Aula 06

BC-1302 – Química dos elementos
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GRUPO 13
1
Ocorrência na natureza
Alumínio
BC-1302 – Química dos elementos
Boro
Bórax,
Na2B4O5(OH)4.8H2O
Ou
Quernita
Na2B4O5(OH)4.2H2O
Criolita: Na3AlF6
Bauxita: (mistura complexa de
hidróxido de alumínio hidratado e óxido
de alumínio)
40-60% Al2O3, 12-30% H2O, 1-15% SiO2, 730% Fe2O3, 3-4% TiO2, outros 0,05-0,2%
Gálio, Tálio e Índio
Contaminantes nos Sulfetos de Zn e de Pb
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Métodos de obtenção
- Conversão do Bórax
[H + ]
→ B2O3
Na2B4O5(OH)4.8H2O 
∆
B2O3( s ) + 3Mg ( s ) 
→
2 B( s ) + 3MgO( s )
B12
- Redução de
haletos
filamento rubro (W ou Ta )
2 BCl3( s ) + 3H 2 ( g ) 

→ 2 B( s ) + 6 HCl( g )
filamento rubro (W ou Ta )
2 BBr3( s ) + 3H 2 ( g ) 

→ 2 B( s ) + 3 Br2 ( g )
o processo de purificação do BI3 é muito caro
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Propriedades químicas
Propriedades gerais do Boro
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 Boro: não metal, sempre forma ligações covalentes
- normalmente forma três ligações covalentes com ângulos de
120o entre si utilizando orbitais híbridos sp2
2s
2p
[He]2s22p1
Híbrido sp2
- todos compostos BX3 são deficientes em elétrons, portanto
podem receber mais um par de um outro átomo
Ácidos de Lewis
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Principais compostos
Forma óxidos ácidos. O principal é o B2O3.
- funde a 450 oC e é empregado como efluente para limpeza de
metais
- usado na produção de vidros de Borosilicato
Vidros comuns: 12% de Na2O, 2% CaO e 86% SiO2
Vidros borosilicatos: 4,5% de Na2O, 2% CaO, 12,5%
B2O3 e 81% SiO2
Não se expandem muito quando
aquecidos, resistentes a aquecimento e
resfriamento rápidos
Principais compostos - Boro
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Boranos, Boro-hidretos e Boretos
O boro forma uma série de compostos binários com o hidrogênio
(boranos), que incluem, por ex., o diborano e o decaborano, e são
até certo ponto análogos aos hidrocarbonetos.
Nos boranos, não existe elétrons suficiente para formar todas as
ligações covalentes esperadas (compostos elétrons-deficientes)
Tipo Bn Hn+4
B2H6 - diborano
Tipo BnHn+6
H
B4H10 – tetraborano
B5H9 –
petaborano-9
B5H11 –
pentaborano-11
B10H14 –
decaborano-14
B10H16 –
decaborano-16
H
B
H
H
átomos de H
ligados em ponte
B
H
H
No diborano ⇒ 12 elétrons de valência ⇒ 3 de cada B e 1 de cada H
Principais compostos - Boro
Boranos, Boro-hidretos e Boretos
sp3
H
H
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H
B
B
H
H
2e- spread over 3 orbitals
B5H9
B5H11
H
Principais compostos - Boro
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Boranos, Boro-hidretos e Boretos
- Em versões aniônicas desses compostos (BH4-), temos por
exemplo o boro-hidreto de sódio: NaBH4
- Reagem com água (imediatamente) liberando H2.
B2H6 (s) + 6 H2O
(l)
→ 2 B(OH)3 (aq) + 6 H2 (g)
- Quando aquecido, liberam H2.
B2H6 (s) → 2 B (s) + 3 H2 (g)
Principais compostos - Boro
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Boranos, Boro-hidretos e Boretos
- Em versões aniônicas desses compostos (BH4-), temos por
exemplo o boro-hidreto de sódio: NaBH4
- Reagem com água (imediatamente) liberando H2.
