Aula 6 Grupo do carbono

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

UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO
CAMPUS DE SÃO BERNARDO
CURSO: CIENCIAS NATURAIS
DISCIPLINA: QUÍMICA INORGÂNICA
TURMA: 2015
Grupo do Carbono
Grupo 14
Profª. Louise Lee
1
Grupo do Carbono – Grupo 14
2
Grupo do Carbono – Grupo 14
3
Grupo do Carbono – Grupo 14
Grupo do Carbono – Grupo 14
O grupo 14 é composto pelos seguintes elementos: Carbono (C), Silício (Si), Germânio (Ge), Estranho (Sn), Chumbo (Pb), Fleróvio (Fl).
Os elementos pertencentes ao grupo 14 apresentam caráter metálico menor que os elementos do grupo 13. O carbono é o elemento que apresenta maior caráter não metálico.
Os elementos do grupo do carbono apresentam configuração eletrônica da camada de valência igual a ns2np2 e todos formam cátions com números de oxidação iguais a +2 e +4.
Grupo do Carbono – Grupo 14
6
Grupo do Carbono – Grupo 14
7
Grupo do Carbono – Grupo 14
8
Grupo do Carbono – Grupo 14
9
Grupo do Carbono – Grupo 14
10
Grupo do Carbono – Grupo 14
Aplicações
11
Grupo do Carbono – Grupo 14
Ocorrência na Natureza 
Com exceção do Ge e Fl, todos os elementos desse grupo são bastante difundidos e conhecidos:
 
Ge ocorre em concentração de traços associado a minérios de carbono, zinco e de prata. Obtido pela redução do GeO2 com monóxido de carbono e alumínio. 
Carbono ocorre nas jazidas de carvão, rochas carbonatadas como calcita (CaCO3) e dolomita, petróleo etc. 
O Carbono existe também em várias formas alotrópicas, entre elas o grafite e o diamante os quais são obtidos na natureza ou podem ser fabricados industrialmente 
12
Carbono – 612C 
Símbolo: C
Grupo: Ametal
Número atômico: 6
Massa Atômica: 12,011
Ponto de fusão e ebulição: Dependerá da forma alotrópica
Densidade: Dependerá da forma alotrópica
Estados de oxidação: -2, +2, +4
Configuração eletrônica: 1s2 2s2 2p2
Grupo do Carbono – Grupo 14
13
O carbono não é um elemento muito abundante na crosta terrestre, constitui apenas 0,027% do seu total. 
Encontra-se, em sua maioria, na forma de compostos, apesar de parte também se apresentar na forma elementar, como grafite ou diamante.
O elemento tem uma enorme importância para a manutenção da vida, tanto animal quanto vegetal, já que ele é o seu principal fornecedor de energia.
Carbono – 612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
14
O CARBONO é um constituinte essencial de toda a matéria viva, como proteínas, carboidratos e gorduras; 
O dióxido de carbono é fundamental na fotossíntese e é liberado na respiração. 
O petróleo importante para energia;
A Química Orgânica se dedica ao estudo da química dos compostos de carbono. Entretanto, compostos inorgânicos de carbono existem e são produzidos em larga escala (negro de fumo, coque, grafita, carbonatos, CO2, CO, uréia, carbeto de cálcio e dissulfeto de carbono).
Carbono – 612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
15
Carbono – 612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
Negro de fumo é um material produzido pela combustão incompleta de derivados de petróleo (geralmente resíduo aromático, obtido nas unidades de craqueamento catalítico das refinarias). Semelhante a fuligem.
Utilizado como pigmento e reforçador em pneus de automóveis
Coque (ou coque de petróleo) é um combustível sólido, derivado do petróleo, de cor negra e forma aproximadamente granular ou tipo "agulha", e que se obtém como subproduto da destilação do petróleo (no fundo da coluna de destilação), num processo chamado craqueamento térmico. Representa cerca de 5% a 10% do petróleo total que entra na refinaria..
