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Metais Alcalinos Metais Alcalinos-terrosos Metais de Transição Metais de Transição Lantanídeos Actinídeos Semi-Metais Não Metais Gases Nobres Halogênios SI Silício 14 Ne3s2 3p2 28,086 4 Nome Estado de oxidação mais comum Número atômico Símbolo Configuração eletrônica fundamental Massa atômica relativa Nome Símbolo Valores Específica Indica Principal n 1, 2, 3… camada tamaho Momento orbital Angular l 0, 1,…, n-1 Subcamada l = 0, 1, 2, 3,4 s, p, d, f, g… forma Magnético ml l, l-1, …,-l Orbitais de subcamada Orientação Magnético de spin ms +1/2, -1/2 Estado de spin Direção de spin Números quânticos dos elétrons nos átomos: SI Silício 14 Ne3s2 3p2 28,086 4 Configuração eletrônica SI Silício 14 Ne3s2 3p2 28,086 4 Configuração eletrônica No estado fundamental de um átomo com muitos , os ocupam os orbitais atômicos disponíveis, de modo a tornar a energia total do âtomo a menor possivel; e e Em 1925, o cientista Austriaco Wolfgang Pauli descobriu uma regra geral e fundamental sobre os e orbitais, o princípio da exclusão de Pauli: e e Dois no máximo podem ocupar um dado orbital. Quando dois ocupam um orbital, seus spins devem estar emparelhados. e SI Silício 14 Ne3s2 3p2 28,086 4 Configuração eletrônica Diagrama de Linus Pauling Número quantico principal n que especifica as camadas – onde 1, 2, 3, 4, 5, 6 K, L, M, N, O, P Momento orbital angular l que especifica as subcamadas (l = n-1) – onde l = 0, 1, 2, 3, 4,… s, p, d, f, g,…. SI Silício 14 Ne3s2 3p2 28,086 4 Configuração eletrônica Diagrama de Linus Pauling Número máximo de elétros em cada subcamada: s – 2 elétrons p – 6 elétrons d – 10 elétrons f – 14 elétrons Configuração eletrônica ???? Diagrama de Linus Pauling Número máximo de elétros em cada subcamada: s – 2 elétrons p – 6 elétrons d – 10 elétrons f – 14 elétrons Fósforo 15 30,974 5,4, ±3 P P Fósforo 15 30,974 5,4, ±3 Configuração eletrônica ???? Diagrama de Linus Pauling Número máximo de elétros em cada subcamada: s – 2 elétrons p – 6 elétrons d – 10 elétrons f – 14 elétrons 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p3 n = 1 Nome Símbolo Valores Específica Indica Principal n 1, 2, 3… camada tamaho Momento orbital Angular l 0, 1,…, n-1 Subcamada l = 0, 1, 2, 3,4 s, p, d, f, g… forma Magnético ml l, l-1, …,-l Orbitais de subcamada Orientação Magnético de spin ms +1/2, -1/2 Estado de spin Direção de spin Números quânticos dos elétrons nos átomos: P Fósforo 15 30,974 5,4, ±3 Ne3s2 3p2 l = 0 s 0 ml 1s n = 2 l = 0 s 0 ml -1 l = 1 p 0 1 2p 2s n = 3 l = 0 s 0 ml -1 l = 1 p 0 1 3p 3s -2 -1 0 l = 2 d 2 3d 1 e 2 e 2 e 6 e 2 e 3 Co Cobalto 27 58,933 3, 2 Configuração eletrônica ???? Diagrama de Linus Pauling Pt Platina 78 195,08 4, 2 Co Cobalto 27 58,933 3, 2 Configuração eletrônica ???? 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d7 Pd Paládio 46 106,42 4, 2 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2, 4d10, Exercícios Geometria do orbital s: Geometria do orbital p: px, py e pz z z z x y Geometria dos orbitais Geometria do orbital d: dxy, dyz, dxz, dx 2 -y 2 e dz 2 Geometria do orbital f: Têm aparência muito complexa. Sua exitência é importante para o entendimento da Tabela periódica, da presença dos lantanídeos e actínideos e das propriedades de alguns elementos do bloco d. Elementos do bloco d - metais As propriedades