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Universidade Federal da Grande Dourados Faculdade de Ciências Exatas e Tecnologia Elementos do Grupo 18 Dourados, 2020. Profa. Daiane Roman 2 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I GRUPO 18 Radioativo Configuração dos elétrons de valência He: ns2 Demais: ns2 np6 Gases nobres São monoatômicos! São os elementos menos reativos. 3 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I Propriedades ✓ Alta energia de ionização. ✓ Afinidade eletrônica negativa. 4 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I O gás nobre com propriedades químicas mais extensas é o XENÔNIO. Os números de oxidação mais importantes do Xe são: +2, +4, +6. São conhecidas compostos: Xe−F Xe−O Xe−N Xe−C Xe−metal. Propriedades 5 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I Formam clatratos quando congelados com água à alta pressão. Os átomos de gases nobres hospedam-se dentro da estrutura tridimensional do gelo e têm a composição E∙6H2O. São sólidos cristalinos formados à baixa temperatura quando o gelo cristaliza em torno de moléculas pequenas ou de átomos. Hidratos de Ar, Kr e Xe: clatratos 6 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I Clatrato Hidrato de xenônio: Xe·5,75H2O http://2012books.lardbucket.org/books/principles-of-general-chemistry-v1.0/s26-06-the- elements-of-group-18-the-n.html 7 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢Ocorrência e obtenção: ➢ Hélio: - Hélio constitui 23% da massa do universo e no sol, sendo o segundo mais abundante depois do hidrogênio. - A maior parte do hélio na Terra é produto da emissão α oriunda do decaimento dos elementos radioativos; - Encontrado em depósitos de gás natural (EUA), de onde pode ser obtido por destilação à baixa temperatura. - Um pouco vêm do Sol como um vento solar de partículas α. Os átomos de hélio são leves demais para serem retidos pelo campo gravitacional da Terra. 8 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Ocorrência e obtenção: ➢ Neônio, argônio, criptônio e xenônio: - Ocorrem na atmosfera. - Ar (0,94% por volume) e Ne (1,5x10-3%) são os mais abundantes na crosta terrestre. - Xe e Rn são os mais raros do grupo. - Ne, Ar e Xe são obtidos por destilação do ar líquido à baixa temperatura. ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I 10 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢Ocorrência e obtenção: ➢ Radônio: ➢ Rn é um produto de decaimento radioativo - É um produto das usinas nucleares e do decaimento radioativo do urânio e do tório. Apresenta perigo à saúde devido à radiação ionizante que produz. 11 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ✓ À temperatura ambiente, todos os elementos são gases monoatômicos. ✓ Em fase líquida, eles formam uma baixa concentração de dímeros que são mantidos juntos por forças de dispersão. ✓ Quando o hélio é resfriado abaixo de 2,178 K ele sofre uma transformação em uma segunda fase líquida conhecida como hélio-II. ➢ Ocorrência e obtenção: 12 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Principais usos: ➢ He: - Balões e aeronaves mais leves que o ar (devido à sua baixa densidade e não ser inflámavel); - Em criogenia e como refrigerante para temperaturas muito baixas. - Atmosfera inerte para crescimento de cristais de semicondutores. - Misturado na razão 4:1 com o oxigênio para prover atmosfera artificial para os mergulhadores. 13 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Principais usos: ➢ Ar: - Atmosfera inerte para a síntese de compostos sensíveis ao ar; - Como manta de gás inerte para inibir a oxidação de metais durante operações de soldagem. - Como um refrigerante criogênico. 14 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Principais usos: ➢ Rn: - Usado nas usinas nucleares e do decaimento radioativo de urânio. - Apresenta perigo a saúde devido a radiação nuclear ionizante 15 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Principais usos: ➢ He a Xe: - Fontes de luz: • Letreiros de neon • Lâmpadas fluorescentes • Lâmpadas de flash de xenônio • Lasers de hélio-neônio • Lasers de íon argônio • Lasers de íon kriptônio Uma descarga elétrica através do gás ioniza alguns dos seus átomos e promove íons e átomos neutros para estados excitados que então emitem radiação eletromagnética quando do retorno a um estado mais baixo. 