Apontamentos de Química Inorgânica: grupo 15 (azoto, fósforo, arsénio, antimónio e bismuto) · ISPTEC
Apontamentos de Química Inorgânica, do curso de Engenharia Química no Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências (ISPTEC), . Docente: Prof. Júlio Kuende.
Diapositivos de Química Inorgânica sobre os elementos do grupo 15 (azoto, fósforo, arsénio, antimónio e bismuto): alótropos, propriedades, obtenção, compostos e aplicações.
Primeiras linhas de Apontamentos de Química Inorgânica: grupo 15 (azoto, fósforo, arsénio, antimónio e bismuto) · ISPTEC
INSTITUTO SUPERIOR POLITÉCNICO DE TECNOLOGIAS E CIÊNCIAS QUÍMICA INORGÂNICA Elementos do grupo 15 Professor: Júlio Kuende ELEMENTOS DO GRUPO 15 (NITROGÉNIO, FOSFÓRO, ARSÉNIO, ANTIMÓNIO, BISMUTO) TodososmembrosdoGruposãosólidoscomváriosalótropos,excetooNitrogênio. ➢FósforoBranco: º•MoléculasPtetraédricas,ânguloPPPpequeno(60), estáveis em fase vapor até 4 o800C,acimadistoP.QueimacomarparaformaçãodeP O. 2 4 10…
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- Apontamentos
- Cadeira
- Química Inorgânica
- Curso
- Engenharia Química
- Universidade
- Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências
- Docente
- Prof. Júlio Kuende
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ELEMENTOS DO GRUPO 15PROPRIEDADES GERAIS➢Algumas vezes está família é designada com pnictídeos ou ainda pnictogênios.➢Como nosgrupos anterioreso primeiro elemento dafamília diferedosrestantes.➢O caráter metálico cresce de cima para baixo no grupo
ELEMENTOS DO GRUPO 15
ELEMENTOS DO GRUPO 15
ELEMENTOS DO GRUPO 15➢A explicação das propriedades dos elementos do grupo 15 e seus compostos é difícil, emborahajaalguma similaridadecomparativamentecomos elementosdos grupos13e 14.➢Por exemplo, detecta-se também no grupo 15, o aumento do caráter metálico e da estabilidadedos estadosdeoxidaçãomais baixosà medidaque descemos nacoluna.➢No que concerne a energia de ionização elas diminuem apenas levemente entre o Pe o As (umcomportamente semelhante àqueleentreoAl e oGa e entreoSioGe).➢Todos os elementosdestegrupo possuem5electrõesna camadadevalência.➢O Nox máximo de todos os elementos do grupo é cinco, correspondendo a utilização dos cincoelétronsde valênciaparaformar ligações.➢O efeitodoparinertecrescecomoaumento damassa atômica.➢Ocorrendo o efeito do par inerte a valência é igual a 3 e nesse caso apenas os electrões “p” sãousados paraformar ligações.
ELEMENTOS DO GRUPO 15Características Gerais dos Elementos do Grupo 152 3➢Configuração eletrônica do orbital mais externonsnp.➢Estado de oxidação mais comum -3. Outros estados deoxidação comuns -1, +1, +3 e +5.➢A variação nas propriedades atômicas é muitoimpressionante.➢As entalpias de ligação X-X não são confiáveis.
OCORRÊNCIA NA NATUREZA
OBTÊNÇÃO E APLICAÇÃO DOS ELEMENTOS
OBTÊNÇÃO E APLICAÇÃO DOS ELEMENTOS➢Novos métodos: Membranas semi-permeáveis.
