Aula 13
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Abundância e Ocorrência Métodos de Obtenção Redução química a altas temperaturas – com Carbono Redução química a altas temperaturas – com Hidrogênio Métodos de Obtenção • Placas de Cu impuro são usadas como anodos, chapas finas de Cu puro são os catodos. • O sulfato de cobre ácido é usado como o eletrólito. • A voltagem através dos eletrodos é planejada para produzir Cu no catodo. • As impurezas metálicas não se depositam no catodo. Métodos de Obtenção Uso de altas temperaturas para a obtenção do metal livre. O coque reage com o oxigênio para formar CO (o agente redutor): 2C(s) + O2(g) 2CO(g), H = -221 kJ O CO é também produzido pela reação do vapor d’água no ar com C: C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g), H = +131 kJ Uma vez que essa reação é endotérmica, se o alto-forno fica quente demais, adiciona-se vapor d’água para resfriá-lo sem interromper a reação química. Em torno de 250C, o calcário é calcinado (p/ decomposição e eliminação dos voláteis). Também em torno de 250C, os óxidos de ferro são reduzidos pelo CO: Fe3O4(s) + 4CO(g) 3Fe(s) + 4CO2(g), H = -15 kJ Fe3O4(s) + 4H2(g) 3Fe(s) + 4H2O(g), H = +150 kJ O ferro fundido é produzido bem abaixo no alto-forno e removido no fundo. A escória (materiais de silicato fundido) é removida acima do ferro derretido. Se o ferro vai ser transformado em aço, ele é derramado diretamente em uma fornalha básica de oxigênio. O ferro fundido é convertido em aço, uma liga de ferro. Para remover as impurezas, o O2 é soprado através da mistura derretida. O oxigênio oxida as impurezas. LIGAS aço: cada Kg de Fe produzido exige 1,75 Kg de minério de ferro, 0,75 Kg de carvão coque e 0,25 Kg de calcário. CaO retira impurezas do minério como Al, Si e P: escória CaO (s) + SiO2 (s) CaSiO3 (l) CaO (s) + Al2O3 (s) Ca(AlO2)2 (l) CaO (s) + P4O10 (s) 2 Ca3(PO4)2 (l) Ferro gusa: 90-95% Fe; 3-5% C; 2% Si O2 AÇO Qual a equação química que representa o processo? 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 Fe3O4 + CO 3FeO + CO2 (X2) FeO + CO Fe + CO2 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 CO2+ C 2CO Qual a equação química que representa o processo? 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 2Fe3O4 + 2CO 6FeO + 2CO2 FeO + CO Fe + CO2 (X6) Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 CO2+ C 2CO Qual a equação química que representa o processo? 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 2Fe3O4 + 2CO 6FeO + 2CO2 6FeO + 6CO 6Fe + 6CO2 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 (X12) CO2+ C 2CO Qual a equação química que representa o processo? 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 2Fe3O4 + 2CO 6FeO + 2CO2 6FeO + 6CO 6Fe + 6CO2 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 12CO2+ 12C 24CO Qual a equação química que representa o processo? 3Fe2O3 + CO 2Fe3O4 + CO2 2Fe3O4 + 2CO 6FeO + 2CO2 6FeO + 6CO 6Fe + 6CO2 Fe2O3 + 3CO 2Fe + 3CO2 12CO2+ 12C 12CO 4Fe2O3 + 12C 8Fe + 12CO Dado o processo de obtenção de Ferro metálico a partir da Hematita (Fe2O3), qual a massa de carvão (C) necessária para a produção de uma tonelada de Fe? Métodos de Obtenção extração de metais de minérios com a utilização de água • Lixívia é a dissolução seletiva do mineral desejado. • Os agentes típicos da lixívia são ácidos diluídos, bases, sais e, algumas vezes, água. • O ouro pode ser extraído de minério de baixo grau através de cianidação: – O NaCN é borrifado sobre o minério triturado e o ouro é oxidado: 4Au(s) + 8CN-(aq) + O2(g) + 