QUIMICA INORGÂNICA LIPPY - UERJ

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
Elementos do Grupo 13
Aula 5
Prof. Dr. Lippy Faria Marques
*
*
1. Introdução
*
*
Família 13 (IIIA) 
Configurações eletrônicas: ns2np1
Em muitos compostos o estado de oxidação é +3;
Com exceção do Tℓ, eles normalmente utilizam os três elétrons para formar três ligações;
Mas qual o caráter dessas ligações?
*
*
Tabela I. Configurações eletrônicas dos elementos do grupo 13 
 Configuração eletrônica da camada de valência: ns2 np1 
 Alguns desses elementos possuem diferentes estados de oxidação
*
*
Tabela II. Estados de oxidação dos elementos do grupo 13 
 
 * os estados de oxidação em negrito são os mais estáveis de cada espécie.
Mas qual o estado de oxidação preferencialmente adotado por cada elemento? Qual o caráter das ligações químicas?
*
*
Três fatores sugerem a covalência:
1. As Regras de Fajans: tamanho reduzido dos íons e elevada carga;
2. A soma das três primeiras E.I é muito elevada;
3. Possuem maiores valores de E.N (grupos I e II), formam compostos sem grande diferença de eletronegatividade entre os elementos.
*
*
 O boro é o menor elemento  elevada energia de ionização  compostos de boro são covalentes;
 Os íons hidratados metálicos hidratados possuem seis moléculas de água ligadas firmemente, com os íons adotando uma geometria octaédrica.
Aℓ3+ + 6H2O [Aℓ(H2O)6]3+(aq)
Hexaaquaalumínio(III)
*
*
 As ligações químicas alumínio-oxigênio são tão fortes que enfraquecem as ligações O – H, liberando íons H3O+ (meio ácido): Hidrólise dos sais de alumínio!
+ H2O  
[Aℓ(H2O)6]3+
+ H3O+
[Aℓ(H2O)5(OH)]2+
*
*
No bloco s da Tabela Periódica Moderna, os elementos do grupo 1 (IA): Monovalentes; elementos do grupo 2 (IIA): Divalentes. E no grupo 13 (IIIA)?
Na maioria dos casos os elementos do grupo 13 (IIIA) assumem o estado de oxidação +3 em seus compostos;
Mas isso nem sempre é verdade. Descendo-se o grupo há uma tendência crescente dos elementos se estabilizarem com o estado de oxidação +1.
ESTADOS DE OXIDAÇÃO
*
*
Os compostos mais pesados (Ga, In e Tℓ) da família formam compostos com estado de oxidação +1;
ESTADOS DE OXIDAÇÃO
“EFEITO DO PAR INERTE”
Existem compostos de Ga(I), In(I) e Tℓ(I). Para o Ga e In o estado de oxidação +1 é menos estável. Já para o Tℓ o estado de oxidação +1 é o mais estável;
Compostos talosos (Tℓ+1) são mais estáveis do que os tálicos (Tℓ+3);
Por que se formam compostos monovalentes?
*
*
s2
p1
Configuração eletrônica do grupo:
A monovalência pode ser explicada se o par de elétrons s permanecerem emparelhados, não participando das ligações: “PAR INERTE”.
Se a energia gasta para desemparelhar os elétrons s for maior que a energia liberada na formação da ligação química, então os elétrons permanecerão inertes.
*
*
Com a energia das ligações MX3 diminuindo de cima para baixo no grupo, será nos compostos de Tℓ onde há maior probabilidade de compostos monovalentes.
Tℓ+
Tℓ3+
Compostos Iônicos
(semelhantes aos do grupo I)
*
*
PONTOS DE FUSÃO E EBULIÇÃO
Os PF e PE não variam regularmente como nos elementos do grupo 1 (IA). Tais elementos do grupo 13 (IIIA) não podem ser comparados entre si rigorosamente, pois possuem estruturas cristalinas inusitadas: diversos alótropos!
Todas as formas alotrópicas variam pela forma como tais icosaedros se ligam entre si.
Tal estrutura cristalina leva a um elevado PF e PE para o boro!
*
*
TAMANHO DOS ÁTOMOS E ÍONS
 Os raios dos átomos não aumentam regularmente de cima para baixo dentro do grupo: diferenças nas estruturas cristalinas;
 Os raios iônicos dos íons M3+ aumentam de cima para baixo dentro do grupo, embora não da maneira regular observada nos grupos 1 e 2, Tabela abaixo:
*
*
Há duas razões para isso:
1- Não há evidências para a existência do íons B3+ em condições normais, logo o raio iônico apresentado é uma estimativa!
2 – As estruturas eletrônicas dos elementos são diferentes. Por ex:
Ga, In e Tℓ: aparecem após uma série de 10 elementos de transição: Possuem portanto 10 elétrons em subníveis d que blindam muito pouco.
A ineficiência na blindagem leva a elétrons externos mais fortemente atraídos pelo núcleo: átomos menores!!!!
*
*
ENERGIAS DE IONIZAÇÃO
 As energias de ionização aumentam da forma esperada: 1ª EI < 2ª EI < 3ª EI;
 A soma dessas três primeiras EI para cada um dos elementos é extremamente elevada: Ex: o boro não apresenta tendências a formar íons  compostos de boro: covalentes !!!
 Os valores das EI não decrescem regularmente ao longo do grupo, tal fato (já abordado) é devido:
 
blindagem ineficiente dos elétrons d
*
*
Não metal, que ocorre na crosta como o bórax (Na2B4O7.10H2O)
BORO
(Tetraborato de sódio decahidratado)
*
*
Não metal, que ocorre na crosta como o bórax (Na2B4O7.10H2O)
Sempre forma ligações covalentes: compostos deficientes em e-0
Compostos com geometria trigonal plana (hibridação sp2)
BORO
Compostos com orbital p vazio  Qual a consequência?
*
*
ALUMÍNIO
Elemento metálico, relativamente mole;
Principal vantagem: baixa densidade (2,73 g/cm3);
Segundo metal mais produzido no mundo;
Várias utilidades:
*
*
ALUMÍNIO
Tal elemento deveria reagir com o oxigênio e com água (passivação);
2Aℓ(s) + 3H2O(ℓ)  Aℓ2O3(s) + 3H2(g)
Reage com soluções de ácidos inorgânicos.
Reage violentamente com o oxigênio.
(bombas incendiárias)
Reage também com soluções básicas : caráter anfótero.
Thermite
*
*
*
*
*
*
Reações químicas:
2 Aℓ(s) + 3HCℓ(aq)  AℓCℓ3(aq) + 3H2(g)
2 Aℓ(s) + 2 NaOH (aq) + 4H2O(l) 2NaAℓ2.2H2O(aq) + 3H2(g)
[Aℓ(OH)4]- = íon tetrahidroxialuminato