OBTÊNÇÃO E APLICAÇÃO DOS ELEMENTOS
OBTÊNÇÃO E APLICAÇÃO DOS ELEMENTOS
OBTÊNÇÃO E APLICAÇÃO DOS ELEMENTOS
PROPRIEDADES QUÍMICAS
PROPRIEDADES QUÍMICAS
PROPRIEDADES QUÍMICAS
PROPRIEDADES QUÍMICAS
PROPRIEDADES QUÍMICASPropriedades do Dinitrogênio.➢Gás incolor,inodoro,insípido,diamagnéticoconstituídodemoléculasde N.2➢Não é muito reativo porcausa da forte ligaçãotripla.➢Excepção: a queimade Mg ouLi ao ar (78 % nitrogênio):3Mg(s) + N (g) Mg N (s)2326Li(s) + N (g) 2Li N(s)23Mg N (s) + 6H O(l) 2NH (aq) + 3Mg(OH) (s)32233
PROPRIEDADES QUÍMICAS•PropriedadesdoDinitrogênio➢Oprimeiroelementodiferedosdemaisintegrantesdogrupo.➢Amoléculade N2contémumaligaçãotripla, comcomprimentode1,09 A.➢Aligaçãotripla N=N émuitoestávelesuaenergiadedissociaçãoémuitoalta(945,4 kJ /mol).➢Diversosestadosdeoxidaçãocomuns(de-3 a +5).2 3➢Maiscomum+5, 0 e-3 (configuraçãoeletrônica[He]2s2p)
PROPRIEDADES QUÍMICAS
PROPRIEDADES QUÍMICASREACÇÕES DO DINITROGÉNIO
PROPRIEDADES QUÍMICAS➢ A amônia também chamado de amoniaco é um dos compostos de nitrogêniomaisimportantes.➢ Aamôniaéumgástóxicoincolorcomumaromapungente.➢ No laboratório, a amônia é produzida pela reação entre o NaOH e um sal deamônio:NH Cl(aq) +NaOH(aq)NH (g) + H O(l) +NaCl(aq)432➢ Aamôniaépreparadacomercialmentepeloprocesso deHaber.
PROPRIEDADES QUÍMICASÓxidos e Oxiácidosdo NitrogênioTrês óxidos comuns: N O (gás hilariante, usado como um anestésico), NO (gás2tóxico e incolor, pode ser preparado através da redução do HNO pelo Cu) e NO32(gás amarelado, constituinteprincipaldanévoa,evenenoso).➢ Preparação:NH NO (s) NO (g) + 2H O(g)4322- + 2+3Cu(g) + 2NO(aq) + 8H(aq)3Cu(aq) + 2NO(g) + 4H O(l)3 24NH (g) +5O (g) 4NO(g) + 6H O(g)3224HNO (aq) 4NO (g) + O (g) + 2H O(l)3222(na presençade luz)
PROPRIEDADES QUÍMICASÓxidos e Oxiácidosdo NitrogênioO processo de Ostwald é a rotacomercial para aobtençãodo HNO34NH (g) +5O (g) 4NO(g) + 6H O(l)3222NO(g) + O (g) 2NO (g)223NO (g) + H O(l) 2HNO (aq) + NO(g)223
PROPRIEDADES QUÍMICAS➢OBTENÇÃO DO HNO3➢Elaocorreem 3 etapas:– oxidação da NH pelo oxigênio para3formar NO (normalmente é usado umcatalisadorPt);– oxidação do NO pelo oxigênio para formarNO (o NO quenãoreagiué reciclado);2– NO é dissolvido em água para formar2ácidonítrico.
PROPRIEDADES QUÍMICASÓxidos e Oxiácidos do Nitrogênio➢ O nitrogêniodesproporciona-sena produçãode ácidonítrico:+ -3NO(g)+HO(l)2H(aq)+2NO(aq) +NO(g)2 2 3➢ O NO é um neurotransmissor muito importante (faz com que os músculos que recobrem osvasos sanguíneosrelaxem).➢ Ácidos comuns: HNO (nítrico)e HNO (nitroso).32➢ O ácidonítricoéum ácidoforte.➢ O ácidonítricoconcentradooxidaráamaior parte dos metais:- + -➢NO(aq) +2H(aq) + eNO (g) +H O(l), E=0,79 V3 2 2- + -•NO(aq) + 4H(aq) + 3eNO (g) + 2H O(l),3 2 2• E= 0,96V
PROPRIEDADES QUÍMICAS➢O ácido nítrico (umácido forte) é usadopara a fabricação defertilizantes (NH NO),remédios, plásticos e explosivos.43-4➢Oácidonitroso(umácidofraco,K= 4,510) nãoé estávelaedesproporciona-se em NO e HNO.3
PROPRIEDADES QUÍMICASOcorrência, Isolamento e Propriedades do Fósforo➢Existem vários alótropos do fósforo (12 formas foram descritas) como overmelho e branco e o preto.➢O fósforo branco é altamente reativo (reage espontaneamente com oxigênio aoar).➢Consequentemente, o fósforo branco é armazenado na água.➢Se o fósforo branco é aquecido à 400C na ausência de ar, ele se converte emfósforo vermelho.➢O fósforo vermelho é mais estável que o fósforo branco e normalmente não éarmazenado sob água.
PROPRIEDADES QUÍMICASO fósforo branco é uma moléculatetratômica.Ele ésolúvelem benzeno,PCl eCS32Amenor estabilidade da forma branca provavelmente se origina na tensão associadaaos ângulosdaligaçãode 60°.
