Química Inorgânica Descritiva - bloco p - 15a17

QUÍMICA INORGÂNICA DESCRITIVA

Elementos do bloco p – grupos 15 a 17

GRUPO 15 - PNICTOGÊNIOS

Apresentam propriedades muito diferentes

entre si;

Grande variedade de estados de oxidação;

Formam muitos compostos complexos com

o oxigênio;

São muito importantes para a vida, geologia

e indústria;


Difícil explicar propriedades periódicas no

grupo com base nos raios atômicos e

configs.eletrônicas;

Os elementos mais pesados do grupo são

metálicos, embora o aumento de caráter

metálico não seja claro;

Distância entre banda de valência e de

condução diminui com o aumento de Z.


N [He]2s22p3

P [Ne]3s23p3

As [Ar]3d104s2 4p3

Sb [Kr]4d105s2 5p3

Bi [Xe]4f14 5d106s2 6p3

CARACTERÍSTICAS GERAIS NITROGÊNIO

Constitui a maior parte da atmosfera,

disseminado pela biosfera, é o único

elemento do grupo a existir na forma de uma

molécula diatômica gasosa.


Ocorre como um gás inerte (N2), não-metal,

incolor, inodoro e insípido, constituindo cerca

de 4/5 da composição do ar atmosférico, não

participando da combustão e nem da

respiração.


Como elemento (N) tem uma elevadaeletronegatividade (3 na escala de Pauling) e5 elétrons no nível mais externo (camada devalência), comportando-se como íontrivalente na maioria dos compostos queforma.

Condensa a aproximadamente 77 K (-196°C) e solidifica a aproximadamente 63 K (-210 °C).

APLICAÇÕES NITROGÊNIO

A mais importante aplicação comercial do

nitrogênio é na obtenção do gás amoníaco

pelo processo Haber.


O amoníaco (NH3(aq)) é usado,

posteriormente, para a fabricação de

fertilizantes e ácido nítrico (processo

Ostwald).


Usado como atmosfera inerte no

processamento de metais, de petróleo e de

alimentos;

Entre os sais do ácido nítrico (HNO3) estão

incluídos importantes compostos como o

nitrato de potássio (KNO3, nitro ou salitre

empregado na fabricação de pólvora) e o

nitrato de amônio (NH4)NO3 como fertilizante.


Os compostos orgânicos de nitrogênio como

a nitroglicerina e o Trinitrotolueno (TNT) são

muito explosivos. A hidrazina e seus

derivados são usados como combustível em

foguetes.


Ciclo do nitrogênio na natureza.


Medicina nuclear, 13N é usado na tomografia

por emissão de pósitrons.

Finalmente, é usado para encher pneus de

automóveis de alto desempenho.

COMPOSTOS NITROGÊNIO

amônia NH3 líquido — anfótero como a água,

em solução aquosa forma íons amônio (

NH4+ ) e ânion amideto (NH2

-).

Hidrazina N2H4

COMPOSTOS NITROGÊNIO

óxido nitroso ( N2O) ou gás hilariante,

óxido nítrico (NO);

dióxido de nitrogênio ( NO2 );

estes dois últimos são representados genericamente porNOx e são produtos de processos de combustão,contribuindo para o aparecimento de contaminantes(smog fotoquímico).

trióxido de dinitrogênio ( N2O3 );

pentóxido de dinitrogênio (N2O5);

ambos muito instáveis e explosivos, cujos respectivosácidos são o ácido nitroso (HNO2) e o ácido nítrico(HNO3) que, por sua vez, formam os sais nitritos enitratos.

CARACTERÍSTICAS GERAIS FÓSFORO

essencial para plantas e animais, existe sob

a forma sólida P4;


O P4 é formado por moléculas tetraédricas ,

resistentes à temperaturas de até 800OC;

Acima de 800OC, o alótropo P2 torna-se a

forma preferencial do fósforo.


