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GRUPO 13
Ga
CQ222
FSN
GRUPO 13
boro, alumínio, gálio, índio e tálio.
PROPRIEDADES GERAIS
Boro é um semi-metal
Os outros membros são metálicos e o caráter metálico aumenta no
grupo.
A configuração eletrônica dos membros do grupo é:[gás nobre]ns2np1 e
os estados de oxidação comuns no grupo são 0 e 3+.
Existe uma tendência crescente de estabilização do estado de oxidação
1+ ao longo dos elementos do grupo. In+ e Tl+ são muito comuns.
GRUPO 13
PROPRIEDADES GERAIS (Continuação)
O boro (semi-metal) comporta-se muito mais como o silício do que o
como o alumínio.
Assim como no grupo 1, os raios atômicos e as densidades aumentam
no grupo.
Os pontos de fusão dos elementos tendem a diminuir no grupo.
GRUPO 13
boro, alumínio, gálio, índio e tálio.
OCORRÊNCIA
B: Bórax (Na2B4O7∙10H2O) e Kernita, (Na2B4O7∙4H2O) são os principais
minérios.
Al: Bauxita, AlO(OH) = mistura de Al2O3 com vários graus de hidratação
Ga, In e Tl: Predominam os sulfetos, em quantidade traço junto com
minérios de Al, Zn, Ge e Pb.
GRUPO 13
Boratos
Metaborato em
cadeia
Metaborato
cíclico
Metaborato
Bórax,
Na2[B4O5(OH)4]·8H2O
Boratos
Na2B4O7 · 10H2O(s) + 2HCl(aq) → 4B(OH)3(aq) + 5H2O + 2NaCl(aq)
bórax ácido bórico
2B(OH)3(s) + calor → B2O3(s) + 3H2O(g)
B2O3(s) + 3Mg(l) (ou Na) → 2B(s) + 3MgO(s)
amorfo, baixa pureza
(filamento de W ou Ta ao rubro)
BCl3(g) + 3H2(g) + calor → 2B(s) + 6HCl(g)
2BI3(g) + calor → 2B(s) +3I2(g)
B2H6(g) + calor → 2B(s) + 3H2(g)
cristalino, alta pureza
Obtenção de boro
Boro
Icosaedro (B12)
BORO e COMPOSTOS
Boro é usado na fabricação de aços resistentes e em reatores
nucleares para absorção de neutrons. Carbetos de boro (B12C3) são bons
abrasivos e também usados na preparação de coletes à prova de balas;
Boro (na forma de ácido bórico e bórax) é um micronutriente essencial
para plantas.
o bórax (Na2B4O7.10H2O), o ácido ortobórico (H3BO3) são usados na
produção de fibra de vidro;
o bórax também é usado como retardante de chama para tecidos,
conservantes de madeira e na fabricação de esmaltes cerâmicos;
B2O3 (conhecido como sesquióxido de boro) é usado na
fabricação de vidros do tipo borossilicato, resistentes ao
calor (por exemplo, Pyrex contém 14% de B2O3).
ALUMÍNIO
2o metal mais produzido depois do ferro
39.7 bilhões de toneladas/ano
baixa densidade, maleável,
resistente à corrosão, bom condutor de eletricidade
e facilmente reciclado com baixo uso de energia (5% da necessária
para sua produção)
Forma ligas metálicas com Cu, Zn, Mg, Mn, Si;
Ex. Duralumínio: (94%Al, Cu, Mg e Mn)
É um elemento altamente tóxico
ALUMÍNIO
metal estrutural em aviões, navios, automóveis e trocadores de
calor;
na construção civil (portas, janelas, divisórias);
embalagens para bebidas, tubos para creme dental, papel alumínio;
fabricação de utensílios de cozinha;
fabricação de cabos elétricos;
Al(OH)3 é muito usado como antiácido, Al2(SO4)3 é usado no
tratamento de água potável.
GÁLIO e ÍNDIO
Gálio e índio são usados para dopar cristais na fabricação de
transistores. o gálio de altíssima pureza é usado em semicondutores;
GaAs é usado em diodos emissores de luz (LEDs = light emitting
diodes);
índio é muito macio e usado como anel de vedação metálico em
juntas metálicas de alto-vácuo;
índio é usado em ligas de baixo ponto de fusão.