dos metais do bloco d são governadas: pela disponibilidade dos orbitais d; por sua valência variável; por sua capacidade de agir como ácido de Lewis. São bons condutores. Ex: prata melhor condutora dentre todos os elementos, na T normal; Em sua maioria são maleáveis; Dúcteis (pode ser esticado, flexível) lustrusos e de cor cinza-prateada; Pontos de ebulição são, geralmente, mais altos que os dos elementos dos grupos principais. Excessões: cobre é marrom-avermelhado, o ouro é amarelo, e o mercúrio tem ponto de fusão tão baixo que é líquido, na temperatura normal. Os elementos do bloco d diferem principalmente na ocupação dos orbitais (n-1)d. São cinco orbitais d que podem acomodar dois elétrons cada num total de 10 elétrons. A diferença de configuração eletrônica entre os metais do bloco d estão principalmente na ocupação desses orbitais d. Logo as propriedades físicas tendem a ser muito parecidas. Elementos do bloco d - metais Os lobos dos dois orbitais d do mesmo átomo ocupam regiões diferentes no espaço. Como elas são relativamente distantes, os elétrons de diferentes orbitais d repelem-se muito pouco. As formas dos orbitais d afetam as propriedades dos elementos do bloco d de duas maneiras: Geometria do orbital d: dxy, dyz, dxz. Elementos do bloco d - metais A densidade eletrônica nos orbitais d é baixa nas proximidades do núcleo; logo, os elétrons d não são mutio eficazes na blindagem de carga nuclear positiva de outros elétrons. Geometria do orbital d: dx 2 -y 2 e dz 2 Elementos do bloco d - metais Como consequência dessas características temos a tendência que os raios atômicos dos metais do bloco d têm de decrescer gradualmente segundo o periódo e depois aumentar novamente. Elementos do bloco d - metais Raio Atômico Essa redução no raio é a contração dos lantanídeos . Elementos do bloco d - metais Contração dos lantanídeos : Nos lantanóides os orbitais 4f são ocupados e estes possuem uma certa pequena capacidade de blindagem, de forma que os elétros de valência experimentam uma atração nuclear maior que do que poderia ser esperado. A contração dos lantanídeos também afeta as energias de ionização dos elemetos da série 5d , tornando-as mais altas que o esperado por uma extrapolação linear. Por isso metais como Au, Pt, Ir e Os, têm energias de ionização tão altas que não reagem sobcondiçãoes normais. Elementos do bloco d - metais Densidade dos elementos: O aumento da massa atômica com o número atômico em combinação com as variações nos raios dos átomos metáicos na rede cristalina do metal significa que a densidade dos elementos atinge um pico nas proximidadades do irídio (d = 22,65 g cm-3) Elementos do bloco d - metais Estado de oxidação : 1 . Os Metais do bloco d apresentam ampla faixa de estados de oxidação o que induz a uma química rica e interessante. 2 . Os elementos próximos do centro de cada linha têm a maior faixa de estados de oxidação; 3 . Os elementos da 2ª e da 3ª linha do bloco podem atingir estados de oxidação mais altos do que os da 1ª linha. 