grupo 14 - Departamento de Química

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GRUPO 14
CQ133
FSN
Si
Sn
C
Pb
Ge
diamante
grafite
GRUPO 14
CARBONO E ALOTROPIA
grafite
grafeno
diamante
Buckminster fullereno esférico, C60
carbono amorfo
Fullereno tubular
CARBONO E ALOTROPIA
Negro de fumo: combustão incompleta de hidrocarbonetos: pó
muito fino que se agrupa aleatoriamente; partículas de 10 a 500 nm;
área superficial de 10-500 m2/g
Usos: carga de borracha para pneus (cerca de 3kg/pneu)
Pigmento negro para tintas e impressoras
Carvão ativado: produto sintético obtido pela desidratação
química de pó de madeira com ácido fosfórico ou ZnCl2 (1-3
partes para cada parte de serragem) entre 400 a 700 oC. Possui
alta área superficial, 300-2000 m2/g
Usos: descoloração de produtos naturais como açúcares, óleos,
bebidas, no tratamento de água, em filtros de gases e
purificadores de ar
Fibras de carbono: obtidas pela degradação na ausência de ar, a
300 oC e 1000 oC, de polímeros que não fundem como celulose,
algodão, lã, acrilonitrila
Usos: confecção de tecidos, redes termorresistentes, reforço
em plásticos, produção de materiais extremamente leves e
resistentes usados produção de aviões, carros e barcos
1200-3000 OC
SiO2(l) + Ccoque(s) → Si(l) + CO2(g) (idem p/ Ge e Sn)
98% puro
Purificação para a produção de semicondutores e transistores:
Si(s) + 3HCl(g) → SiHCl3(g) + H2(g) (T = 300 OC)
SiHCl3(g) + H2(g) → Si(s) + 3HCl(g) (T = 1000 oC)
99,999 % puro (processo Siemens)
2PbS(s) + 3O2(g) → 2PbO(s) + 2SO2(g) (ustulação)
PbO(s) + CO(g) → Pb(l) + CO2(g)
Cassiterita
SnO2
Galena
PbS
Grupo 14
Raio
atômico
Å
PF
oC
Energia da
ligação kJ.
mol-1
C
0,77
4100
C-C
348
Si
1,17
1420
Si-Si
297
Ge
1,22
945
Ge-Ge
260
Sn
1,40
232
Sn-Sn
240
Pb
1,46
327
-
-
Principais óxidos do carbono
Monóxido de carbono
1.C(s) + 1/2O2(g)  CO(g)
cat. = Ni/CaO,Al2O3
2. CH4(g) + 2H2O(g)

CO(g) + 4H2(g) (1000K, 30 atm)
3. C(s) + H2O(g)  CO(g) + H2(g) gás d’água
4. 2C(s) + O2(g) + 4N2(g)  2CO(g) + 4N2(g) gasogênio
5.
H2SO4
HCOOH(l)  CO(g) + H2O(l)
laboratório
É muito tóxico, incolor e inodoro
É bastante reativo
É um combústível
Agente redudor na indústria metalúrgica
Base de Lewis forte
Produção industrial de ferro
Fe2O3(s) + 3CO(g)  2Fe(s) + 3CO2(g)
3Fe2O3(s) + CO(g)  2Fe3O4(s) + CO2(g)
Fe3O4(s) + CO(g)  3FeO(s) + CO2(g)
FeO(s) + CO(g)  Fe(l) + CO2(g)
Principais óxidos do carbono
Dióxido de carbono
cat. = Fe/Cr2O3
1. CO(g) + H2O(g)

