Professora Paula Melo Silva

Apresentação em tema: "Professora Paula Melo Silva"— Transcrição da apresentação:

1 Professora Paula Melo Silva
1. Metais Professora Paula Melo Silva Química 12ºano

2 1.1. Metais e Ligas Metálicas
1.2. Degradação dos metais 1.3. Metais, Ambiente e Vida

3 1.1. Metais e Ligas Metálicas
A importância dos metais na sociedade atual Perspetiva histórica da utilização dos metais: era do cobre, era do bronze e era do ferro; a “era” do aço e a “era” dos novos materiais Algumas aplicações dos metais no presente e no futuro próximo Metais: matérias-primas não renováveis Composição de uma liga metálica (AL) Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Os elementos metálicos na Tabela Periódica (blocos s, p, d, f) Os Metais de Transição: a especificidade das orbitais d Os Metais de Transição Interna e as orbitais f Estrutura e propriedades dos metais A ligação metálica Propriedades características dos metais como substâncias ou materiais: brilho, maleabilidade, ductilidade, condutibilidade térmica e elétrica Sólidos metálicos versus outros tipos de sólidos (iónicos, covalentes, moleculares) Ligas metálicas: aço e aço inoxidável, bronze, “ouro”, “prata de lei”, amálgamas, estanho, latão, constantan, cuproníquel, solda, “metais” com memória de forma A reciclagem de metais Um ciclo de Cobre (AL)

4 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Perspetiva histórica da utilização dos metais Idade da Pedra Idade do Bronze (90% Cu 10% Sn) Idade do Ferro “Era do Aço” (Fe e C) Era dos novos materiais

5 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Perspetiva histórica da utilização dos metais Como os metais têm muita tendência em ceder eletrões a maioria dos metais não aparece na natureza na sua forma atómica. Os metais ionizam-se e ligam-se a outros elementos formando compostos iónicos (geralmente chamados de minerais).

6 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Perspetiva histórica da utilização dos metais Povos Sumérios Egípcios Fenícios Romanos Metais e Ligas Ouro Cobre Bronze (cobre + estanho) Latão (cobre + zinco) Ferro (proveniente de meteoritos) Aço (ferro + carbono) Técnicas Têmpora de cada metal “Fornos” que atinjam temperaturas muito elevadas

7 Composição significativa
A importância dos metais na sociedade atual Perspetiva histórica da utilização dos metais Minério Mineral Composição significativa Exploração viável Metais nativos Metais que aparecem na sua forma atómica na natureza. Ouro (Au), prata (Ag), cobre (Cu)

8 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Perspetiva histórica da utilização dos metais Ligas metálicas Solução sólida composta por dois ou mais metais e um ou mais não metais Metalurgia Ciência e tecnologia de extração de metais dos seus minérios e da produção de ligas metálicas com as propriedades convenientes.

9 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Perspetiva histórica da utilização dos metais Redução dos metais Diminuir o seu número de oxidação Ganhar eletrões Espécie reduzida e agente oxidante

10 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Perspetiva histórica da utilização dos metais Sugestão de trabalho de investigação Mineralogia ótica Microscópio petrográfico Extração de metais Tipos de metalurgia

11 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Perspetiva histórica da utilização dos metais Os metais nativos são aqueles que ocorrem na natureza como substâncias elementares, por exemplo, Ag, Au, Cu. O facto de serem “menos reativos” e não apareceram ligados, por exemplo, a óxidos pode ter sido um dos motivos pelos quais foram usados pelo homem antes do Ferro. O trabalho com os metais sempre influenciou a vida das civilizações e o seu desenvolvimento. A exploração de um determinado metal dependia das solicitações da sociedade (caça, guerras, etc.) fazendo com que o tratamento de cada um deles fosse aperfeiçoado; dependia também das condições “geológicas” de cada civilização, ou seja, dos recursos naturais de cada zona e da forma como o minério podia ser transportado. Com a evolução (aliada à necessidade) devem-se ter descoberto por acaso novos metais e novas ligas metálicas e o homem aprendeu a tirar partido das novas propriedades que adquiriam (exemplo da primeira liga metálica: o bronze que apresentava vantagens para determinados fins do que o cobre).

12 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Perspetiva histórica da utilização dos metais A hematite, a magnetite e a pirite são os principais minérios de ferro (contêm, por exemplo, óxidos e sulfuretos de ferro). Dada as condições à superfície da Terra (presença de água e oxigénio, por exemplo) o ferro ocorre na natureza sobretudo na forma de ião positivo associado a O2-, S22- e CO32-.

