Química Inorgânica - 2 Química dos Elementos - Representativos

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07/03/2019 
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2. Química dos Elementos e seus 
Compostos I - Elementos 
Representativos 
1 
Química dos Elementos: 
 
Hidrogênio 
 
2 
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Hidrogênio 
É o elemento mais abundante do 
universo (89% de todos os átomos). 
- Combustível inicial das estrelas em 
desenvolvimento. Fusão nuclear é 
responsável pela criação de elementos 
mais pesados. 
Apesar de estar associado ao grupo 1A 
da tabela periódica ele não possui 
propriedades semelhantes às dos metais 
alcalinos. 
Precisa apenas de 1 e- para completar 
sua camada de valência. 
3 
Hidrogênio 
O Elemento Hidrogênio 
Átomos de H formados nos primeiros segundos após o Big Bang. 
 
Associações de dois átomos de H: 
 
H(g) + H(g) H2(g) 
 
Na Terra: 
 
Água, combustíveis fósseis, macromoléculas associados à vida 
 
4 
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Hidrogênio 
- H2, D2 e T2: Moléculas pequenas e apolares - Interação via Forças de London; 
- Densidade extremamente reduzida - grandes volumes para pequenas quantidades; 
- Maior entalpia de combustão por grama do que qualquer outro combustível. 
Molécula diatômica 
5 
Hidrogênio 
Obtenção do gás Hidrogênio 
1. Subproduto do refino do petróleo: 
 
2H2O(g) 2H2(g) + O2(g) ΔGr
o = +474 kJ.mol-1 
 
Eletricidade 
2. Reação de Decomposição da água (estudos de viabilidade): 
 
reação de reforma CH4(g) + H2O(g) 3H2(g) + CO(g)
 Catalisador Ni 
Gás de Síntese 
reação de deslocamento CO(g) + H2O(g) H2(g) + CO2(g)
 Catalisador Fe/Cu 
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Hidrogênio 
Compostos de Hidrogênio 
- Pode existir na forma de H+, H- e formando ligações covalentes (ex. C-H). 
 
 - Forma catiônica (cátion hidrogênio): Associado a elementos mais eletronegativos; 
 - Forma aniônica (ânion hidrogênio, hidreto): Associado a elementos menos 
eletronegativos (família 1A e alguns elementos da família 2A e do bloco d); 
 - Covalente: Associado a elementos que possuem eletronegatividades similares. 
 
 
 
 
* 
* 7 
Hidrogênio 
Compostos de Hidrogênio - Hidretos 
Ânion de grande dimensão, nuvem 
eletrônica altamente polarizável 
 
Dimensão de diferentes íons. 
Apenas uma única carga positiva no 
núcleo interage com 2 elétrons 
 
Hidrogênio perde facilmente o elétron adquirido E0 (H2/H
-) = - 2,25 V 
• Excelente agente redutor: NaH(s) + H2O(l) NaOH(aq) + H2(g) 
 
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Gases Industriais - H2 
- Hidrogenação de gorduras vegetais (manteiga); 
- Produção da amônia (1/2 do total de H2 produzido); 
- Extração de cobre (hidrometalurgia); 
- Produção de metanol (gás de síntese). 
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Química dos Elementos: 
 
Família 1A (Metais Alcalinos) 
 
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Metais Alcalinos 
São os elementos que reagem mais 
violentamente dentre os metais. 
- Potenciais de redução extremamente 
baixos. Como resultado, não são 
encontrados na forma livre naturalmente. 
Li 
K Rb Cs 
Na 
Elementos importantes da família: Na e K. 
- Envolvidos em processos biológicos vitais, como na 
transmissão de sinais neuronais (bomba sódio-potássio). 
11 
Família dos Metais Alcalinos - 1A 
- Só possuem 1 elétron na camada de valência, sua ligação metálica é fraca  P. F. baixo; 
- Densidade: aumenta na família em virtude do aumento massa atômica do elementos; 
- Frâncio é o elemento menos estudado - altamente radioativo + extremamente raro (20-30g). 
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Metais Alcalinos 
Obtenção 
1. Eletrólise do Sal Fundido (Processo Downs): 
 
Eletrólise 
2NaCl(l) 2Na(l) + Cl2(g)
 
2. Reação com Vapor de Sódio (apenas para o Potássio): 
 
750 °C 
2KCl(l) + Na(g) 2NaCl(l) + K(g)
 
Obs: Potássio metálico é solúvel em KCl fundido. 
13 
Metais Alcalinos 
Metais Alcalinos reduzidos 
Esferas de potássio metálico 
em parafina 
Potencial de redução não varia linearmente - Energia de Rede do Sólido + Entropia; 
Baixa afinidade em manter-se na forma reduzida E0 (M+/M0) < - 2,5 V; 
• Excelente agente redutor: 2Na(s) + 2 H2O(l) 2NaOH(aq) + H2(g) 
 
