnO 2, em hidróxido de potássio fundido, não levar o metal ao estado de oxidação do grupo, mas sim a um composto verde escuro (K 2 MnO 4 ) = Mn(VI) Prof. Dr. Ary Maia 31 Outubro 2009

32 OS METAIS DO BLOCO d Estados de oxidação intermediário na série 3d: Estado de Oxidação +1: A maioria sofre desproporcionamento em M e M 2+. Ligações no metal sólido são muito fortes, Para os metais 3d o estado de oxidação +2 é mais estável, considerando-se solução aquosa e combinação com ligantes duros. Exceções são os compostos organometálicos e as carbonilas metálicas como Ni(CO) 4 e Mo(CO) 6. Prof. Dr. Ary Maia 32 Outubro 2009

33 OS METAIS DO BLOCO d Estado de Oxidação +2: Os aquaíons dipositivos ( M 2+ (aq) ), mais especificamente os complexos octaédricos [M(H 2 O) 6 ] 2+, tem importante papel na química dos metais da série 3d. Muitos destes íons são coloridos, como resultado das transições d-d na região visível do espectro. Cr 2+ (aq) é azul, Fe 2+ (aq) é verde, Co 2+ (aq) é rosa, Ni 2+ (aq) é verde e Cu 2+ (aq) é azul. É um estado de oxidação cada vez mais comum da esquerda para a direita da série 3d. Sc 2+ - desconhecido, Ti 2+ - técnica especial de preparação, V 2+ e Cr 2+ - termodinamicamente instáveis em relação à oxidação pelo H +. Prof. Dr. Ary Maia 33 Outubro 2009

34 OS METAIS DO BLOCO d Apesar da instabilidade, a lentidão na evolução de H 2 torna possível trabalhar com soluções aquosas destes íons, na ausência de ar, sendo assim agentes redutores úteis. Após o Cr, o íon M 2+ é estável em relação à reação com água e somente o Fe 2+ é oxidado pelo ar. A água pode atuar como um agente oxidante, tornando instáveis algumas soluções de íons M 2+. Isto faz com que sejam conhecidos mais sais destes íons em estado sólido do que em solução aquosa. Prof. Dr. Ary Maia 34 Outubro 2009

35 OS METAIS DO BLOCO d Estado de Oxidação +3: Este estado de oxidação é mais comum para os elementos a esquerda da série, sendo por exemplo, o único estado de oxidação conhecido para o escândio. Titânio, vanádio e cromo apresentam grande variedade de compostos no estado de oxidação +3. O aumento da energia de ionização é responsável pela diminuição da estabilidade das espécies M(III) ao longo do período. O Mn 2+ apresenta a subcamada d semicheia o que implica em maior estabilidade desta espécie. Já o Mn 3+ apresenta relativamente poucos compostos conhecidos. Prof. Dr. Ary Maia 35 Outubro 2009

36 OS METAIS DO BLOCO d o São conhecidos compostos de Fe(III), mas, geralmente, os mesmos são oxidantes. o O Co 3+ é um poderoso oxidante em meio ácido, promovendo liberação de O 2. o Consegue-se estabilização deste íons na forma de oxocomplexos em meio básico, ou quando complexados por outros ligantes bons doadores. o Os aquapions Ni 3+ e Cu 3+ nunca foram preparados. Prof. Dr. Ary Maia 36 Outubro 2009

37 OS METAIS DO BLOCO d Estados de oxidação intermediário nas séries 4d e 5d : Diferentemente dos metais da série 3d, os metais das séries 4d e 5d raramente formam íons M 2+ (aq) simples. Poucos exemplos foram caracterizados: [Ru(H 2 O) 6 ] 2+, [Pd(H 2 O) 4 ] 2+, [Pt(H 2 O) 4 ] 2+ São formados muitos complexos entre o íon M(II) e outros ligantes que não a água, entre eles estão: Prof. Dr. Ary Maia 37 Outubro 2009

38 OS METAIS DO BLOCO d Complexos octaédricos d 6 muito estáveis, como: [Ru(H 2 O)(NH 3 ) 5 ] 2+ Complexos d 6 quadrado piramidais muito raros, como: [Ru(Cl) 2 (PPh 3 ) 3 ] Prof. Dr. Ary Maia 38 Outubro 2009

39 OS METAIS DO BLOCO d Paládio (II) e platina (II) formam muitos complexos d 8, quadrado planares, como por exemplo [PtCl 4 ] 2-. [PdCl 4 ] 2- Prof. Dr. Ary Maia 39 Outubro 2009

40 OS METAIS DO BLOCO d Estados de Oxidação descendo nos grupos: Nos grupos 4 a 10 o estado de oxidação mais elevado torna-se mais estável descendo no grupo, com a maior mudança de estabilidade ocorrendo entre as duas primeiras séries. A facilidade de oxidação do metal não se correlaciona com o maior estado de oxidação disponível. Prof. Dr. Ary Maia 40 Outubro 2009

41 APLICAÇÕES DO FERRO Outubro 2009 41 Prof. Dr. Ary Maia

42 É o metal de transição mais abundante da crosta terrestre. O ferro é encontrado em numerosos minerais, destacando-se a: Hematita (Fe 2 O 3 ) Magnetita (Fe 3 O 4 ) Limonita (FeO(OH)) Siderita (FeCO 3 ) Pirita (FeS 2 ) Ilmenita (FeTiO 3 ) Outubro 2009 42 Prof. Dr. Ary Maia

43 A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é efetuada em fornos denominados alto forno ou forno alto. Nele são adicionados os minerais de ferro, em presença de coque (C), e carbonato de cálcio (CaCO 3 ) que atua como escorificante. Outubro 2009 43 Prof. Dr. Ary Maia