Basicamente, é como se fosse um carvão, mas ao qual foi retirada a matéria volátil.
É utilizado no setor energético em centrais termoelétricas
16
Carbono – 612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
Grafite (ou, raramente, grafita) é um mineral, um dos alótropos do carbono. 
É um mineral cinza escuro, metálico e macio, que ocorre na natureza em forma de cristais hexagonais com estrutura em camadas. É também chamado de chumbo negro ou grafita. 
Ao contrário do diamante, a grafite é um condutor elétrico. Por isso possui aplicações em eletrônica, como em eletrodos e baterias.
17
Diamante
Fulereno - C60
Estados Alotrópicos do Carbono
Grafite
Existem três formas cristalinas do carbono: 
grafite (macio e preto), 
diamante (claro, duro e forma uma rede covalente)
buckminsterfulereno (forma molecular do carbono, C60, as moléculas são parecidas com bolas de futebol). 
Grupo do Carbono – Grupo 14
18
- Sob a forma de grafite, é retirado juntamente com quartzo, mica e silicatos diversos; 
- Sob a forma de diamantes, extraído em jazidas principalmente no continente africano e Rússia; 
- Encontrado ainda sob a forma de carbonatos (rochas calcárias), petróleo e carvão;  
Carbono– 612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
19
Principais reações químicas
            Devido às inúmeras combinações formadas pelo elemento carbono, há diversas reações que podem ser realizadas. 
 
Combustão
  Reações rápidas que produzem uma chama. A maioria envolve o O2 do ar como reagente.
- Combustão de Propano (C3H8):
                         C3H8(g) + 5 O2(g)               3CO2(g) + 4H2O(g)
- Combustão do Metano (CH4)
            CH4(g) + 2O2(g)                         CO2(g) + 2H2O(g)
 
Reação de combinação
                        C(s) + O2(g)                            CO2(g)
 
                        2CO(g)­ + O2(g)                       2 CO2(g)
 
Fermentação da glicose (C6H12O6(aq))
                        C6H12O6(aq)                          2C2H5OH(aq) + CO2(g)
Carbono– 612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
20
 Óxidos de Carbono
           
O monóxido de carbono (CO) é um gás incolor, inodoro e insípido, formado pela queima de carbono ou hidrocarbonetos com fornecimento limitado de oxigênio. Ele é tóxico, podendo se combinar com a hemoglobina e interferir no transporte de oxigênio, pode ainda causar envenenamentos e até a morte. Compõe um dos principais poluentes do ar atmosférico e é produzido por motores de automóvel.
O dióxido de carbono (CO2) é um gás incolor e inodoro, produzido quando substâncias que contêm carbono são queimadas com excesso de oxigênio ou pelo aquecimento de carbonatos. É o componente minoritário da atmosfera terrestre. Mesmo não sendo tóxico, altas concentrações podem causar sufocamento.
Carbono– 612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
CO2 é um dos principais componentes dos gases que formam o efeito estufa – principal fator do aquecimento global.
21
Aplicações
Gás Natural
Petróleo
Carvão
Carbono –612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
22
Aplicações
O carbono está presente nos mais diferentes lugares, e de forma mais variada possível. 
Ele pode tanto estar na ponta do lápis (grafite), quanto no papel (celulose) onde este escreve; 
É de vital importância a sua utilização no fornecimento de energia, tanto a nível celular, animal e vegetal, como glicose ou CO2, quanto na forma de combustíveis fósseis.
Carbono– 612C 
Grupo do Carbono – Grupo 14
23
As jazidas desse minério se formaram há milhões de anos; quando extensas florestas foram submersas, fazendo com que os restos de vegetais, que são ricos em carbono, se transformassem em um elemento rochoso. 
É classificado em turfa, linhito, antracito e hulha, essa distinção existe em razão das condições ambientais e época de formação.