ALUMÍNIO
Produção envolve quatro etapas:
A) Extração do minério (bauxita, AlO(OH)) (mistura de gibsita,
boehmita e diaspore)
B) Purificação da bauxita para produzir alumina (Al2O3)
C) Preparação de criolita (Na3AlF6)
D) redução eletrolítica da alumina
Principais impurezas da bauxita
Fe2O3 (3 a 25%)
SiO2 (1 a 7%)
TiO2 (2 a 3%)
Al Al2O3
bauxita
Produção de Alumínio
Refino da bauxita (Processo Bayer) e
Produção de Alumínio (Processo Hall-Héroult)
AlO(OH)(s) + NaOH(aq) + H2O(l) → NaAl(OH)4(aq) SiO2(s) + 2NaOH(aq) → Na2SiO3(aq) + H2O(l) Al(OH)4
-(aq) + CO2(g) Al(OH)3(s) + HCO3-(aq)
Al(OH)3(s) + calor → Al2O3(s) + H2O(g) Al(OH)3(s) + 6HF(g) → [AlF6]
3-(aq) + 3H3O+(aq)
[AlF6]
3-(aq) + 3H3O+(aq) + 3NaOH(aq) + calor → Na3AlF6(s) + 6H2O(g)
criolita Eletrólise ígnea Criolita + Al2O3 (2-5%) + AlF3 → Al(l)
AlO(OH)
Al3+ + 3e- → Al(l)
O2- + C(s) → CO(g) + 2e-
O Processo Hall-Heroult
1886 –Charles Hall (EUA) e Paul Heroult (França)
16 kWh / kg de Al
400 células de 8x4x1m
300.000 ton Al / ano
Grupo 13 - Propriedades
Raio
atômico
Å
Raio
iônico,
M3+, Å
P.F.
oC
B 0,89 0,27 2180
Al 1,43 0,54 660
Ga 1,23 0,62 30
In 1,67 0,80 157
Tl 1,70 0,89 303
P.E.
oC
3650
2467
2403
2080
1457
BORO
Icosaedro (B12) vários unidades B12 ligadas através
de ligações covalentes B-B →Arranjo
cristalino: a-romboédrico
ESTRUTURA DE SÓLIDOS
EMPACOTAMENTO COMPACTO DE ESFERAS
ESTRUTURA DOS ELEMENTOS METÁLICOS
Os elementos com estruturas mais complexas em branco na tabela
Grupo 13 - Propriedades
M3+/ M
Volts
M+ / M
Volts
B -0,87 -
Al -1,66 +0,55
Ga -0,56 -0,79
In -0,34 -0,18
Tl +1,26 -0,34
Potenciais Padrão de Redução, Eo
2Al(s) + 3/2O2(g) Al2O3(s)
Reação Termita
Cr2O3(s) + 2Al(s) 2Cr(s) + Al2O3(s)
Alumina
Rubi, contém Cr3+ Safira, contém
Fe3+ e Ti4+
Topaz, contém
Fe3+
Grupo 13 – Propriedades ácido-base
Óxidos e hidróxidos
B2O3(s) + 3H2O(l) 2H3BO3(aq)
Tl2O3(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2O(l)
TlOH(aq) Tl+(aq) + OH-(aq)
Al2O3(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2O(l)
Al2O3(s) + 2OH-(aq) + 3H2O(l) 2Al(OH)4-(aq)
Al(OH)3(s) + 3H+(aq) Al3+(aq) + 3H2O(l)
Al(OH)3(s) + OH-(aq) Al(OH)4-(aq)
2Al(s) + 6H+(aq) 2Al3+(aq) + 3H2(g)
2Al(s) + 6H2O(l) + 2OH-(aq) 2Al(OH)4-(aq) + 3H2(g)
Haletos de boro
613 kJ/mol versus
485 kJ/mol para C-F
BF3(g) + ꞉NH3(g) → F3B꞉NH3(s)
Demonstra a acidez de Lewis do BF3
Haletos de alumínio
Al2X6, X = Br ou I
Al2Br6 PF = 98 oC covalente
Al2I6 PF = 190 oC covalente
AlF3 PF = 1280 oC iônico
AlCl3 sublima a 180 oC
AlCl3 iônico no estado sólido
Al2Cl6 no estado líquido
B2H6 B4H10 B3H8
B5H9 B5H11 B10H10
2-
Boranos
Boranos
[B6H6]2- [B5H9] [B4H10]
remoção
de vértice remoção
de vértice
Diborano
B B
H
H
H
Ligação 3c-2e
Diborano. Síntese e reações
2 BF3(g) + 6NaH(s) → B2H6(g) + 6NaF(s)
B2H6(g) + 3O2(g) → B2O3(s) + 3H2O(g)
B2H6(g) + 6H2O(l) → 2H3BO3(s) + 3H2(g)
2B2H6(g) + alta pressão → B4H10(g) + H2(g)
B2H6(g) + 2B4H10(g) → 2B5H11(g) + 2H2(g)
B2H6(g) + 6CH2=CHCH3(g) → 2B(CH2CH2CH3)3(l)
B2H6(g) + 2NaH(s) → 2NaBH4(s)
Boro versus Carbono
nitreto de boro grafite
Boro versus Carbono
APLICAÇÕES
Aço
Lã de vidro Fibra de
vidro
APLICAÇÕES
APLICAÇÕES
Ga e In
fabricação de transistores
e semicondudores