Química dos não-metais

Hanneli Carolina Andreazzi Tavante – 14449

Antonio Ribeiro Alves Júnior – 13305

Introdução

• Esta apresentação visa à introdução de alguns aspectos da química descritiva para o estudo sistemático de elementos não-metálicos.

• A importância do estudo de tais elementos dá-se pelo fato de os mesmos formarem compostos comercialmente importantes e indispensáveis à vida.

Tópicos a serem abordados

• 1. Conceitos gerais;• 2. Hidrogênio;• 3. Os gases nobres (Grupo 8A);• 4. Elementos do grupo 7A - halogênios• 5. Elementos do grupo 6A - calcogênios• 6. Nitrogênio;• 7. Elementos do grupo 5A;• 8. Elementos do grupo 4A;• 9. Boro;• 10. Referências bibliográficas;

Conceitos gerais

• A divisão dos elementos em metais, metalóides e não-metais relaciona-se com as tendências das propriedades de cada elemento.

• Dentre os não-metais, a habilidade de um átomo formar ligações π é um fator importante na determinação de sua estrutura.

• Por exemplo,

SiO2 possui apenas ligações simples, enquanto CO2 possui ligações duplas.

Hidrogênio• O nome hidrogênio foi designado ao

respectivo elemento pelo químico francês Lavoisier. Do grego, hydro (água), gennao (produzir) “aquele que produz água”.

• De fato, o hidrogênio é o elemento mais abundante do universo. Porém, constitui apenas 0,87% da massa da Terra. A maior parte encontra-se associada ao oxigênio.

• Possui três isótopos: prótio, deutério e trítio.

Algumas propriedades do hidrogênio

• Não é membro de família alguma na tabela periódica.

• À temperatura ambiente, existe na forma de H2, um gás incolor. A molécula é rapidamente ativada por calor, irradiação ou catálise.

• Átomos de hidrogênio são muito reativos, podendo formar ligações covalentes fortes com muitos elementos.

• Uma pequena quantidade de H2 é suficiente para tornar o ar explosivo. O hidrogênio pode ser usado como combustível para foguetes.

• Quando se necessita de H2 em pequenas quantidades, geralmente pode-se obtê-lo através da reação:

• Sendo H2 insolúvel, ele pode ser coletado como no esquema abaixo:

• O hidrogênio também é indispensável para o processo de Haber (síntese da amônia):

• O hidrogênio reage podendo formar:– Hidretos iônicos (hidrogênio reage com metais

alcalinos e alcalino-terrosos mais pesados);– Hidretos metálicos (H reage com metais de

transição);– Hidretos moleculares (H reage com não metais

ou semimetais);

Os gases nobres (Grupo 8A)

• Os elementos do grupo 8A são quimicamente não reativos. São todos gases à temperatura ambiente e possuem altas energias de ionização.

• Sendo estáveis, apenas reagirão sob condições rigorosas. A formação de ligações covalentes necessitará de um nível de valência expandido. A tabela a seguir traz alguns exemplos:

Elementos do Grupo 7A - halogênios

• A maioria dos halogênios apresenta afinidade eletrônica muito negativa, existindo do estado de oxidação -1. Outros podem exibir nox até +7, combinando-se com O, por exemplo.

• Em condições normais, existem como moléculas diatômicas, mantidas por forças de London.

• A tabela a seguir traz algumas informações:

• Na prática, por exemplo, F2 não pode ser feito por oxidação eletrolítica de soluções aquosas porque a água é oxidada mais rapidamente do que F-. O que se faz é oxidar-se KF em HF anidro:

• O flúor é importante na composição de fluorcarbonetos (refrigerantes, lubrificantes e plásticos).

• Grande parte da produção de Cl2 é utilizada na fabricação de compostos orgânicos, tais como o cloreto de vinila,C2H3Cl, essencial para a fabricação do polivinil (PVC).

• O sal iodado fornece a pequena quantidade de iodo indispensável à alimentação.

Utilização dos halogênios

• Todos os halogênios são estáveis formando ligações com o hidrogênio. A maneira mais importante para prepará-los é através da reação de um sal do mesmo haleto com um ácido não-volátil forte:

• Os haletos de hidrogênio formam soluções halídricas com a água. Essas exibem propriedades características dos ácidos.

• Compostos inter-halogênios são aqueles formados por átomos de halogênios diferentes, como o CIF.

