UNIFEI Universidade Federal de Itajubá - O que são Não-Metais? - Hidrogênio Capítulo 22 Química dos Não-Metais - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios Lucas Carvalho de Sousa - 15839 Matheus Henrique Adão - 16975 Mauricio Esper Andere - 17112 - Gases Nobres - Bibliografia Prof. Dr. Élcio Barrak 1/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá - O que são Não-Metais? O que são não-metais? Existem 18 não-metais (ou ametais) conhecidos. Os não-metais, em geral, ficam na parte superior direita da tabela periódica; a exceção é o hidrogênio, que fica acima da família 1. - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios Características gerais: » Não são maleáveis e nem dúcteis; » Não conduzem eletricidade – são isolantes; » Não conduzem calor; » Apresentam baixos pontos de fusão e de ebulição – a maioria é gasosa em condições ambientes; » São eletronegativos. - Halogênios - Gases Nobres Perceba: grosseiramente falando, os não-metais têm características contrárias às dos metais. - Bibliografia 2/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá O que são não-metais? Semi-metais - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono Os semi-metais são um conjunto de elementos com algumas características semelhantes às dos metais, e outras semelhantes às dos não-metais. » Boro: anti-séptico (bórax – borato de sódio decaidratado); semicondutor do tipo P (elemento de dopagem). » Silício: construção civil (areia e argila); propriedades semicondutoras. - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 3/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá O que são não-metais? - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 4/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Hidrogênio Introdução - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio Esse nome foi dado pelo químico francês Lavoisier, que significa, do grego, “produtor de água” (hydro = água; gennao = produzir). O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres Nota: no sol, a energia proveniente das reações nucleares implica uma perda de massa de milhões de toneladas por segundo! - Bibliografia 5/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Hidrogênio Posição na Tabela Periódica - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia O hidrogênio não pertence a uma família específica da tabela periódica. Geralmente, ele encontra-se acima da família 1, pois pode se comportar como metal (reagir com ametais e formar íon positivo), mas também podemos encontrá-lo acima da família 17, dos halogênios, pois pode se comportar como ametal (reagir com elementos alcalinos e formar o íon hidreto, H ). Isótopos do Hidrogênio O átomo de hidrogênio possui 3 isótopos – prótio, com apenas 1 próton; deutério, com 1 próton e 1 nêutron; e trítio, com 1 próton e 2 nêutrons. Saiba: » O deutério compõe D2O, conhecida como água pesada. » O trítio é o único radioativo entre os 3 e possui meia-vida de 12,3 anos. 6/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Hidrogênio Produção do Gás Hidrogênio - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios Há várias maneiras de produzir hidrogênio molecular (H2). Algumas delas são: » Eletrólise da água 2 H2O(l) → O2(g) + 2 H2(g) » Reação de metal mais reativo que hidrogênio (ligado a ácidos) e uma solução diluída de ácido forte Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g) » Reação de carbono com vapor de água (mistura esta chamada de gás d’ água) C(s) + H2O(g) → H2(g) + CO(g) - Gases Nobres - Bibliografia 7/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Hidrogênio Importância do Hidrogênio - O que são Não-Metais? - Hidrogênio São várias as aplicações do hidrogênio. Na indústria química, ele é utilizado no processamento de combustíveis fósseis e na produção de amoníaco (feito a partir da amônia). - Família do Carbono » Síntese de amônia: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) - Família do Nitrogênio Existem estudos que dizem que o hidrogênio será combustível do futuro, pois sua reação com o oxigênio é bastante exotérmica e origina, como produto final, a água. Sendo assim, ele pode gerar muita energia, além de ser ecologicamente correto. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres » Combustão do hidrogênio: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) ∆H = - 286 kJ/mol H2 - Bibliografia 8/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Hidrogênio - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia Dirigível Hindenburg em chamas 9/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Família do Carbono Introdução - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres Na família do carbono, 14, o único ametal presente é o próprio carbono. Apesar de não ser abundante na crosta terrestre, o carbono é extremamente importante, pois a vida como conhecemos é baseada em seus compostos. Alótropos O carbono existe em 3 formas cristalinas: grafite, diamante e fulerenos. » Grafite: sólido macio, preto, escorregadio que tem brilho metálico e conduz eletricidade. » Diamante: sólido duro e transparente no qual os átomos de carbono formam uma rede cristalina. » Fulerenos: em geral apresenta uma estrutura esférica formada por hexágonos e pentágonos. - Bibliografia 10/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá - O que são Não-Metais? Família do Carbono Diamante – átomos de carbono sp3 ligados entre si. - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio Grafite – planos paralelos com átomos de carbono ligados por ligações duplas ou simples. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres Fulereno (C60) – hexágonos ligados por pentágonos, sendo estes responsáveis pela curvatura da molécula. - Bibliografia 11/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Família do Carbono Utilização - O que são Não-Metais? » Fibras de Carbono: elas sozinhas não são apropriadas para uso, porém, ao serem combinadas com materiais matrizes, estes resultam num material com propriedades mecânicas excelentes. - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios » Polímeros: macromoléculas formadas por moléculas menores (monômeros). - Halogênios - Gases Nobres Nylon-66® - Bibliografia 12/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Família do Carbono Utilização - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios » Carbetos: carbetos iônicos são compostos binários com carbono ligado a um metal reativo. Em particular, temos o carbeto de cálcio, que reage com água para formar acetileno e hidróxido de cálcio. O gás acetileno (etino, C2H2) é usado em chamas de maçaricos. CaC2(s) + 2 H2O(l) → C2H2(g) + Ca(OH)2(aq) - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 13/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Família do Nitrogênio Introdução - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios Dos não-metais pertencentes à família 15, temos o fósforo e o nitrogênio. A importância do estudo do fósforo se deve, principalmente, às suas aplicações na química ambiental e ao seu papel na bioquímica. Para o nitrogênio (N2), temos o ar que consiste de 78% em volume da atmosfera da terra. A molécula de N2 é muito pouco reativa por causa da forte ligação tripla entre os átomos de nitrogênio. - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 14/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Família do Nitrogênio Fósforo - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio Aplicações » Agricultura: sua importância para essa área provém do ácido fosfórico, que pode formar fosfatos - estes que são empregados na fabricação de fertilizantes. » Bioquímica: o fósforo tem relevante papel na formação do ATP, além de funcionar como íon tampão. » Coca-Cola: o ácido fosfórico (H3PO4) é constituinte da coca-cola, sendo este um dos responsáveis pelo baixo valor do pH de tal bebida. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 15/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Família do Nitrogênio Nitrogênio - O que são Não-Metais? Aplicações - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios » Comercialmente, a aplicação mais importante do nitrogênio é na obtenção do gás amoníaco, pelo processo Haber, que é usado posteriormente na produção de fertilizantes e ácido nítrico. » Devido à sua baixa reatividade, é usado como atmosfera inerte em tanques de armazenamento de líquidos explosivos. » Nitrogênio líquido, obtido pela destilação fracionada do ar liquefeito, que é usado como fluido refrigerante em diversas situações. » TNT!! - Gases Nobres - Bibliografia 16/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Família do Nitrogênio Nitrogênio - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono TNT » Podemos obter TNT através dos seguintes processos: I) II) III) IV) CaC2(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + C2H2(g) 3 C2H2(g) → C6H6(g) C6H6(l) + CH3Cl(aq) → HCl(aq) + C7H8(l) C7H8(l) + 3 HNO3(aq) → C7H5N3O6(l) + 3 H2O(l) - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres » Observação (catalisadores): II) Ferro metálico, alta temperatura; III) AlCl3(s) IV) H2SO4(concentrado) - Bibliografia 17/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Calcogênios Introdução - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio A família 16 é a dos calcogênios. Os ametais pertencentes a ela são o oxigênio, o enxofre e o selênio, sendo o oxigênio o que mais se destaca. O oxigênio molecular (O2) é um dos principais constituintes do ar atmosférico e responsável pela produção de energia na respiração aeróbica, participando do ciclo de Krebs. O enxofre é importante na produção de ácido sulfúrico e na vulcanização da borracha. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 18/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Calcogênios Oxigênio Histórico - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono Em meados do século XVIII, os cientistas estavam em busca de identificar o componente do ar relacionado à queima e à respiração. Acreditava-se que a substância responsável pela combustão era o flogístico. Mais tarde, Scheele (1771) e Priestley (1774) descobriram o elemento em questão independentemente, e Lavoisier nomeou-o de oxigênio, que significa “formador de ácido”. - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia Antoine Laurent de Lavoisier Joseph Priestley 19/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Calcogênios Oxigênio - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios Alótropos » O2: em temperatura ambiente, o O2 é um gás incolor e inodoro. A ligação em O2 é muito forte. O oxigênio também forma ligações fortes com muitos outros elementos, por isso, muitos compostos contendo oxigênio são termodinamicamente mais estáveis que O2. » O3: o ozônio é um gás azul-claro venenoso com um odor pronunciado e irritante. A molécula possui ligação π delocalizada sobre os três átomos de oxigênio. - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 20/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Calcogênios Oxigênio Óxidos, Peróxidos e Superóxidos - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres » Óxidos: composto binário com oxigênio, em que este é o átomo mais eletronegativo (cada átomo de oxigênio tem carga -2). » Peróxidos: O22- (cada átomo de oxigênio tem carga -1). » Superóxidos: O21- (cada átomo de oxigênio tem carga -1/2). Aplicações » Oxidante para foguetes; » Medicina, no tratamento de insuficiência respiratória; » Produção de metais; » Fabricação de componentes eletrônicos. - Bibliografia 21/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Calcogênios Enxofre - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono » Ácido sulfúrico – provavelmente, a aplicação mais importante, com vários usos na indústria. - Produção de ácido fosfórico e, por conseguinte, fabricação de fertilizantes; - Eletrólito de baterias de automóveis. - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 22/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Calcogênios Enxofre » Vulcanização da borracha. - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Como a borracha natural é termoplástica, criou-se um método para torná-la mais resistente: a vulcanização. Este processo consiste basicamente na reação de enxofre, a alta temperatura, com a borracha, interligando as moléculas do polímero através do agente vulcanizante com átomos de carbono que apresentavam dupla ligação. Assim, a borracha adquire a propriedade de poder deformarse e, cessadas as causas determinantes, retornar às suas dimensões iniciais. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 23/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Calcogênios Enxofre - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio » Hexafluoreto de enxofre (SF6) Ele é um gás inerte e não tóxico. É usado em dielétricos, em dispositivos de alta tensão, e em várias outras aplicações científicas, industriais e medicinais. É considerado um dos mais fortes gases para o efeito estufa, mas na prática não contribui em muito para o aquecimento do planeta. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 24/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá - O que são Não-Metais? Halogênios Introdução - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio Os halogênios compõem a família 17. Todos os seus elementos são ametálicos. Eles são eletronegativos e apresentam afinidades eletrônicas muito altas (valores muito negativos), ou seja, têm facilidade em receber elétrons para formar íons estáveis. Os elementos pertencentes à família dos halogênios são: flúor, cloro, bromo, iodo e astato. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 25/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Halogênios Flúor - O que são Não-Metais? - Hidrogênio O flúor é o elemento mais eletronegativo conhecido. Várias experiências para tentar isolá-lo resultaram em acidentes devido à sua alta reatividade. O gás (F2) tem aspecto amarelo pálido e reage com a maioria das substâncias orgânicas e inorgânicas. O flúor pode inclusive formar compostos com gases nobres. - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios Aplicações » Proteção contra cáries em cremes dentais, na forma de fluoreto de sódio ou de estanho; » Fluoreto de sódio é também usado em inseticidas contra baratas. - Gases Nobres - Bibliografia 26/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Halogênios Flúor - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 27/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Halogênios Cloro - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios O cloro é o segundo átomo mais eletronegativo. Seu gás (Cl2) tem coloração amarelo esverdeada, é extremamente tóxico e de odor irritante. Aplicações » Germicida para tratamento de água (reatividade alta); » Sal de cozinha (NaCl); » Clorofórmio (CHCl3); » Ácido clorídrico (HCl). - Gases Nobres - Bibliografia 28/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Halogênios Cloro - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 29/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Halogênios Bromo - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono Aplicações » Filmes fotográficos; » Tratamento de água. - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 30/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Halogênios Iodo - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono Aplicações » Catalisador para produção de alguns polímeros; » Desinfetantes; » Prevenção do bócio; » Metalurgia do titânio, zircônio e outros metais. - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 31/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Gases Nobres - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio Introdução Os gases nobres pertencem ao grupo 18 da tabela periódica. Eles são estáveis mesmo quando monoatômicos e apresentam o octeto completo. São eles: hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio, radônio. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 32/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Gases Nobres Hélio - O que são Não-Metais? O hélio é o segundo elemento mais abundante do universo (o hidrogênio é o primeiro). Ele é formado pela fusão entre dois átomos de hidrogênio. O gás hélio é incolor, inodoro, não-inflamável e inerte. - Hidrogênio Aplicações - Família do Carbono - Família do Nitrogênio » Gás protetor para soldas; » Misturado com oxigênio, serve para atmosfera artificial para mergulhos profundos; » Enchimento de balões e dirigíveis; - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 33/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Gases Nobres Neônio - O que são Não-Metais? O neônio, do grego, novo, é obtido pela destilação fracionada do ar líquido (o neônio está presente na atmosfera da terra na proporção de 1 parte para 65000 partes). - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio Aplicações » Detectores de íons para laboratórios; » Lâmpadas para anúncios luminosos (misturado com argônio); » Lasers de hélio e neônio. - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 34/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Gases Nobres Argônio - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio - Calcogênios - Halogênios A atmosfera terrestre contém 0,934% em volume e 1,29% em massa de argônio. Ele é obtido pela destilação fracionada do ar líquido. Tanto o gás quanto o líquido são incolores e inodoros. Aplicações » Argônio pressurizado é usado para inflar airbags de automóveis; » Gás protetor para soldas (evita oxidação e reduz emissão de fumos); » Produção de metais reativos. - Gases Nobres - Bibliografia 35/36 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Bibliografia - O que são Não-Metais? - Hidrogênio - Família do Carbono - Família do Nitrogênio » www.mspc.eng.br » www.infoescola.com/quimica » www.editorasaraiva.com/eddid/ciencias/curioso_quimica » www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/historia-da-borracha/producaode-borracha - Calcogênios - Halogênios - Gases Nobres - Bibliografia 36/36