CO2(g) + H2(g) (700 K)
2. Recuperado de processos fermentativos:
C6H12O6(s)  2C2H5OH(l) + 2CO2(g)
3. dos gases liberados na calcinação do calcário;
CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)
4. dos gases efluentes de usinas termelétricas alimentadas a carvão.
5. CaCO3(s) + 2HCl(aq)  CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)
Silicatos
quartzo
SiO2
Zircon
ZrSiO4
Willemita
Zn2SiO4
Enstatita
MgSiO3
Espodumênio
LiAl(SiO3)2
Mica
(Si2O52-)n
Asbestos
(Si4O116-)n
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
ortossilicato,
SiO44-
M2II[SiO4] ou MIV[SiO4] onde M = Be, Mg, Fe, Mn, Zn
Pirossilicatos
Si2O76-
Ac2[Si2O7], Ln2[SiO7]
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
Silicatos em cadeia simples (piroxênios), (SiO3)n2nEx. Espodumênio LiAl(SiO3)2
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
Silicatos em cadeia dupla (anfibólios)
composição variável: (Si2O5)n2n-, (Si4O11)n6n-, (Si6O17)n10n-
Ex. Asbestos (Ca2Mg5[(Si4O11)2](OH)2, Mg3Si2O5(OH)4
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
Silicatos cíclicos, (SiO3)n2nEx. Berilo Be3Al2(Si6O18)
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
Silicatos lamelares (em camadas) ou filossilicatos, (Si2O5)n2n-
Ex. mica, argila, montmorilonita
CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS
Silicatos tridimensionais (SiO2)
Silicone
R
HO
Si
R
OH
+
HO
Si
R
Si
R
OH
-H 2O
HO
O
Si
R
OH
+
HO
O
Si
R
R
R
R
Si
R
R
HO
R
Si
R
R
R
OH
R
fluidos, óleos, graxas
elastômeros(borrachas) e resinas
isolantes elétricos
Implantes
HO
OH
Si
R
O
Si
R
R
O
Si
R
OH
CARBETOS
os carbetos são compostos de carbono com um elemento
menos eletronegativo;
esta definição exclui compostos de carbono com N, P, O,
S e halogênios;
os carbetos são classificados como:
a) iônicos ou salinos;
b) intersticiais ou metálicos;
c) covalentes
os três tipos de carbetos são preparados aquecendo-se o
metal ou o óxido com carbono ou um hidrocarboneto, a
temperaturas de 2000 0C
CARBETOS SALINOS
classificados em três grupos, contendo os ânions:
C4-, C22- ou C34-;
exemplos: Be2C (sólido vermelho); Al4C3 (sólido amarelo);
os carbetos com a unidade (-CC-)2- são melhor
conhecidos. São formados principalmente pelos elementos
do grupo 1 (M2C2); pelos elementos do grupo 2 (MC2); pelos
metais Cu, Ag, Au, Zn e Cd; e por alguns lantanídeos (LnC2
e Ln2(C2)3; são todos compostos incolores;
CARBETOS SALINOS
o carbeto de cálcio (CaC2) é o mais importante; é
obtido industrialmente pela reação de cal com coque a
2200 oC:
CaO(s) + 3C(s)  CaC2(s) + CO(g)
reagem com água, liberando acetileno:
CaC2(s) + 2H2O(g)  Ca(OH)2(s) + HCCH(g)
CaC2 é usado em escala industrial na fabricação de
cianamida de cálcio (CaNCN) - que é usada como
fertilizante nitrogenado:
1100 oC
CaC2(s) + N2(g)
 Ca(NCN)(s) + C(s)
CARBETOS INTERSTICIAIS
são formados principalmente por elementos de transição,
lantanídeos e actinídeos;
em geral apresentam um ponto de fusão muito elevado;
exemplo TaC funde a 3900 oC;
são muito duros; TaC apresenta dureza 9-10 na escala Mohs;
são empregados na confecção de ferramentas de corte;
os carbetos intersticiais conservam muitas das propriedades
dos metais - conduzem eletricidade e possuem brilho
metálico;
carbetos intersticiais em geral são inertes - não reagem com
a água como os carbetos iônicos.
CARBETOS COVALENTES
os mais importantes são o SiC e B4C;
SiC possui dureza 9,5 na escala Mohs;
SiC
SiC é conhecido como conhecido como carborundum - um
abrasivo;
é produzido pelo aquecimento de quartzo ou areia com excesso
de coque, num forno elétrico a 2000-2500 oC:
SiO2(s) + 3C(s)  SiC(s) + 2CO(g)
o SiC é muito pouco reativo; não é atacado por ácidos, mas reage
com NaOH e ar, e com Cl2 a 100 oC:
SiC(s) + 2NaOH(aq) + 2O2(g)  Na2SiO3(s) + CO2(g) + H2Og)
SiC(s) + 2Cl2(g)  SiCl4
o SiC apresenta uma estrutura tridimensional de átomos de Si e C
sendo cada átomo rodeado tetraedricamente por quatro átomos
do outro tipo
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