2H2O(l) 4Au(CN)2-(aq) + 4OH-(aq) – O ouro é então obtido através de redução: 2Au(CN)2-(aq) + Zn(s) Zn(CN)42-(aq) + 2Au(s) Configuração Eletrônica Estado Oxidação Sc [Ar] 3d1 4s2 +3 Y La Ac [Kr] 4d1 5s2 [Xe] 5d1 6s2 [Rn] 6d1 7s2 +3 +3 +3 Esses 4 elementos recebem coletivamente o nome de “terras raras” Todos têm configuração d0 em compostos: sem elétrons desemparelhados (diamagnéticos) compostos incolores (não tem transição d-d). e reagem com O2 formando óxidos do tipo M2O3 reagem lentamente com a água a frio e mais rapidamente a quente liberando H2 e formando óxidos básicos ou hidróxidos. todos eles reagem com CO2 Ex: Sc(OH)3 (s) + CO2 (g) Sc2(CO3)2 (s) todos os elementos do grupo 3 reagem com H2 quando aquecidos a 300C formando hidretos. não apresentam tendência de formar complexos Quando formam [Sc(OH)6]3- , [ScF6]3- NC = 6 Y e La NC maiores e preferencialmente com agentes quelantes Ocorrência, separação e obtenção é difícil remover os elementos desse grupo de seus compostos porque: - seus pontos de fusão são muito altos - reagem com a água - seus óxidos são muito estáveis para permitir o uso de aluminotermia (aquecimento com alumínio) Os metais são obtidos por redução de cloretos e fluoretos de metais do grupo 3 por aquecimento a 1000C com Ca Meia-vida 6 h Usado em lâmpada de alta luminosidade, Utilizado em ligas de alumínio empregadas tipo metal haleto, na forma de iodeto de na fabricação de materiais esportivos. escândio (Scl3) Empregado na estabilização do óxido de zircônio utilizado em implantes. Usado na produção de gemas de zircônia artificiais. Usado na produção de cerâmicas supercondutoras de cuprato de bário e itrio. Configuração Eletrônica Estados de Oxidação Ti [Ar] 3d2 4s2 (-1), (0), (+2), +3, +4 Zr Hf [Kr] 4d2 5s2 [Xe] 4f14 5d2 6s2 (0), (+2), (+3), +4 (0), (+2), (+3), +4 ( ) estados de oxidação instáveis ou de existência duvidosa O estado de oxidação mais comum dos três elementos é +4. Nesse caso têm configuração d0 em compostos: sem elétrons desemparelhados (diamagnéticos) e compostos brancos ou incolores (não tem transição d-d). a EI para os três elétrons desses elementos é muito alta, logo, os seus compostos anidros são covalentes. o Zr e o Hf têm tamanhos (contração lantanídica) e configurações eletrônicas semelhantes, logo têm propriedades químicas quase idênticas a separação desses elementos é muito difícil e só é possível ser feita por troca iônica (coluna de sílica gel) em solução alcoólica. A mistura é eluída com álcool / HCl. O Zr é eluído primeiro. Método de Kroll Reatividade acima de 600C esses elementos se tornam reativos e são capazes de formar: - óxidos do tipo: MO2 - haletos do tipo: MX4 - nitretos intersticiais do tipo: MN - carbetos intersticiais do tipo: MC [Ti(H2O)6]3+ Ti : 3d1 Complexos de fórmula [TiX4L2] são octaédricos Outros nos de coordenação são raros: Et4N[TiIVCl5]-, [TiCl4.AsH3] Todos os compostos com os elementos c/ estado de oxidação +3 são coloridos e paramagnéticos d1 TiCl3 é um importante catalisador de Ziegler-Natta (p/ polimerização de etileno a polietileno) – Nobel de química em 1963 [Ti(H2O)6]3+ (violeta) é um poderoso ag. redutor e pode ser oxidado pelo ar Zr(III) e Hf(III) são instáveis em água só são encontrados em compostos no estado sólido fabricação de Implantes Ligas c/ alumínio Ligas c/ aço pigmento e “carga” Devido a resistência química do produção de materiais metal é usado em cadinhos abrasivos e lixas resistentes a sais fundidos Utilizado na produção de gemas sintéticas de silicato de zircônio Utilizado na fabricação