OS METAIS

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Outubro 2009
Prof. Dr. Ary Maia
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Universidade Federal da Paraíba
Centro de Ciências Exatas e da Natureza
Departamento de Química
Prof. Dr. Ary da Silva Maia
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INTRODUÇÃO
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São os mais numeroso entre os elementos
Todos os elementos dos blocos s, d e f da tabela periódica são metais
Alguns elementos do bloco p também são metais: Alumínio, Gálio, Tálio, Estanho, Chumbo e Bismuto
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Distribuição dos elementos metálicos (em azul) na tabela periódica
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PROPRIEDADES GERAIS DOS METAIS
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Bons condutores de calor
Bons condutores de eletricidade
Sólidos, exceto o mercúrio (líquido).
Brilho
Dúcteis (fios).
Maleáveis (lâminas).
Formam cátions (+).
Resistência mecânica alta
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A entalpia (energia) de Vaporização dos metais são bastante diferentes.
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Considerações Importantes!!!
A baixa entalpia de vaporização do sódio e do mercúrio possibilita aplicá-los em lâmpadas de iluminação pública (vapores) e fluorescentes.
O tungstênio, com o valor mais alto é usado como filamento em lâmpadas incandescentes, já que ele volatiliza muito lentamente.
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PROPRIEDADES QUÍMICAS
A maioria dos metais reage com o oxigênio (O2). Entretanto, a espontaneidade e a velocidade dessa reação varia muito.
Ex: - O Césio inflama-se em contato com o ar.
 
 - O Alumínio e o Ferro sobrevivem ao ar e por isso são empregados comercialmente.
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OS METAIS DO BLOCO S:
METAIS ALCALINOS (GRUPO 1)
METAIS ALCALINOS TERROSOS (GRUPO 2)
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METAIS ALCALINOS (1A)
Os Alcalinos são os elementos do Grupo 1 (1A) da Tabela Periódica. Formada pelos seguintes metais: lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs) e frâncio (Fr).
Têm este nome porque reagem muito facilmente com a água e, quando isso ocorre, formam hidróxidos, liberando hidrogênio. 
2 Li(s) + 2 H2O(l) → 2 LiOH(aq) + H2(g) 
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METAIS ALCALINOS TERROSOS (2A)
Os alcalino-terrosos são os elementos químicos do grupo 2 (2 A) da tabela periódica, e são os seguintes: berílio (Be), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e radio (Ra). 
O nome alcalino-terroso provém do nome que recebiam seus óxidos: terras. Possuem propriedades básicas (alcalinas).
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A abundância é muito variada na crosta terrestre: desde o Cálcio (5º metal mais abundante), seguido pelo Sódio, Magnésio até aos metais mais raros como Césio e Berílio.
Abundância na crosta: as quantidades citadas estão na base 10.
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Possuem Energia de Ionização Baixa
Esses metais reagem rapidamente com a água para liberar hidrogênio (H2).
Os números de oxidação coincidem com o seu número de grupo:
Metais Alcalinos (Grupo 1): + 1
Metais Alcalinos Terrosos (Grupo 2): + 2
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OBTENÇÃO
Sódio, Potássio, Magnésio e Cálcio são abundantes na crosta terrestre, mas a obtenção dos metais requer muita energia e consequentemente é cara!!!
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ELETRÓLISE
Eletrólise ígnea do NaCl
Fonte de corrente direta
Fonte de corrente direta
cátodo
cátodo
ânodo
ânodo
e-
e-
e-
e-
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Os metais alcalinos e alcalinos terrosos são dissolvidos até pela água.
M(s) + H2O(l) → M+(aq) + OH−(aq) + H2(g)
M(s) + 2 H2O(l) → M+2(aq) + 2OH−(aq) + H2(g)
Estas reações são tão rápidas e exotérmicas que faz com que o hidrogênio se inflame
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Diagramas de Latimer
Grupo 1 – Meio Ácido
Grupo 2 – Meio Ácido
Grupo 2 – Meio Básico
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OS METAIS DO BLOCO d
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METAIS DE TRANSIÇÃO
São conhecidos como elementos de transição porque suas propriedades são geralmente intermediárias entre os elementos metálicos dos blocos s e os elementos não metálicos dos blocos p. 