Potenciais de redução padrão de alguns metais 
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Metais Alcalinos 
Compostos de Metais Alcalinos - Lítio 
- Íon pequeno e de alto poder polarizante - ligações iônicas com alto grau covalente. 
Obtido através dos minerais Espomudeno (LiAl(SiO3)2) e Petalita (LiAlSi4O10); 
 
 - Medicina: Li2CO3 para o tratamento de desordem bipolar e inflamações (gota); 
 - Cerâmica: Li2CO3 para redução do ponto de fusão da sílica e realçador de cor; 
 - Lubrificantes: Sabões de Li+ como espessantes de graxas de alta performance; 
 - Baterias: LiCoO2 eletrodo positivo em baterias portáteis do tipo íon-Li
+. 
 
 
 
 
Cerâmica de Lítio Sabão de Lítio Estrutura do LiCoO2 
15 
Metais Alcalinos 
Compostos de Metais Alcalinos - Sódio 
- Baixo custo de produção e alta solubilidade em água. 
 
 - NaCl: Obtido principalmente da água do mar (salmoura) ou depósitos de sal-gema; 
 - NaOH: Obtido pela eletrólise da solução de NaCl: 
 
2NaCl(aq) + 2H2O(l) 2NaOH(aq) + Cl2(g) + H2(g) 
 
 - NaOH: Utilizado como composto de partida para produção de compostos de sódio; 
 - NaHCO3: Fermento químico empregado na indústria alimentícia: 
 
NaHCO3(aq) + HA(aq) 2NaA(aq) + CO2(g) + H2O(l) 
HA = ácido láctico do soro do leite ou manteiga, ácido cítrico do limão ou ácido acético do vinagre. 
 
 
 
 
 
 
 
eletrólise 
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Metais Alcalinos 
Compostos de Metais Alcalinos - Potássio 
- Fontes comuns de K: Carnalita (KCl∙MgCl2∙6H2O), Silvita (KCl) e Silvinita (NaCl∙KCl); 
 
 - K: Elemento essencial para o crescimento de plantas - Fertilizantes (carnalita e silvita); 
 - KNO3: Facilita a ignição do fósforo por liberar O2 na sua decomposição: 
 
2KNO3(s) 2KNO2(s) + O2(g) 
 
 - KNO3: Utilizado ao invés do NaNO3 por ser menos higroscópico; 
 - KO2: Sistemas de troca de CO2 por gás oxigênio (rebreathers - Nave Soyuz); 
 
 
 
 
 
 
 
 
Δ 
4KO2(s) + 2CO2(s) 2K2CO3(s) + 3O2(g) 
4KO2(s) + 2H2O(l) 4KOH(aq) + 3O2(g) + Energia Cuidado! 17 
Produção de Sais de Potássio 
- Métodos de produção de sais de potássio 
 1. Beneficiamento de minérios; 
 2. Processamento da salmoura: 
 - Lago Searles, em Trona, Califórnia; 
 - Mar morto, Israel. 
 
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Produção do Cloreto de Potássio 
1. Beneficiamento de Minérios - United States Borax and Chemical Corp: 
Curvas de solubilidade de diversos 
compostos em água 
Processo se baseia na diferença 
de solubilidade do KCl e do 
NaCl à quente (KCl é mais 
solúvel) e à frio (NaCl é mais 
solúvel) para a separação dos 
dois compostos presentes na 
Silvinita. 
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Química dos Elementos: 
 
Família 2A (Metais Alcalino-Terrosos) 
 
= óxidos (Terras) básicos (Alcalinos) 
 
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Metais Alcalino-Terrosos 
Elementos importantes da família: Mg e Ca. 
- Envolvidos em processos biológicos vitais e 
estruturais da vida (conchas, ossos), além da 
indústria do cimento. 
Be Mg Ca 
Sr Ba 
Ainda possuem potenciais de 
redução muito baixos. Reagem 
com a água, liberando grandes 
quantidades de calor. 
Como resultado, não são 
encontrados na forma livre 
naturalmente. 
BaSO4 CaCO3 
21 
Família dos Metais Alcalino-Terrosos - 2A 
- Possuem 2 elétrons na camada de valência, aumento da força na ligação metálica; 
- Densidade: Estrutura de empacotamento + massa atômica; 
- Todos os elementos descobertos ao longo de 20 anos (exceto Ra = + 70 anos). 
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Metais Alcalino-Terrosos 
Obtenção 
1. Eletrólise do Sal Fundido (Processo Downs) Be - Mg: 
 
Eletrólise 
BeCl2(l) Be(l) + Cl2(g)
 
2.Variantes do processo termita (Ca - Sr - Ba): 
 
3BaO(s) + 2Al(s) Al2O3(s) + 3Ba(s)
 
Δ 
Obs: Todos formam camada parcial de passivação, exceto Ba. 
23 
Metais Alcalino-Terrosos 
Compostos de Berílio 
- Átomo pequeno e com alto poder polarizante; 
 
 - Como os outros metais, pode reagir tanto com ácido quanto com base; 
 
 Be(s) + 2H2O(l) + 2OH
- (aq) Be(OH)4
2- (aq) + H2(g) 
 Be(s) + 2HCl(aq) BeCl2 (aq) + H2(g) 
 
 - BeCl2 : Utilizado como catalisador (forte ácido de Lewis - Reação de Friedel-Crafts); 
 
BeO(s) + C(s) + Cl2(g) BeCl2(s) + CO(g) 
 
 - Forma estruturas do tipo BeX4 - Cadeias Poliméricas (tamanho e orbitais vazios). 
 
