Família do Nitrogênio 2014

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18/01/2014 
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Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira 
flaviana.tavares@ufvjm.edu.br 
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri 
Bacharelado em Ciência e Tecnologia 
Diamantina - MG 
Elementos do Bloco “p” 
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Família do Nitrogênio 
Sb 
Características Gerais 
-Configuração eletrônica da camada de valência: 
ns2np3 
-Estado de valência máxima: 5 (situação na qual utilizam todos 
os 5 elétrons para formar ligações); 
 
-A tendência do par de elétrons s de permanecer inerte cresce 
com o aumento da massa atômica. Nesses casos, somente os 
elétrons p são utilizados para formar ligações, logo, valência 
= 3. 
 
 
 
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-Todos são sólidos em condições normais, exceto o nitrogênio. 
 
-A maioria dos compostos formados pelos elementos desse 
grupos são covalentes. 
Características Gerais 
-s2p3: 3 elétrons desemparelhados formam ligações sigma com 3 
outros átomos; 4 pares de elétrons levam a uma estrutura 
tetraédrica com uma posição ocupada por um par isolado. 
 
Caráter Metálico: 
-aumenta de cima para baixo no grupo, assim o N e o P são não-
metais, As e Sb são metalóides e Bi é o metal verdadeiro. 
-o aumento do caráter metálico fica evidente nos seguintes aspectos: 
 -a aparência e estrutura dos elementos; 
 -na tendência de formar íons positivos; 
 -na natureza de seus óxidos. Os óxidos metálicos são básicos, 
enquanto que os óxidos dos elementos não-metálicos são ácidos. 
Logo, óxidos de N e P são ácidos, óxidos de As e Sb são anfóteros e 
óxidos de Bi são básicos. 
 
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Características Gerais 
Reatividade: 
-N: bastante inerte 
 por isso acumulou-se em grandes quantidades na atmosfera 
 
-P branco: se inflama quando exposto ao ar, formando P4O10. 
 Para impedir essa reação ele é armazenado sob água. 
 
-P vermelho: estável ao ar à temperatura ambiente, embora reaja 
quando aquecido. 
 
-As: estável em ar seco, mas perde o brilho quando em ar úmido, 
assumindo inicialmente uma cor bronze e depois preta. 
 
-Sb: menos reativo, sendo estável frente a água e ao ar à T ambiente 
 
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Características Gerais 
Hidretos: 
-Todos esses elementos formam hidretos voláteis de fórmula MH3; 
-Todos são gases tóxicos; 
-Todos tem cheiro desagradável; 
-Descendo no grupo, do NH3 ao BiH3, observa-se: 
 -a preparação de hidretos torna-se cada vez mais difícil; 
 -a estabilidade diminui; 
 -o poder redutor aumenta; 
 -a substituição de átomos de H por outros átomos de Cl ou CH3, 
torna-se cada vez mais difícil. 
 -diminui a capacidade dos mesmos de atuar como doador de 
elétrons, usando o par de elétrons isolado para formar ligações 
coordenadas. 
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7N 
Configuração eletrônica: 1s² 2s² 2p3 
 
-Suas combinações são componentes vitais de alimentos, 
fertilizantes, e explosivos. 
 
-Gás de nitrogênio: é incolor, inodoro e geralmente inerte. 
 
-Como um líquido é também incolor e sem cheiro. 
 
Histórico: 
O nitrogênio foi descoberto em 1722, 
 por Priestley. 
Nitrogênio (N) 
Ocorrência Natural: 
-É encontrado em todos os organismos vivos. 
-O nitrogênio gasoso N2 representa 78,084% da atmosfera 
terrestre em volume e 75,5% em peso. 
-É detectado em estrelas, em espaços interestelares, em 
atmosferas de planetas e outros astros. 
 
Modos de Obtenção: 
-A destilação fracionada do ar liquefeito é o processo básico. 
-É normalmente subproduto da produção de oxigênio para 
fins industriais e medicinais. 
Nitratos 
 
-Todos os nitratos são muito solúveis em água, de modo que 
não são comuns na crosta terrestre, embora sejam encontrados 
depósitos em regiões desérticas. O maior deles é um cinturão 
de cerca de 720 Km de extensão ao longo do litoral norte do 
Chile, onde NaNO3 (salitre do Chile) é encontrado, debaixo 
de uma fina camada de areia ou solo. 
 
