UNIVERSIDADE FEDERAL DE ITAJUBÁ

QUÍMICA DOS NÃO -METAIS

Alunos: Alessandra Gregio Fonseca – 15712 João Victor de Novaes Pacheco - 15736

Prof. Dr. Élcio Barrak

Sumário

Conceitos gerais Hidrogênio e suas propriedades Grupo 8A: gases nobres Grupo 7A: halogênios Oxigênio Outros elementos do grupo 6A Nitrogênio Outros elementos do grupo 5A Fósforo Carbono Outros elementos do grupo 4A Silício Boro

Conceitos gerais: tendências periódicas e reações químicas

Eletronegatividade

Sólidos iônicos: metais e não-metais

Compostos moleculares: não-metais e não-metais

IMPORTANTE: A química exibida pelo primeiro membro de um grupo pode diferir de várias maneiras importantes da dos membros subseqüentes.

Exemplo:

O 1º elemento em um grupo pode

formar ligações π mais facilmente

que os membros mais abaixo no grupo.

Carbono, nitrogênio e oxigênio freqüentemente formam ligações duplas. Os elementos dos períodos 3, 4, 5 e 6 da tabela tendem a formar apenas ligações simples.

REAÇÕES QUÍMICAS

Reações de combustão com O2

• Compostos contendo hidrogênio produzem H2O

• Compostos contendo carbono produzem CO2

• Compostos contendo nitrogênio tendem a formar N2

H2O, CO2 e N2: altas estabilidades termodinâmicas devido às altas energias de ligação para as suas ligações.

HIDROGÊNIO “produtor de água”

Elemento mais abundante no universo. A maior parte encontra-se associada ao oxigênio.

Importante componente do petróleo, da celulose, do amido, dos alcoóis, dos ácidos e de muitos outros materiais.

Isótopos:

Prótio: isótopo mais comum do hidrogênio. Constitui 99,9844% do H2 natural. Seu núcleo consiste em um único próton.

Deutério: Constitui 0,0156% do hidrogênio natural e não é radioativo.

D2O – óxido de deutério, conhecido como água pesada.

Deuteração: processo de substituição do prótio pelo deutério. Tem efeito nas velocidades das reações, num fenômeno chamado efeito cinético de isótopo.

Trítio: É radioativo e tem meia-vida de 12,3 anos. É formado continuamente na atmosfera mais alta.

PF PE

D2O 3,81ºC 101,42ºC

H2O 0,00ºC 100,00ºC

Propriedades do hidrogênio

• À temperatura ambiente é um gás incolor, inodoro e sem sabor, composto de moléculas diatômicas (H2);

• H2: molécula apolar com PF e PE baixos;

• Forma ligações covalentes fortes com muitos elementos.

Utilização

• Síntese de amônia (NH3) pelo processo de Harber

• Fabricação do metanol (CH3OH)

CO(g) + 2 H2(g) CH3OH(g)

Compostos binários de hidrogênio

• Hidretos iônicos: Hidrogênio + metais alcalinos ou metais alcalino-terrosos mais pesados (Ca, Sr, Ba)Ex: CaH2 – hidreto de cálcio (inflar barcos salva-vidas)

• Hidretos metálicos: Hidrogênio + metais de transição. Esses compostos mantêm a condutividade metálica e outras propriedades dos metais.

• Hidretos moleculares: Hidrogênio + não-metais ou semi-metais. Sob condições-padrão são gases ou líquidos.

Grupo 8A – Gases nobres• São quimicamente não-reativos• Possuem estabilidade altas energias de ionização• São todos gases à temperatura ambiente e compõem a

atmosfera da Terra (exceto Rn)• Hélio: mais importante dos gases nobres. Tem o ponto de

ebulição mais baixo de todas as substâncias e é encontrado em concentrações relativamente altas em muitas fontes naturais.

Compostos de gás nobreGases nobres: extremamente estáveis sofrem reações

apenas sob condições rigorosasComo os elementos do grupo 8A (exceto He) já contêm 8

elétrons em seus níveis de valência, a formação de ligações covalentes necessitará de um nível de valência expandido.

O Xenônio (Xe) é o gás nobre que forma compostos mais facilmente.

Grupo 7A : Halogênios

• Afinidades eletrônicas muito negativas;

• Atingem com freqüência a configuração de gás nobre;

• Têm as mais altas eletronegatividades;

• Moléculas diatômicas;

• À temperatura ambiente e 1 atm de pressão:

I2 é sólido, Br2 é líquido, Cl2 e F2 são gases

• Cl, Br e I são encontrados como haletos na água do mar e em depósitos de sal;

• Flúor: ocorre nos minerais fluorita, criolita e fluorapatita, mas apenas a fluorita é uma

fonte comercial importante desse elemento

Utilização dos halogêniosFlúor Usado para a preparação dos fluorcarbonos, compostos

muito estáveis usados como refrigerantes, lubrificantes e plásticos. O Teflon™ é um fluorcarbono polimérico de alta estabilidade térmica e deficiência de reatividade química.