 
 
 
 
 
 
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- Átomo pequeno com menor poder polarizante: ligações iônicas com menor caráter covalente; 
 
 - MgO: Utilizado em materiais refratários(íons pequenos e muito carregados) P.F. = 2850 °C; 
 
 - Mg(OH)2: Antiácido estomacal / laxativo 
 
Mg(OH)2(s) + HCl(aq) MgCl2(aq) + H2O(l) 
NaHCO3(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + CO2(g) 
 
 - Clorofila: - Responsável pela conversão da energia solar em energia química. Cátion Mg2+ 
está coordenado ao anel porfirínico, conferindo-lhe rigidez estrutural. 
 
 
 
 
 
 
 
Metais Alcalino-Terrosos 
Compostos de Magnésio 
Laxativo 
Mg 
25 
Metais Alcalino-Terrosos 
Compostos de Cálcio 
 - CaCO3: Encontrado nas conchas de animais marinhos - Responsáveis pelos depósitos de Ca; 
 
 - CaO: Obtido pela decomposição térmica do CaCO3 - utilizado na indústria do Ferro: 
 
CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g) 
CaO(s) + SiO2(s) CaSiO3(l) 
 
 - Ca(OH)2: Utilizado na correção de solos e remoção de Ca
2+ da água dura: 
 
 HCO3
-
(s) + OH
-
(aq) CO3
2-
 (aq) + H2O(l) 
Ca2+(aq) + CO3
2-
(aq) CaCO3(aq) 
 
 
 
 
 
 
 
 
Δ 
Δ 
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Metais Alcalino-Terrosos 
Compostos de Cálcio 
 - Ca3(PO4)2: Encontrado em esqueleto de animais - alta dureza e resistência mecânica; 
 
 - Ca5(PO4)3OH (Hidroxiapatita): Componente principal dos ossos e esmalte dental: 
 
Ca5(PO4)3OH(s) + 4H3O
+
(aq) 5Ca
2+
(aq) + 3HPO4
2-
 (aq) + 5H2O(l) 
 
H3O
+: Metabólitos da placa bacteriana, bebidas carbonatadas; 
 
 - Fluoretação da hidroxiapatita: Troca de íons OH- por íons F- (NaF): 
 
Ca5(PO4)3OH(s) + F
-
(aq) Ca5(PO4)3F(s) + OH
-
(aq) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
27 
Metais Alcalino-Terrosos: Cálcio 
• Composição do cimento moderno: 
 
– Processo é iniciado pela combinação na proporção 3:1 do calcário (CaCO3) com 
materiais argilosos (à base de SiO2, Al2O3 e Fe2O3) e sílica (a-quartzo) que são 
calcinados em fornos rotativos em temperaturas de até 1500 °C; 
– Mistura do material calcinado (chamado de clínquer): fases mistas de óxidos. 
28 
Abreviação Fórmula / Denominação Proporção 
C3S 3CaO.SiO2 (Ca3SiO5) / Silicato Tricálcico 55-60 % 
C2S 2CaO.SiO2 (Ca2SiO4) / Silicato Dicálcico 15-10 % 
C3A 3CaO.Al2O3 (Ca3Al2O6) / Aluminato Tricálcico 10-12 % 
C4AF 4CaO.Al2O3.Fe2O3 (Ca4Fe2Al2O10) / Aluminato Tetracálcico 9-7 % 
Outros Cal Livre (CaO), Gesso (CaSO4), Óxido de Magnésio (MgO), ... < 12 % 
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Química dos Elementos: 
 
Família 3A 
 
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Família 3A 
Elementos importantes da família: B e Al. 
- Utilizados em materiais resistentes à 
temperatura (B) e em aplicações que 
requerem materiais metálicos leves e 
resistentes. 
Possuem baixa eletronegatividade e 
formam complexos de coordenação. 
Elementos dispõem de orbitais 
disponíveis para aceitar pares de e- 
de outros elementos, resultando 
compostos únicos. 
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Família do Boro - 3A 
-B: Formam compostos com octeto incompleto, permitindo receber pares de elétrons de outros 
compostos. Compostos de Boro possuem alto caráter covalente na ligação; 
- Al: Elemento abundante e leve. Forma estruturas de alta resistência e boa condução elétrica. 
Resistente à corrosão. 
31 
Família do Boro - 3A 
Obtenção 
1. B: Extraído dos minerais Bórax e Quernita (Na2B4O7 • xH2O): 
 