O fósforo branco é muito reativo e queima na

presença de ar, formando o P4O10;

O Fósforo vermelho (sólido amorfo) é obtido

aquecendo-se o fósforo branco, em atmosfera

inerte, a 300OC, durante vários dias.

Aquecendo-se o fósforo a alta pressão, obtém

uma terceira variante, o fósforo preto, que é a

forma mais termodinamicamente estável.


O fosforo é o único macronutriente que não

existe na atmosfera, se não unicamente em

forma sólida nas rochas.

Ao mineralizar-se, é captado pelas raízes

das plantas e se incorpora a cadeia trófica

dos consumidores, devolvido ao solo, nos

excrementos ou através da morte.


Uma parte do fósforo é transportada por correntes de água.

Ali, se incorpora na cadeia trófica marinha ou se acumula e

se perde nos solos marinhos, onde não pode ser

aproveitada pelos seres vivos, até que o afloramento de

algas profundas possam reincorporá-lo na cadeia trófica.

OBTENÇÃO FÓSFORO

Obtido a partir dos mineriais fluoroapatita ehidroxiapatita:

Ca5(PO4)3F(s)+ 5 H2SO4(l) 3H3PO4(s) + CaSO4(s)+ HF(g)

Rochas desses minerais costumam conterimpurezas de metais do bloco d, difíceis deremover;

O ácido assim produzido é destinado àindústria de fertilizantes e ao desgaste demetais.

OBTENÇÃO FÓSFORO

A produção de fósforo elementar dá-se

através da reação da rochas fosfática em

arco voltaico: 2Ca3(PO4)2(s) + 6SiO2(s) +10C(s) 6CaSiO3(l) + 10CO(g) + P4(g)

O P4 produzido assim e transformado em

P4O10, o qual é tratado com água para

formar H3PO4 de alta pureza.

APLICAÇÕES FÓSFORO

O ácido fosfórico concentrado, que pode

conter entre 70 e 75% de pentóxido (P2O5) é

importante para a agricultura, já que forma

os fosfatos empregados para a produção de

fertilizantes.


Os fosfatos são usados para a fabricação de

cristais especiais para lâmpadas de sódio e

no revestimento interno de lâmpadas

fluorescentes.

O fosfato monocálcio é utilizado como pó de

confeite para bolos e outros produtos, em

confeitarias.


É importante para a produção de aço e

bronze.

O Fosfato trissódico é empregado como

agente de limpeza para amolecer a água e

prevenir a corrosão da tubulação.


O Fósforo branco tem aplicações militares

em bombas incendiárias e bombas de efeito

moral.

Também é usado em fósforos de segurança,

pirotecnia, pastas de dente, detergentes,

pesticidas e outros produtos.

CARACTERÍSTICAS GERAIS ARSÊNIO

extremamente venenoso, apresenta-se no

estado sólido


O arsênio apresenta três estados

alotrópicos: cinza ou metálico, amarelo e

negro.


O arsênio cinza metálico (forma α) é a forma

mais estável nas condições normais e tem

estrutura romboédrica; é um bom condutor

de calor, porém um péssimo condutor

elétrico.


O arsênio amarelo (forma γ) é obtido quando

o vapor de arsênio é esfriado rapidamente.

É extremamente volátil e mais reativo que o

arsênio metálico e apresenta fosforescência

à temperatura ambiente.

Também se denomina arsênio amarelo o

mineral trissulfeto de arsênio, ou realgar.

As4, moléculas tetraédricas.


Uma terceira forma alotrópica, o arsênio

negro (forma β), de estrutura hexagonal ,

tem propriedades intermediárias entre as

formas alotrópicas descritas, e se obtém da

decomposição térmica da arsina ou

resfriamento lento do vapor de arsênio.


Uma terceira forma alotrópica, o arsênio

negro (forma β), de estrutura hexagonal ,

tem propriedades intermediárias entre as

formas alotrópicas descritas, e se obtém da

decomposição térmica da arsina ou

resfriamento lento do vapor de arsênio.

