26
1 Química Inorgânica Capítulo 1 O grupo do Escândio Elementos: Sc, Y, La e Ac Ocorrência Sc: Thortveitita ( Sc2[Si2O7]). Y e La: bastanaesita ( MCO3) e monazita (MPO4) e em outros minerais. Ac: todo o actínio existente no período da formação da terra já se desintegrou deve ter sido formado recentemente, como produto do decaimento radioativo de algum outro elemento. Obtenção Sc: O escândio é obtido como subproduto do processo de extração do urânio. Y e La: Podem ser obtidos por redução de seus cloretos ou fluoretos com cálcio a 1000 °C, numa atmosfera de argônio. 2 3 3 2 2 F La LaF Ar Ac: O Ac pode ser obtido pelo bombardeamento do Ra com nêutrons, num reator nuclear. Ac Ra n Ra 227 89 227 88 1 0 226 88 Usos Sc: Pouquíssimas aplicações. O óxido de escândio Sc 2 O 3 , é usado para a produção de lâmpadas de vapor de mercúrio obtendo-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. Y: fabricação das substâncias fosforescentes (fósforos) usadas em tubos de TV. Uma certa quantidade encontra emprego na fabricação de granadas sintéticas, usadas em radares e como pedras preciosas.

QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Química Inorgânica - Metais de Transição

Citation preview

Page 1: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

1

Química Inorgânica

Capítulo 1 – O grupo do Escândio

Elementos: Sc, Y, La e Ac

Ocorrência

Sc: Thortveitita ( Sc2[Si2O7]).

Y e La: bastanaesita ( MCO3) e monazita (MPO4) e em outros minerais.

Ac: todo o actínio existente no período da formação da terra já se desintegrou

deve ter sido formado recentemente, como produto do decaimento radioativo

de algum outro elemento.

Obtenção

Sc: O escândio é obtido como subproduto do processo de extração do urânio.

Y e La: Podem ser obtidos por redução de seus cloretos ou fluoretos com

cálcio a 1000 °C, numa atmosfera de argônio.

23 322 FLaLaFAr

Ac: O Ac pode ser obtido pelo bombardeamento do Ra com nêutrons, num

reator nuclear.

AcRanRa 227

89

227

88

1

0

226

88

Usos

Sc: Pouquíssimas aplicações. O óxido de escândio Sc2O3, é usado para a

produção de lâmpadas de vapor de mercúrio obtendo-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.

Y: fabricação das substâncias fosforescentes (fósforos) usadas em tubos

de TV. Uma certa quantidade encontra emprego na fabricação de granadas

sintéticas, usadas em radares e como pedras preciosas.

Page 2: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

2

La: Mischmetal que é usado em grandes quantidades para melhorar a

resistência e a trabalhidade do aço, e também em ligas de Mg. Pequenas

quantidades são usadas como “pedras de isqueiro”.

La2O3: usado em vidros ópticos.

Ac: A elevada radioatividade do actínio limitou o estudo de suas propriedades

químicas. Sua radioatividade é da ordem de 150 vezes a do rádio, tornando-se

útil como fonte de nêutrons. Além disso. não tem aplicações industriais

significativas. O Ac-225 é empregado em medicina na produção de Bi-213

para radioterapia.

Estados de Oxidação

(+I): Não existe.

(+II): Não existe.

(+III): Esses elementos sempre são encontrados no estado de oxidação (+III),

na forma de íons M3+.

(+IV): Não existe.

(+V): Não existe.

(+VI): Não existe.

Tamanho

Os raios covalentes e iônicos desses elementos aumentam regularmente de

cima para baixo dentro do grupo, contudo a contração lantanídica só ocorre depois do

La.

Propriedades gerais

Os metais desse grupo têm potencial padrão de eletrodo moderadamente

elevado. São bastantes reativos e a reatividade cresce com o aumento do tamanho.

Eles perdem o brilho quando expostos ao ar e queimam na presença de oxigênio,

formando M2O3. Porém, quando exposto ao ar, uma camada protetora de óxido é

formada sobre a superfície do Y, tornando-o não reativo.

Apesar da carga +3, os íons metálicos desse grupo não apresentam uma

tendência muito forte de formar complexos. Isso se explica pelo tamanho

relativamente grande desses íons. O Sc3+ é o menor íon do grupo e forma complexos

mais facilmente que os demais elementos. Dentre eles podem ser citados o

[Sc(OH)6]3- e [ScF6]3-, ambos com número de coordenação 6 e estrutura octaédrica.

3

6443 ][33 ScFNHFNHScF

Page 3: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

3

Capítulo 2 - Grupo do Titânio

Elementos: Ti, Zr e Hf

Ocorrência

Ti: Ilmenita (FeTiO3) e rutilo (TiO2)

Zr: zirconita (ZrSiO4) e baddeleyita ( ZrO2)

Hf: minérios de zircônio.

Obtenção

Ti: Como o TiO2 é muito estável, a primeira etapa consiste em sua conversão

a TiCl4, por meio de sue aquecimento com C e Cl2, a 900°C.

3423

422

262762

222

FeClCOTiClClCFeTiO

COTiClClCTiO

Processo Kroll

Nas condições elevadas temperaturas empregadas nesses processos, o Ti é

altamente reativo e reage prontamente com ar ou N2. Por isso, é necessário efetuar a

reação em atmosfera de argônio.

24 22 MgClTiMgTiClAr

Processo Van Arkel

242 22 ITiTiIITi puroimpuro

Zr: O zircônio é obtido pelo processo Van Arkel da mesma forma que o titânio.

