Universidade Federal da Para

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Os metais

• Universidade Federal da Paraíba
• Centro de Ciências Exatas e da Natureza
• Departamento de Química
• Prof. Dr. Ary da Silva Maia

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INTRODUÇÃO
3

• São os mais numeroso entre os elementos
• Todos os elementos dos blocos s, d e f da tabela
  periódica são metais
• Alguns elementos do bloco p também são metais
  Alumínio, Gálio, Tálio, Estanho, Chumbo e Bismuto

4
(No Transcript)
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Distribuição dos elementos metálicos (em azul) na
tabela periódica
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PROPRIEDADES GERAIS DOS METAIS
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• Bons condutores de calor
• Bons condutores de eletricidade
• Sólidos, exceto o mercúrio (líquido).
• Brilho
• Dúcteis (fios).
• Maleáveis (lâminas).
• Formam cátions ().
• Resistência mecânica alta

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• A entalpia (energia) de Vaporização dos metais
  são bastante diferentes.

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Considerações Importantes!!!

• A baixa entalpia de vaporização do sódio e do
  mercúrio possibilita aplicá-los em lâmpadas de
  iluminação pública (vapores) e fluorescentes.
• O tungstênio, com o valor mais alto é usado como
  filamento em lâmpadas incandescentes, já que ele
  volatiliza muito lentamente.

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PROPRIEDADES QUÍMICAS

• A maioria dos metais reage com o oxigênio (O2).
  Entretanto, a espontaneidade e a velocidade dessa
  reação varia muito.
• Ex - O Césio inflama-se em contato com o ar.
• - O Alumínio e o Ferro sobrevivem ao ar e
  por isso são empregados comercialmente.

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OS METAIS DO BLOCO SMETAIS ALCALINOS (GRUPO
1)METAIS ALCALINOS TERROSOS (GRUPO 2)
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(No Transcript)
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METAIS ALCALINOS (1A)

• Os Alcalinos são os elementos do Grupo 1 (1A) da
  Tabela Periódica. Formada pelos seguintes metais
  lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio
  (Rb), césio (Cs) e frâncio (Fr).
• Têm este nome porque reagem muito facilmente com
  a água e, quando isso ocorre, formam hidróxidos,
  liberando hidrogênio.

2 Li(s) 2 H2O(l) ? 2 LiOH(aq) H2(g)
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METAIS ALCALINOS TERROSOS (2A)

• Os alcalino-terrosos são os elementos químicos do
  grupo 2 (2 A) da tabela periódica, e são os
  seguintes berílio (Be), magnésio (Mg), cálcio
  (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e radio (Ra).
• O nome alcalino-terroso provém do nome que
  recebiam seus óxidos terras. Possuem
  propriedades básicas (alcalinas).

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• A abundância é muito variada na crosta terrestre
  desde o Cálcio (5º metal mais abundante), seguido
  pelo Sódio, Magnésio até aos metais mais raros
  como Césio e Berílio.

Abundância na crosta as quantidades citadas
estão na base 10.
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• Possuem Energia de Ionização Baixa
• Esses metais reagem rapidamente com a água para
  liberar hidrogênio (H2).
• Os números de oxidação coincidem com o seu número
  de grupo
• Metais Alcalinos (Grupo 1) 1
• Metais Alcalinos Terrosos (Grupo 2) 2

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OBTENÇÃO

• Sódio, Potássio, Magnésio e Cálcio são abundantes
  na crosta terrestre, mas a obtenção dos metais
  requer muita energia e consequentemente é cara!!!

METAL FONTE NATURAL MÉTODO DE OBTENÇÃO
LÍTIO LiAl(SiO3) ELETRÓLISE
SÓDIO ÁGUA DO MAR ELETRÓLISE
CÁLCIO CALCÁRIO ELETRÓLISE
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Eletrólise ígnea do NaCl
Fonte de corrente direta
Fonte de corrente direta
e-
e-
e-
e-
cátodo
ânodo
cátodo
ânodo
ELETRÓLISE
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• Os metais alcalinos e alcalinos terrosos são
  dissolvidos até pela água.