B2O3(s) + 3Mg(s) 2B(s) + 3MgO(s)
 
2. Al: Processo Hall: Eletrólise do Al2O3 • xH2O com criolita (Na3AlF6): 
 
4Al3+(fund.) + 6O
2-
(fund.) + 3C(s) 4Al(l) + 3CO2(g)
 
Eletrólise 
Obs: Redução na T de fusão da bauxita de 2050 °C para 950 °C. 
Δ 
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Aperfeiçoamento de Processos 
 
Geralmente ocorre em virtude de projetos de 
pesquisa e desenvolvimento: Demanda tempo e 
principalmente, dispêndio de recursos financeiros 
- Contratação de especialistas; funcionamento de 
nova linha de produção em escala reduzida. 
 
 
Ex: Produção do Alumínio; 
169 m 
Monumento a Washington 
2,85 kg de alumínio 
33 
Processo Químico 
Alumínio 
Obtido até 1888 pela redução do sal duplo NaCl∙AlCl3 em vácuo com 
sódio metálico por Henri Saint-Claire Deville (1854). 
 
Processo custoso: Al 1100,00 USD / kg (mais caro que o ouro). 
 
Charles Hall - Paul Héroult: Possibilidade de realizar a eletrólise da 
alumina à temperaturas muito mais baixas com criolita: 
P.F. da Alumina: Acima de 2000 °C 
P.F. da mistura Alumina + Criolita (Na3AlF6): 950-980 °C 
 
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Óxidos da Família 3A - Boro 
 
 - Tratamento ácido do Bórax: 
 
Na2B4O7 · 10H2O(s) + 2HCl(aq) 4B(OH)3(s) + 2NaCl(aq) + 5H2O(l) 
 
 - Aquecimento do Ácido Bórico: 
 
4B(OH)3(s) 2B2O3(s) + 6H2O(g) 
 
 Utilização do B2O3 em vidros de borossilicato (Pyrex) - baixa expansão térmica. 
 
 - Octeto Incompleto: Compostos de Boro 
 
(OH)3B (aq) + :OH2(l) (OH)3B-OH2(aq) 
 
 (OH)3B-OH2(aq) + H2O (l) B(OH)4
-
(aq) + H3O
+
(aq) 
Δ 
Pka = 9,14 
35 
Óxidos da Família 3A - Alumínio 
 
 - Al2O3: Anfotérico, é produzidos pela decomposição térmica do hidróxido de alumínio: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 - Efeito Polarizante do Al3+ : 
 
 
 
 - Tratamento de efluentes: Utilização de Al2(SO4)3 (solúvel) e NaAl(OH)4 
 
 
 
 
 
 Nuvem gelatinosa de Al(OH)3 captura impurezas na água - separação por filtração / decantação. 
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Boro-Hidretos e Boranos 
 
 - BH4
-: Valioso agente redutor empregado em reações orgânicas e redução metálica (Ni): 
 
 
 
 
 - Boranos: Série de compostos químicos de B 
 
 
 
 
Compostos deficientes em elétrons, não possuem estruturas de Lewis. 
Reação em meio orgânico 
Reação em meio orgânico 
Ligação de três centros Diborano, B2H6 
- 8 átomos - 7 Ligações - 14 e- 
 - 12 e- disponíveis 
Solução: 
T.O.M. = 3 centros, 2 elétrons 
Ordem de Ligação B-H: 1/2 37 
Química dos Elementos: 
 
Família 4A 
 
38 
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Família 4A 
Elementos importantes da família: C e Si. 
- Elemento associado à vida (C) e à 
evolução tecnológica dos seres humanos (Si 
e Ge). 
Comportam-se como não-metais, 
semi-metais ou metais dependendo 
de sua posição na família. 
Como resultado, a reatividade e o 
tipo de composto formado por cada 
elemento difere significativamente. 
BaSO4 CaCO3 
Si Sn 
C Ge Pb 
39 
Família do Carbono - 4A 
- É a família que exibe a maior diferença de propriedades físico-químicas entre seus elementos 
dentre todas as famílias da tabela periódica; 
- Carbono: Raio atômico pequeno, permite sobreposição efetiva de seus orbitais atômicos - 
duplas e triplas ligações; 
- Silício: Átomo mais volumoso, sobreposição de orbitais p para a formação de ligações duplas 
(ligação p) é dificultada. 40 
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Família do Carbono - 4A 
Obtenção do Carbono eseus alótropos 
1. Grafite: Forma alotrópica mais estável do C - encontrada na natureza 
 
 
 
 
 
 
- Átomos de C na hibridização sp2, ligações simples e duplas alternadas; 
- Estrutura em camadas, com folhas deslocadas no tipo ABAB; 
- Camadas adjacentes mantidas por forças de Van der Waals. 
 
