Metais de Transição Externa (parte 2)

Aula: 13
Temática: Metais de Transição Externa (parte 2)
Nesta aula vamos continuar conhecendo os metais de transição,
mas, agora, no grupo do titânio. Vamos lá!
Grupo do Titânio
O Titânio, elemento metálico conhecido por sua excelente resistência à
corrosão (quase tão resistente quanto à platina) e por sua grande resistência
mecânica, possui uma baixa condutividade térmica e alta condutividade
elétrica. Metal leve, forte e de fácil fabricação com baixa densidade (40% da
densidade do aço). Quando puro, é bem dúctil e fácil de trabalhar. Seu alto
ponto de fusão faz com que seja útil como um metal refratário. É 60% mais
pesado que o alumínio, porém duas vezes mais forte. Tais características
fazem com que o titânio seja muito resistente contra os tipos usuais de fadiga.
Esse metal forma uma camada passiva de óxido, quando exposto ao ar, mas
quando está em um ambiente livre de oxigênio ele é dúctil. Ele queima quando
aquecido e é capaz de queimar imerso em nitrogênio gasoso. Possui
resistência à diluição nos ácidos sulfúrico e hidroclorídrico, assim como a
maioria dos ácidos orgânicos.
Alguns experimentos têm mostrado que o titânio natural se torna notavelmente
radioativo após ser bombardeado por deutério, que emite principalmente
pósitrons e raios gama. O metal é dimórfico com a forma hexagonal alfa que
muda para um cúbico beta muito lentamente por volta dos 800ºC. Quando
incandescente, ele se combina com oxigênio, e, ao alcançar 550ºC, é capaz de
combinar-se com o cloro.
QUÍMICA INORGÂNICA
Quanto à fabricação do titânio metálico, existem atualmente seis tipos de
processos disponíveis: "Kroll", "Hunter”, redução eletrolítica, redução gasosa,
redução com plasma e redução metalotérmica. Dentre estes, destaca-se o
processo Kroll, que é o responsável, até hoje, pela maioria do titânio metálico
produzido no mundo ocidental.
Na forma de metal e suas ligas, aproximadamente 60% do titânio são utilizados
nas indústrias aeronáuticas e aeroespaciais, e são aplicados na fabricação de
peças para motores e turbinas, fuselagem de aviões e foguetes:
Veja algumas aplicações do titânio:
1.
aproximadamente 95% de todo o titânio é consumido na forma de
dióxido de titânio (TiO2), um pigmento permanente e intensamente
branco. Tintas feitas com dióxido de titânio são excelentes refletores de
radiação infravermelha, sendo, assim, muito utilizadas por astrônomos;
2.
são
aplicados
em
produtos
como
bicicletas,
óculos
e
computadores;
3.
tetracloreto de titânio (TiCl4), um líquido incolor, é usado para
iridizar vidro;
4.
dióxido de titânio também é usado em protetores solares devido à
sua capacidade de proteger a pele;
Por ser considerado fisiologicamente inerte, o metal é utilizado em
implantes.
O titânio como metal não é encontrado livre na natureza, porém é o nono em
abundância na crosta terrestre e está presente na maioria das rochas ígneas e
sedimentos derivados destas rochas. É encontrado principalmente nos
minerais anatasa (TiO2), brookita (TiO2), ilmenita (FeTiO3), perovskita (CaTiO3),
rutilo (TiO2) e titanita (CaTiSiO5); também como titanato em minas de ferro. O
titânio metálico é produzido comercialmente a partir da redução do tetracloreto
de titânio (TiCl4) com magnésio a 800ºC em atmosfera de argônio
QUÍMICA INORGÂNICA
Para a obtenção de titânio com pureza maior, em pequenas quantidades
(escala de laboratório), pode-se empregar o método de van Arkel-de Boer. Este
método baseia-se na reação do titânio com iodo a uma determinada
temperatura
para
a
obtenção
do
tetraiodeto
de
titânio
(TiI4)
que,
posteriormente, é decomposto numa determinada temperatura para devolver o
metal com pureza maior.
São encontrados 5 isótopos estáveis na natureza: Ti-46, Ti-47, Ti-48, Ti-49 e
Ti-50, no qual o Ti-48 é o mais abundante (73,8%). Têm-se caracterizados 11
radioisótopos, sendo os mais estáveis o Ti-44, com uma meia-vida de 5,76
minutos e o Ti-52, de 1,7 minutos. Para os demais, suas meia-vida são de
menos de 33 segundos, e a maioria destes com menos de meio segundo. O
titânio tem a tendência de acumular-se nos tecidos biológicos. Em princípio,
não se conhece nenhum papel biológico.
O Zr é um metal material branco acizentado brilhante e muito resistente à
corrosão, mais leve que o aço com uma dureza similar ao cobre. Quando está
finamente dividido pode arder espontaneamente em contato com a atmosfera;
o ar reage antes com o nitrogênio do que com o oxigênio, especialmente a
altas temperaturas. É um metal resistente frente a ácidos, porém pode-se
dissolver com ácido fluorídrico (HF), formando complexos com os fluoretos. Os
seus estados de oxidação mais comuns são +2, +3 e +4.