de processadores de computadores de última geração substituindo o silício na tecnologia conhecida como Hi-K. Dióxido de Háfnio usado como material refratário. Carbeto de Háfnio um dos compostos binários com maior ponto de fusão conhecido aproximadamente 4000oC. Usado em ligas metálicas empregadas na fabricação de turbinas de aviões e soldagem Usado como absorvedor de nêutrons térmicos em reatores nucleares. Configuração Eletrônica Estados de Oxidação V [Ar] 3d3 4s2 (-1), (0), (+1), (+2), +3, +4 e +5 Nb [Kr] 4d4 5s1 (-1), (0), (+1), (+2), (+3), (+4) e +5 Ta [Xe] 4f14 5d3 6s2 (-1), (0), (+1), (+2), (+3), (+4) e +5 ( ) estados de oxidação instáveis ou de existência duvidosa A estabilidade dos compostos aumenta com o aumento do número de oxidação (tendência contrária dos grupos representativos). Os átomos desse grupo são menores que os do grupo do Ti Nb e Ta apresentam raios covalentes e iônicos quase idênticos: propriedades são semelhantes e difíceis de serem separados Em altas temperaturas reagem com diversos não metais nitretos do tipo MN RC PF V 1,22 1700 Nb 1,34 2468 Ta 1,34 3000 carbetos: MC - muito duros e refratários, MC2 - iônicos, reagem com água liberando acetileno. hidretos não estequiométricos: quantidade de hidrogênio depende da temperatura e da pressão: VH0,71 , NbH0,86 e TaH0,76 V é utilizado como catalisador; Nb é usado como usado em ligas de aço Ta é usado em pinos, placas e outros materiais empregados no reparo de fraturas. Ele não é rejeitado por ser muito inerte. Óxidos Sulfetos Haletos Suas ligas são usadas na fabricação de ferramentas de aço cromo-vanádio Micronutriente importante Produção de ao homem e animais (suplemento alimentar) catalisadores usados na fabricação de H2SO4 Fabricação de capacitores eletrônicos. Produção de tubos empregados em trocadores de calor e condução de produtos químicos corrosivos. Pode formar filmes eletrocrômicos de qualquer coloração a partir da sua anodização em solução de ácido fósfórico Adicionado em ligas metálicas para aumentar a resistência mecânica Configuração Eletrônica Estados de Oxidação Cr [Ar] 3d5 4s1 0, +2, +3, (+4), (+5), +6 Mo [Kr] 4d5 5s1 0, (+2), +3, +4, +5, +6 W [Xe] 4f14 5d4 6s2 0, (+2), +3, +4, +5, +6 ( ) estados de oxidação instáveis ou de existência duvidosa São metais relativamente abundantes São duros, têm alto ponto de fusão, baixa volatilidade e resistência a corrosão Cr(VI) é fortemente oxidante, o Cr(II) é redutor, e o Cr(III) é o mais estável deles Mo(VI) e W(VI) são os mais estáveis -O crômio pode ser dissolvido por HCl e H2SO4. Não é dissolvido por HNO3 ou água régia (HCl / HNO3 ) (3:1). - crômio pode ser obtido pela redução do Cr2O3 - O Mo e W são praticamente inertes, mas dissolvem em misturas HNO3 / HF; KNO3 / NaOH fundidos ou Na2O fundido. - Só reagem com O2 em altas temperaturas: 2 Cr 1 12 O2 Cr2O3 M 1 12 O2 MO3 (M Mo e W) - Em temperatura ambiente, a reação com O2 forma apenas um filme superficial de óxido -O Cr2O3 é utilizado industrialmente como pigmento verde de tintas, borrachas e cimento e como catalisador na produção de butadieno (NH4 ) 2 Cr2O7 Cr2O3 N 2 4H 2O “experimento do vulcão” laranja verde http://www.youtube.com/watch?v=RrbQHW74hQw Na ausência de ar, o Cr reage com ácido para formar uma solução azul de Cr2+ : Cr(s) + 2H+(aq) Cr2+(aq) + H2(g) Na presença de ar: 4Cr2+(aq) + O2(g) + 4H+(aq) 4Cr3+(aq) + 2H2O(l) Na presença de Cl-: forma o íon verde [Cr(H2O)4Cl2]+. Solução aquosa: normalmente +6. Meio básico: o CrO42- é o íon mais estável. Meio ácido: o Cr2O72- é o íon mais