Química dos Não-Metais

1. Capítulo 22 UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Química dos Não-Metais • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Prof. Dr. Élcio Barrak Lucas Carvalho de Sousa - 15839 Matheus Henrique Adão - 16975 Mauricio Esper Andere - 17112 1/36

2. O que são não-metais? UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Existem 18 não-metais (ou ametais) conhecidos. Os não-metais, em geral, ficam na parte superior direita da tabela periódica; a exceção é o hidrogênio, que fica acima da família 1.Características gerais:» Não são maleáveis e nem dúcteis; » Não conduzem eletricidade – são isolantes;» Não conduzem calor;» Apresentam baixos pontos de fusão e de ebulição – a maioria é gasosa em condições ambientes;» São eletronegativos.Perceba: grosseiramente falando, os não-metais têm características contrárias às dos metais. • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia 2/36

3. O que são não-metais? UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Semi-metais • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Os semi-metais são um conjunto de elementos com algumas características semelhantes às dos metais, e outras semelhantes às dos não-metais. » Boro: anti-séptico (bórax – borato de sódio decaidratado); semicondutor do tipo P (elemento de dopagem).» Silício: construção civil (areia e argila); propriedades semicondutoras. 3/36

4. O que são não-metais? UNIFEI Universidade Federal de Itajubá • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia 4/36

5. Hidrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Introdução Esse nome foi dado pelo químico francês Lavoisier, que significa, do grego, “produtor de água” (hydro = água; gennao = produzir). O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo. • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Nota: no sol, a energia proveniente das reações nucleares implica uma perda de massa de milhões de toneladas por segundo! 5/36

6. Hidrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Posição na Tabela Periódica • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia O hidrogênio não pertence a uma família específica da tabela periódica. Geralmente, ele encontra-se acima da família 1, pois pode se comportar como metal (reagir com ametais e formar íon positivo), mas também podemos encontrá-lo acima da família 17, dos halogênios, pois pode se comportar como ametal (reagir com elementos alcalinos e formar o íon hidreto, H-). Isótopos do Hidrogênio O átomo de hidrogênio possui 3 isótopos – prótio, com apenas 1 próton; deutério, com 1 próton e 1 nêutron; e trítio, com 1 próton e 2 nêutrons. Saiba:» O deutério compõe D2O, conhecida como água pesada.» O trítio é o único radioativo entre os 3 e possui meia-vida de 12,3 anos. 6/36

7. Hidrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Produção do Gás Hidrogênio • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Há várias maneiras de produzir hidrogênio molecular (H2). Algumas delas são:» Eletrólise da água 2 H2O(l)→ O2(g) + 2 H2(g)» Reação de metal mais reativo que hidrogênio (ligado a ácidos) e uma solução diluída de ácido forte Zn(s) + 2 HCl(aq)→ ZnCl2(aq) + H2(g)» Reação de carbono com vapor de água (mistura esta chamada de gás d’ água) C(s) + H2O(g) → H2(g) + CO(g) 7/36

8. Hidrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Importância do Hidrogênio • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia São várias as aplicações do hidrogênio. Na indústria química, ele é utilizado no processamento de combustíveis fósseis e na produção de amoníaco (feito a partir da amônia).» Síntese de amônia: N2(g) + 3 H2(g) → 2 NH3(g) Existem estudos que dizem que o hidrogênio será combustível do futuro, pois sua reação com o oxigênio é bastante exotérmica e origina, como produto final, a água. Sendo assim, ele pode gerar muita energia, além de ser ecologicamente correto.» Combustão do hidrogênio: 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(l) ∆H = - 286 kJ/mol H2 8/36

9. Hidrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Dirigível Hindenburg em chamas 9/36

10. Família do Carbono UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Introdução • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Na família do carbono, 14, o único ametal presente é o próprio carbono. Apesar de não ser abundante na crosta terrestre, o carbono é extremamente importante, pois a vida como conhecemos é baseada em seus compostos. Alótropos O carbono existe em 3 formas cristalinas: grafite, diamante e fulerenos.» Grafite: sólido macio, preto, escorregadio que tem brilho metálico e conduz eletricidade.» Diamante: sólido duro e transparente no qual os átomos de carbono formam uma rede cristalina.» Fulerenos: em geral apresenta uma estrutura esférica formada por hexágonos e pentágonos. 10/36

11. Família do Carbono UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Diamante – átomos de carbono sp3 ligados entre si. • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Grafite – planos paralelos com átomos de carbono ligados por ligações duplas ou simples. Fulereno (C60) – hexágonos ligados por pentágonos, sendo estes responsáveis pela curvatura da molécula. 11/36