Utilizado para aquecer os altos fornos das siderúrgicas onde o aço é fabricado, na produção de eletricidade em usinas termoelétricas e também na indústria química na produção de corantes, explosivos, inseticidas, plásticos, medicamentos e fertilizantes.
Grupo do Carbono – Grupo 14
Carvão mineral é um combustível fóssil, um minério não-metálico, que possui cor preta ou marrom com grande potencial combustível, constituído basicamente por carbono (quanto maior o teor de carbono mais puro é o carvão) e magnésio, sendo encontrado em forma de betume. 
24
Grupo do Carbono – Grupo 14
No cotidiano o carvão vegetal é utilizado como combustível de aquecedores,
lareira, churrasqueiras e fogões a lenha, além de abastecer alguns setores industriais como as siderúrgicas. 
O carvão também é usado na medicina, nesse caso chamado de carvão ativado oriundo de determinadas madeiras de aspecto mole e não resinosas.
No Brasil há relatos de uso de carvão vegetal por parte dos índios, que realizavam a mistura da substância com gorduras de animais com finalidade de combater doenças como tumores e úlceras. 
Usado no tratamento de dores estomacais, mau hálito, aftas, gases intestinais, diarréias infecciosas, desinteria hepática e intoxicações.
Carvão vegetal é obtido a partir da queima ou carbonização de madeira, após esse processo resulta em uma substância negra. 
25
Silício – 1428,1Si
Símbolo: Si
Número atômico: 14
Grupo: Semimetal
Massa Atômica: 28,086
Estado: Sólido a 25°C (298K) 
Ponto de fusão: 1.414º C (1687 K) e Ponto de ebulição: 2.900º C (3173 K)
Densidade: 2,33 g/cm3
Estados de oxidação: +4
Configuração eletrônica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
Grupo do Carbono – Grupo 14
26
O silício é um outro elemento deste grupo que apresenta grande importância, pois é um elemento altamente abundante. Ele se encontra distribuído pela crosta terrestre em formas diversas de muitos silicatos.
Um dos principais compostos de silício, a sílica, SiO2 – óxido de silício.
Compostos de silício são usados desde a fabricação de vidros, polímeros de silicone e até materiais semicondutores eletrônicos, utilizados em dispositivos de informática.
Silício – 1428,1Si
Grupo do Carbono – Grupo 14
27
Silício – 1428,1Si
Descoberto por Jöns Jacob Berzelius, em 1823; 
Segundo elemento mais abundante na terra (25.7%) 
Ocorre na argila, feldspato, granito, quartzo e areia, normalmente sob dióxido de silício (SiO2) e silicatos; 
Ametista
Cristobalita
Tridimita
Asbestos/ Amianto
Grupo do Carbono – Grupo 14
28
Silício – 1428,1Si
Principais produtores: China, Coréia do Sul e Rússia; 
Propriedades intermediárias entre C e Ge, na forma cristalina é muito duro e insolúvel, apresenta brilho metálico, relativamente inerte e resistente à maioria dos ácidos; reage com os halogênios e álcalis; 
Obtenção: a partir da sílica de alta pureza em fornos de arco elétrico à 1900 °C:  
SiO2 + C → Si + CO2 
Grupo do Carbono – Grupo 14
29
Silício – 1428,1Si
Transistores para chips
Células solares 
Ligas de aços, latões e bronzes
Tijolos
Silicones
Aplicações
Grupo do Carbono – Grupo 14
30
Germânio – 76,6 32Ge 
Símbolo: Ge
Número atômico: 32
Massa Atômica: 72.61         
Estado: Sólido a 25°C (298K)
Ponto de fusão: 938.3°C (1211.4K)e Ponto de ebulição: 2820°C (3093K)
Densidade: 5.323 g /cm3
Estados de oxidação: +4
Configuração eletrônica: [Ar] 3d10 4s2 4p2
Grupo do Carbono – Grupo 14
31
Descoberto em 1871 por Mendeleev. 