M(s) H2O(l) ? M(aq) OH-(aq) H2(g)
M(s) 2 H2O(l) ? M2(aq) 2OH-(aq) H2(g)

• Estas reações são tão rápidas e exotérmicas que
  faz com que o hidrogênio se inflame

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Diagramas de Latimer
Grupo 1 Meio Ácido
Grupo 2 Meio Ácido
Grupo 2 Meio Básico
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OS METAIS DO BLOCO d
22
(No Transcript)
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METAIS DE TRANSIÇÃO

• São conhecidos como elementos de transição porque
  suas propriedades são geralmente intermediárias
  entre os elementos metálicos dos blocos s e os
  elementos não metálicos dos blocos p.

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• A maioria dos metais do bloco d é muito mais
  rígida do que os metais do bloco s
• Apresentam a velocidade de oxidação moderada
• Tais fatos justificam o uso do ferro, cobre e
  titânio na construção de edifícios e veículos

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ESTADOS DE OXIDAÇÃO ELEVADOS

• Os Metais do bloco d apresentam ampla faixa de
  estados de oxidação o que induz a uma química
  rica e interessante.
• O estado de oxidação do grupo pode ser alcançado
  por elementos que se encontram ao lado esquerdo
  do bloco d, mas não pelos elementos do lado
  direito

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Número de Oxidação dos Metais de Transição
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OS METAIS DO BLOCO d

• Estados de Oxidação ao longo das séries
• Configuração eletrônica padrão
• ns2 (n-1)dx sendo x o no do grupo 2
  unidades
• Serão avaliados
• Os estados de oxidação mais elevados
• Os estados de oxidação intermediários
• Como base de avaliação será empregado o Diagrama
  de Frost para os metais da série 3d.

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OS METAIS DO BLOCO d

• Diagrama de Frost para os elementos da série 3d.

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OS METAIS DO BLOCO d

• Estados de Oxidação Elevados
• O número de oxidação do grupo de um elemento é o
  número do seu grupo.
• Esta regra é valida para os elementos dos grupos
  3 a 7.
• A partir dos elementos do Grupo 8 (até o 11) o
  estado de oxidação do grupo não é alcançado.
• Este limite está relacionado com o aumento da
  Energia de Ionização e portanto com o caráter
  nobre da esquerda para a direita, ao longo de
  cada série do bloco d.

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OS METAIS DO BLOCO d

• A formação de compostos binários dos elementos da
  série 3d com halogênios e oxigênio evidencia a
  tendência de estabilidade dos estados de oxidação
  do grupo
• Grupos 3 e 4 alcançam o estado de oxidação do
  grupo com cloro (ScCl3 e TiCl4).
• Grupo 5 e 6 só alcançam o estado de oxidação do
  grupo com o fluor (VF5 e CrF6).
• A partir do Grupo 7 só o oxigênio é capaz de
  alcançar o estado de oxidação do grupo.
• Motivo IMPEDIMENTO ESTÉRICO EM FUNÇÃO DA
  QUANTIDADE DE ÁNIONS DE HALOGÊNIO NECESSÁRIOS.

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OS METAIS DO BLOCO d

• A pouca estabilidade dos estados de oxidação
  máximo atingido nos grupos 6,7 e 8 é evidenciada
  pelo alto caráter oxidante apresentado por estes
  estados (CrO42-, MnO41-, FeO42-).
• Observar que o caráter oxidante é crescente na
  ordem
• CrO42- lt MnO41- lt FeO42-
• Outra evidência da dificuldade de se oxidar
  elementos a direita do Cr ao estado de oxidação
  do grupo é o fato da oxidação ao ar do MnO2, em
  hidróxido de potássio fundido, não levar o metal
  ao estado de oxidação do grupo, mas sim a um
  composto verde escuro (K2MnO4) Mn(VI)

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OS METAIS DO BLOCO d

• Estados de oxidação intermediário na série 3d
• Estado de Oxidação 1
• A maioria sofre desproporcionamento em M e M2.
• Ligações no metal sólido são muito fortes,
• Para os metais 3d o estado de oxidação 2 é mais
  estável, considerando-se solução aquosa e
  combinação com ligantes duros.
• Exceções são os compostos organometálicos e as
  carbonilas metálicas como Ni(CO)4 e Mo(CO)6.