-Era a maior fonte de nitrato até a 1ª Guerra Mundial, quando 
foram desenvolvidos processos sintéticos para a produção de 
nitratos a partir do N da atmosfera. 
Azonetos 
 
-Azoneto de sódio (NaN3) pode ser decomposto 
termicamente, sendo usado para inflar air-bags. 
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Como funciona um air bag? 
Ilustrações de air bags. 
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Esquema de funcionamento de um air bag. 
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(1) NaN3(s) → 2Na(s) + 3N2(g) 
(2) 10Na(s) + 2KNO3(s) → K2O(s) + 5Na2O(s) + N2(g) 
(3) K2O(s) + Na2O(s) + SiO2(s) → silicato alcalino 
Inflando um air bag. 
Principais usos: 
 
-Produção de amônia e ácido nítrico; 
-Refino de petróleo; 
-Produção de fertilizantes, plásticos e explosivos; 
-Processamento de metais e alimentos; 
-Formação de atmosfera inerte (devido à sua baixa 
reatividade é usado em tanques de armazenamento de 
líquidos explosivos); 
-Fluido refrigerante; 
-Constituinte de biomoléculas; 
-Nitrogênio líquido, obtido pela 
destilação fracionada do ar liquefeito, 
é usado como fluido refrigerante em 
diversas situações. 
 
 
Nitrogênio líquido 
 Histórico 
 
•Amônia era produzida por meio 
processos com baixo rendimento (10% a 
20%); 
 
•Necessidade de expansão da produção 
devido ao início da primeira guerra 
mundial; 
 
•O químico Fritz Haber (1868-1934) e o 
engenheiro William Carl Bosch (1874-
1940) criaram um processo no qual 
conseguiram sintetizar a amônia a partir 
de seus elementos constituintes. 
Produção da Amônia (NH3) 
 
 
• Com essa criação Fritz Haber (1868-1934) ganhou o prêmio 
Prêmio Nobel de Química, em 1918, por ter desenvolvido um 
método eficaz de síntese da amônia. 
 
• O processo criado por Haber permitiu que a Alemanha 
reduzisse consideravelmente o custo de fabricação de 
explosivos durante a primeira guerra mundial. 
 
• Ele observou que a amônia, por oxidação, produz o acido 
nítrico – essencial para a produção de pólvora. 
 
• Apesar dos serviços prestados à pátria, Haber, por ser judeu, 
foi perseguido pelos nazistas, tendo de fugir da Alemanha, em 
1933, para não ser morto por seus compatriotas. 
 
•Fórmula molecular: NH3 
 
• É preparada em grandes quantidades pelo processo de Haber e 
é encontrada em pequenas quantidades na atmosfera, como 
resultado da decomposição bacteriana de matéria orgânica na 
ausência de ar. 
 
•É um gás tóxico, que se condensa formando um líquido 
incolor a 33ºC. Esse líquido se assemelha à água em suas 
propriedades físicas, inclusive na capacidade de atuar como 
solvente de uma grande série de substâncias. 
 
• Muito solúvel em água (as moléculas de NH3 podem formar 
ligações de hidrogênio com as moléculas de água). 
 
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Processo Haber-Bosch 
•Haber descobriu como combinar diretamente, em laboratório, 
N2 e H2. 
•Bosch desenvolveu os equipamentos necessários para a 
produção industrial de amônia. 
 
 
 
N2(g)+3H2(g) 2NH3(g) 
 
 
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. Por outro lado, a 
redução da temperatura diminui a velocidade da reação. Experiências 
demonstraram que a temperatura ideal é a de 500ºC. 
 
•PRESSÃO: Em virtude do volume de amônia formada ser menor que 
o volume de N mais o do H, 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 atm. 
 
•CATALISADOR: A velocidade da reação deve ser aumentada, pois o 
H e o N isolados reagem muito lentamente. O catalisador acelera a 
velocidade da reação para atingir o equilibrio,sem afeta-lo e a 
temperaturas mais baixas. No início, para a reação Haber-Bosch , 
usava-se o ósmio e urânio como catalisadores. Passou-se então a 
utilizar o ferro, cuja ação catalítica é mais eficiente 
•Fertilizantes; 
(sulfato de amônio, fosfato de amônio, nitrato de amônio e uréia.) 
 
• Reagentes para outros processos; 
(ácido nítrico (utilizado na preparação de explosivos) 
 
•Polímeros; 
(plásticos, nylon, poliamidas, e outras fibras) 
 
•Produtos de limpeza; 
(detergentes e amaciadores de roupa.) 
15P 
-Configuração eletrônica: [Ne] 3s² 3p3 
-Existe em várias formas alotrópicas inclusive 
branco (ou amarelo), vermelho e preto (ou violeta). 
 