Semimetal sólido, duro, cristalino, branco acinzentada, quebradiço, resiste à ácidos e álcalis. 
Importante semicondutor usado em transistores e fotodetectores.
Responde de forma eficaz a radiação UV e é usado em amplificadores de baixa intensidade. 
Produção: EUA é o principal produtor (20% da produção); 
Aplicações: “janelas” para espectrofotômetros e instrumentação científica. 
Germânio – 76,6 32Ge 
Grupo do Carbono – Grupo 14
32
Germânio – 76,6 32Ge 
Aplicações
Amplificadores de guitarras elétricas
Radares
Espectroscópios
Grupo do Carbono – Grupo 14
33
Germânio – 76,6 32Ge 
Obtenção
Os únicos minerais rentáveis para a extração do germânio são a germanita  (69% de germânio) e ranierita (7-8% do elemento).
A forma mais comum de obtenção de germânio metálico é através da extração via fusão fracionada ou pela remoção de via cloreto (GeCl4) 
GeCl4 + 2H2O  GeO2 + 4HCl (hidrólise)
Grupo do Carbono – Grupo 14
34
Estanho – 118,750Sn 
Símbolo: Sn
Grupo: Metal 
Número atômico: 50
Massa Atômica: 118,7
Ponto de fusão : 232,65 °C (505,8 K) e de ebulição: 2.601,85 °C(2875 K)
 Estado: Sólido a 25°C
Densidade: 7310 kg/m³ 
Estados de oxidação: -4, +2, +4 
Configuração eletrônica: [Kr] 4d10 5s² 5p²
Grupo do Carbono – Grupo 14
35
Estanho – 118,750Sn 
Grupo do Carbono – Grupo 14
36
Estanho – 118,750Sn 
Obtenção
Minério: O principal minério do estanho é a cassiterita (óxido de estanho) (SnO2), 
Metal: Sn – extração do estanho metal a partir da redução do óxido de estanho (mineral) com o C ou CO. 
SnO2 (s) + C (s)  Sn (l) + CO2 (g) 
 SnO2 (s) + 2CO (g)  Sn (l) + 2CO2 (g)
Grupo do Carbono – Grupo 14
37
Estanho – 118,750Sn 
Aplicações
Folhas de Flandres 
Ligas de estanho
Cloreto de estanho 
Grupo do Carbono – Grupo 14
38
Chumbo – 201,282Pb 
Símbolo: Pb
Grupo: Metal 
Número atômico: 82
Massa Atômica: 201,2
Ponto de fusão : 327,46 °C (600,61K) e ebulição: 1748,85 °C(2022 K)
 Estado: Sólido a 25°C
Densidade: 11340 kg/m³ 
Estados de oxidação: +2, +4 
Configuração eletrônica: [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2
Grupo do Carbono – Grupo 14
39
Chumbo – 201,282Pb 
Ligas metálicas de chumbo
Silicatos de chumbo para a fabricação de vidros
Nitreto de chumbo, Pb(N3)2
Aplicações 
Bateria de chumbo- ácida
Grupo do Carbono – Grupo 14
40
Chumbo – 201,282Pb 
Metal: Pb - É obtido a partir da transformação do mineral em óxidos.
PbS (s) + 3/2 O2 (g) → PbO (s) + SO2 (g) (etapa 1) 
PbO (s)+ CO (g) → Pb (l) + CO2 (g) (etapa 2) 
Galena
Cerusita
Anglesita
Obtenção de Chumbo
Grupo do Carbono – Grupo 14
41
Chumbo – 201,282Pb 
Precauções
Perturbação da biossíntese da hemoglobina e anemia;
Aumento da pressão sanguínea;
Danos aos rins;
Abortos;
Alterações no sistema nervoso;
Danos ao cérebro;
Diminuição da fertilidade do homem;
Diminuição da aprendizagem em crianças;
Modificações no comportamento das crianças, como agressão, impulsividade e hipersensibilidade.