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OS METAIS DO BLOCO d

• Estado de Oxidação 2
• Os aquaíons dipositivos ( M2(aq)), mais
  especificamente os complexos octaédricos
  M(H2O)62 , tem importante papel na química dos
  metais da série 3d.
• Muitos destes íons são coloridos, como resultado
  das transições d-d na região visível do espectro.
• Cr2(aq) é azul, Fe2(aq) é verde, Co2(aq) é
  rosa, Ni2(aq) é verde e Cu2(aq) é azul.
• É um estado de oxidação cada vez mais comum da
  esquerda para a direita da série 3d.
• Sc2 - desconhecido, Ti2 - técnica especial de
  preparação, V2 e Cr2 - termodinamicamente
  instáveis em relação à oxidação pelo H.

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OS METAIS DO BLOCO d

• Apesar da instabilidade, a lentidão na evolução
  de H2 torna possível trabalhar com soluções
  aquosas destes íons, na ausência de ar, sendo
  assim agentes redutores úteis.
• Após o Cr, o íon M2 é estável em relação à
  reação com água e somente o Fe2 é oxidado pelo
  ar.
• A água pode atuar como um agente oxidante,
  tornando instáveis algumas soluções de íons M2.
• Isto faz com que sejam conhecidos mais sais
  destes íons em estado sólido do que em solução
  aquosa.

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OS METAIS DO BLOCO d

• Estado de Oxidação 3
• Este estado de oxidação é mais comum para os
  elementos a esquerda da série, sendo por exemplo,
  o único estado de oxidação conhecido para o
  escândio.
• Titânio, vanádio e cromo apresentam grande
  variedade de compostos no estado de oxidação 3.
• O aumento da energia de ionização é responsável
  pela diminuição da estabilidade das espécies
  M(III) ao longo do período.
• O Mn2 apresenta a subcamada d semicheia o que
  implica em maior estabilidade desta espécie. Já o
  Mn3 apresenta relativamente poucos compostos
  conhecidos.

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OS METAIS DO BLOCO d

• São conhecidos compostos de Fe(III), mas,
  geralmente, os mesmos são oxidantes.
• O Co3 é um poderoso oxidante em meio ácido,
  promovendo liberação de O2.
• Consegue-se estabilização deste íons na forma de
  oxocomplexos em meio básico, ou quando
  complexados por outros ligantes bons doadores.
• Os aquapions Ni3 e Cu3 nunca foram preparados.

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OS METAIS DO BLOCO d

• Estados de oxidação intermediário nas séries 4d e
  5d
• Diferentemente dos metais da série 3d, os metais
  das séries 4d e 5d raramente formam íons M2 (aq)
  simples.
• Poucos exemplos foram caracterizados
• Ru(H2O)62 , Pd(H2O)42 , Pt(H2O)42
• São formados muitos complexos entre o íon M(II) e
  outros ligantes que não a água, entre eles estão

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OS METAIS DO BLOCO d

• Complexos octaédricos d6 muito estáveis, como
• Ru(H2O)(NH3)52

• Complexos d6 quadrado piramidais muito raros,
  como
• Ru(Cl)2(PPh3)3

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OS METAIS DO BLOCO d

• Paládio (II) e platina (II) formam muitos
  complexos d8 , quadrado planares, como por
  exemplo PtCl42-.
• PdCl42-

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OS METAIS DO BLOCO d

• Estados de Oxidação descendo nos grupos
• Nos grupos 4 a 10 o estado de oxidação mais
  elevado torna-se mais estável descendo no grupo,
  com a maior mudança de estabilidade ocorrendo
  entre as duas primeiras séries.
• A facilidade de oxidação do metal não se
  correlaciona com o maior estado de oxidação
  disponível.

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APLICAÇÕES DO FERRO
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• É o metal de transição mais abundante da crosta
  terrestre.
• O ferro é encontrado em numerosos minerais,
  destacando-se a
• Hematita (Fe2O3)
• Magnetita (Fe3O4)
• Limonita (FeO(OH))
• Siderita (FeCO3)
• Pirita (FeS2)
• Ilmenita (FeTiO3)

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• A redução dos óxidos para a obtenção do ferro é
  efetuada em fornos denominados alto forno ou
  forno alto.
• Nele são adicionados os minerais de ferro, em
  presença de coque (C), e carbonato de cálcio
  (CaCO3) que atua como escorificante.