Processo Van Arkel

242 22 IZrZrIIZr puroimpuro

Também é obtido pela redução do fluorozircanato de potássio com sódio.

ZrNaFKFNaZrFK

meioinerte 42462

Page 4: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

4

Hf: O háfnio ocorre sempre junto com o zircônio. Eles podem ser separados

por extração com solvente de seus nitratos em fosfato de tri-n-butila, ou dos

tiocianatos em metil-isobutil-cetona.

Usos

Ti: ligas com o alumínio são utilizadas em grande escala na indústria

aeronáutica, em turbinas e motores a jato, e na estrutura das aeronaves;

equipamentos navais e em instalações para a indústria química; pequenas

quantidades são adicionadas ao aço, para formar ligas mais duras e

resistentes.

TiO2: branqueamento de papel e como “carga” para plásticos e borrachas.

Uma pequena quantidade é empregada para alvejar e remover o brilho do

náilon.

Zr: equipamentos de indústrias químicas; fabricação de revestimento para o

combustível UO2, de reatores nucleares resfriados à água; fabricação de

ligas com aço, e uma liga Zr/Nb é um importante supercondutor; barras de

controle para regular o nível de nêutrons livres nos reatores nucleares

usados em submarinos.

ZrO2: é usado na manufatura de cadinhos e revestimento de fornos.

Hf: O háfnio é utilizado para fabricar barras de controle empregadas em

reatores nucleares. Esta aplicação é deve-se ao facto de que a secção de

captura de nêutrons do háfnio é aproximadamente 600 vezes maior que a do

zircônio, com o qual tem uma alta capacidade de absorção de nêutrons, além

do mais, tem propriedades mecânicas muito boas, assim como uma alta

resistência a corrosão; Em meados de 2006 a Intel anunciou uma nova

tecnologia que utiliza o háfnio como componente básico para a construção das

paredes dielétricas dos transistores em sua nova geração de

microprocessadores de 45 nanômetros (apelidado de Penryn); Em lâmpadas

de gás incandescentes; Em Processadores Intel com tecnologia 45 nm;

Para eliminar oxigênio e nitrogênio em tubos de vácuo; Em ligas de ferro,

titânio, nióbio, tântalo (elemento químico) e em outra ligas metálicas; Em

eletrodos para corte a plasma.

Estados de Oxidação

(0), (-I) e (-II): bipiridina ([Ti0(bipy)3]), Li[Ti-1(bipy)3].3,5(tetra-hidrofurano)) e

Li2[Ti-II(bipy)3].5(tetra-hidrofurano)

(+I): não existe.

(+II): O íon no nesse estado é muito instável. É um redutor forte capaz de

reduzir a água. Apenas alguns poucos compostos contendo esse íon são

conhecidos e somente no estado sólido.

(+III): O íon é redutor, tal que Ti3+ é um redutor mais forte que Sn2+. São

razoalvelmente estáveis, tanto no estado sólido como em solução. Como os

Page 5: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

5

íons M3+ apresentam configuração d1, possuem um elétron desemparelhado e

são paramagnéticos.

(+IV): Esse estado é o mais comum e mais estável para todos esses

elementos. Compostos anidros como TiCl4 são covalentes, e suas moléculas

são tetraédricas no estado gasoso.

(+V): não existe

(+VI): não existe

Tamanho

Os raios covalentes e iônicos aumentam regularmente do Ti ao Zr, mas o Zr e

o Hf têm tamanho quase idêntico. O Hf não segue a tendência de aumento de

tamanho esperado, pois entre La e o Hf ocorre o preechimento no nível 4f nos 14

elementos da série dos lantanídeos. Há uma pequena diminuição de tamanho de um

lantanídeo para o seguinte.

Haletos

O haleto mais importante é o TiCl4, obtido industrialmente passando-se Cl2

sobre TiO2 e C aquecidos. Os outros haletos MX4 podem ser preparados de modo

semelhante. Para evitar o manuseio de F2, os fluoretos são preparados reagindo-se

HF anidro com TiCl4:

HClTiFHFTiCl 44 44

Os iodetos também podem ser preparados pelo aquecimento do halogênio com

o metal. Os iodetos são importantes no processo van Arkel de Boer, utilizado para

purificar esses metais.

Complexos

[Ti(H2)6]3+, [Ti(H2O)6]3+Cl3-.

Page 6: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

6

Capítulo 3 – O grupo do Vanádio

Elementos: V, Nb e Ta

Ocorrência

V: vanadinita (PbCl2.3Pb3(VO4)2), carnodita (K2(UO2)2(VO4)2.3H2O),

patronita (VS4), vanadita (3Pb3(VO4)2.PbCl2), roscoelita

(K2I4al2Si6O2(OH)4), alaíta (V2O5.H2O), carnotita (K2(VO2)(VO4)3.3H2O,

ilmenita vanadífera (óxido de titânio e ferro + vanádio).

Nb e Ta: O nióbio e o tântalo ocorrem juntos. O mineral mais importante é a

piro- clorita CaNaNb2O6F. Quantidades bem menores de columbita

(Fe,Mn)Nb2O6 e de tantalita (Fe,Mn)Ta2O6, também são mineradas.

Obtenção

V: O metal vanádio puro é difícil de ser preparado. Porque ele reage com O2,

N2 e C, nas elevadas temperaturas necessárias no processamento

metalúrgico. O vanádio puro pode ser obtido pela redução de VCl5 com H ou

Mg, pela redução de V2O5 com Ca, ou pela eletrólise de um haleto complexo

fundido.

