AULA 8 OS METAIS - srt2.ifsp.edu.br

OS METAISOS METAIS

INTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃOINTRODUÇÃO

� São os mais numeroso entre oselementos

� Todos os elementos dos blocos s, d e f databela periódica são metaistabela periódica são metais

� Alguns elementos do bloco p também sãometais: Alumínio, Gálio, Tálio, Estanho,Chumbo e Bismuto

Distribuição dos elementos metálicos (em azul) na tabela periódica

PROPRIEDADES PROPRIEDADES GERAIS DOS METAISGERAIS DOS METAISGERAIS DOS METAISGERAIS DOS METAIS

CONDUTIVIDADE ELÉTRICA

Nos metais os elétrons mais afastados donúcleo estão fracamente ligados a ele epodem se mover pelos espaçosinteratômicos. Estes elétrons sãointeratômicos. Estes elétrons sãochamados de elétrons livres e são osresponsáveis pela condução deeletricidade nos metais

NUVEM OU MAR DE ELÉTRONS RESPONSÁVEIS PELA CONDUÇÃO DE

CORRENTE ELÉTRICA NOS METAIS

CONDUTIVIDADE TÉRMICAOs elétrons livres também tomam parte nacondução do calor: a razão pela qual osmetais são bons condutores de calor éexatamente o fato de tanto os elétrons livrescomo as moléculas tomarem parte nacomo as moléculas tomarem parte natransmissão de energia térmica das partesquentes para as partes frias.

� Ductibilidade: capacidade de sertransformada em fios

� Maleabilidade: capacidade de sertransformado em lâminas

� Resistência mecânica alta� Resistência mecânica alta

� Sólidos. Exceto o mercúrio (líquido).

� Brilho

� Formam cátions (+).

CHIP DE COMPUTADORES:

MALEABILIDADE: LÂMINA DE OURO

CHIP DE COMPUTADORES: METAIS SÃO BONS CONDUTORES DE

ELETRICIDADE

DUCTIBILIDADE: FIO DE COBRE

� A entalpia (energia) de Vaporização dosmetais são bastante diferentes.

Considerações Importantes!!!Considerações Importantes!!!

� A baixa entalpia de vaporização do sódioe do mercúrio possibilita aplicá-los emlâmpadas de iluminação pública (vapores)e fluorescentes.e fluorescentes.

� O tungstênio, com o valor mais alto éusado como filamento em lâmpadasincandescentes, já que ele volatiliza muitolentamente.

� A maioria dos metais reage com o oxigênio(O2). Entretanto, a espontaneidade e avelocidade dessa reação varia muito.

PROPRIEDADES QUÍMICASPROPRIEDADES QUÍMICAS

Ex: O Césio inflama-se em contato com o ar.

O Alumínio e o Ferro sobrevivem ao ar epor isso são empregados comercialmente.

OS METAIS DO BLOCO OS METAIS DO BLOCO S:S:

METAIS ALCALINOS (GRUPO 1)METAIS ALCALINOS (GRUPO 1)METAIS ALCALINOS (GRUPO 1)METAIS ALCALINOS (GRUPO 1)METAIS ALCALINOS METAIS ALCALINOS

TERROSOS (GRUPO 2)TERROSOS (GRUPO 2)

METAIS ALCALINOS (1A)METAIS ALCALINOS (1A)� Os Alcalinos são os elementos do Grupo

1 (1A) da Tabela Periódica. Formadapelos seguintes metais: lítio (Li), sódio(Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs)e frâncio (Fr).e frâncio (Fr).

� Têm este nome porque reagem muitofacilmente com a água e, quando issoocorre, formam hidróxidos e libertandohidrogênio.

2 Li(s) + 2 H2O(l) → 2 LiOH(aq) + H2(g)

METAIS ALCALINOS TERROSOS (2A)METAIS ALCALINOS TERROSOS (2A)

� Os alcalino-terrosos são os elementosquímicos do grupo 2 (2 A) da tabelaperiódica, e são os seguintes: berílio (Be),magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr),magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr),bário (Ba) e radio (Ra).