OBTENÇÃO ARSÊNIO, ANTIMÔNIO E

BISMUTO

São geralmente encontrados nos minérios

de sulfetos:

Realgar As4S4, ouro-pigmento As2S3,

Arsenolita As2O3, Arsenopirita FeAsS.

APLICAÇÕES ARSÊNIO

Conservante de couro e madeira (arseniato

de cobre e cromo), uso que representa,

segundo algumas estimativas, cerca de 70%

do seu consumo mundial.

O arsenieto de gálio é um importante

semicondutor empregado em circuitos

integrados mais rápidos e caros que os de

silício.


Aditivo em ligas metálicas de chumbo e

latão. Inseticida (arseniato de chumbo),

herbicidas (arsenito de sódio) e venenos.

O dissulfeto de arsênio é usado como

pigmento e em pirotécnica.


Descolorante na fabricação do vidro (trióxido

de arsênio).

Recentemente renovou-se o interesse

principalmente pelo uso do trióxido de

arsênio para o tratamento de pacientes com

leucemia.

APLICAÇÕES ANTIMÔNIO

O antimônio tem uma crescente importância na

indústria de semicondutores para a construção

de diodos, detectores infravermelhos e

dispositivos de efeito Hall.

Usado como liga, este semi-metal incrementa

muito a dureza e a força mecânica do chumbo.

Também é empregado em diferentes ligas como

peltre, metal antifricção (liga com estanho) ,

metal inglês (formado por zinco e antimônio).


baterias e acumuladores;

tipos de imprensa;

revestimentos de cabos;

almofadas e rolamentos.


Compostos de antimônio na forma de óxidos,sulfetos, antimoniatos e halogenetos de antimôniosão empregados na fabricação de materiaisresistentes ao fogo, esmaltes, vidros, pinturas ecerâmicas.

O trióxido de antimônio é o mais importante e éusado principalmente como retardante de chama(antifogo).

Estas aplicações como retardantes de chamacompreendem a produção de diversos produtoscomo roupas, brinquedos, cobertas de assentos etc.

APLICAÇÕES BISMUTO

O oxicloreto de bismuto é usado

extensivamente em cosméticos , e o

subnitrato de bismuto, o subcarbonato de

bismuto são usados em medicina. O

subsalicilato de bismuto é um líquido cor-de-

rosa usado como antidiarreico.


Imãs permanentes fortes podem ser feitos com ligasMn-Bi denominadas bismanol.

Muitas ligas de bismuto apresentam baixos pontosde fusão, por isso são usados para a produção dedispositivos de segurança de detecção de incêndios.

O bismuto é usado para a produção de ferrosmaleáveis.

O bismuto está encontrando uso como catalisadorpara a produção de fibras acrílicas.

Usado também como um material em termopares.


Em reatores nucleares como suporte para

combustível U-235 ou U-233.

O bismuto foi usado também em soldas. O

bismuto e muitas de suas ligas ( de estanho

e chumbo ) apresentam baixos pontos de

fusão e se expandem ligeiramente quando

solidificados, que as tornam ideais para este

propósito.


O subnitrato de bismuto é um componente

dos esmaltes produzindo um brilho

iridescente.


Recentemente, na década de 1990 , foram

iniciadas pesquisas no sentido de avaliar a

utilização do bismuto não tóxico em

substituição ao chumbo tóxico para a

produção de ligas, que serão usadas em

cerâmicas, esmaltes, pesos de anzóis de

pescaria, equipamentos de processamento

de alimentos e, como substituto para

encanamentos.

GRUPO 16 - CALCOGÊNIOS

É um dos grupos mais importantes da TP, pois

contém alguns dos elementos mais importantes

para a vida.

O nome calcogênio faz referência à palavra

grega chalcos+gen = gerador de minérios,

também faz referência à participação dos

elementos do grupo no bronze.

Como nos demais grupos, o oxigênio difere em

propriedades dos seus companheiros de grupo.


