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CQ-133 Fundamentos de Química Inorgânica II
Responsáveis:
Prof. Fábio Souza Nunes
www.quimica.ufpr.br/fsnunes/cq133
Profa. Giovana Gioppo Nunes
www.quimica.ufpr.br/nunesgg/cq133
A importância do setor industrial na economia
Fonte: Abiquim
O Brasil é hoje a 8a economia do mundo e a 1a da América Latina
A indústria contribui:
com 22% do PIB
50% das exportações
66% do investimento do setor privado em P&D
30% da contribuição fiscal
A indústria química brasileira
Fonte: Abiquim
POSIÇÃO DE DESTAQUE
US$ 119,6 bilhões
faturamento
líquido em 2017
US$ 58,1 bilhões
produtos
químicos de uso
industrial 2017
3o maior PIB da indústria
10,4% 2017
2,5% do PIB Brasil
400 mil Empregos
diretos
2 milhões empregos
indiretos
Salários: dobro da
indústria de
transformação
A indústria química brasileira
Fonte: Abiquim, Abiplast e Braskem
Unidades de produção
11 unid. EXTRAÇÃO e REFINO
petróleo e gás
06 unid. 1a GERAÇÃO petroquímicos básicos
(eteno, propeno, butadieno, benzeno, xilenos)
2,5 mil unid. ind. e 2,3 mil empresas 2a GERAÇÃO
químicos intermediários e resinas termoplásticas
(PE, PP, PS, PET, SBR)
12 mil empresas 3a GERAÇÃO transformadores plásticos
(embalagens, autopeças, eletrodomésticos, tubos)
Produtos Químicos – Produção Mundial
Classificação Produto Químico Milhões de
toneladas
1 Cal 283
2 Ácido sulfúrico 200
3 Etileno 156
4 Uréia 151
5 Amônia 140
6 Propileno 80
7 Hidróxido de sódio 66
8 Ácido nítrico 60
9 Cloro 56
10 Carbonato de sódio 50
Fonte: The Essential Chemical Industry
Classificação Produto Químico Milhões de
toneladas
11 Hidrogênio 50
12 Benzeno 42
13 Ácido fosfórico 38
14 1,4-Dimetil benzeno 33
15 Ácido Clorídrico 20
16 Etilenoglicol 18
17 Óxido de etileno 17
18 1,3-Butadieno 12
19 Dióxido de titânio 5,1
20 Peróxido de
Hidrogênio
3,8
Fonte: The Essential Chemical Industry
GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS
OCORRÊNCIA
Li: Espodumênio, LiAl(SiO3)2, Lepidolita K2Li3Al4Si7O2(F,OH)3
Na: Sal-gema NaCl(s), bórax Na2B4O710·H2O, salitre do Chile NaNO3,
Na2CO3·NaHCO3, mirabilita Na2SO4, água do mar, salmouras
K: Carnalita KCl·MgCl2·6H2O, Silvita KCl(s), água do mar, salmouras
Rb: Como constituinte menor da Lepidolita
Cs: Popucita, Cs4Al4Si9O29·H2O e na Lepidolita
Fr: 227Ac89 → 4He2 + 223Fr87 ; meia-vida de 21 min: 223Fr87 → e- + 223Ra88
GRUPO 1 - A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS
MATÉRIA PRIMA
Mina de Sal Gema
em Cheshire,
Reino Unido
NaCl obtido da
evaporação da água
do mar
Eletrólise Ígnea de Cloreto de Sódio
Na+(NaCl) + e- → Na(s)
2Cl-(NaCl) → Cl2(g) + 2e-
Célula de Downs
GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS
OBTENÇÃO
GRUPO 1 - METAIS ALCALINOS
OBTENÇÃO
Na(l) + KCl(l) + calor (850 oC) → NaCl(l) + K(g)
M = Rb ou Cs:
Ca(l) + 2MCl(l) + calor (750 oC) → NaCl(l) + M(g)
Eletrólise de Cloreto de Sódio em solução aquosa
NaCl(aq) → Na+(aq) + Cl-(aq)
2H2O (aq) + 2e- → H2(g) + 2OH-(aq)
2Cl-(aq) → Cl2(g) + 2e-
GRUPO 1 – A INDÚSTRIA CLORO-ÁLCALIS
Produção de soda cáustica
Célula de cátodo de mercúrio Célula de diafragma
GRUPO 1 – Produção de hidróxido de sódio
Célula de membrana
NaOH(aq)
50%
NaOH(aq)
12%
NaOH(aq)
30%
BARRILHA OU SODA LEVE
MÉTODO SOLVAY
Ernest Solvay
CaCO3(s) + calor CaO(s) + CO2(g)
NH3(g) + H2O(l) NH4OH(aq)
2NH4OH(aq) + CO2(g) (NH4)2CO3(aq) + H2O(l)
(NH4)2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l) 2NH4HCO3(aq)
NH4HCO3(aq) + NaCl(aq) NH4Cl(aq) + NaHCO3(s)
2NaHCO3(s) + calor Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(l)
CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2(aq)
2NH4Cl(aq) + Ca(OH)2(aq) 2NH3(g) + CaCl2(aq) + 2H2O(l)
CaCO3(s) + 2NaCl(aq) Na2CO3(s) + CaCl2(aq)
BICARBONATO DE SÓDIO
É preparado pela carbonatação de uma solução saturada de
carbonato de sódio com CO2(g) comprimido a 40 oC:
Na2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l) 2NaHCO3(s)
Metais Alcalinos
Raio
metal
Å
Raio
iônico
Å
PF oC 1a E.I.
