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Grupo 1 Propriedades: definidas Por que? Metais reativos: Oxidam-se facilmente. 4 É um sólido branco, cristalino, com ponto de fusão igual a 318°C e que tem a propriedade de absorver água do ar (higroscópico), tornando-se um líquido incolor quando exposto ao ambiente por um tempo. Hidróxido de Sódio O hidróxido de sódio não existe na natureza É produzido industrialmente por meio de reações de eletrólise de soluções aquosas de cloreto de sódio (NaCl – salmoura), conforme pode ser visto abaixo: 2 NaCl + 2 H2O →2 NaOH + H2↑ + Cl2↑ Ele é largamente aplicado na indústria, purificação de derivados de petróleo e de óleos vegetais, fabricação de produtos de uso doméstico (como desentupidores de pias e ralos e na remoção de sujeiras pesadas) preparação de produtos orgânicos (como papel, celofane, seda artificial, celulose, corantes e, principalmente, sabão). O carbonato de sódio é usado em fotografia, em limpezas, no controle do pH da água, no tratamento têxtil, como aditivo alimentar, na fabricação de vidros, sabão, tintas, papel, corantes e no tratamento da água de piscinas. método de Ernest Solvay 9 Grupo 2 Propriedades: definidas Por que? Metais reativos: Oxidam-se facilmente. • Grupo 13: 12 13 • Metais, Metalóides e Ametais: – O maior exemplo da variação das propriedades químicas do Bloco p está nas propriedades dos elementos. 14 O BLOCO p- grupo 14 • Os elementos: – Estado de oxidação padrão (+4), – Pb é o (+2), em função do efeito do Par Inerte. – C e Si são oxofílicos e fluorofílicos – (O2- e F- - duros) • Carbonatos e silicatos. – Pb interage melhor com ânions macios (I- e S2-) 15 • Ocorrência e Obtenção: – CARBONO: • Alótropos impuros: – Coque (pirólise do carvão); – Negro de Fumo (combustão incompleta de HCs). • Alótropo mais recente: C60 (Buckminsterfullereno). • Outros compostos: – CO2 (atmosfera e dissolvido nas águas) – CO3 2- (carbonatos insolúveis de cálcio e magnésio). 17 CARBONO: Alótropos minerados: Grafite (puras) CARBONO: Alótropos minerados: Diamante Ocorrência e preparação do silício • À medida que a espiral derrete o Si, quaisquer impurezas se dissolvem e descem pela espiral de aquecimento. • No fundo do cristal, a porção de Si contendo todas as impurezas é arrancada e descartada. • O cristal restante é ultrapuro. Compostos de Silício Silicatos (SiO4) 4- Constituem a mais importante classe mineral, representando cerca de 25% dos minerais conhecidos e quase 40% dos minerais comuns. Esses minerais constituem aproximadamente 95% do volume da crosta terrestre, sendo: · 59,5% representados por feldspato; · 16,8% por anfibólios e piroxênios; · 12% por quartzo; · 3,8% pelas micas – argilas; e · Os outros minerais (silicatos e não silicatos) ± 7,9%. Os silicatos são essenciais à produção de cerâmicas, refratários, fibra de vidro e vários outros produtos usados na fabricação de utensílios. Além disso, são fonte de obtenção de alguns metais, tais como alumínio, níquel, berílio, zircônio, etc. Os usos dos silicatos visando melhoria das condições de vida são enormes e crescem dia a dia com o desenvolvimento de novos materiais. A classificação usual dos silicatos é de acordo com o arranjo dos grupos tetraédricos do SiO4. O vidro é um material bastante interessante, porque as substâncias que o compõem, embora não pareça, são areia (sílica), calcário, dolomita, barrilha, feldspato, sulfato de sódio e caco de vidro. Também é possível dizer que o vidro é um material cerâmico transparente, em geral, originado do resfriamento de uma massa líquida à base de sílica. Silicones • Os silicones consistem em cadeias de ligações O-Si-O com Si-R (R = grupo orgânico tal como CH3), preenchendo a valência de Si. A mistura de (SiO2) e carbono(C) dá origem ao polímero silicone, este pode variar de líquido viscoso a sólido, semelhante à borracha. Essa variação