Histórico: 
-O fósforo foi isolado pela primeira vez em 1669, 
pelo alquimista alemão Hennig Brand que o 
preparou a partir da destilação da urina. 
 
 
Fósforo (P) 
Ocorrência Natural: 
 
-Minérios de fosfato (fonte habitual para fósforo 
comercialmente produzido). 
-Cerca de 90% das rochas fosfáticas são usadas 
diretamente na fabricação de fertilizantes e o restante é 
usado na fabricação de fósforo e ácido fosfórico. 
-Cerca de 60% dos ossos e dos dentes são constituídos por 
Ca3(PO4) 2 ou [3(Ca3(PO4) 2.CaF2]; 
 
-Um indivíduo de peso médio possui em seu organismo 
cerca de 3,5 kg de fosfato de cálcio. 
-DNA e RNA 
-ATP 
 
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-O P é sólido à temperatura ambiente. 
-O P branco é mole, de aspecto ceroso e bastante reativo, reage 
com o ar úmido desprendendo luz (quimioluminescência). Ele se 
inflama espontâneamente no ar a cerca de 35oC, sendo 
armazenado sob água para impedir esta reação. É extremamente 
tóxico e pode ser encontrado em forma de moléculas P4 
tetraédricas. 
 
-Se o P branco for aquecido a cerca de 250oC ou a uma 
temperatura menor na presença de luz solar, forma-se o P 
vermelho. Trata-se de um sólido polimérico, muito menos reativo 
que o fósforo branco. É estável ao ar e não sofre ignição, a não ser 
mediante aquecimento a 400oC. Não é necessário armazená-lo sob 
água. 
 
-O P preto pode ser obtido. Trata-se de uma forma altamente 
polimerizada de P pode ser obtido aquecendo-se o P branco, a 
pressões elevadas. Essa é a forma alotrópica termodinamicamente 
mais estável. É inerte. 
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Principais usos: 
 
-Uso em pirotecnia e bombas; 
-Fabricação de aços e ligas; 
-Produtos de limpeza; 
-Fertilizantes; 
-Constituinte de biomoléculas. 
 
Reação de fósforo branco com O2. 
-Agricultura: sua importância para essa área provém do 
ácido fosfórico, que pode formar fosfatos - estes que são 
empregados na fabricação de fertilizantes. 
 
-Bioquímica: o fósforo tem relevante papel na formação 
do ATP, além de funcionar como íon tampão. 
 
-Coca-Cola: o ácido fosfórico (H3PO4) é constituinte da 
coca-cola, sendo este um dos responsáveis pelo baixo 
valor do pH dessa bebida. 
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O Palito de fósforo é um artigo, curto, 
fino, feito de madeira e geralmente 
fósforo vermelho (geralmente o 
trissulfuretofosfórico - P4S3) em uma 
das extremidades e que quando entra 
em atrito com outros objetos de 
superfícies ásperas se decompõe e arde 
diante de baixas temperaturas e 
incendeia os demais produtos 
produzindo fogo. 
Foi nos Estados Unidos que Alonzo D. Phillips de Springfield 
obteve, em 1836, uma patente para “fabricar fósforos de fricção”. 
Mas o perigo ainda era grande e só foi resolvido após a descoberta 
do fósforo vermelho, em 1845. Em 1855 foi introduzido o fósforo 
seguro ou fósforo de segurança. Além de ser fabricado com 
fósforo vermelho, para uma maior segurança, seus ingredientes 
inflamáveis foram colocados em 2 locais distintos: na cabeça do 
palito e do lado de fora da caixa, junto com o material abrasivo. 
 
33As 
-Configuração eletrônica: [Ar] 3d104s2 4p3 
 
-O elemento é um aço cinzento, muito frágil, cristalino, 
semi-metálico (metalóide) sólido. 
 
-Quando aquecido, oxida a óxido de arsênio que tem um 
odor semelhante a alho. 
 
-Arsênio e suas combinações são tóxicas. 
 
Histórico: 
-Foi isolado no século XIII, por 
 Roger Bacon. 
 
Arsênio (As) 
Realgar (As4S4) Arsenopirita - FeAsS 
Orpimento – As2S3 
Ocorrência Natural: 
 
-É encontrado na natureza em vários minerais 
inclusive realgar (As4S4), orpimento (As2S3), 
arsenolite (As2O3), os 2 últimos são encontrados em 
áreas vulcânicas. 
 