kJ.
mol-1
2a E.I.
kJ.
mol-1
d
g.cm-3
Li 1,52 0,76 181 520 7296 0,54
Na 1,86 1,02 98 496 4563 0,97
K 2,27 1,38 63 419 3069 0,86
Rb 2,48 1,52 39 403 2650 1,53
Cs 2,65 1,67 29 376 2420 1,90
Metais Alcalinos
Raio
metal
Å
Raio
iônico
Å
PF oC 1a E.I.
kJ.
mol-1
2a E.I.
kJ.
mol-1
d
g.cm-3
Li 1,52 0,76 181 520 7296 0,54
Na 1,86 1,02 98 496 4563 0,97
K 2,27 1,38 63 419 3069 0,86
Rb 2,48 1,52 39 403 2650 1,53
Cs 2,65 1,67 29 376 2420 1,90
A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA
M+(g) + X-(g) MX(s) Go < 0
O CICLO DE BORN-HABER
Hf = Hs K(s) + E.I. K(g) + 1/2Hd Cl2(g) + A.E. Cl(g) + U
U = energia reticular
G = H - TS
A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA Entalpias de rede
Composto Estrutura HRexp
kJ mol-1
Composto Estrutura HRexp
kJ mol-1
LiF sal-gema 1030 SrCl2 Fluorita 2125
LiI sal-gema 757 LiH sal-gema 858
NaF sal-gema 923 NaH sal-gema 782
NaCl sal-gema 786 KH sal-gema 699
NaBr sal-gema 747 RbH sal-gema 674
NaI sal-gema 704 CsH sal-gema 648
KCl sal-gema 719 BeO wurtzita 4293
KI sal-gema 659 MgO sal-gema 3795
CsF sal-gema 744 CaO sal-gema 3414
CsCl cloreto de césio
657 SrO sal-gema 3217
CsBr cloreto de césio
632 BaO sal-gema 3029
CsI cloreto de césio
600 Li2O antifluorita 2799
A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA A equação de Born-Mayer
HR
NA zA zB e2
1 - d
do
A=4odo
Estrutura Constante de Madelung, A
Cloreto de césio
1,763
Sal-gema 1,748
Esfalerita 1,638
Wurtzita 1,641
Fluorita 2,519
Rutilo 2,408
A ENERGÉTICA DA LIGAÇÃO IÔNICA A equação de Born-Mayer
HR
NA zA zB e2
1 - d
do
A=4odo
HRexp
kJ mol-1
HRcalc
kJ mol-1
HRexp-HR
calc
kJ mol-1
PF oC
LiF 1030 1024 6 843
LiCl 853 834 19 605
LiBr 807 788 19 550
LiI 757 730 27 449
AgF 953 920 33 -
AgCl 903 832 71 -
AgBr 895 815 80 -
AgI 882 777 105 -
Metais Alcalinos
Raio iônico
Å
Li+ 0,76
Na+ 1,02
K+ 1,38
Rb+ 1,52
Cs+ 1,67
Mobilidade
iônica
Raio do íon
hidratado, Å
33,5 3,40
43,5 2,76
64,5 2,32
67,5 2,28
68,0 2,28