13 Metais que modificaram a sociedade humana
A importância dos metais na sociedade atual Algumas aplicações dos metais no presente e no futuro próximo Metais que modificaram a sociedade humana Cobre Ferro Alumínio Zinco Titânio

14 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Algumas aplicações dos metais no presente e no futuro próximo Novas exigências da sociedade levam à criação de novos materiais e ao “upgrade” dos existentes. Exemplo: necessidade de diminuir o peso das peças metálicas para reduzir o petróleo usado no transporte. Levou ao uso do alumínio, fibras de carbono ou à evolução das peças de aço que ficaram mais leves e mais finas.

15 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Algumas aplicações dos metais no presente e no futuro próximo Sugestão de trabalho de investigação Metais na cirurgia Pregos, grampos, placas, reforçadores, etc.

16 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Metais: matérias primas não renováveis Exploração mineira excessiva Jazigos disponíveis são pobres e complexos A reciclagem dos metais apresenta-se como a melhor solução para a sustentabilidade do uso dos metais pela humanidade. O alumínio é muito difícil de extrair, sendo a sua reciclagem cada vez mais barata relativamente à sua extração. A extração e a reciclagem dos metais têm grandes impactos no ambiente.

17 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Metais: matérias primas não renováveis A reciclagem apresenta vantagens relativamente à extração: economiza o minério (dado que os metais são recursos não – renováveis), há o uso de menor energia e a poluição é menor. Os metais são muitas vezes usados como catalisadores (por exemplo o ferro nas enzimas).

18 A T.P. está organizada em metais, semimetais e não metais.
A importância dos metais na sociedade atual Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos A T.P. está organizada em metais, semimetais e não metais. Tem 7 períodos e 18 grupos

19 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos A Equação de Schrödinger permite tratar o eletrão como onda e como partícula e desta forma obtém-se, através da resolução da mesma, informações sobre a energia do eletrão no átomo e sobre a sua probabilidade de posição em torno do núcleo. Não vamos resolver a equação de Schrödinger mas sim trabalhar com as soluções desta equação: os números quânticos (n, l, e ml) que estão interrelacionados uns com os outros. O n é o número quântico principal e dá-nos o nível de energia em que o eletrão se encontra, ou seja, o valor de energia do eletrão no átomo. Matematicamente n = 1, 2, 3, 4, 5, 6, …

20 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos O l é o número quântico secundário (azimutal ou angular) e dá-nos informações sobre a energia do eletrão e a forma da orbital (atenção que orbital não é a trajetória do eletrão mas sim onde é mais provável encontrar o eletrão). Matematicamente depende do valor do número quântico principal l = 0, 1, 2, … (n – 1). Quando l = 0 diz-se que a orbital é do tipo s e tem forma esférica; quando l = 1 a orbital será do tipo p; quando l = 2 a orbital será do tipo d; quando l = 3 a orbital será do tipo f. O ml, número quântico magnético, dá-nos informações sobre a orientação espacial da orbital e desta forma depende da forma da orbital: ml = - l, …, 0, … +l. Desta forma podemos concluir que a orbital s só permite uma orientação espacial, a orbital p permite 3 orientações daí falar-se em três orbitais p (px, py e pz).

21 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Com a informação dada pelos números quânticos podemos fazer a distribuição eletrónica dos átomos tendo em conta a energia e a probabilidade de posição dos eletrões. Para uma correta distribuição eletrónica temos que ter em conta: O Diagrama de Pauling que permite distribuir os eletrões pelo princípio da energia mínima. O princípio da exclusão de Pauli – cada orbital leva no máximo 2 eletrões. A regra de Hund – quando tivermos eletrões para distribuir por orbitais que têm a mesma energia (orbitais degeneradas) devemos ocupar o maior número de orbitais pois é assim que temos a mínima energia possível. A energia dos electrões no átomo depende dos dois primeiros números quânticos, contudo para as espécies químicas com apenas um electrão (ex: átomo de hidrogénio) a energia depende apenas do número quântico principal dado que não existe repulsões entre electrões não vale a pena falar de variações no valor de energia devido à forma da orbital.

22 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

23 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos A T.P. está organizada em 4 blocos. Correspondem ao tipo de orbital que está em preenchimento. Elementos representativos: nº. Períodos corresponde ao nº. De níveis energéticos no estado fundamental; nº eletrões de valência corresponde ao grupo.