� O nome alcalino-terroso provém do nomeque recebiam seus óxidos: terras.Possuem propriedades básicas(alcalinas).

� A abundância é muito variada na crostaterrestre: desde o Cálcio (5º metal maisabundante), seguido pelo Sódio,Magnésio até aos metais mais raros comoCésio e Berílio.

Abundância na crosta: as quantidades citadas estão na base 10

� Possuem Energia de Ionização Baixa

� Esses metais reagem rapidamente com aágua para liberar hidrogênio (H2).

� Os números de oxidação coincidem com oseu número de grupo:

Metais Alcalinos (IA): + 1Metais Alcalinos Terrosos (IIA): + 2

OBTENÇÃOOBTENÇÃO� Sódio, Potássio, Magnésio e Cálcio são

abundantes na crosta terrestre, mas a obtençãodos metais requer muita energia econsequentemente é cara!!!

METAL FONTE NATURAL

MÉTODO DE OBTENÇÃO

LÍTIO LiAl(SiO3) ELETRÓLISE

SÓDIO ÁGUA DO MAR ELETRÓLISE

CÁLCIO CALCÁRIO ELETRÓLISE

Eletrólise ígnea do NaCl

Fonte de corrente direta Fonte de corrente direta

cátodo cátodoânodo ânodo

e-

e-

e-e

-

ânodo

� Os metais alcalinos e alcalinos terrosossão dissolvidos até pela água.

M (s) + HM (s) + H22O (l) → MO (l) → M++ (aq) + OH(aq) + OH− − (aq) + H(aq) + H22 (g)(g)

M (s) + 2 HM (s) + 2 H O (l) → MO (l) → M+2+2 (aq) + 2OH(aq) + 2OH− − (aq) + H(aq) + H (g)(g)M (s) + 2 HM (s) + 2 H22O (l) → MO (l) → M+2+2 (aq) + 2OH(aq) + 2OH− − (aq) + H(aq) + H22 (g)(g)

� Estas reações são tão rápidas eexotérmicas que faz com que ohidrogênio se inflame

OS METAIS DO BLOCO OS METAIS DO BLOCO ddOS METAIS DO BLOCO OS METAIS DO BLOCO dd

METAIS DE TRANSIÇÃOMETAIS DE TRANSIÇÃO

� São conhecidos como elementos detransição porque suas propriedades sãogeralmente intermediárias entre osgeralmente intermediárias entre oselementos metálicos dos blocos s e oselementos não metálicos dos blocos p.

� A maioria dos metais do bloco d é muitomais rígida do que os metais do bloco s

� Apresentam a velocidade de oxidaçãomoderada

Tais fatos justificam o uso do ferro, cobre etitânio na construção de edifícios eveículos

ESTADOS DE OXIDAÇÃO ELEVADOSESTADOS DE OXIDAÇÃO ELEVADOS

� Os Metais do bloco d apresentam amplafaixa de estados de oxidação o que induza uma química rica e interessante.

� O estado de oxidação do grupo pode seralcançado por elementos que seencontram ao lado esquerdo do bloco d,mas não pelos elementos do lado direito

Número de Oxidação dos Metais de Transição

� O diagrama de Frost estabelece umarelação qualitativa da estabilidaderelativa dos estados de oxidação.

DIAGRAMA DE FROSTDIAGRAMA DE FROST

O estado de oxidaçãomais estável de umelemento correspondeà espécie que seencontra mais baixono diagrama de Frost

APLICAÇÕES DO FERROAPLICAÇÕES DO FERROAPLICAÇÕES DO FERROAPLICAÇÕES DO FERRO

� É o metal de transição mais abundante dacrosta terrestre.

� O ferro é encontrado em numerososminerais, destacando-se a:

Hematita (Fe2O3)Hematita (Fe2O3)Magnetita (Fe3O4)

Limonita (FeO(OH))Siderita (FeCO3)

Pirita (FeS2)Ilmenita (FeTiO3)

Hematita (Fe2O3) Magnetita (Fe3O4): minério com maior teor de ferro (72,4% Fe)

Siderita (FeCO3): abundante do Brasil

� A redução dos óxidos para a obtenção doferro é efetuada em fornos denominadosalto forno ou forno alto.