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A maioria dos metais do bloco d é muito mais rígida do que os metais do bloco s
Apresentam a velocidade de oxidação moderada
 Tais fatos justificam o uso do ferro, cobre e titânio na construção de edifícios e veículos
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ESTADOS DE OXIDAÇÃO ELEVADOS
Os Metais do bloco d apresentam ampla faixa de estados de oxidação o que induz a uma química rica e interessante.
O estado 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
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Número de Oxidação dos Metais de Transição
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OS METAIS DO BLOCO d
Estados de Oxidação ao longo das séries:
Configuração eletrônica padrão:
ns2 (n-1)dx sendo x o no do grupo – 2 unidades
Serão avaliados:
Os estados de oxidação mais elevados
Os estados de oxidação intermediários
Como base de avaliação será empregado o Diagrama de Frost para os metais da série 3d.
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OS METAIS DO BLOCO d
Diagrama de Frost para os elementos da série 3d.
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OS METAIS DO BLOCO d
Estados de Oxidação Elevados:
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.
Este limite está relacionado com o aumento da Energia de Ionização e portanto com o caráter nobre da esquerda para a direita, ao longo de cada série do bloco d.
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OS METAIS DO BLOCO d
A formação de compostos binários dos elementos da série 3d com halogênios e oxigênio evidencia a tendência de estabilidade dos estados de oxidação do grupo:
Grupos 3 e 4: alcançam o estado de oxidação do grupo com cloro (ScCl3 e TiCl4).Grupo 5 e 6: só alcançam o estado de oxidação do grupo com o fluor (VF5 e CrF6).
A partir do Grupo 7: só o oxigênio é capaz de alcançar o estado de oxidação do grupo.
Motivo: IMPEDIMENTO ESTÉRICO EM FUNÇÃO DA QUANTIDADE DE ÁNIONS DE HALOGÊNIO NECESSÁRIOS.
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OS METAIS DO BLOCO d
A pouca estabilidade dos estados de oxidação máximo atingido nos grupos 6,7 e 8 é evidenciada pelo alto caráter oxidante apresentado por estes estados (CrO42-, MnO41-, FeO42-).
Observar que o caráter oxidante é crescente na ordem:
CrO42- < MnO41- < FeO42-
Outra evidência da dificuldade de se oxidar elementos a direita do Cr ao estado de oxidação do grupo é o fato da oxidação ao ar do MnO2, em hidróxido de potássio fundido, não levar o metal ao estado de oxidação do grupo, mas sim a um composto verde escuro (K2MnO4) = Mn(VI)
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OS METAIS DO BLOCO d
Estados de oxidação intermediário na série 3d:
Estado de Oxidação +1:
A maioria sofre desproporcionamento em M e M2+.
Ligações no metal sólido são muito fortes,
Para os metais 3d o estado de oxidação +2 é mais estável, considerando-se solução aquosa e combinação com ligantes duros.
Exceções são os compostos organometálicos e as carbonilas metálicas como Ni(CO)4 e Mo(CO)6.
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OS METAIS DO BLOCO d
Estado de Oxidação +2:
Os aquaíons dipositivos ( M2+(aq)), mais especificamente os complexos octaédricos [M(H2O)6]2+ , tem importante papel na química dos metais da série 3d.
Muitos destes íons são coloridos, como resultado das transições d-d na região visível do espectro.
Cr2+(aq) é azul, Fe2+(aq) é verde, Co2+(aq) é rosa, Ni2+(aq) é verde e Cu2+(aq) é azul.
É um estado de oxidação cada vez mais comum da esquerda para a direita da série 3d.
Sc2+ - desconhecido, Ti2+ - técnica especial de preparação, V2+ e Cr2+ - termodinamicamente instáveis em relação à oxidação pelo H+.