• Tais compostos terão como átomos centrais Cl, Br ou I, circundados por 3, 5 ou 7 átomos de flúor.

Elementos do Grupo 6A - calcogênios

• Oxigênio significa “formador de ácido”. É o elemento mais abundante na crosta terrestre e também no corpo humano.

• Possui dois alótropos: O2 e O3 (ozônio).

• Um método comum para preparar O2 consiste em:

O oxigênio

• O ozônio é um gás azul claro que pode causar irritação aos olhos e vias respiratórias dos seres humanos.

• Atualmente vem sendo usado para o tratamento de água, em substituição ao cloro.

• Também é utilizado no preparo de medicamentos e para romper ligações duplas entre dois carbonos.

• O estado de oxidação -2 é o mais comum ao oxigênio. Os não-metais formam ácidos covalentes. Geralmente combinam-se com a água formando oxiácidos. Por exemplo:

• A reação acima é responsável pela formação de chuva ácida.

• Os óxidos que reagem com água para formar ácidos são denominados anidridos ácidos. Ao contrário destes, os muitos óxidos metálicos, que reagem em água formando hidróxidos, são denominados anidridos básicos.

• Ainda no grupo 6A, há os elementos enxofre, selênio, telúrio e polônio. O estado de oxidação -2 permite que atinjam a configuração eletrônica de um gás nobre. Com níveis de valência expandidos, podem ser encontrados até em estados de oxidação positivos de +6 (SF6, por exemplo).

• Para obtenção de enxofre, utiliza-se o processo Frasch, dado o baixo ponto de fusão e a baixa densidade do elemento. Água superaquecida funde o S, e ar comprimido força o enxofre para cima até que chegue à superfície:

Nitrogênio

•Descoberto em 1772 pelo escocês Daniel Ruthenford

•78% do volume da atmosfera terrestre é N2

•Ponto de fusão -210C

•Ponto de ebulição -196C

•Configuração eletrônica : [He]2s2 2p3

Estados de Oxidação do Nitrogênio:Estado: Exemplo:

5 N2O54 NO33 NO22 NO1 N2O0 N2-1 NH2F-2 N2F4-3 NH3

NitrogênioNaNO3 e KNO3

Outras formas de se encontrar o nitrogênio são os compostos naturais salitre da Índia (KNO3),

e salitre do Chile (NaNO3)

C12H22O11 + KNO3 CO2 + H2O + N2 + K2CO3 + KOH

Nitrogênio

N2H4

NH4+

N2

NH3

amôniaNO NO2 HNO3

NO3-NO2

-

Carbono

• Constituinte deapenas 0,027% dacrosta terrestre

• Grande parte

como CaCO3

• Apresenta-se emtrês alótropos:– Grafite– Diamante– Fulerenos

Elementos do Grupo 4A

Óxidos de Carbono

• Monóxido de Carbono – CO– 2 CO + O2 → 2 CO2

– Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2

• Dióxido de carbono – CO2

– Grande uso como refrigerante– Outro uso importante na fabricação de soda

(carbonato de sódio) e bicarbonato de sódio

Características gerais do Grupo 4A

Propriedade C Si Ge Sn PbRaio Atômico [A] 0,77 1,77 1,22 1,40 1,46

Eletronegatividade 2,5 1,8 1,8 1,8 1,9

Entalpia da ligação simples [kJ/mol]

348 226 188 151 -

Primeira energia de ionização [kJ/mol]

1.086 786 762 709 716

Silício• Segundo elemento mais abundante na

crosta terrestre

• Encontrado na forma SiO2 e outros mineirais silicatos

• Características semicondutoras

Silício elementar

Silício – Silicatos• São compostos constituídos de um átomo de

Si rodeados por átomos de O

• Compõem mais de 90% da crosta terrestre

• Exemplos:

– Si2O76-, SiO4

4-

Mg3Al(SiO4)3

Boro

• Único não-metal de seu Grupo 3A• Ponto de fusão: 2.300oC• Configuração eletrônica: [He] 2s2 2p2

• Boranos: BH3, B2H6

Amostra de Boro

Referências bibliográficas

• BROWN. Química, a ciência central. Pearson, Prentice Hall. São Paulo, 2007.

• http://www.quimlab.com.br/

• http://www.nakka-rocketry.net/