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(No Transcript)
45

• O Ferro obtido no processo é chamado de ferro
  gusa (até 4 de C).
• O ferro gusa é duro e quebradiço, com baixa
  resistência mecânica, devido ao excesso de
  carbono.
• O aço comum é uma liga de ferro carbono (Fe-C)
  contendo geralmente de 0,008 a 2 de carbono

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CARÁTER NOBRE

• Os metais localizados à direita do bloco d são
  resistentes à oxidação. Essa resistência é mais
  evidente para a prata, ouro e os metais 4d, 5d e
  do grupo 8 a 10.

Grupo 8 a 10 metais do grupo da platina (ocorrem
em minérios contendo platina) Cobre, prata e
ouro metais de cunhagem
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(No Transcript)
48

• Para dissolver o ouro é necessário uma mistura de
  31 de ácido clorídrico e ácido nítrico (água
  régia).

Au 4 H NO3- 4 Cl- ? AuCl4- NO 2 H2O
49
OS METAIS DO BLOCO p
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(No Transcript)
51

• Os metais mais pesados do bloco p favorecem os
  estados de oxidação baixos

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• Entre os elementos do bloco p, o silício (Si) e o
  alumínio (Al) são os mais abundantes e o tálio
  (Tl) e bismuto (Bi) são os menos abundantes.
• Os metais do grupo 13 (alumínio) apresentam
  estado de oxidação 3

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OS METAIS DO BLOCO f
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(No Transcript)
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LANTANÍDEOS

• São metais altamente eletropositivos.
• São conhecidos como terras raras
• Marcam o aparecimento dos subníveis f nas
  configurações eletrônicas (4f)
• Do La ao Yb favorecem o estado de oxidação 3

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APLICAÇÕES DOS LANTANÍDEOS
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LANTÂNIO (La)
PRASEODÍMIO (Pr)
CÉRIO (Ce)
Lentes para óculos de proteção para soldadores
Camisas incandescentes usadas em lampiões
(Pedras para isqueiros)
NEODÍMIO (Nd)
PROMÉCIO (Pm)
Possível fonte de calor para fornecer força
auxiliar à satélites e sondas espaciais
Corante para esmalte
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EURÓPIO(Eu)
SAMÁRIO (Sm)
Fabricação de fones de ouvidos
Equipamentos de projeção
GADOLÍNIO (Gd)
Memória para computadores
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TÉRBIO (Tb)
DISPRÓSIO(Dy)
Fabricação de CDs
É usado como ativador para a cor verde em tubos
de imagens de televisores em cores
ÉRBIO (Er)
HÓLMIO (Ho)
Laser para oftalmologia
Fabricação de filtros fotográficos
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TÚLIO (Tm)
ITÉRBIO(Yb)
Na fabricação de ferritas
Aplicação em lasers
LUTÉCIO (Lu)
Catalisador em reações
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ACTINÍDEOS

• Envolvem o preenchimento da subcamada 5f
• Os primeiros membros da série ocorrem em uma rica
  variedade de estados de oxidação.

62
(No Transcript)
63
APLICAÇÕES DOS ACTINÍDEOS
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ACTÍNIO(Ac)
TÓRIO(Th)
Aumenta a refração de vidros para lentes de
câmeras e de binóculos
Usado em geradores termoelétricos
PROTACTÍNIO(Pa)
Elemento radioativo artificial (não há registro
do uso do elemento)
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URÂNIO(U)
NETÚNIO(Np)
Indústria de aeronaves - urânio
metálico Combustível nuclear para reatores de
potência na produção de energia elétrica
Elemento radioativo
PLUTÔNIO(Pu)
Usado nas missões lunar Apollo, como potência, e
em equipamentos para uso na superfície lunar.
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CÚRIO(Cm)
AMERÍCIO(Am)
Fonte de ionização para detector de fumaça
Elemento radioativo (fonte portátil para
radiografia gama)
BERQUÉLIO(Bk)
Elemento radioativo artificial (não há registro
de uso)
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EINSTÊNIO(Es)
CALIFÓRNIO(Cf)
Elemento radioativo artificial (não há registros
de seu uso)
Elemento radioativo artificial (usado como fonte
portátil de nêutrons)
FÉRMIO(Fm)
Elemento radioativo (não foi totalmente
investigado)
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MENDELÉVIO(Md)
NOBÉLIO(No)
Elemento radioativo artificial (não tem uso
comercial devido sua raridade)
Elemento radioativo artificial (não há
utilização comercial)
LAURÊNCIO(Lr)
Elemento radioativo artificial (não há registros
de uso)