Cloro É o halogênio mais importante comercialmente. É usado na fabricação de compostos orgânicos como o cloreto de vinila (C2H3Cl) e seu plástico, conhecido como PVC. Também tem aplicação como agente alvejante e no tratamento da água.

Bromo Brometo de prata, usado em filmes fotográficos

Iodo aparece como KI no sal de cozinha. O sal iodado fornece a pequena quantidade de iodo necessária na alimentação.Carência de Iodo: bócio

Haletos de hidrogênioTODOS os halogênios formam moléculas diatômicas estáveis com o hidrogênio.

Preparação:

Sal do haleto + ácido não-volátil forte

CaF2(s) + H2SO4(l) 2 HF(g) + CaSO4(s)

Compostos Inter- halogênios

Suas moléculas são formadas por átomos de halogênios diferentes; são extremamente reativos; têm como átomos centrais Cl, Br ou I, rodeados por átomos de flúor.

Exemplos: IF3, IF5, IF7, BrF3, BrF5, ClF3, ClF5

Geometria molecular: modelo RPENV

Oxiácidos e oxiânions

Propriedades importantes:• Forças ácidas dos oxiácios aumentam com o aumento

do estado de oxidação do átomo de halogênio central;• Todos os oxiácios são agentes oxidantes fortes;• Oxiânions: formados pela remoção de H+ dos oxiácidos.

Geralmente são mais estáveis que os oxiácidos.Exemplos:Sais de hipoclorito: alvejantes e desinfetantesÁcido perclórico e seus sais: mais estáveis oxiácidos. São oxidantes vigorosos quando aquecidos.

Oxigênio

• É encontrado na combinação com outros elementos;• É o elemento mais abundante em massa na crosta

terrestre e no corpo humano;• Atua como agente oxidante para o metabolismo dos

alimentos;

• Tem dois alótropos: O2 e O3 (ozônio)

• À temperatura ambiente, o O2 é um gás incolor e inodoro;

• Praticamente todo o oxigênio comercial é obtido do ar;

• Muito do O2 da atmosfera é reabastecido pela fotossíntese;

Utilização:Indústria de aço remoção das impurezas do açoMedicina amenização das dificuldades respiratórias

Ozônio• Gás azul-claro, venenoso, com odor irritante.• Sua molécula dissocia-se facilmente, formando átomos

de oxigênio reativosO3(g) O2(g) + O(g)

• É agente oxidante mais forte que o O2

• Não pode ser armazenado por muito tempo porque se decompõe rapidamente em O2

• É um importante componente da atmosfera superior, onde bloqueia as radiações UV

• Na atmosfera baixa é considerado um poluente do ar

Utilização:Tratamento da água em substituição ao cloroPreparação de medicamentos e lubrificantes sintéticos, entre outros compostos orgânicos.

Óxidos• Não-metais óxidos covalentes• Óxidos ácidos (anidridos ácidos): são óxidos que reagem

com água para formar ácidos.• Óxidos básicos (anidridos básicos): são óxidos iônicos

que se dissolvem em água e reagem para formar hidróxidos.

Peróxidos e SuperóxidosPeróxidos: são compostos contendo ligações O - O e

oxigênio com estado de oxidação -1.Ex: Na2O2, CaO2, SrO2, BaO2, H2O2*

Superóxidos: nos superóxidos o oxigênio tem estado de oxidação -1/2Ex: KO2, RbO2, CsO2

Outros elementos do grupo 6A: S, Se, Te e Po

• Configuração eletrônica mais externa geral: ns2 np4 (2 ≤ n ≤ 6)

• Com exceção do oxigênio, podem ser encontrados com estado de oxidação de até +6 e podem ter níveis de valência expandidos;

Ex: SF6, SeF6 e TeF6

Enxofre (S)

• É amarelo, sem sabor e quase inodoro. Possui vários alótropos;

• Forma mais estável: enxofre rômbico S8

• É utilizado na fabricação de H2SO4 e na vulcanização da borracha

Selênio (Se)

• Tem condutividade elétrica baixa no escuro, mas aumenta muito com a exposição à luz;

• Células fotoelétricas, medidores de luz e fotocopiadoras.

Processo de Frasch

Grandes depósitos no subsolo são a principal fonte de enxofre elementar. O processo de Frasch é usado para obter o elemento a partir desses depósitos.

Sulfetos (S2-)O elemento que se liga ao enxofre é menos eletronegativo que ele.

Pirita minérios com o íon dissulfeto S2

-2

Ex: FeS2 (pirita de ferro)

Nitrogênio

• Descoberto em 1771 pelo botânico Daniel Rutherford;

• Representa 78% em volume da atmosfera da Terra;

• Destilação fracionada do ar líquido.

Nitrogênio

Propriedades

• Gás incolor, inodoro. Composto de moléculas de N2;• Baixa reatividade (ligações triplas);• Óxidos e oxiânions são agente oxidantes fortes.