Nb e Ta: 60% do tântalo é recuperado da escória resultante do processo de

extração do Sn. Os minerais são dissolvidos ou por fusão com álcalis ou em

ácido. Antigamente, a separação de Nb do Ta era efetuada tratando-se a

mistura com uma solução de HF. Atualmente, a separação é efetuada por

extração com solvente a partir de uma solução diluída de HF, utilizando

metilsobutilcetona.

Usos

V: É importante industrialmente como componente da liga ferro-vanádio,

usado na fabricação de aços especiais.

V2O5: é um importante catalisador na conversão de SO2 a SO3, no

processo de Contato utilizado na fabricação do

Nb: é utilizado em vários tipos de aço inoxidável e na liga Nb/aço usada para

encapsular os elementos é um supercondutor de alguns reatores nucleares.

Uma liga Nb/ Zr é um supercondutor a baixas temperaturas e está sendo usada

para preparar os fios de poderosos eletroímãs.

Ta: usado na fabricação de capacitores na indústria eletrônica. Como ele não

é rejeitado pelo organismo humano, é usado na manufatura de próteses para

o tratamento de fraturas, tais como chapas , pinos, parafusos e fios.

Page 7: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

7 Estados de Oxidação

(-I): [M(CO)6]-, Li[V(bipiridina)3].éter;

(0): [V(CO)6], [V(bipiridina)3], [V(bipiridina)3];

(+I): [V(bipiridina)3];

(+II): vanádio é redutor;

(+III): vanádio é redutor;

(+IV): um grande número de compostos vanadila são conhecidos: sulfato de

vanadila (VOSO4) e haletos de vanadila (VOX2). Vários complexos de vanadila

também são conhecidos: [VOX]2-, [VO(oxalato)2]2-, [VO(bipiridina)2Cl]+,

[VO(NCS)4]2-, [VO(acetilacetona)2];

(+V): mais estável e o melhor estudado no caso do Nb e do Ta, embora os íons

em estados de oxidação inferiores sejam conhecidos.

Tamanho

Os átomos são menores que os do grupo do titânio, devido à blindagem

ineficiente do núcleo pelos elétrons d.

Propriedades gerais

V, Nb e Ta são metais de cor prateada, com elevados pontos de fusão. \V tem

o ponto de fusão mais alto dentre os elementos da primeira série de metais de

transição. Isto está associado à participação máxima de elétrons d na ligação metálica.

Os pontos de fusão do Nb e do Ta são elevados, mas os pontos de fusão máximos

para os elementos da segunda e terceira ocorrem no grupo seguinte, com os

elementos Mo e W.

Page 8: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

8

Capítulo 4 – Grupo do Crômio

Elementos: Cr, Mo e W

Ocorrência

Cr: cromita (FeCr2O4), cronoíta (FeO.Cr2O3), crocoíta (PbCr4O4).

Mo: molibdenita (MoS2)

W: wolframita (FeWO4.MnWO4) e scheelita (CaWO4)

Obtenção

Cr: O crômio é obtido em duas formas : ferrocrômio e Cr metálico puro,

dependendo do uso a que se destina. O ferrocrômio é uma liga de Fe, Cr e C,

obtido pela redução da cromita com C.

COCrFeCOFeCr 42442

Diversas etapas são necessárias para a obtenção de crômio puro. Inicialmente

a cromita é fundida com NaOH ao ar. Nesse processo o Cr é oxidado a cromato de

sódio.

OHOFCrONaONaOHOFeCr 23242242 442/382

COCONaOCrCOCrNa 3232722 2

3232 22 OAlCrAlOCr

Mo: O molibdênio é obtido da mineração de seus minerais e como subproduto

da mineração do cobre; estando presente nos minérios entre 0.01 e 0.5%.

W: O metal é produzido comercialmente a partir da redução do óxido de

tungstênio com hidrogênio ou carbono.

OHWHWO 224 44

24 22 COWCWO

Page 9: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

9 Usos

Cr: é muito usado como material a ser eletrodepositado sobre ferro e outros

metais para evitar a corrosão.

Cr2O3: usado como pigmento em tintas, borracha e cimento, e como

catalisador numa grande variedade de reações, inclusive na obtenção de

polietileno e de butadieno;

Mo; catalisador na indústria petroquímica; Aproximadamente dois terços do

molibdênio consumido é empregado em ligas metálicas. O uso deste elemento

remonta da Primeira Guerra Mundial, quando houve uma forte demanda de

wolfrâmio, que começou a escassear, e havia necessidade de aços muito

resistentes. O molibdênio passou a ser usado na produção de ligas de alta

resistência, que suportassem bem temperaturas elevadas e resistissem à

corrosão. Estas ligas são usadas na construção de peças para aviões e

automóveis; O molibdênio é usado como catalisador na indústria

petroquímica. É útil para a eliminação do enxofre; O 99Mo é empregado na

indústria de isótopos nucleares; É empregado em diversos pigmentos

(com coloração alaranjada) para pinturas ; tintas , plásticos e compostos

de borracha; o dissulfeto de molibdênio (MoS2 ) é um bom lubrificante e pode

ser empregado em altas temperaturas; O molibdênio pode ser empregado em

algumas aplicações eletrônicas, como nas telas de projeção do tipo TFT.

W: fabricação de filamento de lâmpadas elétricas incandescentes. O dissulfeto

de molibdênio, MoS2, é um material lamelar com excelente poder lubrificante,

quando misturado a óleos minerais ou mesmo quando puro.