� Nele são adicionados os minerais de ferro,em presença de coque (C), e carbonatoem presença de coque (C), e carbonatode cálcio (CaCO3) que atua comoescorificante.

As temperaturas mais elevadas ocorremnas proximidades das ventaneiras: daordem de 1.800 a 2000oC. Nesta região,verifica-se a reação:

C + O2 →→→→ CO2 Reação 1Originando-se grande quantidade de

calor.

Este CO2, ao entrar em contato com oEste CO2, ao entrar em contato com ocoque incandescente, decompõe-se:

CO2 + C →→→→ 2CO Reação 2O CO originado é o agente redutor.

A decomposição dos carbonatos, contidos no calcário dá-se aaproximadamente 800oC, conforme as seguintes reações:CaCO3 →→→→ CaO + CO2 Reação 3MgCO3 →→→→ MgO + CO2 Reação 4

Reações químicas de redução do minério de ferro:

3Fe2O3 + CO →→→→ 2Fe3O4 + CO2 Reação 5Fe3O4 + CO →→→→ 3FeO + CO2 Reação 6

ouFe2O3 + 3C →→→→ 2Fe + 3CO Reação 7

Na região que corresponde ao topo da rampa inicia-se aformação da escória, pela combinação da cal (CaO) coma ganga (impurezas do minério de ferro) e uma certaquantidade de óxido de ferro e manganês. Essa escóriaformada, juntamente com o ferro, começa a gotejaratravés dos interstícios (espaços vazios) da carga aindasólida, para depositar-se no cadinho.

� O Ferro obtido no processo é chamado deferro gusa (até 4% de C).

� O ferro gusa é duro e quebradiço, combaixa resistência mecânica, devido aoexcesso de carbono.excesso de carbono.

� O aço comum é uma liga de ferro carbono(Fe-C) contendo geralmente de 0,008 a2% de carbono

CARÁTER NOBRECARÁTER NOBRE� Os metais localizados à direita do bloco d

são resistentes à oxidação. Essaresistência é mais evidente para a prata,ouro e os metais 4d, 5d e do grupo 8 a 10.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

� Para dissolver o ouro é necessário umamistura de 3:1 de ácido clorídrico e ácidonítrico (água régia).

Au + 4 H+ + NO3- + 4 Cl- → [AuCl4]- + NO + 2 H2O

OS METAIS DO BLOCO OS METAIS DO BLOCO ppOS METAIS DO BLOCO OS METAIS DO BLOCO pp

� Os metais mais pesados do bloco pfavorecem os estados de oxidação baixos

� Entre os elementos do bloco p, o silício(Si) e o alumínio (Al) são os maisabundantes e o tálio (Tl) e bismuto (Bi)são os menos abundantes.

� Os metais do grupo 13 (alumínio)apresentam estado de oxidação + 3

OS METAIS DO BLOCO OS METAIS DO BLOCO ffOS METAIS DO BLOCO OS METAIS DO BLOCO ff

� Os Metais de Transição Interna podem serdefinidos da seguinte maneira:

1. São aqueles que apresentam ao menos umorbital f incompleto. Exemplo: Ce (Z = 58)1s2 , 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2,1s2 , 2s2, 2p6, 3s2, 3p6, 4s2, 3d10, 4p6, 5s2,4d10, 5p6, 6s2, 4f2

2. Pertencem ao bloco f da tabela periódica.Estão situados nos períodos 6 e 7.

Os elementos de transição interna sãosubdividos em duas séries:

� Série dos lantanídeos: Metais detransição interna de números atômicos 58a 71a 71

� Série dos actinídios: Metais de transiçãointerna de números atômicos 90 a 103

LANTANÍDEOSLANTANÍDEOS� São metais altamente eletropositivos.