estável. O cromato é um íon amarelo bem mais escuro do que o dicromato. Cr Cr trans cis ~20% no aço inoxidável Óxido de cromo (Cr2O3) adicionado ao vidro para dar cor verde. Por ser um metal muito duro e brilhante é usado na cromação de peças. CrO2 É um micronutriente importante para animais e plantas, sendo adicionado em fertilizantes, rações e suplementos alimentares. Na forma de sulfeto é usado como aditivo em óleos lubrificantes e graxas. É empregado na fabricação de fios resistentes a corrosão em ambientes agressivos, utilizado em soldagens Filamentos de W usado em lâmpadas. Usado na fabricação de eletrodos para soldagens TIG (Tungsten Inert Gas) Usado na fabricação do carbeto de tungstênio largamente usado em ferramentas de corte e furação. ~18 % de W = Aço rápido Configuração Eletrônica Estados de Oxidação Mn [Ar] 3d5 4s2 0, (+1), +2, (+3), +4, (+5), (+6), +7 Tc [Kr] 4d6 5s1 0, (+2), (+3), +4, (+5), +6, +7 Re [Xe] 4f14 5d5 6s2 0, (+1), (+2), +3, +4, (+5), +6, +7 ( ) estados de oxidação instáveis ou de existência duvidosa O Mn ocorre naturalmente na forma de MnO2; quase todos os seus compostos são coloridos (transições d-d); nas formas mais oxidadas é um agente oxidante importante. O Tc é o primeiro elemento artificial criado (produzido a partir do bombardeamento de átomos de Mo com nêutrons). Todos os seus isótopos são radioativos. O Re é muito raro e ocorre em quantidades traço associadas a minérios de Mo. Mn2+ é d5 Spin baixo, campo forte Spin alto, campo fraco ou [Mn(CN)6]4[Mn(CNR)6]2+ [Mn(CN)5(NO)]3- Mn(NH3)6]2+ [MnCl6]4[Mn(en)3]2+ Configuração de spin baixo é pouco estável, facilmente oxidável Complexos de spin alto e spin baixo são octaédricos Complexos quadrado planares com ftalocianina de Mn Os complexos com haletos são tetraédricos (verde amarelados), [MnCl4]2-, [MnBr4]2-, [MnI4]2-, mas, em solução aquosa, duas águas se coordenam formado complexo octaédrico rosa Por que MnO4- é colorido (violeta) se a configuração eletrônica é d0? Resp.: Devido às transições de transferência de carga utilizado em ligas metálica de alta dureza, empregados em trilhos de trens, e em ligas altamente ferromagnéticas, junto com Cu, Sb e Al. no aço confere maior resistência à tração seus compostos são utilizados como agentes oxidantes, como catalisadores, como fármaco, pigmento para tinta na cor preta Mn é essencial ao crescimento das plantas, por isso MnSO4 é adicionado aos fertilizantes como micro nutriente. meio milhão de ton/ano de MnO2 são utilizado na produção de “pilhas secas” suas ligas são supercondutores, podendo ser utilizadas para criar campos magnéticos intensos. 99Tc é utilizado na medicina para a localização de tumores no cérebro, baço, fígado e tiróide, por meio de técnicas de cintilação Sais (NaTcO4) são armazenados em recipientes de chumbo é utilizado em ligas com W para construção de resistências de fornos elétricos, contatos elétricos arcos voltaicos e lâmpadas que operem em temperaturas superiores a 2000 oC (Re e W possuem os maiores pontos de fusão) é usado para pratear jóias. como catalisador na indústria química (hidrogenação) Configuração Eletrônica Estados de Oxidação Fe [Ar] 3d6 4s2 0, +2, 3, (+4), (+5), (+6) Ru [Kr] 4d7 5s1 0, +2, +3, 4, (+5), +6, (+7), +8 Os [Xe] 4f14 5d6 6s2 0, (+1),(+2), (+3), +4, (+5), +6, (+7), +8 ( ) estados de oxidação instáveis ou de existência duvidosa O Fe é o 4º elemento e 2º metal em abundância (50 g/kg) na Terra; não muito duro e bastante reativo; reage com ácidos não oxidantes formando Fe+2 e com ácidos oxidantes formando Fe+3. O