 
41 
Família do Carbono - 4A 
Carbono e seus alótropos 
2. Diamante: Forma meta-estável do C - encontrada na natureza 
 
 
 
 
 
 
- Átomos de C na hibridização sp3, formando apenas ligações simples; 
- Elevada dureza - aplicações como abrasivo industrial. Importância comercial como joia. 
 
 
 
Estrutura CCC do diamante Diamante na forma bruta 
C(s,graf) C(s,diam) 
T, P 
T > 1500 °C P > 80kbar 42 
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Família do Carbono - 4A 
Carbono e seus alótropos 
3. Fulerenos / Nanotubos de C: Estruturas sintéticas compostas por 
diversos arranjos de anéis de carbonos de diferentes tamanhos 
 
 
 
 
 
 
- Estruturas na vanguarda da pesquisa moderna - supressores virais e tumorais e como 
condutores nanométricos. Fulerenos foram detectados a 6500 anos-luz da Terra. 
 
 
 
C60 - Buckminsterfullereno Seção de um nanotubo de carbono 
43 
Família do Carbono - 4A 
Obtenção 
1. Silício: Obtido em mais alta pureza pela redução da Quartzita (SiO2): 
 
2. Germânio: Recuperado na forma de poeira das chaminés da indústria do 
processamento do zinco (na forma de impureza na esfarelita - (Zn,Fe)S): 
 
 GeS2(s) + 3O2(g) GeO2(s) + 2SO2(g) 
 GeO2(s) + 2Cl2(g) GeCl4(l) + 2O2(g) 
 
purificação 
44 
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Família do Carbono - 4A 
Obtenção 
3. Estanho: Obtido através da redução do mineral Cassiterita (SnO2): 
 
4. Chumbo: Extraído de seu principal mineral, a Galena (PbS): 
 
 
45 
Óxidos da Família 4A - Carbono 
 
 - CO2: Produto da combustão completa de fontes de carbono: 
 
C(s) + O2(g) CO2(g) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 - CO: Produto da combustão incompleta de fontes de carbono / gás de síntese: 
 
 
 
 
 
 
 
 
46 
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Óxidos da Família 4A - Silício 
 
- SiO2: forma uma rede de tetraedros de SiO4 que podem ser organizados (quartzo) ou não 
(sílica) no espaço. Ligação Si-O é uma ligação forte. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
- Ácidos de Si: ácido metassilícico (H2SiO3) e ácido ortossilícico (H4SiO4) são ácidos fracos: 
 
 
 
 
Sílica Gel: alta área superficial e higroscopicidade - Suporte para catalisadores, colunas HPLC. 
Estrutura espacial do Quartzo Estrutura espacial da Sílica 
47 
Compostos da Família 4A 
 
 
- Carbetos: Compostos nos quais o C é o ânion. Carbetos covalentes são destaque do grupo: 
 
 
 
 
 
 
- Tetracloretos: Todos os elementos da família 4A formam tetracloretos estáveis: 
 
 
 
- Cianetos: Fortes bases de Lewis, formam compostos de coordenação com metais d 
 
 
 
 
CN-:Inibidor do processo de transferência eletrônica em processos celulares. 
Carborundrum 
48 
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25 
Carvão Industrial 
• Indústrias precisam de fontes de energia para a realização de processos: 
 
– Separações químicas e físicas baseadas em diferença de temperatura; 
– Aquecimento de gases para favorecer reações químicas; 
– Transformações físicas dos reagentes (sólido-líquido / líquido-gás) 
– Usinas termoelétricas para a geração de energia elétrica. 
 
• De onde vem a energia necessária para ocorrência dos processos? 
 - Meio Externo: energia hidroelétrica, energia nuclear, energias renováveis; 
 - Meio interno: processos de combustão. 
 
 
49 
Carvão Industrial 
Combustão de espécies orgânicas / inorgânicas 
 
- Hidrocarbonetos: CnH2n+2(g) + (2n +1)/2 O2(g)  nCO2(g) + (n+1) H2O(g) 
 
- Hidrogênio: 2H2(g) + O2(g)  2H2O(g) 
 
- Estoque de gases por muitas vezes requer tanques reforçados de 
grandes dimensões  $$$ 
- Qual seria uma fonte alternativa em uma reação de combustão? 
50 
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Carvão Industrial 
Carvão Mineral 
 
 
 
 
 
51 
- Fonte de Carbono de origem fóssil, 
possui uma matriz carbônica complexa 
formando anéis (aromáticos ou não) 
carbônicos ou contendo heterociclos. 
 
- Composto principalmente pelos átomos 
de C, O, H e N. 
 