Configuração eletrônica dos elementos

O [He]2s22p4

S [Ne]3s23p4

Se [Ar]3d104s2 4p4

Te [Kr]4d105s2 5p4

Po [Xe]4f14 5d106s2 6p4


Todos os elementos do grupo são sólidos

nas condições normais, exceto o oxigênio;

O caráter metálico aumenta com o aumento

em Z;

O e Se são não-métálicos, Te é metalóide e

o Po é um metal;

Os elementos do grupo apresentam forte

alotropia, principalmente o enxofre.


ns2np4 sugere um número de oxidação máximoigual a 6+, embora o oxigênio nunca atinja essaconfiguração eletrônica.

O atinge configuração estável com nox 2-;

S atinge configurações estáveis com nox entre2- e 6+;

O é o segundo elemento mais eletronegativo databela, o que influencia suas propriedadesquímicas, além de pequeno raio atômico eausência de orbitais d.

GRUPO 16 – OCORRÊNCIA E OBTENÇÃO

Oxigênio: ocorre sob a forma O2 (dioxigênio) e O3

(ozônio);

Constitui 21% da atmosfera terrestre;

Terceiro elemento mais abundante no Sol e o mais abundante (46%) na Lua;

Constitui cerca de 46% (m/m) da crosta terrestre;

Presente em todos os silicatos

Corresponde a 86% da massa dos oceanos e 89% da água do planeta.

Incolor, inodoro e altamente reativo.


Oxigênio: é obtido a partir da liquefação do ar atmosférico e destilação fracionada do O2

liquefeito;

O O2 é usado na fabricação do aço, para a formação do CO por combustão incompleta do carvão coque. 1 tonelada O2 = 1 tonelada de aço;

Fabricação do branco de titânio, pigmento industrial:

TiCl4(l) + O2(g) TiO2(s) + 2Cl2(g)


Oxigênio: usado na produção do H2COCH2

(oxirano);

Usado em tratamentos de esgotos, de riospoluídos, branqueamento de polpa de papel,aplicações médicas, etc.

Ferve à -183OC (O2) ou à -112OC (O3);

O Ozônio tem odor pungente (grego: ozein =tem cheiro), é produzido pela descargaelétrica sobre oxigênio gasoso.


Enxofre: É obtido na forma elementar a partir

de depósitos subterrâneos com fórmula

molecular S8, tem várias formas alotrópicas,

incluíndo uma polimérica;

Ocorre na galena PbS, barita BaSO4, sal de

Epsom MgSO4, gás sulfídrico H2S e

organossulfurados do petróleo.


Enxofre: É obtido a partir do processo Frasch,no qual água superaquecida, vapor e arcomprimido são injetados em minassubterrâneas a fim de forçar a subida dosminerais sulfurosos.

O enxofre sobe fundido e é resfriado à céuaberto.

O processo Claus é uma alternativa maisbarata:

2H2S(g) + SO2(g) 3S(l) + 2H2O(l)


Selênio e Telúrio: Se e Te ocorrem nos minérios de sulfetosmetálicos, os quais são refinados por eletrólise de sais decobre.

Selênio é obtido, também, de lamas residuais de plantas deácido sulfúrico.

Cu2Se(aq) + Na2CO3(aq) + 2O2(g) 2CuO(s) + Na2SeO3(aq) +CO2(g)

Cu2Te(aq) + Na2CO3(aq) + 2O2(g) 2CuO(s) + Na2TeO3(aq) +CO2(g)

As soluções contendo Na2XO3 são acidificadas com H2SO4,formando H2XO3 e:

H2XO3(aq) + 2SO2(g) + H2O(l) Se(s) + 2H2SO4(aq)


Polônio: Assim como o Te, é altamente tóxico;

Além de sua toxicidade química, ele apresentaradioatividade intensa;

É 2,5.1011 vezes mais tóxico que o HCN.

Tem 29 isótopos.

É encontrado como contaminante no tabaco.

É encontrado em minérios de urânio.