16 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I Tubos de descarga de gás 17 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ COMPOSTOS dos elementos do Grupo 18: ➢ Até 1960, os únicos compostos conhecidos eram espécies diatômicas instáveis tais como He2 + e Ar2 + que só podiam ser detectadas espectroscopicamente. ➢ Em 1962 Barlett observou a reação de um gás nobre. ➢ A reação direta do xenônio com flúor leva a uma série de compostos com números de oxidação +2, +4 e +6. XeF2 XeF4 XeF6 18 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ COMPOSTOS de xenônio: ➢ Os fluoretos de xenônio são sintetizados pela reação direta dos elementos, normalmente em um reator de níquel. • A formação de haletos superiores é favorecida por uma proporção maior de flúor e uma pressão elevada. Xe(g) + F2(g) XeF2(g) (Xe em excesso) Xe(g) + 2 F2(g) XeF4(g) (Xe:F2 = 1:5) Xe(g) + 3 F2(g) XeF6(g) (Xe:F2 = 1:20) 400 ºC, 1 atm 600 ºC, 6 atm 300 ºC, 60 atm 19 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ COMPOSTOS de xenônio: ➢ Os fluoretos de xenônio são sintetizados pela reação direta dos elementos. ou ➢ Pela exposição da mistura de xenônio e flúor, selados em uma ampola de vidro, à luz solar. • O flúor sofre fotodissociação gerando átomos de F que reagem com os átomos de Xe. Cristais de XeF2 são lentamente formados. 20 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ COMPOSTOS de xenônio: ➢ https://www.youtube.com/watch?v=Ejoct_6pQ74 Tudo começou quando Barlett verificou reação de Xe e PtF6 Ambos são gases. Sabia-se que O2 reage com PtF6. Como Xe e O2 possuem energias de ionização similares, então Xe deveria também reagir com PtF6. 21 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Reações dos fluoretos de xenônio: ➢ Reações com óxidos: XeF6(s) + 3 H2O(l) → XeO3(aq) + 6 HF(g) XeF6(s) + 3 SiO2(s) → 2 XeO3(s) + 3 SiF4(g) ➢ Reação com ácido de Lewis forte: XeF2(s) + SbF5(l) → [XeF][SbF6](s) ➢ Reação com base de Lewis F− : XeF4 + [(CH3)4N]F → [(CH3)4N][XeF5] reação em acetonitrila XeF5 − Forma pentagonal plana 22 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Reações dos fluoretos de xenônio: ➢ Dependendo da proporção de fluoreto, outros íons podem ser produzidos, como XeF8 2− XeF5 − Forma pentagonal plana XeF8 2− Forma antiprismática quadrática 23 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Reações dos fluoretos de xenônio: ➢ Ligação Xe-N: XeF2 + AsF5 → [XeF][AsF6] [XeF][AsF6] + CH3CN → [(CH3CN)XeF][AsF6] XeF2 + HN(SO2F)2 → FXeN(SO2F)2 + HF base de Lewis 24 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Reações dos fluoretos de xenônio: ➢ Ligação Xe-O: • Os óxidos e oxofluoretos são preparados pela hidrólise dos fluoretos de xenônio: XeF6(s) + 3 H2O(l) → XeO3(s) + 6 HF(aq) XeF6(s) + H2O(l) → XeOF4(s) + 2 HF(aq) XeO3: trióxido de xenônio. Piramidal - Altamente explosivo. - Agente oxidante muito forte em meio ácido. XeOF4: molécula quadrática piramidal. 25 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Reações dos oxoânions de xenônio: ➢ XeO6 4− : ânion perxenato • Perxenatos de metais alcalinos: são sólidos brancos cristalinos; poderosos agentes oxidantes em meio aquoso ácido. 2 H2XeO6 2− + 2 H+(aq) → HXeO4 − + O2(g) + 2 H2O(l) • Ba2XeO6: sua reação com ácido sulfúrico concentrado forma XeO4, um gás instável explosivo. XeO6 4− XeO4 26 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Oxofluoretos de xenônio: ➢ XeOF2: forma de T ➢ XeO3F2: bipirâmide trigonal 27 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I Composto de coordenação: ✓ Ar, Xe e Kr formam compostos de coordenação que são geralmente estudados por isolamento em matriz. ✓ A estabilidade dos complexos decrescena seguinte ordem Xe˃Kr˃Ar. ✓ Primeiro complexo sintetizado estável com gás nobre foi [AuXe4] 2+[SbF11] 2- AuXe4 28 ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I ➢ Outros compostos: ➢ O criptônio tem uma energia de ionização muito mais alta do que a do xenônio e sua capacidade de formar compostos é muito mais limitada. ➢ KrF2: sólido volátil incolor. Altamente reativo, que deve ser armazenado a baixas temperaturas. • Forma-se passando-se uma descarga elétrica ou uma radiação ionizante através da mistura de Kr e F2 a baixas temperaturas (-196 ºC). ➢ HArF: estável até 27 K. Contém íons HAr+ e F−. Referências bibliográficas: COTTON, Frank Albert; WILKINSON, Geoffrey; GAUS, Paul L. Basic Inorganic Chemistry, 3rd ed., John Wiley & Sons, Inc., 1995. MIESSLER, Gary L.; TARR, Donald A., Inorganic Chemistry, 3rd ed., New Jersey: Pearson Prentice Hall, 2004. HOUSECROFT, Catherine E.; SHARPE, Alan G., Química Inorgânica, vol 1, 4ª ed., Rio de Janeiro: LTC, 2013. SHRIVER, D. F.; ATKINS, P. W., Química Inorgânica, 4ª ed., Porto Alegre: Bookman, 2008. ELEMENTOS DO GRUPO 18 Química Inorgânica I
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