Grupo do Carbono – Grupo 14
42
Chumbo – 201,282Pb 
Grupo do Carbono – Grupo 14
43
Fleróvio – 289114Fl 
O nome do elemento é uma homenagem ao físico russo Georgy N. Flerov (1913 – 1990), autor da descoberta da fissão espontânea do urânio e pioneiro no campo da física dedicado ao estudo de íons pesados.
No Centro de Pesquisa de Íons Pesados (GSI), em Darmstadt, na Alemanha, uma equipe internacional de pesquisadores conseguiu sintetizar e provar a existência do elemento químico 114. Trata-se de um dos elementos mais pesados conhecidos. Sua síntese só é possível com a ajuda de um acelerador de partículas. 
A experiência, com duração de quatro semanas, permitiu provar a existência de 13 átomos do elemento 114. É, até o momento, a taxa de produção mais elevada para este elemento, que deverá permitir, num futuro próximo, a realização de medidas químicas, atomísticas e de física nuclear sobre elementos superpesados. Dois isótopos foram revelados, com números de massa 288 e 289, e um tempo de meia-vida de cerca de um segundo.
Grupo do Carbono – Grupo 14
44
Acelerador de partículas
Por fora, parecem grandes túneis, que podem ser retos ou em forma de anel e ter vários quilômetros de extensão. Dentro deles, as partículas que compõem os átomos - como prótons e elétrons - são aceleradas a velocidades próximas à da luz. Durante o trajeto pelo grande túnel, elas se chocam contra obstáculos ou até mesmo umas com as outras. 
Com esse tipo de equipamento é possível quebrar partículas incrivelmente densas e milhões de vezes menores que o átomo. 
Grupo do Carbono – Grupo 14
45
UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO
CAMPUS DE SÃO BERNARDO
CURSO: CIENCIAS NATURAIS
DISCIPLINA: QUÍMICA INORGÂNICA
TURMA: 2015
Grupo do Nitrogênio
Profª. Louise Lee
46
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
47
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
48
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
49
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
50
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
51
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
52
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
53
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
54
Aplicações
Criogenia é o ramo da física e engenharia que estuda a produção
e uso de temperaturas muito baixas.
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
55
78% da atmosfera, não é abundante na crosta terrestre; 
Os nitratos são solúveis, encontrados em algumas regiões desérticas: Chile (NaNO3) e na Índia (KNO3); 
Derivados são empregados em fertilizantes e explosivos; O gás N2 é utilizado para aplicações em atmosferas inertes: Indústrias Metalúrgicas e Siderúrgicas; Refinarias de petróleo; 
Obtido na destilação do ar junto com: O2, Ne, Ar, Kr e Xe; 
Utilizado como anestésico (N2O); explosivos, fertilizantes e corantes (HNO3); gás refrigerante (NH3), devido ao elevado calor de vaporização; lâmpadas de filamento, termômetros; 
Nitrogênio – 14 7N 
Família do Nitrogênio - Grupo 15
56
Nitrogênio – 14 7N 
Propriedades Químicas 
Depois dos gases nobres, é o gás menos reativo, assim, reage sob condições extremas: 
Reação com metais: formação de nitretos metálicos: 
 N2 + 3 Mg° → Mg3N2 
Reação com hidrogênio: síntese da amônia: 
 N2 (g) + 3 H2 (g) → 2 NH3 (l) 
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
57
Principais produtores: Rússia (27%), China (21%) e EUA (18%);
 
Principais aplicações: fertilizantes, explosivos, fibras, resinas; 
Métodos de obtenção 
Laboratoriais: Decomposição térmica do NH4NO2: 
 NH4NO2 (s) → N2 (g) + 2 H2O (l) 
Industrial: Destilação fracionada do ar (mesmo processo O2); 
Nitrogênio – 14 7N 
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
58
Sólido a temperatura ambiente, mole com aspecto ceroso; muito reativo, por isso é armazenado sob água; reage com o ar úmido gerando quimioluminescência (consiste na produção de luz a partir de uma reação química, sem emissão de calor); inflama espontaneamente a 35°C; 
Extremante tóxico (puro); 
Essencial para os seres vivos – Um adulto pode ter até 3,5 kg de P; 
Apresenta se sob as formas P branco e P vermelho; 
11° elemento mais abundante.