Estados de Oxidação

(-I) e (-II): O estado de coordenação zero pode ser encontrado em complexos

carbonílicos, tais como M(CO)6. (-I): [M2(CO)10]2- e (-II): [M(CO)5]2-

(+I): raramente observado. Ex: tris (bipiridina)crômio(I), [Cr(bipiridina)3]+ClO4-

(+II): Os compostos de Cr(+II) são bem conhecidos, são iônicos e contém o

íons Cr2+. Mo e W não formam de fluoretos mas os outros haletos dos

elementos no estado (+II) são conhecidos.Ex: MoBr2

(+III): Os compostos de Cr3+ são os mais importantes e estáveis desse

elemento. Embora esse íon seja muito estável em soluções ácidas, é

facilmente oxidado a espécies contendo o íon Cr(+VI) quando em soluções

alcalinas. Mo(+III) e W(+III) não foram observados, mas todos os haletos,

exceto o WF3 são conhecidos. Esses compostos não contém íons simples.

Compostos de Mo(+III) são razoavelmente estáveis, mas se oxidam lentamente

ao ar e se hidrolisam lentamente em água. Em solução , formam complexos

octaédricos com íons haleto. Em contraste, os compostos de W(+III) são

instáveis.

(+IV): Compostos de Cr(+IV) são raros. Ex: CrF4. CrO2 é obtido por redução

hidrotérmica de CrO3, e tem a estrutura do rutilo (TiO2). O óxido é preto e

Page 10: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

10

apresenta alguma condutividade metálica. Também é ferromagnético, sendo

muito usado na fabricação de fitas de alta qualidade.

(+V): Existem alguns poucos compostos de Cr (+V). Todos eles são instáveis e

se decompõem de Cr(+III) e Cr(+VI). Um exemplo é o K3CrO8. Outros: CrF6,

MOF5, Mo2Cl10

Page 11: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

11

Capítulo 5 – Grupo do Manganês

Elementos: Mn, Te e Re

Ocorrência

Mn: pirolusita( MnO2), braunita (Mn2O3), ausmanita ( Mn3O4), manganita

(Mn2O3.H2O).

Te: não ocorre na natureza, tendo sido o primeiro elemento as ser obtido

articialmente. É obtido em grandes quantidades da ordem de quilogramas a

partir de barras esgotadas de combustível de reatores de usinas

termonucleares.

Re: é um elemento muito raro e ocorre em pequenas quantidades em minérios

de sulfeto de molibdênio.

Obtenção

Mn: Atualmente, o Mn puro é obtido por eletrólise de soluções aquosas de

MnSO4.

MnOAlAlOMn

OOMnMnO

8484

636

3232

2322

MnOAlAlOMnMnO

OOMnMnOMnO

948.

2.3

3232

2322

Te: é um dos produtos de fissão do urânio. É obtido em grandes quantidades

da ordem de quilogramas a partir de barras esgotadas de combustível de

reatores de usinas termonucleares.

Reações de obtenção do tecnécio

2272 422/1 OTeOOTe

Re: É recuperado da poeira resultante da calcinação dos minérios de sulfeto de

molibdênio, na forma de Re2O7. Este é dissolvido em NaOH formando uma

solução contendo íons perrenato de potássio, KReO4, por meio da adição de

KCl. O metal Re é obtido pela redução de KReO4 ou NH4ReO4 com

hidrogênio.

Page 12: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

12

Re4Re2

Re22Re2

44Re4Re

24

244

2472

HOK

ClOKKClO

NaOHONaOHO

Usos

Mn: industria do aço

MnO2: pilhas secas e na indústria de cerâmica

KMnO4: importante agente oxidante

Mn: O metal puro tem poucas aplicações. 95% dos minérios de manganês

produzidos são utilizados na indústria siderúrgica, para a produção de ligas. A

mais importante de delas é a ferro-manganês; aditivo importante na

fabricação do aço. Atua como removedor de oxigênio de enxofre,

impedindo assim a formação de bolhas e torna-o menos quebradiço.

Te: A maior parte do telúrio é usado em ligas com outros metais. É

adicionado ao chumbo para aumentar a sua resistência mecânica,

durabilidade e diminuir a ação corrosiva do ácido sulfúrico. Quando

adicionado ao aço inoxidável e cobre torna estes materiais mais facilmente

usináveis. Outros usos: Em ferro fundido (ferro de molde) para o controle a

frio; Usado em cerâmicas. Adicionado a borracha aumenta a sua

resistência ao calor e ao envelhecimento, e é usado como pigmento azul

para colorir o vidro; O telúrio coloidal tem ação fungicida, inseticida e

germicida; O telureto de bismuto apresenta uso em dispositivos

termoelétricos; O telúrio também é usado em espoletas de explosivos e

apresenta potenciais aplicações em painéis solares como telureto de cádmio.

Apesar do aumento de algumas eficiências para a geração de energia elétrica

a partir da energia solar tenha sido obtida com a utilização deste material, a

sua aplicação não produziu um aumento significativo na demanda.

Re: As ligas Pt-Re são utilizadas como catalisadores na obtenção de

combustíveis com baixo com baixo teor ou isento de chumbo; catalisadores

em reações de hidrogenação e desidrogenação.

Estados de Oxidação

(-I) a (+I): compostos carbonílicos como[ Mn(CO)5]-;

(+II): é o mais estável e mais comum, sendo o íon Mn2+ encontrado em

sólidos, em solução e em complexos. Compostos de Re são fortemente

redutores e raros;

(+III): Mn tende a se desproporcionar. Re é estável e seus haletos formam

clusters com ligações metal-metal;

(+IV): encontrado no minério pirolusita (MnO2);

(+V): Os compostos de Tc(+V) são conhecidos;

(+VI): Os compostos tendem a se desproporcionar e não são muito

conhecidos.