B2H6 (s) + 6 H2O
(l)
→ 2 B(OH)3 (aq) + 6 H2 (g)
- Quando aquecido, liberam H2.
B2H6 (s) → 2 B (s) + 3 H2 (g)
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Ácido de lewis – receptor de par de elétrons
Em presença de bases de Lewis macias e volumosas → clivagem simétrica dos
diboranos
Em presença de bases de Lewis duras e compactas → clivagem
assimétrica dos diboranos
Principais compostos - Boro
H3BO3:
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é
um
sólido
branco
que
funde-se
a
171 oC. É tóxico para bactérias e insetos e é empregado na fabricação
de anti-sépticos suaves.
OH
B
HO
OH
Trigonal plana
- O ácido bórico se comporta como um ácido de Lewis,
aceitando um par de elétrons da molécula de água.
(OH)3B (aq) + H2O(l)
B(OH)4-(aq) + H3O+(aq)
pka = 9,14
Tetraédrica
Principais compostos - Boro
Peroxoborato de sódio
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 é usado como branqueador em sabões em pó
 é ativo em temperaturas superiores a 50 °C e é compatível com
enzimas
ÍON PEROXOBORATO
O
HO
O
B
HO
OH
B
O
O
BN: possui estrutura parecida com a grafita.
É branco e conduz eletricidade.
A altas temperaturas converte-se em uma estrutura
muito dura, parecida com diamante cristalino
2 B( s ) + 2 NH 3 ( g ) → 2 BN ( s ) + 3H 2 ( g )
OH
2-
Principais compostos - Boro
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 Aumentar a capacidade de têmpera do aço
 ácido bórico ou bórax misturado com NaOH (polibor ou timbor)
– proteção de madeira contra insetos e maior resistência ao fogo
 perboratos – alvejantes
 borosilicatos – vidro Pyrex
 B2O3 – fundente de soldas
 borato de cálcio – fibra de vidro
 antisépito-suave (ácido bórico)
Composição:
Amido de mandioca,
estearato de zinco,
carbonato de magnésio,
ácido bórico,
fenolsulfonato de zinco,
aerosil, ácido benzóico,
ácido undecilênico e
fragrância.
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Métodos de obtenção
- A partir da bauxita (mistura complexa de
hidróxido de alumínio hidratado e óxido de
alumínio) Al2O3( s ) + SiO2 ( s ) + Fe2O3( s ) + 4 NaOH ( aq ) + 5 H 2O(l ) →
2 NaAl (OH ) 4 ( aq ) + Na2 Si (OH ) 6 ( aq ) + Fe2O3( s )
O ferro é um contaminante da bauxita (cor vermelha). O
aluminato de sódio formado no tratamento é solúvel e o hidróxido
férrico (contaminante) é insolúvel, separando-se o Fe.
Na segunda etapa, é borbulhado dióxido de carbono:
NaAl (OH ) 4 ( aq ) + CO2 ( g ) → NaHCO3( aq ) + Al (OH ) 3( s )
O hidróxido de alumínio é então desidratado, regenerando a
alumina pura:
2 Al (OH ) 3 ( s ) 
→
Al2O3 ( s ) + 3H 2O ( g )
∆
15
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Métodos de obtenção
O óxido de alumínio é fundido, juntamente com criolita ( Na3AlF6)
que abaixa seu ponto de fusão de 2050 oC para 950 oC, e sofre
eletrólise:
Processo Hall
Catodo: Al3+ (fund) + 3 e- → Al
(l)
Anodo: 2 O2- (fund) + C (s) → CO2 (g) + 4 e-
Global:
4 Al3+ (fund) + 6 O2- (fund) + 3 C (s) → 4 Al (l) + 3 CO2(g)
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Propriedades químicas
Principais compostos - Alumínio
Al2O3, alumina: é anfotera e reage com bases e com ácidos
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Al2O3( s ) + 2 NaOH ( aq ) + 3 H 2O(l ) → 2 NaAl (OH ) 4 ( aq )
Al2O3( s ) + 6H 3O + ( aq ) + 3H 2O(l ) → 2 Al ( H 2O) 6
3+
( aq )
No complexo hidratado, as ligações Alumínio-Oxigênio são muito
fortes, enfraquecendo as ligações O-H e favorecendo a
dissociação, dando propriedades ácidas ao íon Al(H2O)63+:
3+
H O H
OH2
H2 O
M
H2O
OH2
OH2
H2O
2+
OH
OH2
M
H2O
OH2
OH2
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Principais compostos - Alumínio
- Al2O3, alumina: reage com ácido sulfúrico originando o sulfato
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de alumínio (Al2(SO4)3, que é empregado por indústrias de papel
para coagular celulose em superfícies duras e não absorventes.
