Grupos 13

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curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
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Elementos dos Grupos 13 
GRUPO DO BORO 
curso Química
disciplina Quimica Inorgânica I
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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 
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		Ocorrência	Abundância
	B	Bórax – Na2[B4O5(OH)4].8H2O	38º.
	Al	Bauxita – Al2O3.3H2O	3º.
	Ga	Na forma de sulfetos e como impurezas em minérios dos elementos adjacentes	33º.
	In		63º.
	Tl		60º.
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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.
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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.
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Eletrometalurgia
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Indústria do Al
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			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
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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;
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			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.
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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)
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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
 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)
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????
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
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prof. Cicero
Algumas Propriedades do Tálio
A ingestão de pequenas quantidades de Tálio deixam os cabelos mais escuros, mas doses maiores provocam a quedas dos cabelos, e pode levar até a morte!!!!
TlOH e Tl2O são solúveis em água e fortemente básicos
Tl pode substituir o K+ em diversas enzimas, e em alguns casos pode ser empregado como marcador
Algumas Propriedades do Tálio
Diferenças nas propriedades do Tálio
TlO é amarelo, mas quando aquecido a 100 0C se transforma em Ti2O;
Número de coordenação do Tl+ em geral é 6 ou 8
TlF é solúvel em água, os demais haletos são insolúveis 
Há semelhanças com Ag
O TlCl é sensível à luz. Escurece quando exposto à luz igualmente ao AgCl
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prof. Cicero
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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 temperaturachega a ultrapassar os 3 500°C! 
Fe2O3(s) + 2Al(s) → Al2O3(s) + 2Fe(s); ΔH = -851.5 kJ/mol 
aluminotermia
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prof. Cicero
Principais propriedades Químicas
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	Observações	Reação
	Todos os membros do grupo formam óxidos a temperatura elevadas
Com o Al é fortemente exotérmica;
Gálio só é oxidado na superfície
Tl também forma o TlO2	4M + 3O2 → 2M2O3
	Al e B reagem com N2 a 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, particularmente qdo concentrado	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”
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