Ru e o Os são “metais nobres” , e portanto, pouco reativos. Obtidos a partir do depósito anódico que se acumula no refino eletrolítico do Ni. Brasil está entre os maiores produtores de minérios de ferro Ferro dissolve em ác. não oxidantes diluídos à frio formando Fe2+ e liberando H2 Se o ác. estiver morno e na presença de ar forma também Fe3+ Ácidos oxidantes geram apenas Fe3+ Ru e Os são metais nobres e resistem ao ataque por ácidos Os reage com água régia Fe + Cl2 Fe + O2 Fe + HCl Ferrugem Caso particular de Corrosão Para prevenir a corrosão o ferro recebe um revestimento protetor para impedir o acesso da água: • Folhas-de-flanders: eletrodeposição de fina camada de Sn • Galvanização: eletrodeposição de Zn • Zarcão: pintura com vermelho de Chumbo • Parkerização ou bonderização: tratamento c/ ác. fosfórico ou soluções ácidas de Mn(H2PO4)2 ou Zn(H2PO4)2 • Ânodo de sacrifício Fe(II) é d6 ou Fe(III) é d5 ou Os sais de Fe (II) são verde pálido e são facilmente oxidados a sais de Fe (III). Forma 3 óxidos não estequiométricos: FeO, Fe2O3 e Fe3O4 O Fe (II) forma um elevado número de complexos, quase sempre octaédricos, sendo o mais importante o grupo heme da hemoglobina e na mioglobina. Em ligas com o cromo e níquel forma o aço inox utilizado em utensílios de cozinha e talheres Pigmentos Indústria de base Utilizado em joalheria como endurecedor de ligas de Pt e de Pd Utilizado em ligas destinadas a próteses odontológicas Como catalisador em reações orgânicas O Óxido de Rutênio é usado na fabricação de sensores de temperatura empregados em medição de temperaturas criogênicas. Empregado em compostos antitumorais para tratamento de câncer como o complexo Ru(III) denominado NAMI-A, [ImH][trans-RuCl4 (dmso-S)(Im)] (Im = imidazole). É muito duro e pouco dúctil Usado na composição de ligas metálicas destinadas a fabricação de instrumentos resistentes ao atrito (eixos) O tetróxido de Os é usado na química orgânica como oxidante e catalisador e contraste em microscopia ótica e eletrônica Pode ser empregado como filamento em lâmpadas incandescentes devido ao seu alto ponto de fusão Configuração Eletrônica Estados de Oxidação Co [Ar] 3d7 4s2 (-1), 0, (+1), +2, +3 , (+4) Rh [Kr] 4d8 5s1 (-1), 0, (+1), +2, +3 , +4 , (+6) Ir [Xe] 4f14 5d9 (-1), 0, (+1), (+2), +3 , +4 , (+5), (+6) ( ) estados de oxidação instáveis ou de existência duvidosa Co(II) e Co(III) são os estados mais comuns sendo o Co(II) mais estável Para os demais elementos os estados mais estáveis são Rh(III) , Ir(III) e Ir(IV) O Co é mais duro que o Fe; é ferromagnético; tem cor brancoazulada e é razoavelmente inerte – não reage com água, H2 e N2, mas reage com O2, halogênios, S, C e P em temperaturas elevadas. O Rh e Ir são duros e inertes; resistem aos ácidos. Reagem com O2 e halogênios em altas temperaturas Ir é o elemento mais denso da tabela periódica Os três elementos desse grupo formam um grande número de compostos de coordenação Co(II) tem configuração d7 [Co(H2O)6]2+ bem como a maioria dos complexos octaédricos de Co(II) são de spin alto Complexos tetraédricos tb são comuns – ligantes monodentados e volumosos como o Cl-, Br-, SCN-, I-, OH[Co(H2O)6 ]2 4Cl [Co(Cl ) 4 ]2 6H 2O rosa azul Incorporado na sílica gel Co(III) tem configuração d6 [Co(H2O)6]3+ bem como a maioria dos complexos octaédricos de Co(III) são de spin baixo, exceto o [CoF6]3- que é de spin alto Força do campo ligante aumenta da esquerda p/ direita molibdato de cobalto catalisador na indústria petrolífera para a hidrodessulfuração e reforma de petróleos. 