Grupos 13 da tabela periódica

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

curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
01/45
Elementos dos Grupos 13 
GRUPO DO BORO 
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
02/45
Configuração eletrônica e propriedades 
(Pauling)
B
[He]2s22p1
metalóide
2,04
Al
[Ne]3s23p1
metal
1,61
Ga
[Ar]3d104s24p1
metal
1,81
In
[Kr]4d105s25p1
metal
1,78
Tl
[Xe]4f145d106s26p1
metal
1,62
Sempre
forma ligações covalentes
 Al, Ga, In e Tl são metais moderadamente reativos;
Seus compostos situam-se no limite entre aqueles com caráter iônico e covalente;
 Efeito do par inerte cresce à medida que desce o Grupo .
Elementos dos Grupos 13 
PROPRIEDADES GERAIS
Boro 
 É um não metal
 Sempre forma ligações covalentes, e normalmente três
 ligações com ângulos de 120º
 Não possui nenhuma tendência de formar compostos monovalentes
 Todos compostos BX3 são deficientes 
Elementos dos Grupos 13 
Al, Ga, In e Tl 
 Formam compostos trivalentes
 São metais moderadamente reativos
 Muitos dos seus compostos são covalentes quando anidros, mas formam íons em solução 
 Seus compostos se situam entre aqueles com caráter iônico e covalentes
PROPRIEDADES GERAIS
Elementos dos Grupos 13 
Ocorrência
Abundância
B
Bórax – Na2[B4O5(OH)4].8H2O
38º.
Al
Bauxita – Al2O3.3H2O
3º.
Ga
Naforma desulfetose como impurezas em minérios dos elementos adjacentes
33º.
In
63º.
Tl
60º.
03/45
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
04/45
Obtenção do Alumínio
Processo Bayer
O minério triturado é dissolvido em NaOH 30% (em massa) a 150 - 230C e alta pressão (30 atm para impedir a ebulição).
Al2O3 dissolve:
Al2O3.H2O(s) + 2H2O(l) + 2OH-(aq)  2Al(OH)4-(aq)
A hidróxido de alumínio pode ser obtido por redução do pH.
A alumina é obtida pela calcinação do hidróxido de aluminio.
05/45
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
Processo Hall-Héroult
Usa o Al2O3 purificado em criolita fundida (Na3AlF6, ponto de fusão 1012C).
Anodo: C(s) + 2O2-(l)  CO2(g) + 4e-
Catodo: 3e- + Al3+(l)  Al(l)
Os bastões de grafite são consumidos na reação.
Para a produção de 1.000 kg de Al, precisamos de 4.000 kg de bauxita, 70 kg de criolita, 450 kg de anodos de C e 56  109 J de energia.
06/45
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
Eletrometalurgia
07/45
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
Indústria do Al
08/45
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
09/45
Rmet
(Å)
B
[He]2s22p1
0,88
Al
[Ne]3s23p1
1,43
Ga
[Ar]3d104s24p1
1,22
In
[Kr]4d105s25p1
1,67
Tl
[Xe]4f145d106s26p1
1,70
Tetragonal
Ortorrômbica
Tamanho atômico
B, In
Al
Ga
Tl
B
Icosaedro
Rmet
(Å)
B
[He]2s22p1
0,88
Al
[Ne]3s23p1
1,43
Ga
[Ar]3d104s24p1
1,22
In
[Kr]4d105s25p1
1,67
Tl
[Xe]4f145d106s26p1
1,70
Não aumenta regulamente no grupo
Raios iônicos dos íons M3+ aumentam de cima para baixo, mas não de maneira regular
 Razões:
Não evidências da existência de B3+.
Blindagem ineficiente 
Contração do bloco d (Ga e In)
Contração Lantanidica (Tl) 
Tamanho atômico
Orbitais atômicos
10/45
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
Energias de ionização (kJ/mol)
Elemento
1º.
2º.
3º.
B
801
2.427
3.659
Al
577
1.816
2.744
Ga
579
1.979
2.969
In
558
1.820
2.704
Tl
589
1.971
2.877
 Os valores não decrescem regularmente dentro do Grupo;
12/45
prof. Cicero
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
14/45
TFusão
(oC)
TEbulicao
(oC)
B
[He]2s22p1
2180
3650
Al
[Ne]3s23p1
660
2467
Ga
[Ar]3d104s24p1
30
2403
In
[Kr]4d105s25p1
157
2080
Tl
[Xe]4f145d106s26p1
303
1457
 As temperaturas de fusão não variam regularmente – diferenças nas estruturas cristalinas.
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
15/45
Caráter Metálico
Elemento
M3+|M
(V)
M+|M
(V)
B
-0,87
/
Al
-1,66
+0,55
Ga
-0,56
-0,79
In
-0,34
-0,18
Tl
+1,26
-0,34
 Aumento do caráter metálico do B → Al;
 Ga, In, Tl – não seguem a ordem esperada (contração d);
 O estado III se torna menos estável à medida que desce o Grupo.