 
Modos de Obtenção: 
 
-Pode ser obtido industrialmente pelo aquecimento de 
arsenetos como NiAs, NiAs2, FeAs ou arsenopiritas (FeAsS), 
a cerca de 700oC, na ausência de ar, então As sublima, 
deixando o sulfeto ferroso. 
 
4FeAsS As4(g) + 4 FeS 
 
Principais usos: 
-Dopante em componentes de circuitos; 
-LED 
-Uso em produtos tóxicos. 
As metálico: ligas de chumbo para torná-lo mais duro 
-Medicina: combate a parasitas 
-Evitar o apodrecimento da madeira 
 
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 51Sb 
-Configuração eletrônica: [Kr] 4d10 5s2 5p3 
-É um pobre condutor de calor e eletricidade. 
-Tem aspecto prata e algumas propriedades físicas 
similares às dos metais. 
 
Histórico: 
Antimônio (Sb) 
-Compostos de antimônio eram conhecidos desde 3000 
a.C. por chineses e babilônios, sendo descoberto em 
1450 por Johann Thölde. 
Ocorrência Natural: 
 
-É pouco abundante (0,2 a 0,5 ppm estimados 
na crosta terrestre), mas ocorre em cerca de 100 espécies 
minerais. 
 
Modo de Obtenção: 
-Pode ser isolado pela redução do seu sulfeto com ferro, de 
acordo com a reação: 
Sb2S3 + 3Fe → 2Sb + 3FeS 
 
Principais usos: 
-Uso em semicondutores; 
-Retardante de chama; 
-Ligas de Sn e Pb; 
-Usado como camada protetora por eletrodeposição (para 
impedir a ferrugem). 
 
Algumas reações... 
 
Reação com água (sob aquecimento): 
 2Sb + 3H2O → Sb2O3 + 3H2 
 
Reação com oxigênio (sob aquecimento): 
 4Sb + 3O2 → 2Sb2O3 
 
Reação com halogênios: 
 2Sb + 3X2 → 2SbX3 
 
 
Compostos: 
 
Antimonetos: São os compostos binários 
 formados pelo Sb. 
Estibina (SbH3): Hidreto do Antimônio. 
 
Haletos de Antimônio: utilizados em síntese. Ex: 
SbCl3. 
 
Organometálicos: os compostos altamente tóxicos. 
Ex: C5H5Sb. 
 
 
Ullmannita - Sb2S3 Antimonita - NiSbS Valentinite - Sb2O3 
 83Bi 
-Configuração eletrônica: [Xe] 4f145d106s26p3 
 
-Está disponível em várias formas (pó, pedaços, tira). 
 
-Sua condutividade térmica é mais baixa que qualquer metal 
(exceto o mercúrio). 
 
-Tem uma resistência elétrica alta. 
 
Histórico: 
Foi descoberto em 1753, por Claude 
 Geoffroy the Younger. 
 
 
 
 
 
Bismuto (Bi) 
Ocorrência Natural: 
 
-É encontrado em grande parte como bismite (Bi2O3), 
bismuthinite (Bi2S3) e bismutite [(BiO)2CO3]. 
 
Modos de Obtenção: 
 
-Geralmente é obtido a partir das poeiras de exaustão 
provenientes da calcinação de PbS, ZnS e CuS e pode 
ser reduzido a metal com carbono. 
 
 
 
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Principais usos: 
 
-Ligas de baixo ponto de fusão (com estanho e cádmio) 
para fusíveis e detectores de chama. 
-Catalisador para produção de fibras de acrílico. 
-Pigmentos de tintas para pinturas artísticas. 
-Produção de aços maleáveis. 
 
Compostos: 
-Haletos de Bismuto: Utilizados em síntese. Ex: BiCl3. 
-Organometálicos: Os compostos altamente tóxicos. 
Ex: C5H5Bi. 
 
 
Referências Bibliográficas 
-SHRIVER, D.F.; ATKINS, P.W. Química Inorgânica. 
4ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2011. 
 
-LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5.ed. 
São Paulo: Edgard Blucher, 1999. 
 
-ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípiosde Química. 3ª 
ed. Porto Alegre: Bookman, 2007. 
 
-ALVES, P.A. Guia dos elementos químicos. 
Publicação Quilab Produtos de Química Fina. 2008. 
 
http://www.mmm.org.br/index.php?p=8&c=728&pa=pf&pf=511 
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