- Espécie precursora de diversos produtos 
orgânicos, através da sua decomposição 
térmica em ambientes inertes (pirólise). 
Carvão Mineral 
 
 
 
 
 
52 
Pirólise: Quanto maior for a T de pirólise, mais leve serão as frações obtidas; 
Processo inicia a temperaturas mais baixas, para aumentar a aromatização da cadeia 
de carbono à medida que o carvão de decompõe. 
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Carvão Industrial 
Carvão Mineral 
 
 
 
 
 
53 
Porções laterais contendo heteroátomos se rompem mais facilmente do que as 
ligações C-C. Formação de uma ampla gama de produtos inicialmente na fase gasosa. 
Coque 
 
 
 
 
 
 
54 
- Principal produto da decomposição térmica do carvão mineral; 
 
- Corresponde à 70% em massa do total de carvão mineral inicialmente pirolisado; 
 
- Fase sólida obtida na decomposição: coque; 
 
- Fase volátil recolhida: Alcatrão do carvão (mistura de todos os compostos 
aromáticos). 
Carvão Mineral Coque 
07/03/2019 
28 
Química dos Elementos: 
 
Família 5A 
 
55 
Família 5A 
Elementos importantes da família: N e P. 
- Muitos estados de oxidação possíveis (-3 até 
+5); 
- Elementos essenciais à vida (N, P) e na 
indústria de semicondutores (As, Sb). 
Comportam-se como não-metais, 
semi-metais ou metais dependendo 
de sua posição na família. 
Como resultado, a reatividade e o 
tipo de composto formado por cada 
elemento difere significativamente. 
BaSO4 CaCO3 
Si Sn 
C Ge Pb 
N 
P 
As 
Sb Bi 
56 
07/03/2019 
29 
Família do Nitrogênio - 5A 
- Nitrogênio: Forma um dos compostos mais estáveis (N2) graças à força da tripla ligação; 
- Fósforo: Raio atômico grande (50% maior que o do N) não permite formação de ligação de 
ligação p com outro átomo de fósforo. Forma compostos consideravelmente reativos; 
- Arsênio e Antimônio: metalóides de fácil obtenção na forma reduzida. Utilizados em ligas de 
chumbo para uso como eletrodos em baterias. 
57 
Família do Nitrogênio - 5A 
Obtenção 
1. N2: Inerte, principal componente da atmosfera terrestre (76 % em massa); 
É obtido através da destilação fracionada do ar líquido ( ~ -196 °C); 
- Fixação no solo (conversão em outras espécies de N): Bactérias; 
 
2. P: Extraídos da Apatita, um mineral de Cálcio (Ca3(PO4)2); 
 
 
 
 
 
Ângulos de 60 ° entre as ligações P-P: alta reatividade (queima em contato com o ar). 
58 
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30 
Compostos de Nitrogênio com Hidrogênio 
 
 - NH3: Principal composto de N. Fabricado em larga escala pelo processo Haber: 
 
 
 
 
 - Forma complexos com metais de transição (par de elétrons do átomo de N): 
 
 
 
 
 - Reage com hipoclorito em meio básico para formar hidrazina (N2H4): 
 
 
 
 
250 bar 
Explosivo utilizado em foguetes. Vapores de N2H4 são altamente tóxicos. 59 
Compostos de Nitrogênio - Ânion 
 
 - Nitretos (N3-): Estável apenas quando associados à cátions pequenos - queima do Mg: 
 
 
 
 - Azidas / Azotetos (N3
-): Forma sais instáveis, sensíveis ao choque: 
 
 
 
 
 
 
 
 
decomposição 
Estruturas de ressonância do íon azoteto. 
60 
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31 
Fósforo e Seus Compostos de H e Halogênios 
 
 - Fosfina (PH3): Análogo da amônia, mas com propriedades distintas - Eletronegatividade P: 
 
 
 
 
 
 
 - Não dissolve em água. Não forma ligações de hidrogênio e é um mal doador de par de e-. 
 - Cloretos de Fósforo: Importantes na produção de pesticidas e retardantes de combustão: 
 
 
 
 
 61 
Óxidos de Nitrogênio 
 
 - Óxidos de N: Possuem carga variável (+1 a +5). Formam ácidos em contato com água: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Desproporcionamentodo Nitrogênio: 
+4 +5 +2 
62 
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32 
Compostos de Nitrogênio 
 
 - HNO3: Utilizado em larga escala na indústria de fertilizantes e explosivos: 
 
 
 
 
 
 
1. 
2. 
3. 
- Decomposição do 2-metil, 1,3,5 trinitrobenzeno (TNT): 
2C7H5(NO2)3(s) 7C(s) + 7CO(g) + 3N2(g) + 5H2O(g) 
Δ 
63 
Óxidos de Fósforo 
 
 - Óxidos: diferentes estados de oxidação através da queima do P: 
 
 P4(s, branco) + 3O2(g) P4O6(s) 
 
 P4(s, branco) + 5O2(s) P4O10(s) 
 