Al2O3( s ) + 3 H 2SO 4 ( aq ) → Al2 ( SO4 ) 3( aq ) + 3H 2O(l )
- Al2(SO4)3: empregado, juntamente com o aluminato de sódio em
tratamentos de água como agentes coagulantes:
6 NaAl (OH ) 4 ( aq ) + Al 2 (SO 4 ) 3( aq ) → 8 Al (OH ) 3( s ) + 3 Na2 SO4 ( aq )
Principais compostos - Alumínio
- Al2O3, alumina: formas cristalinas preciosas obtidas pela
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substituição de Al3+ por outros metais
Rubi (Cr3+)
Safira (Fe3+, Ti4+)
Topázio (Fe3+)
Principais compostos - Alumínio
AlCl3: Os trihaletos de Al formam estruturas binucleares
Cl
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Cl
Al
Al
Cl
Cl
Cl
Cl
Cloreto de alumínio
Al2Cl6
Neste composto, o átomo de alumínio de cada fragmento atua
como ácido de Lewis, aceitando um par de elétrons de um átomo de
cloro de outro fragmento (que atua como base de Lewis).
O cloreto de alumínio é muito empregado como catalisador
(catalisador de Friedel-Crafts) em indústrias.
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Ocorrência
O Ga ocorre c/o impureza na bauxita e é obtido como subproduto
da produção de Al.
O In é obtido c/o subproduto da obtenção do Pb e Zn
Como são encontrados em quantidades mínimas na natureza, são
produzidos por eletrólise de seus sais em solução aquosa.
O estado de oxidação +1 torna-se progressivamente mais estável
do alumínio ao tálio
Efeito do par inerte
Aplicações - Gálio
- componente de ligas de baixo ponto de fusão
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- tela de televisão
Y3(Al,Ga)5O12:Ce, verde (520 nm)
Y3(Al,Ga)5O12:Tb, amarelo-esverdeado (544 nm)
- uma camada de gálio aplicada ao vidro ou porcelana forma
espelho com alto índice de reflexão.
Aplicações - Gálio
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 componente de LED's (diodo emissor de luz)
 Lasers de diodo
Ex: (AlxGa(1-x)As).
Aplicações - Gálio
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 semicondutores
 produção de transistores
Componente de circuitos integrados
GaAs
Microchip com circuito integrado
Aplicações - Índio
 Na fabricação de espelhos mais resistentes à corrosão que os
de prata
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 Em sistemas de solda
 Em fotocondutores
 Em transistores
 Ligas metálicas de baixo ponto de fusão
Curiosidade:
Até 1924, o suprimento mundial
aproximadamente de uma grama (1g).
do
índio
A produção mundial, atualmente, é de 112,40 t/ano
puro
era
Aplicações - Tálio
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 o tálio ocorre associado a minerais de potássio.
 usado comercialmente em inseticidas e venenos para
roedores.
Também se utiliza tálio como aditivo de vidros especiais,
usados
no
encapsulamento
de
semicondutores,
condensadores e outros dispositivos eletrônicos, para os
proteger da oxidação atmosférica e da umidade.