Metais de Transição Externa (parte 4)

Aula: 15
Temática: Metais de Transição Externa (parte 4)
Continuaremos a estudar os metais de transição, no intuito de
estudar todos os elementos. Nesta aula, ficaremos com o grupo do manganês
e o grupo do ferro. Acompanhe-me!
Grupo do Manganês
O manganês é um metal de transição de coloração branca acinzentado
parecido com o ferro, duro, frágil, refratário e facilmente oxidável. O manganês
metálico pode ser ferromagnético, mas somente depois de sofrer um
tratamento especial.
Aplicações:
•
o manganês reage com o enxofre, com o qual forma o sulfeto de
manganês, MnS, que, por sua vez evita que o enxofre reaja com o ferro,
que aumenta a fragilidade e o torna mais difícil de forjar. Quando em
excesso, pode reagir com o carbono, que irá originar carbetos de
manganês, melhorando assim as propriedades químicas do aço. Além
disso, o manganês tem propriedades desoxidantes que evita a formação
de bolhas;
•
A maior parte do manganês é empregada para a obtenção de ferro
manganês, que contém 80% de manganês. Esta liga metálica de ferro e
manganês se obtém por redução do trióxido de diferro, Fe2O3, e o
dióxido de manganês, MnO2.
É o segundo metal mais abundante na crosta terrestre, atrás do ferro, e
encontra-se amplamente distribuído.
Pode ser encontrado em centenas de
minerais, embora apenas uma dezena apresente interesse comercial.
Destacam-se
(MnO(OH)),
a:
pirolusita
braunita
(MnO2),
psilomelana
(3Mn2O3·MnSiO3),
rodonita
(nO2·H2O),
manganita
(MnSiO3),
rodocrosita
(MnCO3), hübnerita (MnWO4), e outros. Também se tem encontrado em leitos
QUÍMICA INORGÂNICA
marinhos, onde o conteúdo de manganês oscila entre 15 e 30%, de onde seria
possível extrai-lo.
O metal é obtido por redução dos óxidos com alumínio, e o ferromanganês se
obtém por meio da redução dos óxidos de ferro e manganês com carbono. O
permanganato de potássio, KMnO4, é um reativo de laboratório muito comum
devido às suas propriedades oxidantes. O dióxido de manganês, MnO2, é
usado como despolarizador em pilhas secas. Pode ser usado também para
descolorir vidros que apresentam coloração verde, devido à presença de traços
de ferro.
O manganês é um elemento químico biologicamente essencial, sendo
necessário um consumo entre 1 a 5 mg por dia, quantidade que se consegue
por meio dos alimentos, porém, em excesso é tóxico. Exposições prolongadas
a compostos de manganês, de forma inalada ou oral, podem provocar efeitos
adversos no sistema nervoso, respiratório e outros.
Grupo do Ferro
Em temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido, que é
geralmente extraído da natureza sob a forma de minério de ferro que, depois
de passado para o estágio de ferro-gusa, (por meio de processos de
transformação), é usado na forma de lingotes. Quando adicionado carbono, dáse origem a várias formas de aço. Este metal de transição é encontrado no
grupo 8 (8B) da Classificação Periódica dos Elementos, sendo o quarto
elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre
os metais, somente o alumínio é mais abundante.
O ferro, atualmente, é utilizado extensivamente para a produção de aço, liga
metálica para a produção de ferramentas, máquinas, veículos de transporte
(automóveis, navios etc.), como elemento estrutural de pontes, edifícios e uma
infinidade de outras aplicações.
QUÍMICA INORGÂNICA
É um metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateada, apresenta
propriedades magnéticas é ferromagnético à temperatura ambiente, assim
como o Níquel e o Cobalto. É encontrado na natureza e faz parte da
composição de diversos minerais, entre eles muitos óxidos, como o FeO (óxido
de ferro II, ou óxido ferroso) ou como Fe2O3 (óxido de ferro III, ou óxido férrico).
Apresenta diferentes formas estruturais dependendo da temperatura:
•
Ferro α: É o que se encontra na temperatura ambiente, até os 788 ºC. O
sistema cristalino é uma rede cúbica centrada no corpo e é
ferromagnético.
•
Ferro β: 788 ºC - 910 ºC. Tem o mesmo sistema cristalino que o α,
porém a temperatura de Curie é de 770 ºC, e passa a ser
paramagnético.
•
Ferro γ: 910 ºC - 1400 ºC; apresenta uma rede cúbica centrada nas
faces.
•
Ferro δ: 1400 ºC - 1539 ºC; volta a apresentar uma rede cúbica centrada
no corpo.
Somente uma liga metálica de ferro, que contém menos de 2% de carbono, é
considerada aço; se a percentagem é maior recebe a denominação de ferro
fundido. As ligas férreas apresentam uma grande variedade de propriedades
mecânicas que dependem da sua composição e do tratamento que se tem
aplicado:
•
Os aços são ligas metálicas de ferro e carbono com concentrações
máximas de 2,2% em peso de carbono, aproximadamente. O carbono é
o elemento de ligação principal, porém os aços contêm outros
elementos. Dependendo do seu conteúdo em carbono são classificados
em:
•
Aço baixo em carbono. Contém menos de 0,25% de carbono em peso,
são frágeis, porém dúcteis. São utilizados em veículos, tubulações,
elementos estruturais e outros. Também existem os aços de alta
resistência com baixa liga de carbono, entretanto, há outros elementos
QUÍMICA INORGÂNICA
que faz parte da composição, até uns 10% em peso; apresentam uma
maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente.