 - Reagem com água para formar diferentes ácidos: 
 
 
 
 
 
 - Tratamento da Apatita (Ca3(PO4)2) com ácido sulfúrico: 
 
H3PO3 
H3PO4 
Superfosfato 
64 
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33 
Química dos Elementos: 
 
Família 6A (Calcogênios) 
 = Khalkos (minério) genos (que dá origem) 
 
65 
Família 6A 
Elementos importantes da família: O e S. 
- Ânions O2- e S2- formam uma grande gama 
de minérios; 
- Oxigênio está presente nos compostos que 
sustentam a vida: O2 e H2O. 
 Característica não-metálica é 
dominante. 
- Quando combinado com metais e 
Hidrogênio: -2 
. Quando combinado com outros 
calcogênios e halogênios: +2, +4, +6. 
BaSO4 CaCO3 
O S Se Te 
66 
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34 
Família dos Calcogênios- 6A 
-Oxigênio: Único elemento do grupo que forma espécies diatômicas do mesmo elemento; 
- S e Se: Formam anéis de 8 membros como principais alótropos estáveis; 
- Te e Po: metalóides de grande volume atômico, extremamente raro em nosso planeta (Te) e 
bastante radioativo (Po). 
67 
Família dos Calcogênios- 6A 
Obtenção 
1. O2: Segundo principal gás da atmosfera (23 % em massa). É obtido através da 
destilação fracionada do ar líquido (-183 °C). Importante na indústria de metais; 
- Alótropo importante para a manutenção da vida: O3. 
 
 
 
 
 
 
 
Estruturas de ressonância do ozônio (O3). 
68 
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35 
Família dos Calcogênios- 6A 
Obtenção 
2. S: Encontrado em depósitos de enxofre ou como subproduto do refino de 
alguns minérios, como a Galena (PbS), Cinábrio (HgS) e Esfarelita (ZnS). 
- Encontrado também no petróleo (H2S), onde é um subproduto indesejado: 
 
 
 
 
 
 
 
Reações envolvidas no processo Claus. 
Anéis de S8. 69 
Compostos de Oxigênio com Hidrogênio 
 
 - H2O: Principal composto de O e H. Habilidade de criar dois gases de grande importância 
industrial: 
 
 
 
 
 Também é uma base de Lewis, por possuir par de e- sobre o oxigênio, passível de doação: 
 
 
 
 - H2O2: Agente oxidante, empregado em reações de oxidação de metais de transição. 
 
 
 
 
Eletrólise 
2H2O(l) 2H2(g) + O2(g)
 
En. Solar, Cat. 
6H2O(l) + M
n+
(aq) [M(H2O)6]
n+
(aq)
 
Decomposição catalisada 
pela enzima peroxidase. 
70 
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36 
Outros Calcogênios + Hidrogênio 
 
 - H2S, H2Se, H2Te: gases, não formam ligações de H (água é líquida a T. amb.) 
 
 
 
 
 
 
 - Todos os compostos de H2X são tóxicos (exceto H2O) - paralisam o nervo olfativo. 
 
 
 
 
Formação de FeS 
Proteínas do ovo Proteínas decompostas + H2S 
bactérias 
calor 
Fe2+(aq, proteína) + H2S(aq) FeS (verde) + 2H
+
(aq)
 
71 
Ovos perfeitamente cozidos 
1 2 3 
4 
5 
15 min 
15 min 
Cortesia de http://dianesfoodblog.com/2012/07/26/quick-tip-hard-boiled-eggs-without-that-gray-green-
ring-around-the-yolk/ 
72 
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37 
Óxidos de Enxofre 
 
 - SO2 e SO3: Principais óxidos de enxofre. Emitidos durante eventos naturais (atividades 
vulcânicas e queimadas em florestas) e queima de combustíveis fósseis (carvão e petróleo): 
 
 
 
 
 
Ambos os gases formam ácidos em contato com a água: 
 
 
 
 
 
 
 
73 
Compostos de Enxofre 
 
 - H2SO4: Principal composto de S. Grande importância industrial e econômica: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Produção global de H2SO4 
oleum 
Ácido de Brønsted forte, agente oxidante e 
desidratante. 74 
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Química dos Elementos: 
 
Família 7A (Halogênios) 
 = Háls (sal) genos (que dá origem) 
 
75 
Família 7A 
Elementos importantes da família: F e Cl. 
- Ânions F e Cl formam uma grande quantidade de 
minérios e minerais; 
- Cl2 é um dos gases produzidos em maior quantidade 
na indústria devido à sua alta reatividade. 
 Conhecidos por sua alta 
eletronegatividade. 
- Formam normalmente ânions. 
- Podem formar compostos com 
outros elementos. Sua carga 
varia de -1 a +7. 
BaSO4 CaCO3 
CaF2 76 
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39 
Família dos Halogênios- 7A 
- Formam moléculas diatômicas como forma alotrópica mais estável; 
- Forças de van der Waals são mais intensas entre átomos mais volumosos - Efeito em T.F e T.E.; 
- Capazes de formar ligações com maior caráter iônico quando combinados com metais 1A. 
77 
Família dos Halogênios- 7A 
Obtenção 
1. F2: Obtido através da eletrólise do HF em uma mistura fundida de HF/KF (KHF2): 
 