Fósforo – 3115P 
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
59
Rochas fosfáticas: utilizadas na fabricação de fertilizantes; 
Principais Produtores: EUA, China, Rússia e Marrocos; 
Principais minérios de fósforo: Fluoroapatita: [3Ca3(PO4)2.CaF2], Hidroxiapatita: [3Ca3(PO4)2.Ca(OH)2] e Cloroapatita: [3Ca3(PO4)2.CaCl2]
Fósforo – 3115P 
Curiosidade: 
A fosfina PH3 - esta presente na putrefação de organismos vivos - possui traços de difosfano (P2H6), este por sua vez provoca sua combustão - fogo fátuo; presente em pântanos e cemitérios. 
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
60
Fósforo – 3115P 
Métodos de Obtenção: 
Aquecimento (3000°C) de mistura: fosforita, areia e coque: 
 Ca3(PO4)2 + 3 SiO2 + 5 C → 3 CaSiO3 + 2 P + 5 CO 
O fósforo obtido é  armazenado em atmosfera inerte (N2) 
Empregado:
na produção para fertilizantes;
como aditivo para detergentes; 
na indústria de alimentos 
no tratamento de metais; 
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
61
Fósforo – 3115P 
Propriedades Químicas 
Reação com metais: produção de fosfetos: 
3 Ca° + 2 P → Ca3P2 
Fosfetos tratados com água produzem fosfina: 
Ca3P2 + 6 H2O → 3 Ca(OH)2 + 2 PH3 
Reação com solução alcalina: produz fosfina: 
3 KOH + 4 P + 3 H2O → 3 KH2PO4 + PH3
 
Reação com oxigênio: 
4 P + 3 O2 → 2 P2O3 
Reação com enxofre: 
4 P + 3 S → P4S3 
Óxidos de fósforo: P4O6, P4O8, P2O5, P4O10 P4O7   
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
62
Não é abundante na crosta terrestre, principal fonte: sulfetos; 
São comuns, subprodutos da calcinação de sulfetos metálicos CuS, NiS, FeS → As2O3, o óxido é reduzido à As com carbono; 
Tóxico, utilizado em raticidas, conservação da madeira e em semicondutores; 
Produção anual > 4,7. 104 t./ano;  
Arsênio – 79,4 33As 
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
63
São obtidos de maneira similar ao Arsênio (As); 
As, Sb e Bi são todos quebradiços, possuem várias formas alotrópicas; 
Sb – produção mundial > 8,5. 104 t./ano; 
Usos: ligas de Pb e Sn; retardante de chama em espumas; 
Bi – produção mundial > 3,8. 104 t./ano; 
Usos: baterias, soldas e munição; 
Antimônio (121,8 51Sb) e Bismuto (209 84Bi) 
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
64
Moscóvio (228 115Mc) 
O nome Moscóvio é uma referência a Moscou, capital da Rússia. 
O Moscóvio é um elemento químico sintético, de símbolo Mc e número atômico 115. 
É um elemento transurânico, radioativo, provavelmente metálico e sólido, cuja descoberta foi anunciada por cientistas russos e norte-americanos no início de 2004. 
-Símbolo: Mc
-Massa atômica: 288 u
-Número Atômico: 115
-Série Química: Metal, Grupo do nitrogênio, Elemento do 7º período.
Grupo do Nitrogênio - Grupo 15
65