60Co (emissor ) na esterilização de alimentos e materiais cirúrgicos a frio Compostos de cobalto usados em cerâmica, vidros, pigmentos de tintas, ligas de aços especiais, na agricultura e como micronutriente. Super liga em aço Vitamina B12 CoO com sílica e K2CO3 ligas com Pt para dar maior dureza e resistência catalisadores em diversas reações químicas. Ex: oxidação da amônia a óxido nítrico. em joalharia para revestimento de objetos de Ag e ouro branco para melhorar o aspecto da jóia, tornando-a muito branca e mais resistente. Sensores de temperatura Galvanoplastia: deixa os metais c/ coloração negra entra na composição de ligas (5 a 10%) com Pt para tornar a liga mais dura e resistente que a Pt pura Essas ligas são usadas em cadinhos, equipamentos cirúrgicos, jóias, etc. O 192Ir utilizado em equipamento para radiografia industrial Usado na confecção do padrão de peso do kilograma, que é uma liga de 90% Pt e 10% Ir, e se encontra no Bureau International des Poids et Mesures (BIPM) na França velas de ignição de longa vida útil (fins militares pois é muito cara) Os complexos de Irídio são utilizados em telas finas e flexiveis chamadas OLEDs (Organic light-emitting diodes). Configuração Eletrônica Estados de Oxidação Ni [Ar] 3d8 4s2 -1, 0, (+1), +2, (+3) e (+4) Pd [Kr] 4d10 0, +2 e +4 Pt [Xe] 4f14 5d9 6s1 0, (+1), +2, +4, (+5) e (+6) ( ) estados de oxidação instáveis ou de existência duvidosa O Ni é o mais reativo do grupo, é branco prateado e ferromagnético. Reage lentamente com Flúor. É usado no recobrimento de outros metais como proteção contra a corrosão. A Pt e o Pd são branco acinzentados. O Pd reage com HCl na presença de O2 e Cl2. A Pt somente reage com água régia (HCl + HNO3) formando H2[PtCl6]. Os três metais são inertes na forma maciça e não reagem com o ar ou c/ a água à temperatura ambiente O estado de oxidação +2 é o mais comum p/ Ni sais hidratados de Ni são verdes, [Ni(H2O)6]2+, sais anidros são amarelos Seus complexos são, geralmente, octaédricos ou quadrado planares. Mas são conhecidos alguns complexos com estruturas tetraédricas, bipiramides trigonais e pirâmides de base quadrada d8, octaédrico, paramagnético, azuis [Ni(NH3)6]2+ [Ni(H2O)2(NH3)4]2+ [Ni(en)3]2+ Ligantes de campo forte os elétrons são obrigados a emparelhar, formando complexos quadrado planares diamagnéticos [Ni(CN)4]2- Os complexos de Pd(II) e Pt(II) são quadrado planares ligas: aços inoxidáveis, cupro-níquel (cunhagem de moedas), cromo-níquel (cutelaria), cobre-niquel-zinco (prata alemã) Banhos de proteção contra a corrosão (NiSO4) Catalisadores para a indústria têxtil Baterias Usado na cunhagem de moedas - primeira moeda de Paládio em comemoração a coroação do Rei Taufa´ahua Tupou IV de Tonga em 1967. catalisador de reações de hidrogenação e na indústria petrolífera ligas usadas em odontologia, conectores em componentes eletrônicos, jóiais catalisador em reações de hidrogenação em química orgânica. purificação de gases por oxidação catalítica liga Pt-Rh é usada no processo de fabricação de seda artificial, fibras de vidro e termopares. liga de Pt-Ir é usada em joalharia, utensílios de laboratório, eletrodos e contatos elétricos. liga Pt-Pd é usada em próteses cis-diaminodicloroplatina(II): usado como quimioterápico Comparações horizontais Fe Co Ni Ru Rh Pd Os Ir Pt Metais ferrosos Mais reativos Grupo da platina Mais “nobres” Fe3+ é o estado usual do ferro, mas Co3+ é forte oxidante (a não ser complexado), Ni é divalente em compostos simples Reatividade: Fe>Co>Ni Reatividade: Ru<Rh<Pd e Os<Ir<Pt