É produzido em pequena escala através dareação nuclear de captura de nêutron:

83Bi209 + 1n1 84Po210 + e-

GRUPO 16 – PRINCIPAIS CLASSES DE

COMPOSTOS - ÓXIDOS

SO2, e SO3

SO2 é formado quando enxonfre é queimado

com ar ou oxigênio;

Todos os combustíveis fósseis contém enxofre

e formam os óxidos acima descritos, causando

o problema da chuva ácida

São incolores, tóxicos, de odor pungente e

dissolvem-se em água, formando H2SO3 e

H2SO4


COMPOSTOS - ÓXIDOS

Os sais dos ácidos contém íons sulfito (SO32-)e

sulfato (SO42-)

Por oxidação formam o íon tiossulfato S2O32-,

usado para a determinação titulométrica doiodo.

SO3 é um sólido branco volátil que reageviolentamente com a água.

O H2SO4 puro é incolor, viscoso e é umreagente químico barato e importantíssimo paraa indústria como agente oxidante, desidratante.


COMPOSTOS - HALETOS

O único haleto do oxigênio é o OF2, o qual é

um gás incolor e tóxico

Existem diversos óxidos de haletos,

incluíndo Cl2O, Cl2O7 e I2O5;

O enxofre tem numerosos haletos, os mais

importantes são SF6, e S2Cl2.


COMPOSTOS - HIDRETOS

H2O, o mais importante hidreto do oxigênio.

Age como ácido ou base de Bronsted-Lowry,

de Lewis e de Usanovich. É um bom agente

redutor e oxidante.



H2O2, peróxido de hidrogênio é um líquido

azul-pálido, forte agente oxidante, o que o

torna um produto industrial de amplo uso.



Sulfeto de hidrogênio, é comumente

conhecido como ―gás de ovo podre‖.

Dissolve-se facilmente em água, formando

um ácido fraco, mas que é um forte agente

redutor.

GRUPO 17 – HALOGÊNIOS –

CARACTERÍSTICAS GERAIS

Têm esse nome pela habilidade em formar

sais. Em grego halos = sal e genos=gerar;

Flúor e cloro são venenosos;

O bromo é um líquido volátil tóxico;

O Iodo é um sólido que sublima facilmente.

São os elementos não-metálicos mais

reativos que existem.

GRUPO 17 - HALOGÊNIOS

Configuração eletrônica dos elementos

F [He]2s22p5

Cl [Ne]3s23p5

Br [Ar]3d104s2 4p5

I [Kr]4d105s2 5p5

At [Xe]4f14 5d106s2 6p5



Os elementos do grupo 17 são muito

similares entre si. Todos eles existem como

moléculas diatômicas de fórmula geral X2,

todos eles oxidam metais e formam haletos.



Os óxidos de halogênios são ácidos, os

hidretos são covalentes.

O flúor é o mais eletronegativo elemento de

todos da TP.

Geralmente, eletronegatividade e poder

oxidante decrescem à medida que o Z

aumenta.



O resultado deste decréscimo na

eletronegatividade é o aumento no caráter

covalente dos compostos;

Tanto que AlF3 é iônico enquanto que AlCl3 é

covalente.



O flúor mostra algumas anomalias por causa

do pequeno tamanho do seu átomo e íon;

Isto permite que diversos átomos de F se

empacotem em torno de um átomo central

diferente, como no AlF63- comparado com o

AlCl4-.



A ligação F-F é também inesperadamente

fraca por causa do tamanho reduzido do

átomo de F e que faz com que os pares de

elétrons isolados ficarem mais próximos do

que em outros halogênios, isso faz com que

as forças de repulsão aumentem e

enfraqueça a ligação.


Os halogênios são reativos e dificilmente são

encontrados livres na natureza.

O Flúor é minerado como fluorspar, fluoreto

de cálcio e criolita.

Ele e extraído por eletrólise porque não

existem agentes oxidantes capazes de

oxidar fluoretos a flúor;


Cloro é encontrado em minerais tais como

sal-gema, a grandes quantidades de íons

cloreto ocorrem na água do mar, lagos e

poços subterrâneos de salmoura;

Ele é obtido por eletrólise de sais de cloreto

de sódio ou salmoura.