24 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Elemento de transição definido pela IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) como um elemento cujo átomo tem uma orbital d incompleta ou que pode originar catiões com orbitais d incompletas.

25 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Raio atómico: aumenta ao longo do grupo pois o efeito dominante é o aumento do nº de níveis pelos quais os eletrões estão distribuídos. Raio atómico: diminui ao longo do período pois o efeito dominante é o aumento da carga nuclear o que aumenta a força de atração aos eletrões.

26 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Energia de ionização regra geral aumenta ao longo do período. Energia de ionização regra geral diminui ao longo do grupo. Quanto menor o átomo mais difícil é retirar um eletrão.

27 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos As exceções da energia de ionização podem ser explicadas através da configuração eletrónica.

28 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos A afinidade eletrónica aumenta ao longo do período e diminui ao longo do grupo. Quanto menor for um átomo (considerando a sua natureza) maior a sua afinidade eletrónica.

29 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos

30 Energia de Afinidade eletrónica
A importância dos metais na sociedade atual Um outro olhar sobre a Tabela Periódica dos elementos Energia de ionização é a energia mínima necessária para injetar uma mole de eletrões de uma mole de átomos neutros no estado gasoso e fundamental de forma a originar iões positivos. Os metais apresentam valores baixos de energia de ionização e os não metais apresentam valores mais elevados. Energia de Afinidade eletrónica é a energia libertada quando um eletrão se liga a um átomo ou molécula na fase gasosa. Os elementos metálicos apresentam baixas afinidades eletrónicas; não têm tendência a captar eletrões. Os elementos não metálicos pelo contrário são mais estáveis na forma de anião.

31 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Estrutura e propriedades dos metais As propriedades características dos metais são explicadas pela natureza da ligação metálica. Características dos metais Brilho Maleabilidade Ductilidade Condutividade térmica Condutividade elétrica Dureza Elevados pontos de fusão Densidade

32 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Estrutura e propriedades dos metais Ligação Química Covalente Iónica Metálica Sólidos cristalinos Covalentes Iónicos Metálicos

33 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Estrutura e propriedades dos metais A ligação química é só uma contudo, podemos definir e considerar três carácteres da mesma que vulgarmente chamamos de tipos de ligação química: ligação metálica, ligação iónica e ligação covalente. Todavia, há ligações em que um dos carácteres é muito superior e faz sentido falarmos nos três tipos de ligação acima referidos. Ligação Metálica (metal – metal) todos os metais têm eletrões de valência que saem com muita facilidade do átomo. Assim os eletrões de valência estão sempre a circular, a serem atraídos pelos núcleos dos vizinhos. É um mar de eletrões onde podemos encontrar iões positivos. A mobilidade dos eletrões na ligação metálica explica a grande condutibilidade térmica e elétrica dos metais. Assim nos metais a unidade estrutural é o átomo. Ligação Iónica (metal – não metal) os metais têm tendência a perder eletrões formando catiões e os não metais têm tendência a ganhar eletrões formando aniões. Assim a ligação iónica ocorre por atração eletrostática entre aniões e catiões. A unidade estrutural dos compostos iónicos é o ião. Ligação Covalente (não metal – não metal) um conjunto de átomos partilha eletrões. A partilha de eletrões é bem definida. A unidade estrutural é a molécula.

34 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Estrutura e propriedades dos metais A presença de eletrões livres permite aos metais a reflexão da luz, já que podem ser excitados por absorção de fotões e voltar ao estado inicial imitindo fotões com as mesmas características. Brilho Os eletrões deslocalizados transmitem a energia de vibração de um ião positivo aos iões vizinhos. Boa condutividade térmica Os eletrões deslocalizados têm uma grande mobilidade dentro da rede comunicando o impulso elétrico com rapidez Boa condutividade elétrica São densos na generalidade, dado que com o aumento de Z, amassa aumenta sem que o raio (volume) varie significativamente. Densidade

35 1.1.1. A importância dos metais na sociedade atual
Estrutura e propriedades dos metais O empacotamento compacto dos metais e a sua forte ligação química, dificultam a sua deformação por ação de forças exteriores. Dureza As forças de atração entre as partículas são intensas e é necessário um valor elevado de energia térmica para superar as forças de atração entre os cernes (iões positivos) e os eletrões deslocalizados. Estas forças fazem-se sentir em toda a rede cristalina. Elevados pontos de fusão A distorção não rompe a ligação metálica; dada a sua natureza não direcional, o deslocamento de átomos não altera significativamente as forças de ligação. Maleabilidade e ductilidade