Aula: 01 Temática: Gases Nobres

Transcrição

1 Aula: 01 Temática: Gases Nobres Olá! Vamos dar início a um importante universo da Química: a Química Inorgânica. Veremos sua importância em dois módulos: Química Inorgânica I e Química Inorgânica II. Iniciaremos pelo os elementos nobres, ou seja, os gases. Prepare-se e boa aula! Os elementos do Grupo 18 têm sido denominados gases nobres e gases raros. Ambos são inadequados, já que a descoberta de fluoretos de xenônio, em 1962, mostrou que o xenônio não é inerte. Outra contradição é que o argônio constitui 0,9% em volume da atmosfera terrestre. O nome gases nobres dá a entender que eles tendem a ser não reativos analogamente aos metais nobres que dificilmente reagem. O hélio possui dois elétrons que completam a camada 1s 2. Os demais gases nobres possuem o octeto completo de elétrons, ns 2 e np 6 na camada mais externa. Essa configuração eletrônica é muito estável e está relacionada com a baixa reatividade química destes elementos. Esses átomos apresentam uma afinidade eletrônica igual a zero (ou ligeiramente negativa), e energias de ionização muito elevadas maiores que as de qualquer outro elemento. Em condições normais, os átomos dos gases nobres apresentam pouca tendência de perder ou receber elétrons. Por isso, apresentam uma pequena tendência de formar ligações e ocorrem na forma de átomos isolados. Ocorrência e Obtenção dos Gases Nobres Todos os gases nobres (He, Ne, Ar, Kr Xe e Rn) ocorrem na atmosfera. Uma mistura de gases nobres foi obtida pela primeira vez por Cavendish, em Cavendish removeu o N 2 do ar, adicionou um excesso de O 2 e combinou os gases com o auxílio de descargas elétricas.

2 O argônio é relativamente abundante e pode ser obtido por destilação fracionada do ar líquido. Origina-se principalmente da reação de captura de elétrons (descaimento β+) pelo potássio: 19K e 0 40 Ar 18 Os demais gases nobres são muito menos abundantes. A abundância do He na atmosfera é de apenas 5 ppm em volume e sua obtenção a partir do ar seria muito dispendiosa. Podem ser encontrados nos depósitos de gás natural e ser extraídos de forma menos dispendiosa. Todos os gases nobres não-radioativos são produzidos em escala industrial pela destilação fracionada do ar líquido. Esse processo fornece uma grande quantidade dos gases nitrogênio e oxigênio e uma pequena quantidade de gases nobres. O argônio é o gás produzido em maior quantidade e o mais viável financeiramente. O radônio (Rn) é radioativo, e é formado no descaimento radioativo de minerais de rádio e de tório. Uma fonte conveniente é o isótopo 226 do rádio. Aplicações O principal uso do argônio é para a obtenção de atmosferas inertes em processos metalúrgicos. Isso inclui a solda de aço inoxidável, titânio, magnésio e alumínio. Quantidades menores são usadas no crescimento de cristais de silício e de germânio para transistores em lâmpadas elétricas incandescentes e fluorescentes, válvulas de raios catódicos e contadores de radiação do tipo Geiger-Muller. O hélio tem ponto de ebulição mais baixo que qualquer outro líquido conhecido, sendo usado em crioscopia para se obter temperaturas extremamente baixas necessárias para a operação de laser e dispositivos baseados em materiais supercondutores. É empregado como gás de refrigeração em um dos tipos de reatores nucleares refrigerados a gás e como gás de arraste em cromatografia de gás-líquido. É ainda usado em balões metereológicos e dirigíveis. Embora o

3 H 2 seja mais viável, mais facilmente encontrado, e tenha uma densidade menor, prefere-se o He, pois o H 2 é altamente inflamável. O hélio é usado preferencialmente ao nitrogênio para diluir o oxigênio dos cilindros de ar dos mergulhadores. Isso, porque o nitrogênio é bastante solúvel no sangue e uma súbita variação de pressão poderia provocar a formação de bolhas de N 2 no sangue. Esse acidente doloroso é conhecido como mal das profundezas ou síndrome da descompressão. O hélio é muito menos solúvel e o risco de ocorrer esse acidente é bem menor. Pequenas quantidades de neônio são utilizadas nas lâmpadas de neônio dos anúncios luminosos e são responsáveis pela familiar coloração laranjaavermelhada. Propriedades Físicas e Químicas Todos esses elementos são gases monoatômicos, incolores e inodoros. A Entalpia de vaporização é uma medida das forças que mantêm os átomos unidos. Tais valores são muito baixos, porque as únicas forças entre os átomos são as forças de Van der Waals, muito fracas. A entalpia de vaporização aumenta de cima para baixo à medida que aumenta a polarizabilidade dos átomos. Devido às pequenas forças interatômicas, os pontos de fusão e de ebulição também são muito baixos. A temperatura do hélio é a mais baixa de todos os elementos: somente quatro graus acima do zero absoluto. Os raios atômicos desses elementos são muito pequenos e aumentam conforme a descida do grupo na tabela periódica, Todos os gases nobres são capazes de se difundir através do vidro, da borracha, de materiais plásticos e de alguns metais. Por causa disso, seu manuseio em laboratório é difícil, principalmente, porque frascos de Dewar de vidro (Figura 1) não podem ser usados em experimentos a baixas temperaturas.

4 A C C B B D Figura 1 Esquema de funcionamento de um frasco de Dewar. (A) Tampa: Impede o contato com o ar externo, que evita o processo de convecção; (B) Parede Espelhada: Impede o processo de radiação; (C) Vácuo: Impede o processo de convecção e condução e (D) Líquído. O hélio é um elemento singular. Ele apresenta o ponto de ebulição mais baixo entre todas as substâncias conhecidas. Todos os demais elementos se solidificam quando esfriados suficientemente, mas, no caso do hélio, obtém-se o líquido, sendo que o hélio somente forma-se sólido ao sofrer altas pressões (25 atm aproximadamente). A única evidência em favor da formação de compostos de gases nobres era a formação de alguns íons moleculares em tubos de descarga de gases rarefeitos em alguns compostos do tipo cloratos. Os íons moleculares subsistem momentaneamente e podem ser detectados por métodos espectroscópicos. Os cloratos, que são compostos químicos normais, possuem ligações iônicas ou covalentes. Os cloratos, átomos ou moléculas de tamanho adequado, estão presos nas cavidades existentes no retículo cristalino de outros compostos. Embora os gases estejam retidos, eles não formam ligações. O xenônio dependendo do seu estado de oxidação pode formar estruturas diferentes, como: XeF 2 (estrutura linear), XeF 4 (estrutura quadrado planar), XeF 6 (estrutura octaédrica distorcida), XeO 3 (estrutura piramidal) e outros tipos de estruturas.

5 Nesta primeira aula foi vista a introdução de gases nobres, a ocorrência e obtenção desses gases,, suas aplicações e propriedades físicas e químicas. Na próxima aula veremos hidrogênio. Até a próxima aula!