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OS METAIS DO BLOCO d
Apesar da instabilidade, a lentidão na evolução de H2 torna possível trabalhar com soluções aquosas destes íons, na ausência de ar, sendo assim agentes redutores úteis.
Após o Cr, o íon M2+ é estável em relação à reação com água e somente o Fe2+ é oxidado pelo ar.
A água pode atuar como um agente oxidante, tornando instáveis algumas soluções de íons M2+. 
Isto faz com que sejam conhecidos mais sais destes íons em estado sólido do que em solução aquosa.
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OS METAIS DO BLOCO d
Estado de Oxidação +3:
Este estado de oxidação é mais comum para os elementos a esquerda da série, sendo por exemplo, o único estado de oxidação conhecido para o escândio.
Titânio, vanádio e cromo apresentam grande variedade de compostos no estado de oxidação +3.
O aumento da energia de ionização é responsável pela diminuição da estabilidade das espécies M(III) ao longo do período.
O Mn2+ apresenta a subcamada d semicheia o que implica em maior estabilidade desta espécie. Já o Mn3+ apresenta relativamente poucos compostos conhecidos.
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OS METAIS DO BLOCO d
São conhecidos compostos de Fe(III), mas, geralmente, os mesmos são oxidantes.
O Co3+ é um poderoso oxidante em meio ácido, promovendo liberação de O2.
Consegue-se estabilização deste íons na forma de oxocomplexos em meio básico, ou quando complexados por outros ligantes bons doadores.
Os aquapions Ni3+ e Cu3+ nunca foram preparados.
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OS METAIS DO BLOCO d
Estados de oxidação intermediário nas séries 4d e 5d :
Diferentemente dos metais da série 3d, os metais das séries 4d e 5d raramente formam íons M2+ (aq) simples.
Poucos exemplos foram caracterizados:
[Ru(H2O)6]2+ , [Pd(H2O)4]2+ , [Pt(H2O)4]2+ 
São formados muitos complexos entre o íon M(II) e outros ligantes que não a água, entre eles estão:
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OS METAIS DO BLOCO d
Complexos octaédricos d6 muito estáveis, como:
 [Ru(H2O)(NH3)5]2+
Complexos d6 quadrado piramidais muito raros, como:
 [Ru(Cl)2(PPh3)3]
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OS METAIS DO BLOCO d
Paládio (II) e platina (II) formam muitos complexos d8 , quadrado planares, como por exemplo [PtCl4]2-.
[PdCl4]2-
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OS METAIS DO BLOCO d
Estados de Oxidação descendo nos grupos:
Nos grupos 4 a 10 o estado de oxidação mais elevado torna-se mais estável descendo no grupo, com a maior mudança de estabilidade ocorrendo entre as duas primeiras séries.
A facilidade de oxidação do metal não se correlaciona com o maior estado de oxidação disponível.
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APLICAÇÕES DO FERRO
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É o metal de transição mais abundante da crosta terrestre.
O ferro é encontrado em numerosos minerais, destacando-se a:
Hematita (Fe2O3)
Magnetita (Fe3O4)
Limonita (FeO(OH)) 
Siderita (FeCO3)
Pirita (FeS2) 
Ilmenita (FeTiO3)
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A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é efetuada em fornos denominados alto forno ou forno alto. 
Nele são adicionados os minerais de ferro, em presença de coque (C), e carbonato de cálcio (CaCO3) que atua como escorificante.
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O Ferro obtido no processo é chamado de ferro gusa (até 4% de C).
O ferro gusa é duro e quebradiço, com baixa resistência mecânica, devido ao excesso de carbono.
O aço comum é uma liga de ferro carbono (Fe-C) contendo geralmente de 0,008 a 2% de carbono
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CARÁTER NOBRE
Os metais localizados à direita do bloco d são resistentes à oxidação. Essa resistência é mais evidente para a prata, ouro e os metais 4d, 5d e do grupo 8 a 10.