12. Família do Carbono UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Utilização » Fibras de Carbono: elas sozinhas não são apropriadas para uso, porém, ao serem combinadas com materiais matrizes, estes resultam num material com propriedades mecânicas excelentes. • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia » Polímeros: macromoléculas formadas por moléculas menores (monômeros). Nylon-66® 12/36

13. Família do Carbono UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Utilização • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia » Carbetos: carbetos iônicos são compostos binários com carbono ligado a um metal reativo. Em particular, temos o carbeto de cálcio, que reage com água para formar acetileno e hidróxido de cálcio. O gás acetileno (etino, C2H2) é usado em chamas de maçaricos. CaC2(s) + 2 H2O(l)→ C2H2(g) + Ca(OH)2(aq) 13/36

14. Família do Nitrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Introdução • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Dos não-metais pertencentes à família 15, temos o fósforo e o nitrogênio. A importância do estudo do fósforo se deve, principalmente, às suas aplicações na química ambiental e ao seu papel na bioquímica. Para o nitrogênio (N2), temos o ar que consiste de 78% em volume da atmosfera da terra. A molécula de N2 é muito pouco reativa por causa da forte ligação tripla entre os átomos de nitrogênio. 14/36

15. Família do Nitrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Fósforo Aplicações • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia » Agricultura: sua importância para essa área provém do ácido fosfórico, que pode formar fosfatos - estes que são empregados na fabricação de fertilizantes. » Bioquímica: o fósforo tem relevante papel na formação do ATP, além de funcionar como íon tampão. » Coca-Cola: o ácido fosfórico (H3PO4) é constituinte da coca-cola, sendo este um dos responsáveis pelo baixo valor do pH de tal bebida. 15/36

16. Família do Nitrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Nitrogênio • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Aplicações » Comercialmente, a aplicação mais importante do nitrogênio é na obtenção do gás amoníaco, pelo processo Haber, que é usado posteriormente na produção de fertilizantes e ácido nítrico. » Devido à sua baixa reatividade, é usado como atmosfera inerte em tanques de armazenamento de líquidos explosivos. » Nitrogênio líquido, obtido pela destilação fracionada do ar liquefeito, que é usado como fluido refrigerante em diversas situações. » TNT!! 16/36

17. Família do Nitrogênio UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Nitrogênio • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia TNT » Podemos obter TNT através dos seguintes processos:I) CaC2(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(aq) + C2H2(g)II) 3 C2H2(g) → C6H6(g)III) C6H6(l) + CH3Cl(aq) → HCl(aq) + C7H8(l)IV) C7H8(l) + 3 HNO3(aq) → C7H5N3O6(l) + 3 H2O(l)» Observação (catalisadores):II) Ferro metálico, alta temperatura;III) AlCl3(s)IV) H2SO4(concentrado) 17/36

18. Calcogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Introdução • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia A família 16 é a dos calcogênios. Os ametais pertencentes a ela são o oxigênio, o enxofre e o selênio, sendo o oxigênio o que mais se destaca. O oxigênio molecular (O2) é um dos principais constituintes do ar atmosférico e responsável pela produção de energia na respiração aeróbica, participando do ciclo de Krebs. O enxofre é importante na produção de ácido sulfúrico e na vulcanização da borracha. 18/36

19. Calcogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Oxigênio Histórico • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Em meados do século XVIII, os cientistas estavam em busca de identificar o componente do ar relacionado à queima e à respiração. Acreditava-se que a substância responsável pela combustão era o flogístico. Mais tarde, Scheele (1771) e Priestley (1774) descobriram o elemento em questão independentemente, e Lavoisier nomeou-o de oxigênio, que significa “formador de ácido”. Antoine Laurent de Lavoisier Joseph Priestley 19/36

20. Calcogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Oxigênio • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Alótropos » O2: em temperatura ambiente, o O2 é um gás incolor e inodoro. A ligação em O2 é muito forte. O oxigênio também forma ligações fortes com muitos outros elementos, por isso, muitos compostos contendo oxigênio são termodinamicamente mais estáveis que O2.» O3: o ozônio é um gás azul-claro venenoso com um odor pronunciado e irritante. A molécula possui ligação π delocalizada sobre os três átomos de oxigênio. 20/36

21. Calcogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Oxigênio Óxidos, Peróxidos e Superóxidos • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia » Óxidos: composto binário com oxigênio, em que este é o átomo mais eletronegativo (cada átomo de oxigênio tem carga -2).» Peróxidos: O22- (cada átomo de oxigênio tem carga -1).» Superóxidos: O21- (cada átomo de oxigênio tem carga -1/2). Aplicações » Oxidante para foguetes;» Medicina, no tratamento de insuficiência respiratória;» Produção de metais;» Fabricação de componentes eletrônicos. 21/36

22. Calcogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Enxofre • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia » Ácido sulfúrico – provavelmente, a aplicação mais importante, com vários usos na indústria.- Produção de ácido fosfórico e, por conseguinte, fabricação de fertilizantes;- Eletrólito de baterias de automóveis. 22/36

23. Calcogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Enxofre • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia » Vulcanização da borracha.- Como a borracha natural é termoplástica, criou-se um método para torná-la mais resistente: a vulcanização. Este processo consiste basicamente na reação de enxofre, a alta temperatura, com a borracha, interligando as moléculas do polímero através do agente vulcanizante com átomos de carbono que apresentavam dupla ligação. Assim, a borracha adquire a propriedade de poder deformar-se e, cessadas as causas determinantes, retornar às suas dimensões iniciais. 23/36

24. Calcogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Enxofre • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia » Hexafluoreto de enxofre (SF6) Ele é um gás inerte e não tóxico. É usado em dielétricos, em dispositivos de alta tensão, e em várias outras aplicações científicas, industriais e medicinais. É considerado um dos mais fortes gases para o efeito estufa, mas na prática não contribui em muito para o aquecimento do planeta. 24/36

25. Halogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Introdução Os halogênios compõem a família 17. Todos os seus elementos são ametálicos. Eles são eletronegativos e apresentam afinidades eletrônicas muito altas (valores muito negativos), ou seja, têm facilidade em receber elétrons para formar íons estáveis. Os elementos pertencentes à família dos halogênios são: flúor, cloro, bromo, iodo e astato. 25/36

26. Halogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Flúor • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia O flúor é o elemento mais eletronegativo conhecido. Várias experiências para tentar isolá-lo resultaram em acidentes devido à sua alta reatividade. O gás (F2) tem aspecto amarelo pálido e reage com a maioria das substâncias orgânicas e inorgânicas. O flúor pode inclusive formar compostos com gases nobres. Aplicações » Proteção contra cáries em cremes dentais, na forma de fluoreto de sódio ou de estanho;» Fluoreto de sódio é também usado em inseticidas contra baratas. 26/36

27. Halogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Flúor • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia 27/36

28. Halogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Cloro • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia O cloro é o segundo átomo mais eletronegativo. Seu gás (Cl2) tem coloração amarelo esverdeada, é extremamente tóxico e de odor irritante. Aplicações » Germicida para tratamento de água (reatividade alta);» Sal de cozinha (NaCl);» Clorofórmio (CHCl3);» Ácido clorídrico (HCl). 28/36

29. Halogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Cloro • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia 29/36

30. Halogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Bromo • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Aplicações » Filmes fotográficos;» Tratamento de água. 30/36

31. Halogênios UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Iodo • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Aplicações » Catalisador para produção de alguns polímeros;» Desinfetantes;» Prevenção do bócio;» Metalurgia do titânio, zircônio e outros metais. 31/36

32. Gases Nobres UNIFEI Universidade Federal de Itajubá • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Introdução Os gases nobres pertencem ao grupo 18 da tabela periódica. Eles são estáveis mesmo quando monoatômicos e apresentam o octeto completo. São eles: hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio, radônio. 32/36

33. Gases Nobres UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Hélio O hélio é o segundo elemento mais abundante do universo (o hidrogênio é o primeiro). Ele é formado pela fusão entre dois átomos de hidrogênio. O gás hélio é incolor, inodoro, não-inflamável e inerte. • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia Aplicações » Gás protetor para soldas;» Misturado com oxigênio, serve para atmosfera artificial para mergulhos profundos;» Enchimento de balões e dirigíveis; 33/36

34. Gases Nobres UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Neônio • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia O neônio, do grego, novo, é obtido pela destilação fracionada do ar líquido (o neônio está presente na atmosfera da terra na proporção de 1 parte para 65000 partes). Aplicações » Detectores de íons para laboratórios;» Lâmpadas para anúncios luminosos (misturado com argônio);» Lasers de hélio e neônio. 34/36

35. Gases Nobres UNIFEI Universidade Federal de Itajubá Argônio • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia A atmosfera terrestre contém 0,934% em volume e 1,29% em massa de argônio. Ele é obtido pela destilação fracionada do ar líquido. Tanto o gás quanto o líquido são incolores e inodoros. Aplicações » Argônio pressurizado é usado para inflar airbags de automóveis;» Gás protetor para soldas (evita oxidação e reduz emissão de fumos);» Produção de metais reativos. 35/36

36. Bibliografia UNIFEI Universidade Federal de Itajubá • O que são Não-Metais?- Hidrogênio- Família do Carbono- Família do Nitrogênio- Calcogênios- Halogênios- Gases Nobres- Bibliografia » www.mspc.eng.br» www.infoescola.com/quimica» www.editorasaraiva.com/eddid/ciencias/curioso_quimica» www.portalsaofrancisco.com.br/alfa/historia-da-borracha/producao-de-borracha 36/36