O bromo é encontrado como íon brometo em

água do mar, em grandes quantidades em

poços de salmoura subterrâneos, dos quais

é extraído.


O iodo é minerado como Iodato de Sódio,

NaIO3, o qual está presente no salitre do

Chile;

É obtido por reação com hidrogenossulfato

de sódio, NaHSO4.

GRUPO 17 – PROPRIEDADES QUÍMICAS

Os halogênios têm alto caráter oxidante;

Flúor tem o maior caráter oxidante, os

demais elementos que com ele se combinam

têm o maior estado de oxidação possível.

O flúor é um forte agente oxidante que deve

ser preparado por eletrólise.

GRUPO 17 – PROPRIEDADES QUÍMICAS

O cloro é o mais próximo agente oxidante ao

flúor;

Muitos elementos reagem diretamente com o

cloro, com o bromo e com o iodo, mas há

decréscimo na reatividade à medida que se

desce no grupo. Isso pode ser contornado

com o uso de radiação UV ou calor;

GRUPO 17 – PRINCIPAIS COMPOSTOS –

ÓXIDOS E OXOÁCIDOS

Não existem óxidos de flúor, porque não existemelementos mais eletronegativos que o flúor.

Cloro, bromo e iodo formam diversoso óxidos osquais são termicamente instáveis, tais como odióxido de cloro ClO2.

O único oxoácido de flúor, o HFO, é instável atemperatura ambiente, mas existem muitosoxoácidos dos outros halogênios.

Os sais mais bem conhecidos são: hipoclorito ClO-,clorato ClO3

-, clorito ClO2-, percloraro ClO4

-, todossão poderosos agentes oxidantes.


HALETOS

Os haletos podem ser combinados uns com

os outros para formar compostos

interhalogênios e íons polihaletos;

Íons polihaletos possuem fórmula geral [Y-X-

Y]-.

Não é possível para o Flúor fazer parte de

um íon polihaleto pois ele não consegue

expandir sua camada de valência.


HIDRETOS

Haletos de hidrogênio têm fórmula geral HX.

O HF é um líquido incolor que ferve a

19,5OC, e todos os outros haletos de

hidrogênio são gases incolores.


HIDRETOS

HF é um líquido devido à presença extensiva

de pontes de hidrogênio entre as moléculas.


HIDRETOS

Todos os haletos de hidrogênio dissolvem-se

facilmente para formar soluções ácidas, os

mais amplamente utilizado é o ácido

clorídrico.


HIDRETOS

Excetuando-se o HF, os demais HX são

ácidos;

Liberam CO2 quando reagem com

carbonatos e formam sais com óxidos

básicos.

HF é um ácido fraco porque a ligação H-F é

muito forte, e porque ligações de hidrogênio

ocorrem entre F- e HF em solução.


COMPOSTOS ORGÂNICOS

Os halogênios formam compostos orgânicos

que são muito conhecidos por seus impactos

ambientais e industriais;

Compostos como PVC, DDT, etc, são muito

utilizados na indústria ou causaram grandes

impactos na economia e ecologia mundiais.


IMPORTÂNCIA INDUSTRIAL

O grupo dos halogênios é, talvez, o grupo de

elementos mais importante e utilizado na

indústria.



O flúor é amplamente usado como agente

oxidante.



HF é usado para marcar vidro.

O cloro é usado para clorar a água que

bebemos, e em muitos compostos

organoclorados.



Alguns destes, tais como o inseticida DDT,

são efetivos mas ambientalmente danosos, e

muitas controvérsias rodeiam seu uso.



O dióxido de cloro é usado para branquear

polpa de madeira e para fabricar papel, ele

dá uma boa brancura ao papel sem degradá-

lo.



Os hipocloritos são usados em alvejantes

domésticos.

O clorato de potássio é usado como agente

oxidante em fogos de artifício e fósforos.

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