na forma física depende do tamanho da molécula - Silicone oleoso: formado por moléculas menores. Aplicação: como graxa lubrificante, cera de polimento, etc., na forma líquida é usado para polir para-choques e painéis plásticos de automóveis. - Silicone pastoso: composto por moléculas intermediárias. Aplicação: fabricação de adesivos, selantes, colas de silicone... - Borracha de silicone: também conhecida como elastômero, corresponde às cadeias maiores do polímero. Aplicação: por ser muito resistente, é aplicada para a fabricação de equipamentos industriais e peças de automóveis. 31 O GRUPO 15 (Grupo do Nitrogênio): PROCESSO HABER - Condições de equilíbrio • TEMPERATURA: A formação do amoníaco é um processo exotérmico, ou seja, ocorre com desprendimento de calor. Portanto, baixas temperaturas favorem a produção do NH3 , e o incremento da temperatura tende a deslocar o equilíbrio da reação no sentido inverso. • Por outro lado, a redução da temperatura diminui a velocidade da reação, portanto, uma temperatura intermediária é a ideal para favorecer o processo. Experiências demonstraram que a temperatura ideal é a de 450ºC. PROCESSO HABER - Condições de equilíbrio • PRESSÃO: Em virtude do volume de amônia formada ser menor que o volume de nitrogênio mais o do hidrogênio, o aumento de pressão – de acordo com o “Princípio de Le Chatelier”, leva a uma maior porcentagem de amoníaco no equilíbrio. A pressão é mantida em torno de 200 atmosferas. Os diagramas a seguir mostram as relações entre temperatura, pressão e a conversão da amônia. O GRUPO 15 (Grupo do Nitrogênio): 34 • O Amoníaco, gás amoníaco ou amônia é um composto químico cuja molécula é constituida por um átomo de nitrogênio ( N ) e três átomos de hidrogênio ( H ) de fórmula molecular NH3 , cuja fórmula estrutural é: • Em solução aquosa, comporta-se como uma base, transformando-se num íon amônio, NH4 +, com um átomo de hidrogênio em cada vértice do tetraédro: • Conhecido há muito séculos, passou a ser usada como refrigerante em 1860. • O amoníaco foi substituído pelos cloro-fluorcarbonetos (CFCs) nos anos trinta, pois o seu destino era outro: servia para o combate, na fabricação de armas e explosivos. Mais recentemente voltou a ganhar “o papel principal” nos processos de arrefecimento, pois os CFCs causam um enorme dano à camada de ozônio. Como fluido usado na refrigeração, o amoníaco apresenta numerosas características e vantagens, sendo as mais importantes as seguintes: • Possui boas propriedades termodinâmicas, de transferência, de calor e de massa, em particular dentro das condições definidas pelos serviços e o rendimento das máquinas utilizando amoníaco é dos melhores. • É quimicamente neutro para os elementos dos circuitos frigoríficos, com exceção do cobre. • O amoníaco não se mistura com o óleo lubrificante. • Atualmente, o maior consumo de amônia é na produção de fertilizantes, sejam os compostos de amônio (nitrato de amônio, sulfato de amônio, cloreto de amônio, sulfonitrato de amônio, fosfato de amônio), ou os nitratos, obtidos através do ácido nítrico, que é produzido a partir da amônia (nitrato de amônio, nitrato de cálcio, nitrato de sódio). • O ácido nítrico (derivado da amônia) também é empregado para a produção da maioria dos explosivos (compostos nitrados) de uso militar (nitrocelulose, nitroglicerina, trinitrotolueno, nitroguanidina, nitropentaeritritol). síntese de Wöhler, que se trata somente do aquecimento do cianato de amônio, que é encontrado no reino mineral. A partir daí, os cientistas passaram a produzir outros compostos orgânicos em laboratório. Hoje ela é produzida industrialmente a partir do CO2 e do NH3: Usos e aplicações daureia: • produção de chuva artificial; • umectante; • hidratante em cremes e pomadas cosméticas; • produção de fertilizantes agrícolas; • na alimentação do gado; • como estabilizador de