 
 
2. Cl2: Obtido através da eletrólise do NaCl fundido (Processo de Downs - Na) e da 
eletrólise da salmoura (indústria cloro-álcali): 
 
 
 
 
 
 
 
Eletrólise 
2KHF2(fundido) H2(g) + F2(g)
 
70-130 °C 
Eo F2/F
-: +2,87 V 
78 
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40 
Obtenção do Cloro e Soda 
1. Eletrólise da Salmoura - Membrana 
Membrana permeável apenas ao íon Na+ e não ao Cl- e ao OH-; 
79 
Família dos Halogênios- 7A 
Obtenção 
3. Br2: Redução do íon brometo (Br
-) encontrado na água do mar com gás cloro. 
Aquecimento da salmoura leva a evaporação do Br2 (P.E. = 58,8 °C): 
 
 
 
4. I2: Redução do íon iodeto (I
-) encontrado em salmouras onde há produção do 
petróleo. Extraído do meio de reação pela sublimação do gás púrpura de I2: 
 
 
 
 
 
 
 
80 
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41 
Compostos Inter-Halogênios e com Hidrogênio 
 
 - Formam compostos do tipo XX’, XX’3, XX’5 e XX’7 onde X é o halogênio mais pesado: 
 
 
 
 
 
 Obs: Apenas algumas combinações são possíveis. 
 
 - Ácidos Halogenídricos: São explosivos quando combinados diretamente com H2 (exceto 
Br e I): 
 
 
 
 
81 
Compostos de Cloro 
 
-Borbulhamento de gás cloro em água neutra ou em meio básico (desproporcionamento): 
 
 
 
 
 
 
 
 
 ClO- é capaz de oxidar a matéria orgânica, permitindo sua utilização como alvejante: 
 
 
 
 
82 
07/03/2019 
42 
Compostos de Cloro 
 
- Clorato (ClO3
-, estado de oxidação do cloro +5) é produzido pela oxidação do cloro em meio 
altamente básico: 
 
 
 
- ClO3
- se decompõe termicamente, gerando produtos diferentes (se houver um catalisador): 
 
 
 
 
 
- Principal uso do ClO3
-: produção do gás ClO2, utilizado no branqueamento da celulose. 
+4 
83 
Compostos de Cloro 
 
- Perclorato (ClO4
-, estado de oxidação do cloro +7) é produzido pela eletrólise da solução de 
cloratos em água: 
 
 
 
 
 
- São compostos instáveis devido ao grande estado de oxidação do cloro; 
 
- Principal uso do perclorato: combustível de foguetes e espaçonaves: 
84 
07/03/2019 
43 
Química dos Elementos: 
 
Família 8A (Gases Nobres) 
85 
Família 8A 
Elementos importantes da família: He e Ar. 
- Argônio constitui quase a totalidade dos 1% 
remanescentes na atmosfera; 
- Descarga elétrica sobre esses gases geram emissões 
com valores de energias diferentes. 
 Possuem o octeto completo (He 
= 2) 
- Se apresentam na forma 
monoatômica e constituem a 
maioria dos 1% remanescentes 
dos gases atmosféricos 
BaSO4 CaCO3 
86 
07/03/2019 
44 
Família dos gases nobres- 8A 
- Interação interatômica é extremamente baixa em elementos leves da família; 
- Por possuírem o octeto completo, reagem apenas com elementos muito eletronegativos. 
87 
Família dos Gases Nobres - 8A 
Obtenção 
1. He: Obtido através de perfurações de rochas, onde se encontram 
aprisionados.É formado à partir do decaimento alfa de alguns elementos 
radioativos na forma de minérios, como a Carnotita e a Uraninita; 
 
 
 
 
 
 
2. Outros gases nobres: Obtidos através da destilação fracionada do ar. 
 
Uraninita (UO2) Carnotita (K2(UO2)2(VO4)2·3H2O) 
Monazita 
(Ce,La)PO4 (traços de U e Th) 
88 
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45 
Compostos de Gases Nobres 
 
 - Energia de ionização dos gases nobres é alta - Exceção: Xenônio 
 
 
 
 
 
 
 
 
 - XeFn servem como compostos de partida para a obtenção de compostos normalmente 
não reativos: 
 
 
 
 
Xe(g) + F2(g) XeF2(g)
 400 °C 
6 atm 
XeF2(g) + F2(g) XeF4(g)
 400 °C 
30 atm 
XeF4(g) + F2(g) XeF6(g)
 300 °C 
60 atm XeF4 
89