Page 13: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

13

(+VII): Encontrado no KMnO4; forte caráter oxidante do Mn(+VII) o estado

(+VII) é o mais comum e mais estável no caso do Re. Tc(+VII) e Re(+VII) são

oxidantes muito fracos;

Page 14: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

14

Capítulo 6 – O grupo do Ferro

Elementos: Fe, Ru e Os

Ocorrência

Fe: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (FeO(OH)) e a siderita

(FeCO3), pirita (FeS), calcopirita (CuFeS2).

Ru e Os: são muito raros. Eles são encontrados no estado metálico associados

aos metais do grupo da platina e os metais moeda (Cu, Ag eAu). As principais

fontes desses minérios são os minérios de NiS/ CuS.

Obtenção

Fe: O ferro é obtido a partir de seus óxidos num alto-forno, um forno quase

cilíndrico revestido com tijolos refratátrios. As primeiras transformações do

óxido, Fe2O3, ocorrem em regiões de temperatura mais baixa no forno, por

volta de 200°C.

Resumo

COFeCOFe 3233 32

Detalhado

24332 23 COOFeCOOFe

Em temperaturas mais altas o óxido sofre nova redução:

243 3 COFeOCOOFe

A medida que o óxido desce para o interior do forno, a temperatura aumenta e

é finalmente reduzido ao estado metálico:

2COFeOCOFeO

Ru e Os: são obtidos a partir do depósito anódico que se acumula no refino

eletrolítico de Ni. Esse depósito contém uma mistura dos metais do grupo da

platina, juntamente com Ag e Au. Casoo esse material seja tratado com água

régia, os elementos Pd, Pt, Ag e Au se dissolvem, restando um resíduo que

contém Ru, Os Rh e Ir.

Page 15: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

15 Usos

Fe: O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de

metal. É indispensável devido ao seu baixo preço e dureza, especialmente

empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de

edifícios; O aço é a liga metálica de ferro mais conhecida, sendo este o

seu uso mais frequente. Os aços são ligas metálicas de ferro com outros

elementos, tanto metálicos quanto não metálicos, que conferem

propriedades distintas ao material. É considerada aço uma liga metálica de

ferro que contém menos de 2% de carbono; se a percentagem é maior recebe

a denominação de ferro fundido; As ligas férreas apresentam uma grande

variedade de propriedades mecânicas dependendo da sua composição e do

tratamento que se tem aplicado; Os aços são ligas metálicas de ferro e

carbono com concentrações máximas de 2,2% em peso de carbono,

aproximadamente. O carbono é o elemento de ligação principal, porém os aços

contêm outros elementos. Dependendo do seu conteúdo em carbono são

classificados em: Aço baixo em carbono. Contém menos de 0.25% de carbono

em peso. Não são tão duros nem tratáveis termicamente, porém dúcteis. São

utilizados em veículos, tubulações, elementos estruturais e outros.

Também existem os aços de alta resistência com baixa liga de carbono,

entretanto, contêm outros elementos fazendo parte da composição, até uns

10% em peso; apresentam uma maior resistência mecânica e podem ser

trabalhados facilmente; Aço médio em carbono. Entre 0,25% e 0,6% de

carbono em peso. Para melhorar suas propriedades são tratados

termicamente. São mais resistentes que os aços baixo em carbono, porém

menos dúcteis, sendo empregados em peças de engenharia que requerem

uma alta resistência mecânica e ao desgaste. Aço alto em carbono. Entre

0,60% e 1,4% de carbono em peso. São os mais resistentes, entretanto, os

menos dúcteis. Adicionam-se outros elementos para que formem carbetos,

por exemplo, formando o carbeto de tungstênio, WC, quando é

adicionado à liga o wolfrâmio. Estes carbetos são mais duros, formando

aços utilizados principalmente para a fabricação de ferramentas; Um dos

inconvenientes do ferro é que se oxida com facilidade. Existem uma série de

aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o

crômio, para que se tornem mais resistentes à corrosão. São os chamados

aços inoxidáveis; Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2,1% em

peso, a liga metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em

geral, entre 3% e 4,5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de

ferros fundidos: cinzento, esferoidal, branco e maleável. Dependendo do

tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens

e outras; Por outro lado, os óxidos de ferro apresentam variadas

aplicações: em pinturas, obtenção de ferro, e outras. A magnetita (Fe3O4)

e o óxido de ferro III (Fe2O3) têm aplicações magnéticas.

Ru: ligas com Pd e Pt, e Os também é usado para obter ligas duras.

Os: Devido à extrema toxicidade do seu óxido, o ósmio raramente é usado na

forma pura, frequentemente é usado aliado com outros metais, tais como

Page 16: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

16

irídio e platina , em aplicações nas quais é necessária uma grande dureza

e durabilidade. As ligas de ósmio são quase que inteiramente empregadas em

penas de canetas do tipo tinteiro, agulhas de toca discos , agulhas de

bússolas ,eixos de diversos instrumentos e em contatos elétricos; Uma

liga de platina-ósmio contendo 10% de ósmio é usado em implantes

cirúrgicos como marcapassos e válvulas pulmonares artificiais; Nas ligas

de ósmio com irídio, são denominadas "osmirídio" aquelas que contem maior

quantidade de ósmio e "iridiósmio" aquelas que apresentam mais irídio; O

tetróxido de ósmio tem sido usado para a detecção de impressões digitais ,

nos processos de tingimento de tecidos como fixador biológico para

observações microscópicas, e em outras técnicas biomédicas; O tetróxido

e o osmato de potássio são oxidantes importantes para a síntese química.

O tetróxido é usado como catalisador na química orgânica.