Diferenças entre os dois grupos são: • Tendência do aumento da estabilidade dos elementos nos estdos de oxidação superiores • Desaparecimento de formas iônicas simples • Caráter “nobre” crescente tendências esperadas em um grupo vertical Configuração Eletrônica Estados de Oxidação Cu [Ar] 3d10 4s1 +1, +2, (+3) Ag [Kr] 4d10 5s1 +1, +2, (+3) Au [Xe] 4f14 5d10 6s1 +1, +3, +5 ( ) estados de oxidação instáveis ou de existência duvidosa Os elementos desse grupo possuem as condutividades térmicas e elétricas mais elevadas que se conhecem, mas tendem a ser pouco reativos A reatividade química diminui do Cu para o Au. O Cu é inerte a ácidos não oxidantes, mas reage com ácidos oxidantes (HNO3 e H2SO4) A Ag e o Au muitas vezes ocorrem na forma elementar. A maior parte do Cu é produzida a partir do mineral calcopirita CuFeS2. Os compostos simples de Au decompõem-se rapidamente ao metal. Estados mais estáveis variam com o metal: Cu(II), Ag(I) e Au(III) Cu+ e Au+ se desproporcionam em solução aquosa, e por isso só podem existir na forma de compostos insolúveis ou complexos • Embora a configuração eletrônica se pareça com o grupo 1, eles possuem pouca sememelhanças entre si • Pouca blindagem dos elétrons d faz com que sejam pequenos, densos e duros • A energia de ionização são elevadas resultado em compostos com maior caráter covalente •Elétrons d participam da ligação metálica resultando em PF maiores que metais do grupo 1 •Altas energias de ionização e potencial de redução positivos (abaixo do H2) demostram caráter nobre. Não reagem com H2O nem com ácidos. Entretanto, Cu é lentamente oxidado quando exposto ao ar úmido, formando um revestimento verde de azinhavre – Carbonato básico de cobre, Cu(CO)3.Cu(OH)2 O conjunto pesa um total de ~24.600 t, das quais ~28 t são cobre, ~113 t são aço, e ~24.400 t de cimento no pedestal. ? Sculptor Frederic Auguste Bartholdi was commissioned to design a sculpture with the year 1876 in mind for completion, to commemorate the centennial of the American Declaration of Independence. The Statue was a joint effort between America and France and it was agreed upon that the American people were to build the pedestal, and the French people were responsible for the Statue and its assembly here in the United States. On October 28th 1886, the dedication of the Statue of Liberty took place in front of thousands of spectators. http://www.statueofliberty.org/default_sol.htm Objetos de Ag lentamente perdem o brilho quando expostos ao ar devido à presença de pequenas quantidades de H2S no ar: Ag + H2S Ag2S que é preto Cu(I) é d10 e por isso a maioria dos compostos são incolores e diamagnéticos. Mas há alguns compostos coloridos, Cu2O (amarelo ou vermelho), Cu2CO3 (amarelo) devido às transições de tranferência de carga Haletos de prata são muito utilizados em filmes fotográficos: AgCl, AgB e AgI Maioria dos complexos e compostos de Cu(II) apresenta estrutura octaédrica distorcida (ligações em trans são mais longas que as outras quatro), e são azuis ou verdes O íon, Cu(II), é d9 restando apenas 1 orbital p/ o qual o elétron pode ser promovido Ag(II) é estável em complexos como [Ag(py)4]2+, [Ag(bpy)2]2+ Au(III) é d8 e forma complexos quadrado planares assim como a Pt Au + HNO3 HCl H3O+[AuCl4]-.3H2O AuCl3 Condução de eletricidade Tubulações e trocadores de calor Circuito Impresso CuSO4 + Ca(OH)2 - defensivo agrícola (calda bordalesa) e como algicida na purificação da água. Bronze: liga de Cu e Sn Latão: liga de Cu e Zn fotografia eletrodeposição (banhos) baterias e pilhas liga