Grupo 8 a 10: metais do grupo da platina (ocorrem em minérios contendo platina)
Cobre, prata e ouro: metais de cunhagem
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Para dissolver o ouro é necessário uma mistura de 3:1 de ácido clorídrico e ácido nítrico (água régia).
Au + 4 H+ + NO3- + 4 Cl- → [AuCl4]- + NO + 2 H2O
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OS METAIS DO BLOCO p 
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Os metais mais pesados do bloco p favorecem os estados de oxidação baixos
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Entre os elementos do bloco p, o silício (Si) e o alumínio (Al) são os mais abundantes e o tálio (Tl) e bismuto (Bi) são os menos abundantes.
Os metais do grupo 13 (alumínio) apresentam estado deoxidação + 3
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OS METAIS DO BLOCO f 
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LANTANÍDEOS
São metais altamente eletropositivos. 
São conhecidos como terras raras
Marcam o aparecimento dos subníveis f nas configurações eletrônicas (4f)
Do La ao Yb favorecem o estado de oxidação +3
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APLICAÇÕES DOS LANTANÍDEOS
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LANTÂNIO (La)
 (Pedras para isqueiros)
CÉRIO (Ce)
Camisas incandescentes 
usadas em lampiões
PRASEODÍMIO (Pr)
Lentes para óculos de proteção
 para soldadores
NEODÍMIO (Nd) 
Corante para esmalte 
PROMÉCIO (Pm)
Possível fonte de calor para fornecer força auxiliar à satélites e sondas espaciais
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SAMÁRIO (Sm) 
Fabricação de fones de ouvidos
EURÓPIO(Eu)
Equipamentos de projeção
GADOLÍNIO (Gd)
Memória para computadores 
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TÉRBIO (Tb)
É usado como ativador para a cor verde 
em tubos de imagens de televisores em cores
DISPRÓSIO(Dy)
Fabricação de CD´s
HÓLMIO (Ho)
 Laser para oftalmologia 
ÉRBIO (Er)
Fabricação de filtros fotográficos
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TÚLIO (Tm)
Na fabricação de ferritas
ITÉRBIO(Yb)
Aplicação em lasers
LUTÉCIO (Lu) 
 Catalisador em reações 
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ACTINÍDEOS
Envolvem o preenchimento da subcamada 5f
Os primeiros membros da série ocorrem em uma rica variedade de estados de oxidação.
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APLICAÇÕES DOS ACTINÍDEOS
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ACTÍNIO(Ac)
Usado em geradores termoelétricos
TÓRIO(Th)
Aumenta a refração de vidros para
 lentes de câmeras e de binóculos
PROTACTÍNIO(Pa)
Elemento radioativo artificial (não há registro do uso do elemento)
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URÂNIO(U)
Indústria de aeronaves - urânio metálico
Combustível nuclear para reatores de potência 
na produção de energia elétrica; 
NETÚNIO(Np)
Elemento radioativo
PLUTÔNIO(Pu)
Usado nas missões lunar Apollo, como potência, e 
em equipamentos para uso na superfície lunar.
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AMERÍCIO(Am)
Fonte de ionização para detector de fumaça
CÚRIO(Cm)
Elemento radioativo 
(fonte portátil para radiografia gama)
BERQUÉLIO(Bk)
 Elemento radioativo artificial (não há registro de uso)
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CALIFÓRNIO(Cf)
Elemento radioativo artificial 
(usado como fonte portátil de nêutrons)
EINSTÊNIO(Es)
Elemento radioativo artificial 
(não há registros de seu uso)
FÉRMIO(Fm)
Elemento radioativo (não foi totalmente investigado)
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MENDELÉVIO(Md)
Elemento radioativo artificial 
(não há utilização comercial)
NOBÉLIO(No)
 Elemento radioativo artificial 
(não tem uso comercial devido sua raridade) 
LAURÊNCIO(Lr)
Elemento radioativo artificial (não há registros de uso)
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