•
Aço médio em carbono. Entre 0,25% e 0,6% de carbono em peso. Para
melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais
resistentes do que os aços baixos em carbono, porém menos dúcteis,
sendo empregados em peças de engenharia que requerem uma alta
resistência mecânica e ao desgaste.
•
Aço alto em carbono. Entre 0,60% e 1,4% de carbono em peso. São os
mais resistentes, entretanto, os menos dúcteis. Adicionam-se outros
elementos para que formem carbetos.
O ferro é encontrado em numerosos minerais, destacando-se: A hematita
(Fe2O3), a magnetita (Fe3O4), a limonita (FeO(OH)), a siderita (FeCO3), a
pirita (FeS2) e a ilmenita (FeTiO3).
Pode-se obter o ferro a partir dos óxidos com maior ou menor teor de
impurezas. Muitos dos minerais de ferro são óxidos. A redução dos óxidos para
a obtenção do ferro é efetuada em fornos denominados alto forno. Nele são
adicionados os minerais de ferro, em presença de coque, e carbonato de
cálcio(CaCO3) em que atua como escorificante. No alto forno ocorrem as
seguintes reações:
•
Formação de gases (óxidos de carbono):
O coque reage com o oxigênio que produz o gás carbônico (dióxido de
carbono):
C + O2 → CO2
O dióxido de carbono reduz-se formando monóxido de carbono:
CO2 + C → 2CO
QUÍMICA INORGÂNICA
Num
processo
contrário,
o
monóxido
pode
oxidar-se
com
oxigênio
reproduzindo o gás carbônico:
2CO + O2 → 2CO2
O processo de oxidação do coque com oxigênio libera energia. Na parte inferior
do alto forno, a temperatura pode alcançar 1900 ºC.
•
Redução dos minerais que são óxidos:
Inicialmente, os óxidos de ferro são reduzidos na parte superior do alto forno,
parcial ou totalmente, com o monóxido de carbono, já produzindo ferro
metálico. Exemplo: redução da magnetita:
Fe3O4 + 3CO → 3FeO + CO2
FeO + CO → Fe + CO2
Posteriormente, na parte inferior do alto forno, em que a temperatura é mais
elevada, ocorre a maior parte da redução dos óxidos com o coque (carbono):
Fe3O4 + C → 3FeO + CO
O carbonato de cálcio se decompõe:
CaCO3 → CaO + CO2
O dióxido de carbono é reduzido com o coque a monóxido de carbono, como
visto acima.
Na parte mais inferior do alto forno ocorre à carburação:
3Fe + 2CO → Fe3C + CO2
•
Processos de enriquecimento:
Finalmente ocorre a combustão e a desulfuração (eliminação do enxofre)
devido à injeção de ar no alto forno, e, por último, são separadas as frações: a
escória do ferro fundido, que é a matéria-prima empregada na indústria.
O ferro obtido pode conter muitas impurezas não desejáveis, sendo necessário
submetê-lo a um processo de refinação que pode ser realizado em fornos
chamados convertidores.
QUÍMICA INORGÂNICA
Tanto o excesso como a deficiência de ferro pode causar problemas no
organismo. O envenenamento por ferro é chamado de hemocromatose, doença
em que ocorre a acumulação de ferro no fígado, pâncreas ou coração e pode
levar ao óbito.
Nas transfusões de sangue são usados ligantes que formam, com o ferro,
complexos de alta estabilidade que evitam uma queda demasiada de ferro livre.
O ferro reage com peróxido produzindo radicais livres. A reação mais
importante é:
Fe (II) + H2O2 → Fe (III) + OH- + OH·
Grupo do Cobalto
O cobalto é um metal duro, ferromagnético, de coloração branca azulada,
normalmente encontrado junto com o níquel, e ambos fazem parte dos
meteorítos de ferro. É um elemento químico essencial para os mamíferos em
pequenas quantidades.
O cobalto metálico é normalmente constituído por duas formas alotrópicas com
estruturas cristalinas diferentes: hexagonal e cúbica centrada nas faces, sendo
a temperatura de transição entre ambas de 722 K.
Aplicações:
•
ligas metálicas: superligas usadas em turbinas de gás de aviões, ligas
resistentes à corrosão, aços rápidos, carbetos e ferramentas de
diamante.
•
Catálise do petróleo e indústria química.
•
Revestimentos metálicos por eletrodeposição devido ao seu aspecto,
dureza e resistência à corrosão.
•
Secante para pinturas: tintas e vernizes.
QUÍMICA INORGÂNICA
O cobalto, em pequena quantidade, é um elemento químico essencial para
numerosos organismos, que inclui o ser humano. O metal não é encontrado em
estado nativo, mas em diversos minerais, razão pela qual é extraído,
normalmente, junto com outros produtos, especialmente como subproduto do
níquel e do cobre. As principais minas de cobalto são a cobaltita, eritrina,
cobaltocalcita e skuterudita. O cobalto metálico em pó finamente dividido é
inflamável.
Os compostos de cobalto geralmente devem ser manipulados com cuidado
devido à ligeira toxidade do metal. O Co-60 é radioativo e a exposição à sua
radiação pode provocar câncer. Na ingestão de Co-60 ocorre a acumulação de
alguma quantidade nos tecidos, que é eliminada muito lentamente.
Terminamos mais uma aula sobre os metais de transição. Agora
estude e se prepare para a auto-avaliação, tenha sempre em mãos a tabela
periódica dos elementos. Bom estudo e até a próxima aula!
QUÍMICA INORGÂNICA