prata-cobre – cunhagem de moedas ligas de prata usadas na fabricação de radiadores para automóveis prata metálica como catalisador (reações de oxidação de alcoóis) Purificador de água joalheria odontologia revestimento de partes de satélites por ser um bom refletor de infravermelho circuitos eletrônicos Nanopartículas de Au Configuração Eletrônica Estados de Oxidação Zn [Ar] 3d10 4s2 +2 Cd [Kr] 4d10 5s2 +2 Hg [Xe] 4f14 5d10 6s2 +1 e +2 todos os elementos do grupo têm orbitais d completos valência fixa: não possuem transição eletrônica d - d compostos brancos são mais moles que os demais elementos de transição talvez porque os elétrons d não participem das ligações metálicas têm PF são muito mais baixos que os outros elementos de transição são menos nobres que os elementos dos grupos anteriores o caráter nobre aumenta com o aumento das energias de ionização e a reatividade diminui do Zn para o Hg Compostos de Hg(II) são mais covalentes que os demais do grupo O íon monovalente Hg+ não existe, eles se dimerizam – [Hg-Hg]2+ (se ligam utilizando seus elétrons s) Zn22+ e Cd22+ são instáveis e desproporcionam em água p/ estados de oxidação maiores que dois seria necessário destruir simetria da camada d completa Os três elementos exibem poucas propriedades associadas a elementos de transição típicos (devido a camada d completa): • não é possível ocorrer transições d-d: maioria dos compostos são brancos e os quando coloridos apresentam transiçào de transferência de carga • Os metais são mais moles porque os elétrons d não participam das ligações • PF e PE são baixos: Hg é líquido a temperatura ambiente devido a grande energia de ionização que dificulta a participação dos elétrons na formação das ligações metálicas Zn e Cd se dissolvem em ac. não oxidantes diluídos liberando H2 e Hg não reage Os três reagem com ac. oxidantes, como HNO3 e H2SO4 concentrados, formando sais e liberando uma mistura de óxidos de nitrogênio e de SO2, respectivamente Zn é o único do grupo que tem propriedades anfóteras de modo semelhante aos aluminatos Formam sulfetos insolúveis Formam ligas com diversos metais. Com Hg são denominadas amálgamas. Zn2+ e Cd2+ formam complexos com ligantes doadores de O, N e S, e também com haletos. Geralmente são tetraédricos. Mas podem formar complexos octaédricos. Hg2+ forma complexos com ligantes doadores de N, P e S ecom menos facilidade com doadores de O. Geralmente são octaédricos distorcidos (2 ligações mais curtas e 4 mais longas) ligas metálicas: latão e bronze e ligas para soldas baterias. revestimento de peças de aço para prevenir a corrosão. é um elemento essencial para o crescimento de homens e animais. Medicamentos Na forma de sulfeto de Zinco (ZnS) dopado com metais como o Cu e Bi se produz pigmentos fosforescentes utilizados em televisores e relógios. eletrodeposição e em vários tipos de soldas. bateria recarregável (Ni-Cd) compostos de cádmio são usados para produzir as cores verde e azul nas telas de TV. ligas de baixo ponto de fusão e reduzido coeficiente de atrito tintas: CdS é um pigmento amarelo e CdSe - é um pigmento vermelho termômetros, barômetros, lâmpadas de vapor de mercúrio, chaves elétricas. baterias catalisador HgS Bibliografia 1. Atkins, P., Jones, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006. 2. Shriver, D. F., Atkins, P., Química Inorgânica, Ed Artmed, 2003 . 3. Lee, J. D., Química Inorgânica Não Tão Concisa. Edgard Blucher Ltda, 3’ ed., São Paulo, 1980 4. http://www.quimlab.com.br/guiadoselementos 5. http://periodictable.com/index.html
