Metais de Transição Externa (parte 1)

Aula: 12
Temática: Metais de Transição Externa (parte 1)
Iniciaremos a partir de agora uma viagem pelos metais de transição.
Vamos permanecer neste assunto até o final de unidade. Então, prepare-se e
boa aula!
METAIS DE TRANSIÇÃO EXTERNA
Ocorrência, Estrutura, Métodos de Obtenção, Aplicações e Propriedades
Os elementos de transição ou metais de transição são definidos
quimicamente por formarem, ao menos, um íon que tenha uma orbital d
incompleta com elétrons.
Às vezes são empregadas outras definições menos restritivas, já que a
intenção é agrupar os elementos segundo as suas propriedades físicas e
químicas, conforme a classificação adotada. Além disso, alguns textos
consideram elementos de transição apenas aqueles que pertencem ao bloco d.
No bloco d (elementos de transição externa), os elétrons são adicionados ao
penúltimo nível, expandindo-o de 8 para 18 elétrons. Assim, os elementos de
transição são caracterizados pelo fato de possuírem um nível d parcialmente
preenchido. Os elementos do grupo 12 (grupo do zinco) têm configuração d10 e,
devido ao fato do nível d estar preenchido, os compostos desses elementos
apresentam propriedades diferentes dos demais. Todos os elementos de
transição são metais, portanto bons condutores de eletricidade e de calor,
apresentam brilho metálico e são duros, resistentes e dúcteis. Também formam
ligas com outros metais.
QUÍMICA INORGÂNICA
Um dos aspectos mais marcantes dos elementos de transição é o fato de poder
existir em diversos estados de oxidação. Apresentam uma tendência
inigualável de formar compostos complexos de coordenação com bases de
Lewis, isto é, com grupos capazes de doar um par de elétrons. Esses grupos
são denominados ligantes. Um ligante pode ser uma molécula neutra como o
NH3, ou íons tais como Cl- ou CN-. O cobalto forma mais complexos que
qualquer outro elemento, e forma mais compostos que qualquer outro
elemento, exceto o carbono.
Co3+ + 6NH3 → [Co(NH3)6]3+
Fe2+ + 6CN- → [Fe(CN)6]4Muitos metais de transição e seus compostos apresentam propriedades
catalíticas. Algumas das mais importantes estão listadas abaixo:
TiCl3: Usado como catalisador de Ziegler-Natta na fabricação de polietileno.
V2O5: Converte SO2 em SO3 no processo de fabricação de H2SO4.
MnO2: Usado como catalisador na reação de decomposição de KClO3 a O2.
Fe: O ferro ativado é usado no processo Haber-Bosch de fabricação de NH3.
FeCl3: Usado na fabricação da CCl4 a partir de CS2 e Cl2.
Pt: Encontra uso crescente em conversores de três estágios para gases de
escape de automóveis.
Outra característica importante dos elementos de transição é a possibilidade de
formação de compostos não-estequiométricos. Trata-se de compostos de
estrutura e composição indefinidas. Por exemplo, o composto óxido de ferro II,
FeO, deve ser escrito com uma barra sobre a fórmula para indicar que a
proporção de átomos de Fe e de O não é exatamente 1:1. Os resultados de
análises realizadas indicaram que a fórmula desse composto varia de Fe0,94O a
Fe0,84O.
QUÍMICA INORGÂNICA
Três dos metais de transição são muito abundantes na crosta terrestre. Fe é o
quarto elemento mais abundante em peso, Ti o nono e o Mn o décimosegundo. Os elementos da 1ª série de transição geralmente seguem a regra de
Harkins, ou seja, elementos com números
atômicos pares são geralmente
mais abundantes que seus vizinhos com números atômicos ímpares. O Mn é
uma exceção. O Tc não existe na natureza.
Grupo 19 (Grupo do escândio) que engloba os elementos Sc, Y, La e Ac ( o La
e o Ac serão citados com mais detalhes nos elementos de transição interna). O
Sc é um metal mole, muito leve, resistente ao ácido nítrico e ácido fluorídrico
diluídos, mas reage rapidamente com outros ácidos. Apresenta coloração
branca prateada e adquire uma coloração ligeiramente rosada quando exposto
ao ar.
Seu estado de oxidação mais comum é +3 e seus sais são incolores. Suas
propriedades são parecidas com as do ítrio, actínio e os lantanídios, por isso,
são incluídos freqüentemente entre as terras raras, denominação errada
porque não são tão raras assim.
O óxido de escândio Sc2O3, é usado para a produção de lâmpadas de vapor de
mercúrio e obtém-se uma luz solar artificial da mais alta qualidade. O isótopo
radioativo Sc-46 é usado no craqueamento do petróleo como traçador, e o
metal tem aplicação na indústria aeroespacial devido ao seu ponto de fusão
muito superior ao do alumínio.
