QUÍMICA INORGÂNICA - LIPPY UERJ

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Elementos do grupo 14
Aula 6
Prof. Dr. Lippy Faria Marques
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1. Introdução
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Família 14 (IVA) 
Configurações eletrônicas: ns2np2
Menor caráter metálico do que os elementos da família III A;
(Carbono: elemento com menor caráter metálico)
Os estados de oxidação mais comuns desses elementos em seus compostos são +2 e +4.
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Tabela I. Configurações eletrônicas dos elementos do grupo 14 
Configuração eletrônica da camada de valência: ns2 np2 
 Alguns desses elementos possuem diferentes estados de oxidação
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*os estados de oxidação em negrito são os mais estáveis de cada espécie;
* Os estados de oxidação entre parênteses, são os estados de oxidação de existência duvidosa.
Tabela II. Estados de oxidação dos elementos do grupo 14 
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ESTRUTURA E ALOTROPIA DOS ELEMENTOS
“Alotropia é o fenômeno de um determinado elemento químico formar substâncias simples diferentes”
Exemplo: carbono
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Formas alotrópicas do carbono:
 Carbono diamante
- Extremamente inerte;
- Diamantes naturais: incolores;
- Cada átomo de C ligado tetraedricamente a outros quatro átomos;
- Fortes ligações covalentes;
- Elevado PF (3930°C);
- Substância extremamente dura
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Formas alotrópicas do carbono:
 Carbono grafite
- Camadas planas de átomos de C;
- Forças de van der Walls mantêm as camadas unidas;
- 2 formas: a-grafite e b-grafite;
- Distâncias de ligação C-C iguais a 1,41 Å (benzeno: 1,40 Å);
Distância entre camadas: 3,35 Å (fraca interação entre as camadas, quebradiço);
 Baixa densidade;
- Utilizado como lubrificante
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É possível transformar diamante em grafite?
Termodinamicamente é possível a conversão de diamante em grafite, porém a energia de ativação do processo é muito grande, e raramente tal processo ocorre.
...e o processo inverso? É possível transformar grafite em diamante?
Pequeno DH = 0,45 kcal/mol, porém...
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Outros alótropos do carbono:
As propriedades são resultado da estrutura molecular !!!
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DIFERENÇA ENTRE O CARBONO, SILÍCIO E OS DEMAIS ELEMENTOS DO GRUPO:
Em geral o primeiro elemento do grupo difere dos demais devido ao seu menor tamanho e maior eletronegatividade;
Como resultado desses fatores o primeiro elemento do grupo apresenta maior energia de ionização, sendo mais covalente e menos metálico;
É isso que observamos na família 14 (IVA)??
O carbono difere dos outros elementos do grupo pela capacidade de formar ligações múltiplas pp-pp;
Os outros elementos do grupo não formam tais ligações: orbitais grandes e difusos: interação não favorável!
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DIFERENÇA ENTRE O CARBONO, SILÍCIO E OS DEMAIS ELEMENTOS DO GRUPO:
Outra diferença do carbono para os demais elementos da família: a chamada “catenação”.
“Catenação é a capacidade de um elemento químico em formar cadeias.”
Cadeia carbônica em um alcano
A energia de ligação C-C são elevadas, e diminuem na sequência: Si-Si, Ge-Ge, Sn-Sn
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...contudo são conhecidos alguns compostos de polissilanos
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RAIOS COVALENTES E ENERGIAS DE IONIZAÇÃO:
Os raios covalentes aumentam de cima para baixo dentro do grupo;
As energias de ionização decrescem do C para o Si e a seguir variam de forma irregular devido aos efeitos de preenchimentos dos subníveis d e f;
A quantidade de energia para se formar o íon tetravalente (M4+) é extremamente elevada, dessa forma os compostos iônicos simples são raros.
Os únicos elementos que mostrarão uma diferença de eletronegatividade para formar ligações iônicas com tais elementos são: o flúor e o oxigênio.
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Valores de energias de ionização para o carbono (em kJ/mol):
1ª EI = 1086; 2ª EI = 2354; 3ª EI = 4622; 4ª EI = 6233
Compostos como: SnF2, PbF2, SnF4, PbF4, SnO2 e PbO2 são bastante iônicos, mas o único íon metálico significativo é o Pb2+
PONTOS DE FUSÃO E EBULIÇÃO:
O carbono possui um PF extremamente elevado (PF = 4100°C);
Si e Ge também fundem a uma elevada temperatura;
Conseqüência do retículo cristalino, retículo do tipo do diamante (fortes ligações covalentes).
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EFEITO DO PAR INERTE:
O efeito do par inerte se mostra mais pronunciado nos elementos mais pesados do grupo;
 Há um decréscimo na estabilidade do estado de oxidação (+IV) e um aumento na estabilidade do estado de oxidação (+II) ao percorrermos o grupo de cima para baixo.
Exemplo: C  estado de oxidação (+IV) 
 
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O elemento carbono possui grande destaque, uma vez que tem uma química relacionada somente a ele;
São conhecidos milhões de compostos orgânicos diferentes, uma vez que os átomos de carbono podem estabelecer ligações simples, duplas ou triplas formando diversos tipos de cadeias.
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Aminoácidos
Vitaminas
Ácido Desoxirribonucléico (DNA) e Ácido Ribonucléico
Medicamentos
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Plásticos
Celulose
Papel
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Como o carbono estabelece 4 ligações químicas?
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OBSERVAÇÃO: Lembrem-se de que o átomo de carbono também pode sofrer hibridações do tipo sp2 e sp !!
sp2
sp
Eteno
Etino
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ETENO
Estado Fundamental
Estado Excitado
Estado Híbrido
Ligações s
Ligação p
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Proponha VOCÊ o esquema da hibridação para um dos átomos de carbono na molécula do acetileno (etino)!
A Molécula de C2H2 
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O tipo de hibridação e geometria do carbono nos compostos orgânicos:
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Principal constituinte: Areia : SiO2
Sólido escuro, com certo brilho metálico
Estrutura cristalina
Reações químicas semelhantes as do carbono
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SEMICONDUTORES = MICROCHIPES
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Um de seus compostos mais importantes: Zeólitas
Na2(Al2Si3O10).H2O
São conhecidas mais de 80 tipos de zeólitas diferentes
Peneira molecular
Adsorção de gases
 Encapsulamento de fármacos
 Proteção do meio ambiente
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IRF
ISV
MFI
TON
ADSORÇÃO
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Assim como o carbono, o silício é capaz de formar cadeias?
Polisilanos
Ligação Si – Si é mais fraca do que a ligação C – C.
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