� São conhecidos como terras raras

� Marcam o aparecimento dos subníveis fnas configurações eletrônicas (4f)

� Do La ao Yb favorecem o estado deoxidação +3

APLICAÇÕES DOS APLICAÇÕES DOS LANTANÍDEOSLANTANÍDEOS

LANTÂNIO (La) CÉRIO (Ce) PRASEODÍMIO (Pr)

(Pedras para isqueiros)Camisas incandescentes

usadas em lampiões

Lentes para óculos de proteçãopara soldadores

NEODÍMIO (Nd)

Corante para esmalte

PROMÉCIO (Pm)

Possível fonte de calor para fornecer força auxiliar à satélites e

sondas espaciais

SAMÁRIO (Sm)

Fabricação de fones de ouvidos

EURÓPIO(Eu)

Equipamentos de projeçãoEquipamentos de projeção

GADOLÍNIO (Gd)

Memória para computadores

TÉRBIO (Tb)

É usado como ativador para a cor verde

DISPRÓSIO(Dy)

Fabricação de CD´s

É usado como ativador para a cor verde em tubos de imagens de televisores em cores

HÓLMIO (Ho)

Laser para oftalmologia

ÉRBIO (Er)

Fabricação de filtros fotográficos

TÚLIO (Tm)

Na fabricação de ferritas

ITÉRBIO(Yb)

Aplicação em lasersNa fabricação de ferritas Aplicação em lasers

LUTÉCIO (Lu)

Catalisador em reações

ACTINÍDEOSACTINÍDEOS

� Envolvem o preenchimento da subcamada5f

� Os primeiros membros da série ocorremem uma rica variedade de estados deoxidação.

APLICAÇÕES DOS APLICAÇÕES DOS ACTINÍDEOSACTINÍDEOSACTINÍDEOSACTINÍDEOS

ACTÍNIO(Ac)

Usado em geradores termoelétricos

TÓRIO(Th)

Aumenta a refração de vidros paralentes de câmeras e de binóculos

PROTACTÍNIO(Pa)

Elemento radioativo artificial (não há registro do uso do elemento)

URÂNIO(U)

Indústria de aeronaves - urânio metálicoCombustível nuclear para reatores de potência

na produção de energia elétrica;

NETÚNIO(Np)

Elemento radioativoElemento radioativo

PLUTÔNIO(Pu)

Usado nas missões lunar Apollo, como potência, e em equipamentos para uso na superfície lunar.

AMERÍCIO(Am)

Fonte de ionização para detector de fumaça

CÚRIO(Cm)

Elemento radioativo Elemento radioativo (fonte portátil para radiografia gama)

BERQUÉLIO(Bk)

Elemento radioativo artificial (não há registro de uso)

CALIFÓRNIO(Cf)

Elemento radioativo artificial (usado como fonte portátil de nêutrons)

EINSTÊNIO(Es)

Elemento radioativo artificial (não há registros de seu uso)

(usado como fonte portátil de nêutrons)(não há registros de seu uso)

FÉRMIO(Fm)

Elemento radioativo (não foi totalmente investigado)

MENDELÉVIO(Md)

Elemento radioativo artificial

NOBÉLIO(No)

Elemento radioativo artificial Elemento radioativo artificial (não há utilização comercial)

Elemento radioativo artificial (não tem uso comercial devido sua raridade)

LAURÊNCIO(Lr)

Elemento radioativo artificial (não há registros de uso)

METAIS DO BLOCO d E fMETAIS DO BLOCO d E fQUADRO COMPARATIVOQUADRO COMPARATIVOQUADRO COMPARATIVOQUADRO COMPARATIVO

BLOCO d: METAIS DE TRANSIÇÃOBLOCO f: METAIS DE TRANSIÇÃO INTERNA

ABUNDÂNCIA DOS METAIS DO BLOCO d E f NA CROSTA TERRESTRE

DATA DA DESCOBERTA OU DO USO DO METAL

VERMELHO: USADO DESDE DO SÉCULO 18NORMAL: USADO DESDE OS SÉCULOS 18 E 19NEGRITO: USADO APÓS O SÉCULO 20