4 . Altos estados de oxidação do grupo pode ser alcançado por elementos que se encontram ao lado esquerdo do bloco d, mas não pelos elementos do lado direito. Elementos do bloco d - metais Estado de oxidação : Comuns Conhecidos Elementos do bloco d - metais Estado de oxidação : - O número de oxidação do grupo de um elemento é o número do seu grupo. - Esta regra é valida para os elementos dos grupos 3 a 7. - A partir dos elementos do Grupo 8 (até o 11) o estado de oxidação do grupo não é alcançado Diagrama de Frost para os elementos da série 3d. Observar na tabela Bronsted/Lowry (1923): Ácido – doador de próton (H+) Base – Aceptor de próton (H+) Ex: auto dissociação 2H2O H3O + + OH- solvente ácido base Outros solvente: 2NH3 NH4 + + NH2 - solvente ácido base H2O + HClO4 H3O + + ClO4 - H2O + H3O + + CH3COO -Ácidos e bases: conceitos CH3 C O OH Elementos do bloco d - metais Lewis: Ácido – aceptor de par de elétrons Base – doador de par de elétrons Ex: R3N + BF3 R3N BF3 2NH3 + Ag + Ag(NH3)2 + Complexos metálicos: interação entre ácido-base de Lewis Mn+ ácido de Lewis L base de Lewis N R R R : B F F F + Produtos .. Ácidos e bases: conceitos Elementos do bloco d - metais base ácido base ácido Elementos do bloco d - metais Ácidos e bases: Duros e Macios considerando interação: Doador/aceptor - Ácido LUMO - Base HOMO Lumo – orbital molecular vazio mais baixo; Homo – orbital molecular ocupado mais alto; - Interação I - Interação II Lumo Homo Ácido Base Grande diferença de energia Iônica Lumo Homo Ácido Base Pequena diferença de energia Covalente Elementos do bloco d - metais Ácidos e bases: Duros e Macios Metais Alto estado de oxidação e/ou íons pequenos, têm LUMO de Alta Energia. Quando usualmente não tem cargas grandes, tem LUMO de baixa energia. Elementos do bloco d - metais Ácidos e bases: Duros e Macios A – íons de metais alcalinos, alcalinos-terrosos, metais ‘leves’ de transição em alto estado de oxidação, como por ex: Ti4+, Co3+, Cr3+, Fe3+ e o íon H+. B – Metais ‘leves’ de transição em baixo estado de oxidação, como por ex: Cu+, Ag+, Hg+ ; E metais mais pesdos como: Pd2+, Pt2+. Dividir os metais em duas classes: Elementos do bloco d - metais Ácidos e bases: Duros e Macios A – íons de metais alcalinos, alcalinos-terrosos, metais ‘leves’ de transição em alto estado de oxodação, como por ex: Ti4+, Co3+, Cr3+, Fe3+ e o íon H+. B – Metais ‘leves’ de transição em baixo estado de oxidação, como por ex: Cu+, Ag+, Hg+ ; E metais mais pesdos como: Pd2+, Pt2+. As bases em função da sua natureza irão preferir metais da classe A ou B. Dividir os metais em duas classes: Tendência para formar complexos com metais de classe A N P As Sb O S Se Te F Cl Br I Tendência para formar complexos com metais de classe B N P As Sb O S Se Te F Cl Br I Elementos do bloco d - metais Ácidos e bases: Duros e Macios ‘’ácido duros preferem ligar-se à bases duras e ácidos moles preferem ligar-se à bases moles.’’ Pearson em 1963 sugeriu os termos duro e moles para ácidos e bases, chegando a generalização: Alguns íons e moléculas são classificados como duros, moles e intermediários. As espécies consideradas intermediárias não poderiam ser definidas como duras ou moles, pois podem se ligar à centros duros ou moles. Ácido duro – O átomo aceptor é pequeno, com elevada carga positiva e de baixa polarizabilidade. Ex: H+. Ácido mole – O átomo aceptor é grande , com baixa carga positiva e de elevada polarizabilidade. Ex: M0 (elementos metálicos). Base dura – o átomo doador é de baixa polarizabilidade. Ex: OH-. Base mole – o átomo doador é de elevada polarizabilidade. Ex: H-. Elementos do bloco d - metais Ácidos e bases: Duros e Macios ‘’ácido duros preferem ligar-se à bases duras e ácidos moles preferem ligar-se à bases moles.’’ Pearson em 1963 sugeriu os termos duro e moles para ácidos e bases, chegando a generalização: Ácidos duros – H+, Li+, Na+, K+, Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Sc3+, La3+, Ce4+, Gd3+, Ln3+, Th3+, U4+, UO2 2+, Pu4+, Ti4+, Zr4+, Hf4+, VO2+, Cr3+, Cr6+, MoO3+, WO3+, Mn2+, Mn7+, Fe3+, Co3+, BF3, BCl3, Al 3+, AlCl3 , AlH3 , Ga 3+, In3+, CO2 , Si 4+, Sn4+, As3+, SO3 . Ácidos intermediários: Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Rh3+, Ir3+, Ru3+, Os2+, Sn2+, Sb3+, SO2, Ácidos moles – Pd2+, Pt2+, Pt4+, Cu+, Ag+, Au+, Cd2+, Hg+, Hg2+, CH3Hg +, BH3 , Te +, Br2 , I2 , Mo (átmos metálicos) Bases duras – OH-, NH3 , RNH2, H2O, O 2-, CH3COO -, CO3 -, NO3 -, PO4 3-, SO4 2-, ClO4 -, F-. Bases intermediárias – C5H5N, N3 -, N2, Br -, Bases mole s– H-, C2H4, C6H6, CN -, CO, SCN-, I-, Elementos do bloco d - metais Exercícios: 1 . Dos seguintes metais , cadmio (2+), rubídio (+), crômio (3+), Chumbo (2+), estrôncio (2+), paládio (2+), quais devem ser esperados para ocorrer em minerias aluminossilicatos e quais nos sulfetos? Porque? Ácidos duros – H+, Li+, Na+, K+, Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Sc3+, La3+, Ce4+, Gd3+, Ln3+, Th3+, U4+, UO2 2+, Pu4+, Ti4+, Zr4+, Hf4+, VO2+, Cr3+, Cr6+, MoO3+, WO3+, Mn2+, Mn7+, Fe3+, Co3+, BF3, BCl3, Al 3+, AlCl3 , AlH3 , Ga 3+, In3+, CO2 , Si4+, Sn4+, As3+, SO3 . Ácidos intermediários: Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Rh3+, Ir3+, Ru3+, Os2+, Sn2+, Sb3+, SO2, Ácidos moles – Pd2+, Pt2+, Pt4+, Cu+, Ag+, Au+, Cd2+, Hg+, Hg2+, CH3Hg +, BH3 , Te +, Br2 , I2 , M o (átmos metálicos) Bases duras –OH-, NH3 , RNH2, H2O, O 2-, CH3COO -, CO3 -, NO3 -, PO4 3-, SO4 2-, ClO4 -, F-. Bases intermediárias – C5H5N, N3 -, N2, Br -, Bases mole s– H-, C2H4, C6H6, CN -, CO, SCN-, I-, 2 . Colocar em ordem de acidez ou basicidade os seguintes compostos: a- BF3, BBr3, BCl3. b- NH3, H2NR, R2NH, R3N. Elementos do bloco d - metais Exercícios: 1 . Dos seguintes metais , cadmio (2+), rubídio (+), crômio (3+), Chumbo (2+), estrôncio (2+), paládio (2+), quais devem ser esperados para ocorrer em minerias aluminossilicatos e quais nos sulfetos? Porque? 1 . Aluminossilicatos: material formado por Al3+ , Si4+ e O2- , 2 . Sulfetos: S2- Ácidos duros – H+, Li+, Na+, K+, Be2+, Mg2+, Ca2+, Sr2+, Sc3+, La3+, Ce4+, Gd3+, Ln3+, Th3+, U4+, UO2 2+, Pu4+, Ti4+, Zr4+, Hf4+, VO2+, Cr3+, Cr6+, MoO3+, WO3+, Mn2+, Mn7+, Fe3+, Co3+, BF3, BCl3, Al 3+, AlCl3 , AlH3 , Ga 3+, In3+, CO2 , Si4+, Sn4+, As3+, SO3 . Ácidos intermediários: Fe2+, Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Rh3+, Ir3+, Ru3+, Os2+, Sn2+, Sb3+, SO2, Ácidos moles – Pd2+, Pt2+, Pt4+, Cu+, Ag+, Au+, Cd2+, Hg+, Hg2+, CH3Hg +, BH3 , Te +, Br2 , I2 , M o (átmos metálicos) Bases duras –OH-, NH3 , RNH2, H2O, O 2-, CH3COO -, CO3 -, NO3 -, PO4 3-, SO4 2-, ClO4 -, F-. Bases intermediárias – C5H5N, N3 -, N2, Br -, Bases mole s– H-, C2H4, C6H6, CN -, CO, SCN-, I-, Elementos do bloco d - metais Exercícios: 1 . Dos seguintes metais , cadmio (2+), rubídio (+), crômio (3+), Chumbo (2+), estrôncio (2+), paládio (2+), quais devem ser esperados para ocorrer em minerias aluminossilicatos e quais nos sulfetos? Porque? 