Utilização• Embalagem de alimentos;• Produção de dispositivos eletrônicos;• Fabricação de fertilizantes;• N2(l) é empregado como um líquido refrigerante para resfriar alimentos rapidamente;

Nitrogênio

Nitrogênio

Óxidos e oxiácidos de nitrogênio

• Óxido nítrico(NO): neurotransmissor no corpo humano; • Óxido nitroso (N2O): anestésico geral (gás hilariante), aerossóis e espumas;• Dióxido de nitrogênio (NO2): tóxico e odor sufocante;• Ácido nítrico (HNO3): usado na produção de fertilizantes, drogas, plásticos e explosivos (trinitrotolueno); - Processo de Ostwald (3 etapas) :

1ª : conversão catalítica de NH3 em NO;

2ª : NO reage rapidamente com O2, formando NO2;

3ª : NO2 dissolvido em H2O forma ácido nítrico (HNO3).

• Ácido nitroso (HNO2).

Outros elementos do grupo 5A

Fósforo

Haletos de fósforo• PX3 (tri-haletos) e PX5 (penta-haletos);• Tricloreto de fósforo (PCl3): sabão, detergente e inseticida.

Compostos oxi de fósforo• Oxidação do fósforo branco: → Pouco oxigênio = P4O6 (óxido de fósforo (III));

→ Excesso oxigênio = P4O10 (óxido de fósforo (V));• Ácido fosforoso (H3PO3);• Ácido fosfórico (H3PO4);• Tendência a sofrer reações de condensação quando aquecidos;• Importantes nos sistemas biológicos, pois estão no RNA, DNA e ATP.

Arsênio na água potável

• AsO43- , AsO3

3- , HAsO42- e HAsO3

2- ;• Norma: 10 ppb de As (10 µg/L);• Alto risco de câncer de pulmão e bexiga; - 3 ppb por dia → 1 em 1000; - 10 ppb por dia → 3 em 1000;• Pré-oxidação da água potável .

Carbono

• Constitui apenas 0,027% da crosta terrestre;• Existe em três formas cristalinas: - Grafite → sólido, macio, preto e conduz eletricidade; - Diamante → sólido, duro, transparente; - Fulerenos → C60 (buckybola) e C70 .

• Existe em três formas microcristalinas : - Carbono preto; - Carvão vegetal; - Carvão mineral (coque).

Carbono

Óxidos de Carbono• Monóxido de carbono (CO) - Incolor, inodoro, insípido e tóxico; - Produzido por motores de automóveis; - Combustível e agente redutor.

• Dióxido de carbono (CO2) - Incolor e inodoro; - Produzido pela queima de substâncias, que contêm carbono, com excesso de oxigênio; - Produção de bebidas e gelo seco; - Efeito estufa.

Carbono Ácido carbônico e carbonatos

• H2CO3: ácido fraco • Neutralização do ácido carbônico

- Parcial → HCO3- (bicarbonato);

- Completa → CO32- (carbonato).

CarbetosCompostos binários de carbono com metais, metalóides alguns não-metais. Ocorrem em 3 tipos:

• Iônicos: metais mais ativos;• Intersticiais: metais de transição; • Covalentes: boro e silício.

Outros compostos inorgânicos de carbono• Cianeto de hidrogênio (HCN): nylon;• Dissulfeto de carbono (CS2): solvente industrial.

Outros elementos do grupo 4A

• Eletronegatividade geralmente baixa ;• Grande maioria são ligados covalentemente;• Configuração eletrônica do nível mais externo = ns2np2 .

Silício (Si)• Segundo elemento mais abundante;• Ocorre como SiO2 e forma silicatos;• Si elementar tem estrutura de diamante;• Semicondutor;• Fabricação de transístores e células solares.

Silício

Silicatos• Compostos que possuem um átomo de Si rodeado de maneira tetraédrica por 4 oxigênios;• Usados para construir estruturas minerais;• Amianto:

- Silicatos fibrosos;- Isolantes;- Fibras minúsculas podem causar doenças.

Amianto de serpentina

Silício Vidros

• Produzido a partir do líquido resultante da fusão do quartzo (SiO2) 1600ºC .

• Substâncias podem ser adicionadas ao SiO2 para baixar seu PF: - Vidro de garrafa (SiO2 + CaO + Na2O)

Silicone• Cadeias de O—Si—O;• Posições de ligação restantes do Si ocupadas por grupos orgânicos ;• Lubrificantes, polidores de carro, seladores.

Boro

• Configuração eletrônica [He]2s22p1 ;• Boranos:

- Moléculas que possuem apenas boro e hidrogênio;

- B2H6 (diborano) : inflamável ao ar; - Combustíveis para foguetes.

• Óxido bórico (B2O3), anidrido do H3BO3 .

Referências bibliográficas

• Química: A Ciência Central, 9ª ed. Brown, LeMay, Bursten;• www.quimicanavida.blogger.com.br