44 Outubro 2009 44 Prof. Dr. Ary Maia

45 O Ferro obtido no processo é chamado de ferro gusa (até 4% de C). O ferro gusa é duro e quebradiço, com baixa resistência mecânica, devido ao excesso de carbono. O aço comum é uma liga de ferro carbono (Fe-C) contendo geralmente de 0,008 a 2% de carbono Outubro 2009 45 Prof. Dr. Ary Maia

46 CARÁTER NOBRE Os metais localizados à direita do bloco d são resistentes à oxidação. Essa resistência é mais evidente para a prata, ouro e os metais 4d, 5d e do grupo 8 a 10. Grupo 8 a 10: metais do grupo da platina (ocorrem em minérios contendo platina) Cobre, prata e ouro: metais de cunhagem Outubro 2009 46 Prof. Dr. Ary Maia

47 Outubro 2009 47 Prof. Dr. Ary Maia

48 Para dissolver o ouro é necessário uma mistura de 3:1 de ácido clorídrico e ácido nítrico (água régia). Au + 4 H + + NO 3 - + 4 Cl - [AuCl 4 ] - + NO + 2 H 2 O Outubro 2009 48 Prof. Dr. Ary Maia

49 OS METAIS DO BLOCO p Outubro 2009 49 Prof. Dr. Ary Maia

50 Outubro 2009 50 Prof. Dr. Ary Maia

51 Os metais mais pesados do bloco p favorecem os estados de oxidação baixos Outubro 2009 51 Prof. Dr. Ary Maia

52 Entre os elementos do bloco p, o silício (Si) e o alumínio (Al) são os mais abundantes e o tálio (Tl) e bismuto (Bi) são os menos abundantes. Os metais do grupo 13 (alumínio) apresentam estado de oxidação + 3 Outubro 2009 52 Prof. Dr. Ary Maia

53 OS METAIS DO BLOCO f Outubro 2009 53 Prof. Dr. Ary Maia

54 Outubro 2009 54 Prof. Dr. Ary Maia

55 LANTANÍDEOS São metais altamente eletropositivos. São conhecidos como terras raras Marcam o aparecimento dos subníveis f nas configurações eletrônicas (4f) Do La ao Yb favorecem o estado de oxidação +3 Outubro 2009 55 Prof. Dr. Ary Maia

56 APLICAÇÕES DOS LANTANÍDEOS Outubro 2009 56 Prof. Dr. Ary Maia

57 LANTÂNIO (La) (Pedras para isqueiros) CÉRIO (Ce) Camisas incandescentes usadas em lampiões PRASEODÍMIO (Pr) Lentes para óculos de proteção para soldadores NEODÍMIO (Nd) Corante para esmalte PROMÉCIO (Pm) Possível fonte de calor para fornecer força auxiliar à satélites e sondas espaciais Outubro 2009 57 Prof. Dr. Ary Maia

58 SAMÁRIO (Sm) Fabricação de fones de ouvidos EURÓPIO(Eu) Equipamentos de projeção GADOLÍNIO (Gd) Memória para computadores Outubro 2009 58 Prof. Dr. Ary Maia

59 TÉRBIO (Tb) É usado como ativador para a cor verde em tubos de imagens de televisores em cores DISPRÓSIO(Dy) Fabricação de CD´s HÓLMIO (Ho) Laser para oftalmologia ÉRBIO (Er) Fabricação de filtros fotográficos Outubro 2009 59 Prof. Dr. Ary Maia

60 TÚLIO (Tm) Na fabricação de ferritas ITÉRBIO(Yb) Aplicação em lasers LUTÉCIO (Lu) Catalisador em reações Outubro 2009 60 Prof. Dr. Ary Maia

61 ACTINÍDEOS Envolvem o preenchimento da subcamada 5f Os primeiros membros da série ocorrem em uma rica variedade de estados de oxidação. Outubro 2009 61 Prof. Dr. Ary Maia

62 Outubro 2009 62 Prof. Dr. Ary Maia

63 APLICAÇÕES DOS ACTINÍDEOS Outubro 2009 63 Prof. Dr. Ary Maia

64 ACTÍNIO(Ac) Usado em geradores termoelétricos TÓRIO(Th) Aumenta a refração de vidros para lentes de câmeras e de binóculos PROTACTÍNIO(Pa) Elemento radioativo artificial (não há registro do uso do elemento) Outubro 2009 64 Prof. Dr. Ary Maia

65 URÂNIO(U) Indústria de aeronaves - urânio metálico Combustível nuclear para reatores de potência na produção de energia elétrica; NETÚNIO(Np) Elemento radioativo PLUTÔNIO(Pu) Usado nas missões lunar Apollo, como potência, e em equipamentos para uso na superfície lunar. Outubro 2009 65 Prof. Dr. Ary Maia

66 AMERÍCIO(Am) Fonte de ionização para detector de fumaça CÚRIO(Cm) Elemento radioativo (fonte portátil para radiografia gama) BERQUÉLIO(Bk) Elemento radioativo artificial (não há registro de uso) Outubro 2009 66 Prof. Dr. Ary Maia

67 CALIFÓRNIO(Cf) Elemento radioativo artificial (usado como fonte portátil de nêutrons) EINSTÊNIO(Es) Elemento radioativo artificial (não há registros de seu uso) FÉRMIO(Fm) Elemento radioativo (não foi totalmente investigado) Outubro 2009 67 Prof. Dr. Ary Maia

68 MENDELÉVIO(Md) Elemento radioativo artificial (não há utilização comercial) NOBÉLIO(No) Elemento radioativo artificial (não tem uso comercial devido sua raridade) LAURÊNCIO(Lr) Elemento radioativo artificial (não há registros de uso) Outubro 2009 68 Prof. Dr. Ary Maia


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