Estados de Oxidação

(-II): raros complexos como [Fe(CO)4]2- e [Ru(CO)4]2-;

(0): complexos carbonílicos como [Fe(CO)5], [Ru(CO)5] e [Os(CO)5];

(+I): complexo [Fe(H2O)5NO]2+;

(+II): principais do ferro. A espécie Fe (+II) é a mais estável, e existe em

solução aquosa; [Fe(H2O6]2+;

(+III): O Fe(+III) é ligeiramente oxidante, mas as estabilidades dos elementos

dos grupos anteriores nos mesmos estados de oxidação; mais estável do Ru;

(+IV): Mais estável do ósmio;

(+V): não existe;

(+VI): Número de oxidação máximo do ferro;

(+VII): razoavelmente estável para o ósmio.

Page 17: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

17

Capítulo 7 – Grupo do cobalto

Elementos: Co, Rh e Ir

Ocorrência

Co: cobaltita (CoAsS), esmaltita (CoAs2) e linneíta (Co3S4)

Rh e Ir: encontrados no estado metálico, associados com os metais do grupo

da platina e os metais moeda nos minérios NiS/ CuS.

Obtenção

Co: Obtido como subproduto dos processos de extração dos outros metais;

3222 2 OAsCoOOCoAs

Rh e Ir: são obtidos a partir do lodo anódico que se deposita no processo de

refino eletrolítico de Ni.

Rh: A extração industrial do ródio é complexa porque nos minérios é

encontrado misturado com outros metais, tais como paládio, prata, platina e

ouro. É encontrado em minérios de platina, e é obtido livre como metal inerte e

branco de difícil fusão. As principais fontes deste elemento estão situadas nas

areias dos rios dos montes Urais, na América do Norte e do Sul e também nas

minas de cobre - sulfeto de níquel na região de Sudbury ( Ontário ). Apesar

da quantidade em Sudbary seja muito pequena, a grande quantidade de

níquel extraída torna rentável a obtenção do ródio como subproduto.

Devido as pequenas quantidades de minérios de ródio a produção mundial é

de apenas 7 a 8 toneladas anuais. É também possível extrair o ródio de

combustível nuclear queimado, que contem alguns por centos deste

metal. Os radioisótopos obtidos apresentam períodos de meia-vida de até 45

dias. Portanto, a venda do material com esta origem deve ser cuidadosa

somente após verificação da não ocorrência de contaminações radioativas.

Ir: O irídio é geralmente encontrado na natureza associado à platina ou com

outros metais do grupo da platina, em depósitos aluviais. As ligas naturais do

irídio incluem "osmirídio" e "iridiósmio", que são misturas de irídio e ósmio. É

encontrado em meteoritos. É obtido comercialmente como um subproduto

da mineração e processamento do níquel.

Usos

Co: forma importantes ligas de alta temperatura com o aço, e cerca de um

terço do metal produzido é usado para esse fim. Essas ligas são usadas na

Page 18: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

18

confecção de turbinas a jato e na obtenção de aços rápidos usados na

fabricação de ferramentas de corte; um terço do cobalto obtido é empregado

na fabricação de pigmentos para as indústrias de cerâmica, vidro e tintas;

Pequenas quantidades de sais de Co dos ácidos graxos do óleo de linhaça

são usados como “secantes”, para acelerar a secagem de tintas a óleo.

Rh e Ir: Seus pontos de fusão e ebulição são muito elevados de modo que

técnicas de metalurgia de pó são utilizadas para a fabricar componentes

metálicos.

Estados de Oxidação

(+I): não existe;

(+II): importante do cobalto;

(+III): importante do cobalto; mais estável do Rh e do Rh;

(+IV): estado máximo do Rh; mais estável do Ir;

(+V): Co(+V) não é confirmado;

(+VI): Co(+VI) é instável;

Page 19: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

19

Capítulo 8 – O grupo do Níquel

Elementos: Ni, Pd e Pt

Ocorrência

Ni: pentlandita (Fe, Ni)9S8, milerita (NiS), nicolita ( NiAs), pirita arsenical de

níquel (NiAsS), garnierita ((NiMg)H2SiO4)

Pd e Pt: Ocorrem em pequenas quantidades , associados aos minérios de cu e

Ni, do grupo dos sulfetos.

Obtenção

Ni: O processo Mond é um processo alternativo para se produzir Ni de elevada

pureza: NiO e água são aquecidos à 50°C, à pressão atmosférica. O H2 reduz

NiO a Ni, que por sua vez reage com CO formando o complexo volátil

(tetracarbonil)níquel, Ni(CO)4. Todas as impurezas permanecem no estado

so[ólido. Quando o gás é aquecido a 230°C, se decompõe formando o metal Ni

puro e CO, que é reciclado.

CONiCONiCONiCC

44230

4

50

Pd e Pt: São obtidos na forma concentrada no lodo anódico, resultante dos

processos de refino eletrolítico dos principais metais do minério. A separação

dos metais é um processo complexo, mas nas últimas etapas os complexos

(NH4)[PtCl6] e [Pt(NH3)2Cl2] são submetidos ao tratamento térmico para se

obter os respectivos metais.

Usos

Ni: O minério é concentrado por flotação e por métodos magnéticos,e a

seguir com SiO2. FeS se decompõe a FeO que reage com SiO2 formando

a escória de FeSiO3, que pode ser facilmente removida;

Pd: Aplica-se na indústria elétrica, na fabricação de contatos em sistemas

eletromecânicos, como por exemplo relays. Na indústria química e

farmacêutica usa-se como catalisador de reações de hidrogenação e na

indústria petrolífera, o paládio é importante na catálise de fracções de

petróleo destilado. O elemento também se aplica em algumas ligas usadas em

medicina dentária ou odontologia. Em joalheria, o paládio é endurecido com

uma pequena fracção de rutênio ou ródio, ou pode ser usado como

descolorizante do ouro, dando origem ao chamado "ouro branco".