As únicas fontes concentradas conhecidas do metal, que não é encontrado no
estado nativo são minerais pouco abundantes na Escandinávia e Madagascar
como euxenita , gadolinita e thortveitita.
A thortveitita é a principal fonte de escândio. Outra fonte importante são os
resíduos da extração do urânio onde é obtido como subproduto. O metal é
obtido industrialmente por redução do fluoreto de escândio com cálcio.
QUÍMICA INORGÂNICA
O escândio natural tem um único isótopo estável, o Sc-45. São conhecidos 13
isótopos radioativos, no quais os mais estáveis são o Sc-46 com 83,79 dias de
meia-vida, o Sc-47 ( 3,3492 dias ) e Sc-48 ( 43,67 horas ); os demais isótopos
radioativos têm meias-vidas inferiores a 4 horas e a maioria menos de 2
minutos. São conhecidos, além disso, cinco meta estados, sendo o mais
estável o Sc-44 ( meia-vida de 58,6 horas ).
O ítrio é um metal pertencente ao conjunto de elementos denominados terras
raras , com aspecto prateado metálico com brilho, são relativamente estável no
ar, e quimicamente semelhante aos lantanídios. Lascas ou fragmentos desse
metal, podem inflamar-se quando a temperatura é superior a 400° Celsius.
Finamente dividido, é muito instável em presença do ar. O metal tem uma
seção transversal baixa para a captação nuclear. Seu estado de oxidação mais
comum é +3.
O ítrio está tem sido estudado como uso para a produção de ferro fundido
nodular, potencialmente o ítrio pode ser usado na composição de cerâmicas e
vidros, devido ao fato de seu óxido apresentar elevado ponto de fusão, alta
resistência mecânica e baixas características de expansão.
O óxido de ítrio é o composto mais importante de ítrio e é extensivamente
usado para a produção de YVO4 e Y2O3 utilizado em fósforos de európio para
dar a coloração vermelha em cinescópios de televisão. Veja outros usos do
ítrio:
•
O óxido de ítrio também é usado para a produção de granadas de ítrio e
ferro muito eficazes como filtros de microondas.
•
Granadas de ítrio e alumínio, de ítrio e ferro, e de ítrio e gadolínio
(exemplos: Y3Fe5O12 e Y3Al5O12) apresentam interessantes propriedades
magnéticas. A granada de ítrio e ferro é muito eficiente como
transmissor e transdutor da energia sonora. A granada de ítrio e
alumínio apresenta dureza 8,5 no qual é usada para lapidação ou como
gema ( substituto do diamante ).
QUÍMICA INORGÂNICA
•
Quantidades pequenas deste elemento ( 0,1 a 0,2% ) têm sido utilizadas
para reduzir o tamanho de grãos de cromo, molibdêmio, titânio e
zircônio. É usado também para aumentar a resistência das ligas de
alumínio e magnésio.
•
Usado como catalisador para a polimerização do etileno.
•
Granada de alumínio e ítrio, fluoreto de lítio e ítrio e o vanadato de ítrio
são usados em combinação com dopantes tais como neodímio ou érbio
em lasers infravermelhos;
•
O ítrio pode ser usado para desoxidar vanádio e outros metais nãoferrosos.
Este elemento não é encontrado livre na natureza. É encontrado em quase
todos os minerais de terras raras e minerais de urânio. O ítrio é recuperado
comercialmente de areias monazíticas, ( com 3% , além de [(Ce, La, etc.)PO4)],
e da bastnasita (com 0.2%, além de [(Ce, La, etc.)(CO3)F]). Pode ser produzido
a partir da redução do fluoreto de ítrio com cálcio. Este metal também pode ser
obtido por meio da utilização de outras técnicas. É difícil separá-lo de outras
terras raras, e, quando extraído, apresenta-se como um pó cinza escuro. As
amostras das rochas lunares coletadas durante o programa Apollo continham
um índice elevado de ítrio.
Os compostos que contêm este elemento raramente são encontrados pelas
pessoas, entretanto deve-se considerá-los altamente tóxicos, mesmo que
muitos compostos de ítrio apresentem poucos riscos aos humanos. Os sais de
ítrio podem ser carcinógenos. Este elemento não é encontrado normalmente
nos tecidos humanos não desempenham nenhum papel biológico conhecido.
Na aula de hoje você viu alguns metais de transição e algumas
maneiras de obtenções e utilidades. Continuaremos na próxima aula. Até lá!
QUÍMICA INORGÂNICA