explosivos; e, • na produção de resinas e medicamentos (sedativos, hipnóticos, etc.). Ácido Nítrico O ácido nítrico é muito utilizado pela indústria química, principalmente em processos de: • nitrificação de composto orgânicos, • na fabricação de explosivos, • Fertilizantes agrícolas, • vernizes, • celuloses, • salitre (nitrato de potássio), • pólvora negra, • trinitrotolueno (TNT) • nitroglicerina (dinamite), • seda artificial, • ácido benzoico, • fibras sintéticas, • galvanoplastia, • nylon. Pode causar efeitos nocivos à saúde, se inalado, pode conduzir à pneumonia e edema pulmonar, se ingerido, pode ocasionar queimaduras na boca, garganta, esôfago e estômago, em contato com a pele e olhos causa queimaduras severas. Em caso de acidentes com ácido nítrico é fundamental buscar orientação médica. Na indústria metalúrgica, o ácido nítrico é utilizado para a refinação de metais preciosos, como o ouro e a prata. Na indústria de impressão é usado como agente de gravação em fotogravura e litografia. É utilizado pelos fotógrafos que utilizam filmes de nitrocelulose e pela indústria farmacêutica, na composição e na destruição de medicamentos. O fósforo é um elemento essencial para as plantas e os animais. Os seres humanos e muitas outras criaturas precisam dele para os dentes e os ossos. Os alimentos mais ricos em fósforo são os produtos proteicos, os legumes, os cereais integrais, as amêndoas, as nozes e os amendoins. Todos os organismos vivos dependem do fósforo para formar células e armazenar e utilizar energia. O fósforo vermelho é empregado na preparação da superfície usada para acender a cabeça dos chamados palitos de fósforo. Os militares enchem projéteis e granadas com o fósforo branco. O fósforo branco também é empregado na fabricação de produtos químicos utilizados, por exemplo, em cremes dentais, detergentes e fertilizantes. O GRUPO 16 (Calcogênios) 47 O GRUPO 16 (Calcogênios) Enxofre: 48 Ácido Sulfúrico: 1ª) Obtenção do dióxido de enxofre (SO2(g)): Geralmente se utiliza a pirita ou marcassita (FeS2), que é um mineral. Ela é pulverizada, peneirada, misturada com água e colocada em um forno de ustulação, que queima seus sulfetos pela passagem contínua de ar quente, segundo a reação: 4 FeS2(s) + 11 O2(g) → 2 Fe2O3(s) + 8 SO2(g) 2ª) Obtenção do trióxido de enxofre (SO3(g)): O dióxido de enxofre obtido na etapa anterior passa por um processo de método de contato, em que é usado um catalisador sólido finamente pulverizado (geralmente a platina ou o pentóxido de divanádio), o que resulta na obtenção do trióxido de enxofre. O uso do catalisador para acelerar a reação é necessário porque, na temperatura de 450 ºC, o SO2 é convertido em SO3 de forma bem lenta. Se a temperatura for aumentada, ele decompõe-se e não forma o SO3. 2 SO2(g) + 1 O2(g) → 2 SO3(g) + 22,6 kcal/mol 3ª) Produção de ácido sulfúrico pela reação entre o trióxido de enxofre e água: 1 SO3(g) + 1 H2O(l) → 1 H2SO4(aq) + 34,3 kcal Assim, é possível produzir ácido sulfúrico com concentração acima de 80%. Ao usar o ácido sulfúrico em laboratório, é necessário ter um imenso cuidado, nunca despejando a água sobre o ácido, mas sim o processo inverso. Isso porque a dissolução em água é altamente exotérmica, ou seja, libera muito calor. Infelizmente, o ácido sulfúrico é o principal “vilão” da chuva ácida, que destrói monumentos históricos e construções, além de degradar o meio ambiente. Isso acontece porque os combustíveis fósseis, como o carvão e os derivados do petróleo, possuem enxofre como impureza em suas composições. Dessa forma, quando queimados para gerar energia, eles liberam óxidos de enxofre para a atmosfera, como o dióxido de enxofre (SO2(g)). Esse óxido reage com a água da chuva e forma o ácido sulfúrico, que, conforme já mencionamos, é um ácido forte e, por isso, causa vários estragos. SO2(g)+ ½ O2(g) → SO3(g) SO3(g) + H2O(l)→ H2SO4(aq) (Ácido sulfúrico) Da aplicação de enxofre, pelo menos de 55% do consumo mundial ocorre na indústria de fertilizantes; nos EUA, 60% e no Brasil, 65%. Em sua utilização na forma de ácido sulfúrico, o mundo responde por de 85% ou mais; nos EUA, 90%; e no Brasil, 78%. A grande parte do ácido sulfúrico é empregada na produção de fertilizantes (na solubilização de concentrados fosfáticos e na produção de sulfato de amônia, entre outros): no mundo, 65%; nos EUA, 67%; e no Brasil, 84%. Apesar desse percentual altamente significativo, o enxofre possui ainda uma variada e extensa gama de outras aplicações: (I) ácidos industriais (não utilizados em fertilizantes); (II) pigmentos e clarificantes; (III) explosivos; (IV) produtos de petróleo; (v) fabricação de polpa de madeira; (VI) inseticidas, (VII) fungicidas; (VIII) vulcanização da borracha. Halogênios Ácido Clorídrico: A formação de ácido clorídrico é bem reativa e deve ser feita com muito cuidado. Produção: No meio industrial essa obtenção pode ser feita de duas maneias: aquecimento a altas temperaturas do gás hidrogênio com o gás cloro, formando o HCl em sua forma pura que é gasosa. Esse gás se dissolve muito bem em água permitindo a confecção da solução de HCl. Ou então com a mistura de ácido sulfúrico (H2SO4) com cloreto de sódio (NaCl) formando o dito ácido e sulfato de sódio (Na2SO4). Em indústrias e laboratórios, o ácido clorídrico encontra uma gama de utilidades enorme podendo ser utilizado para: •Limpeza de equipamentos, chamada também de decapagem, que é a remoção das camadas de metal oxidado; •Utilizado como catalisador em reações orgânicas que precisam ser realizadas em pH baixo; •Produção de cloretos metálicos; •Acidificação de poços de petróleo; •Regeneração de resina de troca iônica, ele retira os íons trocados retidos na resina, deixando-a pronta para nova utilização; Bromo: Pode-se extrair o bromo da água do mar através da redução dos íons de bromo com cloro gasoso: 2Br- + Cl2 → Br2 + 2Cl - O Bromo, assim como os outros halogênios, possui sete elétrons na ultima camada e, para adquirir estabilidade, necessitam ganhar um elétron. O Bromo, assim como o mercúrio, é líquido em temperatura ambiente. Além disso, é volátil, denso e instável, podendo evaporar facilmente em temperaturas comuns, formando um vapor avermelhado. Também possui uma alta capacidade de oxidação, além da capacidade de dissolução em compostos orgânicos apolares, como o álcool. Iodo: O iodo é um sólido cinza-escuro, com um brilho semimetálico. Apresenta uma alta pressão de sublimação à temperatura ambiente; o odor de seu vapor pode ser facilmente percebido. O I2 tem um Ponto de Fusão normal de 114ºC e o Ponto de Ebulição normal de 183ºC. Seu vapor é de coloração violeta-escuro, cor que é reforçada nas suas soluções em solventes não polares como CCl4 e CS2. Em solventes polares, como a água e o etanal, a cor das soluções é castanha, acreditando que isso ocorra devido à formação de complexos de transferências de carga, nos quais alguma carga eletrônica é transferida das moléculas de solvente para a molécula do.. Flúor: Por que este ametal não pode ser guardado em recipientes de vidro, você sabe por quê? O vidro contém o elemento silício, que é altamente reativo com flúor, logo, você pode conferir porque os dentistas usam recipientes de plástico na aplicação. É utilizado na fabricação de polímeros como o conhecido Teflon, que possui grande resistência química e baixo coeficiente de atrito, é por isso que as panelas feitas deste material são antiaderentes. - O ácido fluorídrico (HF) é uma solução aquosa utilizada para gravações em vidros e para retirarareia de aços especiais, nos dois casos, o silício está presente. - O hexafluoreto de urânio (UF6) é um gás a temperatura ambiente usado para isolar isótopos de urânio.
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