1 . Aluminossilicatos: rubídio (+), crômio (3+), estrôncio (2+), 2 . Sulfetos: Cadmio (2+), Chumbo (2+), paládio (2+). Compostos de coordenação Complexos: significa um átomo metálico rodeado por um conjunto de ligantes. Ligante é um íon ou molécula que pode ter existência independente. O átomo que forma a ligação com o átomo central é chamado de átomo doador – ele é quem doa os elétrons usados na ligação. Ex: complexo Co(NH3)6 3+ O íon Co3+ rodeado por seis ligantes NH3. Complexo é a combinação de um ácido de Lewis (átomo metálico central) com várias bases de Lewis (os ligantes). O átomo ou íon metálico, o ácido de Lewis do complexo é o átomo receptor – ele é quem recebe os elétrons . As principais características das estruturas geométricas dos complexos metálicos foram identificadas por Alfred Wener (1866-1919) Compostos de coordenação Em um complexo o número de ligantes ligados diretamente ao metal é chamado de número de coordenação do átomo metálico central. Três fatores governam o número de coordenação de um complexo: 1 . O tamanho do átomo ou íon central; 2 . As interações espaciais entre os ligantes; 3 . As interações eletrônicas entre o átomo ou íon central e os ligantes. Compostos de coordenação Geometria molecular: Compostos de coordenação Número de coordenação baixo: As espécies lineares do Grupo 11 são complexos metálicos mais conhecidos com nº de coordenação 2, formados em solução sob condições ordinárias de laboratório. - Complexos bicoordenados linearescom dois ligantes simétricos idênticos têm simetria Dh. Ex: [Ag(CN)2] - A coordenação tripla é rara entre os complexos metálicos, mas encontrada com ligantes volumosos. - Ex: M[N(Si2 (CH3)6]3 que foram preparados utilizando Sc, Y, La – Lu (exceto Pm) por Bradley, simetria D3h. Compostos de coordenação Número de coordenação intermediários: Complexos de íons metálicos com nº de coordenação quatro, cinco ou seis são a classe mais importante de complexos. Eles incluem a grande maioria dos complexos presentes em solução e praticamente todos os complexos biologicamente importantes. Compostos de coordenação 1 . Tetracoordenação: - Os complexos tetraédricos são favorecidos em relação aos complexos de coordenação mais alta se o átomo central é pequeno ou os ligantes grandes; Esses complexos apresentam simetria Td. Os complexos que apresentam a geometria tetraédica são característicos dos complexos dos metais representativos ou dos metais de transição com configuração eletrônica diferentes de d8 ou s1d7, temos como exemplos: [BF4] -, [MnO4] -, [ZnC l 4] 2-, [Zn(NH3)4] 2+ Apresenta isomeria só se os quatro ligantes forem diferente. Compostos de coordenação 1 . Tetracoordenação: - Os complexos que apresentam a geometria quadrado-planar são característicos dos íons de metais de transição com configurações d8 ou s1d7, como exemplos temos: [Pt(NH3)4] 2+ , [PtC l 2 (NH3)2], [Ni(CN)4] 2-, [AgF4] -, [Cu(NH3)4] 2+ Apresentam isomeria cis e trans. Simetria C2v Simetria D2h Quando todos os ligantes são iguais a simetria é D4h. Compostos de coordenação 1 . Tetracoordenação: - Os complexos que apresentam a geometria quadrado-planar são característicos dos íons de metais de transição com configurações d8 ou s1d7, como exemplos temos: [Pt(NH3)4] 2+ , [PtC l 2 (NH3)2], [Ni(CN)4] 2-, [AgF4] -, [Cu(NH3)4] 2+ Apresentam isomeria cis e trans. Simetria C2v Simetria D2h Quando todos os ligantes são iguais a simetria é D4h. Complexos de Pt são utilizados na quimioterapia