Tendência normal esperada
Aumento do raio
Blindagem ineficiente dos eletrons d (Ga e In)
E f para (Tl)
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
16/45
Comportamento anômalo do Boro
 Pequeno tamanho;
 Maior eletronegatividade;
 Ausência de orbitais d
 Ex:
 O boro forma sempre ligações predominantemente covalentes;
 O boro forma sempre ligações no estado de oxidação (+III);
 O óxido de boro, B2O3, possui caráter ácido, enquanto que o Al2O3 é anfótero.
Propriedades Químicas
Estado de oxidação (III)
 Elementos desse grupo apresentam estado de oxidação (III) mais estável – exceção do Tl;
As ligações são iônicas ou covalentes?
Alguns fatos sugerem a covalência:
Regras de Fajas – Tamanho reduzido e elevado estado de oxidação
A soma das três energias de ionização (Ia) são muito grandes
Valores das eletronegatividades dão maiores que para os grupos 1 e 2.
ESTADOS DE OXIDAÇÃO E TIPOS DE LIGAÇÕES
A Ia para o boro é tão elevada que esse elemento só forma ligação covalente e no estado de oxidação (+III).
Compostos como AlCl3 e GaCl3 são covalentes quando anidros, mas se ionizam em solução.
AlCl3
Ia = 5.137 kJmol-1
Hhidrat. = 5.808 kJmol-1
Logo, o AlCl3 se ionização em solução
ESTADOS DE OXIDAÇÃO E TIPOS DE LIGAÇÕES
ESTADOS DE OXIDAÇÃO E TIPOS DE LIGAÇÕES
Estado de Oxidação do Efeito do Par Inerte
Grupo 1 – Elementos monovalentes
Grupo 2 - Elementos divalentes
Grupo 3 - Era de se esperar que todos os elementos fossem trivalentes. Há casos neste grupo com formação de compostos com estado de oxidação (+I) para elementos deste grupo.
Por que se formam compostos monovalentes????
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
13/45
 Estados de oxidação +I – Efeito do par inerte;
 Os elétrons s não participam das ligações – contração d e íons com menores poder polarizante (maior caráter iônico na ligação); 
 Não se limita aos elementos mais pesados do Grupo 13 ( Pb2+, Bi3+);
 GaCl2 – Ga+[GaCl4]- (Não existem estados divalentes para estes elementos)
O Tálio forma compostos no estado de oxidação (+I) estáveis, exemplo, TlCl. 
Essa monovalência do Tl pode ser explicada quando os elétrons s permanecem emparelhados, ou seja, não participando das ligações. Esse efeito é chamado de efeito do par inerte, o qual é de natureza energética. 
Quando a energia necessária para desemparelhar os elétrons do tipo s for maior que a energia liberada na formação da ligação química, então esses elétrons permanecerão emparelhados. Observe o exemplo: 
Estados de oxidação +I – Efeito do par inerte
Boro
Boranos: compostos de boro e hidrogênio.
O BH3 reage com ele mesmo para formar diborano, B2H6.
Hidrogênio aparece para formar duas ligações.
O diborano é muito reativo:
B2H6(g) + 3O2(g)  B2O3(s) + 3H2O(g), H = -2030 kJ.
Alguns boranos são reativos (B5H9) enquanto outros são estáveis ao ar à temperatura ambiente (B10H14).
O B2O3 é o único óxido de boro importante
17/45
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
Principais propriedades Químicas
18/45
Observações
Reação
Todos os membros do grupo formam óxidos a temperatura elevadas
Com o Al é fortemente exotérmica;
Gálio só é oxidado na superfície
Tltambém forma o TlO2
4M+ 3O2→ 2M2O3
Al e B reagem com N2a elevadas temperaturas
2B + N2→ 2BN
2Al + N2→ 2AlN
Queimam na presença de halogênios com a formação dos trialetos respectivos
2M + 3X2→ 2MX3
2Tl + X2→ 2TlX
Reagem com ácidos minerais diluídos (HCl(aq))
Al torna-se passivo com HNO3, particularmenteqdoconcentrado
2M + 6HCl → 2MCl3+ 3H2
Al e Ga reagem também com bases (anfóteros)
Al + 2HCl → MCl2+ H2
2Al + 2NaOH + 4H2O → 2NaAl(OH)4] +3
H2
Nitreto de boro
Análogo à grafite
Borazina –
 “benzeno inorgânico”
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
prof. Cicero
19/45
Reação termite ou termita, é uma reação aluminotérmica em que o metal alumínio é oxidado pelo óxido de outro metal - geralmente, óxido de ferrro. O nome termite é também usado para a mistura destas duas substâncias reagentes. Uma reacção desse tipo é de tal forma exotérmica que a sua temperatura chega a ultrapassar os 3 500°C! 
Fe2O3(s) + 2Al(s) → Al2O3(s) + 2Fe(s); ΔH = -851.5 kJ/mol 
aluminotermia