PROPRIEDADES QUÍMICASESTRUTURA DO FÓSFORO VERMELHO – PnAestruturado fósforovermelho épolimérica.O fósforo vermelho é intermediário em reatividade entre os alótropos branco epreto.
PROPRIEDADES QUÍMICAS➢ O fósforo vermelhonão évenenoso.Eleé insolúvelemsolventeorgânicos.➢ Nãoreagecomálcalisaquosos eentraem combustão noar acimade520 K.➢ O fósforo vermelhoreagecomhalogênios,enxofree metais.➢ A reação do alótropo vermelho com halogênios, enxofre e metais é menos vigorosa do que amesma reaçãoda forma branca.➢ Aforma termodinamicamentemais estávelnas condiçõesordináriasé adofósforo preto.➢ O fósforo pretopode serobtidoaquecendo-seofósforo brancoa pressões elevadas.➢ Aestruturadofósforo pretoconsisteemcamadasemzigue-zaguedeátomos de fósforo.
PROPRIEDADES QUÍMICASHaletos de Fósforo➢O fósforo forma uma variedadede tri- epentahaletos.➢O mais importante: PCl usadoem sabão,detergente,plásticoena produçãode3inseticida.➢Preparação de haletosde fósforo:2P(s) + 3Cl (g) 2PCl (l)23➢Na presençadecloro emexcesso:PCl (l) + Cl (g) PCl (s)325
PROPRIEDADES QUÍMICASHaletos de Fósforo➢Excepção:uma vezqueo F é umoxidanteforte, obtemos22P(s) + 5F (g) 2PF (g)25➢Na presençadeáguaa hidróliseocorrefacilmente:PF (g) + 3H O(l) H PO (aq) + 3HF(aq)3233PCl (l) + 4H O(l) H PO (aq) + 5HCl(aq)5234Oxi-Compostos de Fósforo• Os compostosdefósforocontendooxigêniosãoextremamente importantes.
PROPRIEDADES QUÍMICASÓxidos de Fósforo➢O óxidodefósforo(III), P O épreparado atravésda reaçãodefósforo branco46com ar.➢O óxidodefósforo(V), P O é preparadoatravés dareação defósforocom410excessodeoxigênio.➢O óxidodefósforo(V), P O é também preparado atravésda oxidaçãodo P O.41046➢No caso de ambos osóxidosdefósforo,os átomos de Paindaadotama estrutratetraédrica. (Istoé, os átomos de P se encontramnosvérticesde um tetraedro.)
PROPRIEDADES QUÍMICASOxoácidos de Fósforo➢O óxidodefósforo(III), P O produzácidofosforoso, H PO emágua.4633➢P O ( s) + 6H O ( l) →4H PO ( aq)46233➢O H PO é umácido dipróticofraco (o H ligadoao Pnão éácido).33➢O óxidodefósforo(V), P O produzácido fosfórico, H PO.41034
PROPRIEDADES QUÍMICASOxoácidos de FósforoQuando se adiciona água ao P O háproduçãodeuma sériedeácidos410fosfóricos.P O + 2H2O(l) → 4HPO3(s)410(s)Ácido MetafosfóricoP O + 6H2O(l) → 4H3PO4(aq)410(s)Ácido ortofosfórico
PROPRIEDADES QUÍMICASÁcidos PolifosfóricosePolifosfatos➢São conhecidos uma grande variedade de ácidos polifósforicos e seus sais ospolifosfatos.Exs:H P O - ácido dipolifosfóricooupirosfórico427H P O – ácidotripolifosfórico5310H P O – Ácido tetrapolifosfórico6413
PROPRIEDADES QUÍMICASARSÊNIO➢O semimetal arsêniotem3 formas alotrópicas:➢O As cinza é estável a temperatura ambiente e tem aparência metálica, comcamadas enrugadas dearsêniounidasporforçasde London.➢O As amarelo consiste de moléculas As4 (Semelhantes ao fósforo branco) noestadogasoso.➢As pretoé uma variedadeinstávelepoucoconhecida.
PROPRIEDADES QUÍMICASARSÊNIO➢OAs tema maioriados seuscompostosnos estado+3 e+5.➢O estado +3 é representado pelo óxido As O chamado de óxido de arsênio (III)46ou óxidoarsenioso.➢O As O é o anidrido do ácido arsenioso H3AsO3 que existe somente em46solução.➢Os oxo-sais do ácido arsenioso são os arsenitos. Um exemplo é o arsenito desódioNa AsO33.➢O Nox +5 do As é representado pelo óxido de arsênio (V) ou óxido arsênico, bemcomo peloácido arsênicoe por seussaisos arsenatos.