Page 20: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

20

Pt: Um terço é usado na manufatura de jóias, um terço na indústria

automobilística e um terço em aplicações industriais e financeiras;

confecção dos “conversores catalíticos de três vias”. Esses conversores

são usados em carros modernos para reduzir a poluição provocada pelos

gases de escape; catalisador;

Estados de Oxidação

(-I): [Ni2(CO)6]2-

(0): [Ni0(CO)4]

(+I): K2[NiI(CN)6]

(+II): é muito importante para os três elementos; mais importante para o Pd,

ocorrendo nos íons [Pd(H2O)4]2+ e em complexos; Pt(+II) não forma

compostos iônicos simples.

(+III): não é importante para nenhum dos três elementos. Na[NiIIIO2], K3[NiF6];

compostos Pd(+III) são muito raros e há dúvidas sobre a existência de

compostos.

(+IV): O íon Ni(+IV) é raro; estado de oxidação mais alto conhecido do níquel e

do paládio como NiF4 e PdF4; Pt(+IV) é encontrado em alguns poucos

complexos estáveis como [Pt(NH3)6]4+, [Pt(H3)5Cl]3+;

(+V) e (+VI): somente Pt forma alguns compostos nos quais o elemento se

encontra nesses estados de oxidação. (+V): [PtF6] e (+VI): só é observado no

PtF6.

Propriedades gerais

Ni é um metal branco prateado, enquanto Pd e Pt são cinza esbranquuiçados.

Os três elementos são inertes na forma maciça. Não perdem o brilho e não reagem

com o ar ou com a água, à temperatura ambiente.

Page 21: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

21

Capítulo 9 – O Grupo do Cobre

Elementos: Cu, Ag e Au

Ocorrência

Cu: Calcopirita (CuFeS), calcocita (Cu2S), malaquita (CuCO3.Cu(OH)2),

cuprita (Cu2O) e bornita (Cu5FeS4).

Ag: argentita (Ag2S), cloroargintita ( AgCl), ou como prata nativa.

Au: encontrado na forma nativa como pepitas; ocorre também na forma de

pequenos grãos de metal disseminados em veios de quartzo.

Obtenção

Cu: A calcopirita é moída e concentrada por flotação a espuma, formando um

concentrado com até 15% de Cu. Ele é a seguir calcinado ao ar.

23222 32 SOOFeSCuCuFeS

Areia é adicionada para remover o ferro, como escória de silicato de ferro,

Fe2(SiO3)3, que flutua na superfície. Argônio é passado através da mistura líquida de

Cu2S contendo um pouco de FeS e sílica, provocando sua oxidação parcial.

2222

3322

22 2232

SOOCuOSCu

SiOFeSiOFeO

SOFeOOFeS

Após algum tempo o fornecimento de ar é interrompido. Nessa etapa ocorre a auto-

redução do óxido e do sulfeto, formando um cobre com 98 a 99% de pureza.

222 62 SOCuOCuSCu

Ag: Três processos de extração estão sendo utilizados:

1. Atualmente, a maior parte é obtida como subproduto do Cu, Pb ou Zn. Pode

ser obtida da lama anódica formada no refino eletrolítico de Cu e de Zn.

2. Zinco é usado para extrair a prata do chumbo em estado de fusão, por

estração como solvente, no processo Parke.

3. Ouro e prata podem extraídos de seus minérios na forma de ciano complexos

solúveis.

Page 22: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

22

Au: Atualmente rochas contendo pequena quantidade de ouro são moídas e o

ouro é extraído com mercúrio ou cianeto de sódio.

Usos

Cu: Utilizado na indústria elétrica por causa de sua alta condutividade, e em

tubulações de água, por causa de sua inércia química; fabricação de moedas ;

diversos compostos são utilizados na agricultura.

Ag: emulsões fotográficas, joalheiria e ornamentos de prata, em baterias e na

fabricação de espelhos.

Au: é usado principalmente como um (ouro em barras) padrão monetário

internacional e em joalheiria; fabricação de contatos elétricos resistentes a

corrosão, por exemplo, em placa de computadores.

Estados de Oxidação

(+I): compostos insolúveis CuCl, CuCN, e CuSCN. O cobre forma diversos

complexos; estado de oxidação mais importante da prata, sendo conhecidos

muitos compostos iônicos simples contendo esse íon. Também forma uma

variedade de complexos, [Ag(NH3)2]+; Au é menos estável mas seu óxido

Au2O é conhecido.

(+II): mais estável e importante do Cu. O Cu forma muitos complexos como

[Cu(H2O)5NH3]2+, [Cu(H2O)(NH3)2]2+; Ag ocorre no AgF2.

(+III): Cu e Ag são raramente encontrados; é o mais comum e estável do ouro.

Page 23: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

23

Capítulo 10 – Grupo do Zinco

Elementos: Zn, Cd, Hg

Ocorrência

Zn: esfaelita (ZnS ou (ZnFe)S) , ZnCO3

Cd: minérios de zinco

Hg: cinábrio (HgS)

Obtenção do Zinco

Os minérios de zinco (principalmente ZnS) são concentrados por flotação e

aquecidos ao ar, para formarem ZnO e SO2. Zn metálico é obtido a partir do óxido por

dois processos deferentes.