e somente os complexos cis-Pt(II) são eficientes. Compostos de coordenação 2 . Pentacoordenação: - Espécies contendo este número de coordenação são mais raras do que aquelas com número de coordenação igual a três. Existem duas possibilidade de geometria, a bipirâmide trigonal e a pirâmide quadrada (pirâmide de base quadrada). Simetria D3h Simetria C4v Compostos de coordenação 2 . Hexacoordenação: -Nos compostos em que o íon central apresenta número de coordenação seis, o poliedro de coordenação regular é o octaedro; Compostos que tenham o íon central com este número de coordenação, podem sofrer distorções no estado sólido em função do fator de empacotamento, ou seja, uma compressão ou alongamento ao longo dos eixos de ordem dois, três ou quatro. ML6 Simetria Oh Compostos de coordenação 3 . Hexacoordenação: -A coordenação octaédrica é a mais comum e permite diversos tipos de estereoisomerismo. A partir do fato que os seis vértices de um octaedro são equivalentes, apenas uma estrutura é possível para complexos dos tipos ML6 e ML5B. Para o ML4 B2, contudo, as estruturas cis e trans podem existir. No isômero cis os dois ligantes B ocupam os vértices adjacentes do octaedro; no isômero trans estão nos vértices opostos: Cis Trans Compostos de coordenação 3 . Hexacoordenação: Cis Trans Meridional Facial Compostos de coordenação 4 . Números de coordenação mais altos: Bipirâmide pentagonal Simetria D5h 3.1 . Heptacoordenação: - É encontrada para uns poucos complexos 3d, sendo mais frequente para complexos 4d e 5d, onde o átomo central é maior pode acomodar mais que seis ligantes. Ex: Mo(CNR)7 2+ , ZrF7 3- , TaCl4(PR3)3 , ReOCl6 2- do bloco d e UO2(OH2)5 2+ do bloco f Compostos de coordenação 4 . Números de coordenação mais altos: Simetria D4h 3.1 . Octacoordenação: - Estereoquímica não-rígida, onde os complexos podem ser antiprismáticos quadráticos em um cristal, mas dodecaédros em outro. Ex: Mo(CN)8 3- e Zr(Ox)4 4- . Simetria D2h Compostos de coordenação 4 . Números de coordenação mais altos: 3.2 . Nonacoordenação: - Importante nas estruturas dos elementos do bloco f, pois seus íons relativamente podem atuar como hospedeiros para um grande número de ligantes. Nd(OH2)9 3+ . Simetria D2h Compostos de coordenação 4 . Números de coordenação mais altos: 4.1 . Coordenações de 10 e 12: - São encontradas em complexos de íons M3+ do bloco f. Esses números de coordenação são raros com íons dos blocos s, p e d. Ex: Th(ox)4(OH2)2 4- . (Ox- Oxalato, C2O4 2-) 5 . Complexos polimetálicos: - são complexos que contêm mais de um átomo metálico. Em alguns casos, os átomos metálicos estão unidos através de ligantes em ponte; em outros, háligações diretas metal-metal; outros ainda observa-se os dois tipos de ligação. Claster metálico – ligação direta metal-metal; Complexos gaiola – nenhuma ligação metal-metal. - São conhecidos complexos polimetálicos para metais com todos os nº de coordenação e geometria Compostos de coordenação Exercícios: 1 . Esboce duas estruturas que descrevam a maioria dos complexos tetracoordenados. b. Para quais destas estruturas é possível a existência de isômeros para os complexos de fórmula MA2B2? 2 . Esboce duas estruturas que descrevam a maioria dos complexos pentacoordenados. b . Rotule os dois sítios diferentes em cada estrutura.
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