PROPRIEDADES QUÍMICASCARÁTER ÁCIDO-BASE DOS ÓXIDOS DO GRUPO 15Comparando anaturezaácido-basedosóxidos dogrupotemos:Os óxidosnormais deN ePsão fortementeácidos.N O, N 0, P O e P O232546410Ósóxidos de As eSbsão anfóteros.As O, As O, Sb O, Sb O4641046410O óxido deBié essencialmente básico.Bi O e Bi O2325
PROPRIEDADES QUÍMICASComparandoArsênio,Antimônio eBismutoAs, Sb e Bisólidospodemserencontradosemváriasformasalotrópicas.Quandodescemosnogrupo15 o estadodeoxidação+3torna-semaisfavorávelemrelaçãoaoestado+5.Logo Bi(V) é umagenteoxidanteforte.
PROPRIEDADES QUÍMICASANTIMÔNIOO Sb éummetal sólido.O Sb como oAs exibeosalótroposcinza, amarelo epreto.O Sb cinzaé umcondutorelétricofraco;osoutrosalótroposnão são condutoresOs Nox +3 e +5 são osmais importantes parao antimônio.O óxidodeantimônio(III) éum anidridoanfótero,+Dissolve-seemácidoformando[Sb(OH)]2-eembasesformando[Sb(OH)]4
PROPRIEDADES QUÍMICASANTIMÔNIOO Nox +5 parao Sb é simbolizado peloSb O ou óxidodeantimônio(V).25O óxido de antimônio (V) é um anidrido ácido que se dissolve em base formando o-iãoantimonato[Sb(OH)].6BISMUTOA química doBié quase exclusivamente a do estado +3.OBireage com o oxigênio para produzir o trióxidoBi(s) + 3O (g) → 2Bi O (s)223OBicomo a água se expande com a solidificação.
Obtenção dos Elementos do Grupo 15: P, As,Sb, e BiPREPARAÇÃO DO FÓSFOROO fósforo é obtido pela redução do fosfato de cálcio com C, num forno elétrico a1400-1500ºC. Adiciona-se areia a mistura para remover o cálcio como uma escóriafluída de silicato de cálcio. Isto feito separa-se o fósforo na forma de P O e a410seguiro C éutilizadopara reduzir o P O a fósforoelementar.4102Ca (PO4) + 6SiO → 6CaSiO + P O3223410P O + 10C → P + 10CO4104
Obtenção dos Elementos do Grupo 15: P, As,Sb, e BiPreparação do ArsênioO arsênio é obtido industrialmente aquecendo-se arsenopiritas à cerca de 700ºC naausênciade ar. NessascondiçõesoAs sublima.4FeAsS → As + 4FeS4
Obtenção dos Elementos do Grupo 15: P, As,Sb, e BiPreparação do AntimônioO minério mais importante de antimônio é a estibina. O metal é obtido por fusãocomferroSb S + 3Fe → 2Sb + 3FeS23Preparação do BismutoBi O + 3C → 2Bi + 3CO23
APLICAÇÕES DO NITROGÉNIO➢O nitrogênio é usado como um gás inerte para excluir oxigênio de alimentosacondicionados,fabricação de reagentesquímicos,(amônia ecianamida decálcio)➢fabricação demetais eproduçãode aparelhoseletrônicos.➢Adecomposição do azotetodesódioé usadapara inflar“air-bags”➢O nitrogênio é fixado pela formação de NH (processo de Haber).3➢A NH é convertida em outros produtos químicos úteis (NO, NO2, nitritos e3nitratos).➢2/3 do Nitrogênio é vendido como gás e 1/3 como nitrogênio líquido.
APLICAÇÕES DO FOSFÓROGrandes quantidadesdefosfatos são usadasem fertilizantes.➢ O P O é usado como um agente de secagem por causa de sua afinidade com a410água.➢ O ácido fosfórico é um dos ingredientes da Coca-Cola.➢ P S é usado na fabricação de fósforos de segurança.43
APLICAÇÕES DO ARSÉNIO, ANTIMÓNIO EBISMUTO➢ As metálico tornaa ligaPb comoutrosmetais mais dura.➢Pequenas quantidadesdeAssãousadaspara doparsemicondutores.➢ Sb éempregado emligasde Sn ePb.➢ Sb também éusadocomo camada protetorasobreaços paraimpedir a ferrugem.➢ Bié usadoem baterias,mancais, soldase munição.➢ Bié usadoem equipamentosautomáticoscontra incêndios.