1) ZnO pode ser reduzido pelo monóxido de carbono a 1200°C, num forno de

fusão.

2COZnCOZnO

2) ZnS pode ser aquecido ao ar, a uma temperatura menor, de modo a formar

ZnO e ZnSO4. Há dissolução deles em H2SO4 e a solução é tratada com Zn

em pó para precipitar o cádmio. A seguir Zn puro pode ser obtido pela eletrólise

de ZnSO4.

puro

eletrólise

ZnZnSO

SOHZnSOZnO

ZnSOZnOOZnS

4

424

422/1

Obtenção do Cádmio

O cádmio é encontrado em quantidades traço (2 a 3 partes por mil) na maioria

dos minérios de zinco, sendo extraído dos mesmos. O minério é tratado de modo a

formar uma solução de ZnSO4, contendo uma pequena quantidade de CdSO4. Então,

o metal Cd é precipitado adicionando-se um metal mais eletropositivo. Quando Zn em

pó é adicionado à solução de ZnSO4/CdSO4, o Zn é oxidado e se dissolve, enquanto

Cd metálico é precipitado.

sólidosoluçãosólido CdZnCdZn 22

Page 24: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

24

O concentrado de Cd assim obtido é dissovido em H2SO4 e purificado por

eletrólise. Zn também é recuperado da solução de ZnSO4 por eletrólise.

Obtenção da Mercúrio

O cinábrio (HgS) é triturado e HgS é separado dos outros minerais e

concentrado por sedimentação, pois tem uma densidade muito alta.

22 SOHgOHgS

Minérios ricos em mercúrio são aquecidos com raspas de fero, ou em cal:

CaSCaSOHgCaOHgS

FeSHgFeHgS

3444 4

Usos

Zn: revestir objetos de ferro e evitar a corrosão; fabricação de ligas; fundição de

peças metálicas; eletrodos negativos em pilhas secas, células de mercúrio e

células alcalinas de manganês; ZnO: pigmento branco em tintas;

Cd: Proteger o aço da corrosão; confecção das barras de controle para reatores

nucleares; baterias Ni/Cd empregadas em locomotivas a diesel e nas pilhas

recarregáveis; CdS: pigmento amarelo em tintas.

Hg: células eletrolíticas destinadas à fabricação de NaOG e Cl2. A indústria

elétrica utiliza lâmpadas de mercúrio, em retificadores e interruptores; fabricação

de termômetro, barômetros e manômetros, a preparação de amálgamas, de

fulminato de mercúrio e em alguns medicamentos.

Estados de Oxidação

(+I): Esse estado de oxidação não é importante para o Zn e Cd. O Hg(+I) é

importante. O íon monovalente Hg+ não existe, pois os compostos de mercúrio (I)

se dimerizam. Assim, o cloreto de mercúrio(I) Hg2Cl2, contém o íon [Hg-Hg]2+,

onde os dois íons Hg+ se ligam utilizando seus elétrons s. Os compostos mercúrio

(I) são, pois, diamagnéticos.

(+II): Esse é o estado de oxidação mais importante para os elementos desse

grupo. As espécies instáveis e foram detectadas em misturas fundidas com Cd/

CdCl2 ou Cd/CdCl2/AlCl3.

CdCdCd 22

2

Page 25: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

25

(+III) ou superior: Os elementos em estados de oxidação superiores a (+II) não

são conhecidos, pois a remoção de mais de dois eletrons destruiria a simetria de

uma camada d completamente preenchida.

Tamanho

Por causa da contração lantanídica, o tamanho dos elementos da segunda e

da terceira séries de transição é praticamente o mesmo. Nos pares de elementos de

transição é praticamente o mesmo. Nos pares de elementos de transição anteriores,

Hf/Zr e Nb/Ta, os tamanhos eram muito próximos. O efeito da contração lantanídica

ainda eram muito próximos. O efeito da contração lantanídica ainda pode ser

observado no par Cd/Hg.

Energias de Ionização

Maior que os correspondentes do grupo 2 e o preenchimento do nível 4f

aumenta ainda mais a atração dos elétrons de valência pelo núcleo no Hg, fazendo

com que sua primeira energia de ionização seja a maior que a de qualquer outro

metal.

Propriedades gerais

O mercúrio e o único metal que é líquido à temperatura ambiente. Isso pode ser

explicado pela energia de ionização muito grande, que dificulta a participação dos

elétrons na formação das ligações metálicas.

Zn e Cd se dissolvem em ácidos não-oxidantes diluídos liberando H2, mas Hg não

reage. Os três metais reagem com ácidos formando saise liberando uma mistura

de óxidos de nitrogênio e de SO2.

Todos os três formam ligas com diversos outros metais.

Óxidos

O único óxido comercialmente importante é o ZnO. Sua principal uso está na

indústria de borracha, pois diminui o tempo necessário para a ocorrência da

vulcanização. ZnO também é usado como pigmento em tintas.

Os três óxidos são formados pela combinação direta dos elementos, ou então na

decomposição térmica dos nitratos correspondentes.

Di –Haletos

Todos os dihaletos são conhecidos.

ZnF2, CdF2 e HgF2 são sólidos brancos , são consideravelmente mais iônicos e

têm pontos de fusão mais elevados que os demais haletos.

Page 26: QUÍMICA INORGÂNICA - METAIS DE TRANSIÇÃO

26

CdCl2 e CdI2 formam estruturas lamelares um pouco diferentes, nas quais os íons

Cd2+ ocupam todo os interstícios octaedricos em uma camada e nenhum na

camada seguinte.

Complexos

Zn e Cd formam complexos com CN-:

2

4

2 4 CNZnCNZn