•
É utilizado principalmente (em torno de 90% do consumo ) como
revestimento de reatores nucleares, devido à sua seção de capturas de
neutrôns ser muito baixa.
•
É utilizado como aditivo em aços no qual se obtém materiais muito
resistentes. Também é empregado em ligas com o níquel na indústria
química devido à sua resistência diante de substâncias corrosivas.
•
Também é empregado em trocadores de calor, tubos de vácuo e
filamentos de lâmpadas.
•
Alguns de seus sais são empregados para a fabricação de
antitranspirantes.
QUÍMICA INORGÂNICA
•
Pode ser usado como agente incendiário para fins militares.
•
A liga com o nióbio apresenta supercondutividade a baixas
temperaturas, e pode ser empregado na construção de imãs
supercondutores. Por outro lado, a liga com zinco é magnética abaixo de
35 K.
•
O óxido de zircônio se usa em joalheria; é uma gema artificial
denominada zirconita que imita o diamante.
O zircônio não está livre na natureza como metal livre, mas encontra-se em
numerosos minerais. A principal fonte de zircônio é proveniente do zircão (
silicato de zircônio, ZrSiO4 ), que se encontra em depósitos na Austrália.,
Brasil, Índia, Rússia e Estados Unidos. O zircão é obtido como subproduto de
mineração e processado de metais pesados de titânio , a ilmenita ( FeTiO3 ) e o
rutílio ( TiO2 ), e também do estanho. O zircônio e o háfnio são encontrados no
zircão na proporção de 50 a 1 e é muito difícil separá-los. Também pode ser
encontrado em outros minerais, como na badeleyita ( ZrO2 ).
O metal é obtido principalmente de uma cloração redutiva por meio do
processo denominado Kroll : primeiro se prepara o cloreto para depois reduzi-lo
com magnésio. Num processo semi-industrial, pode-se realizar a eletrólise de
sais fundidos, obtendo-se o zircônio em pó que pode ser utilizado,
posteriormente, em pulvimetalurgia.
O zircônio é abundante nas estrelas do tipo S (semelhantes a estrelas da
classe M), e tem-se detectado sua presença no Sol e em meteoritos. Além
disso, foram encontradas altas quantidades de óxido de zircônio em amostras
lunares (em comparação com o que existe na crosta terrestre) .
Na natureza são encontrados 4 isótopos estáveis e um radioisótopo de grande
vida média (Zr-96). O radioisótopo que segue em estabilidade é o Zr-93 que
tem um tempo de vida média de 1,53 milhões de anos. Têm sido
caracterizados 18 radioisótopos. A maioria tem vida média de menos de um
dia, exceto o Zr-95 ( 64,02 dias ), Zr-88 ( 63,4 dias ) e Zr-89 ( 78,41 horas ). O
principal modo de dacaimento é a captura eletrônica antes do Zr-92, e os após
com a desintegração beta.
QUÍMICA INORGÂNICA
Não são muito comuns os compostos que contém zircônio, e sua toxidade é
baixa. O pó metálico pode arder em contato com o ar, e podemos considerá-lo
como um agente de risco de fogo e explosão. Não se conhece nenhuma
função biológica deste elemento.
O Háfnio é um metal prateado, brilhante, dúctil, e resistente à corrosão, e
quimicamente muito similar ao zircônio. Estes dois elementos (háfnio e
zircônio) apresentam o mesmo número de elétrons na camada de valência e
seus raios iônicos são muito similares devido à contração dos lantanídeos. Por
isso, é muito difícil separá-los, sendo encontrados na natureza juntos. As
únicas aplicações para os quais é necessário separá-los são aquelas nas quais
se utilizam as suas propriedades de absorção de nêutrons; em reatores
nucleares.
É utilizado na fabricação de barras de controle empregadas em reatores
nucleares, como aquelas usadas em submarinos nucleares. Esta aplicação é
devido ao fato de que a seção de captura de nêutrons do háfnio pode ser 600
vezes maiores que a do zircônio, com o qual tem uma alta capacidade de
absorção de nêutrons, além do mais tem propriedades mecânicas muito boas,
assim como uma alta resistência à corrosão.
Outras aplicações:
•
Em lâmpadas de gás incandescentes.
•
Para eliminar oxigênio e nitrogênio em tubos de vácuo.
•
Em ligas de ferro , titânio , nióbio , tálio e em outra ligas metálicas.
Ao trabalhar com o háfnio, alguns cuidados devem ser tomados, pois, quando
se divide em partículas, é pirofórico e pode arder espontaneamente em contato
com o ar. Os compostos que contêm este metal raramente estão em contato
com a maioria das pessoas, e o metal puro não é tóxico. Porém, todos os seus
compostos deveriam ser manuseados como se fossem tóxicos, ainda que as
primeiras evidências pareçam não indicar um risco muito alto.
QUÍMICA INORGÂNICA
Nesta aula apresentamos um pouco mais sobre os metais de
transição. Continuaremos com esse assunto na próxima aula.
QUÍMICA INORGÂNICA