Elementos do Grupo 13 ou 3A

Elementos do Grupo 13 ou 3A

O Grupo 13 (3A) da Tabela Periódica é formado pelos seguintes metais: boro (B), alumínio (Al), gálio (Ga), índio (In) e tálio (Tl). Seus membros têm configuração eletrônica da camada de valência ns 2 np 1. Logo, espera-se que seu número de oxidação máximo seja +3. AlCl 3 e GaCl 3 são covalentes quando anidros, mas os elementos Al, Ga, In e Tl formam íons em solução. Estado de Oxidação +1 (Efeito do Par Inerte) Ga(I), In (I) e Tl(I) Os membros mais leves são encontrados na natureza em combinação com o oxigênio, ou seja, na forma de óxidos. Exemplos: Na2B4O5(OH)4.8H2O Bórax Al2O3.H2O Bauxita

BORO O boro não é encontrado livre na natureza, mas em jazidas relacionadas a atividades vulcânicas, combinado com oxigênio e sódio (BÓRAX). Na2B4O5(OH)4.8H2O Bórax Ponto de Fusão = 2079 C Ponto de Ebulição = 2550 C Densidade = 2,37 g/cm3 O boro é o único elemento da família 3A que pode ser considerado nãometálico. Há 13 isótopos do boro, no entanto, apenas 2 são estáveis: B -10 : 19,85% de abundância B -11: 80,2% de abundância

EXCEÇÃO À REGRA DO OCTETO B (Z = 5): 1s2 2s2 2p1 forma 3 ligações covalentes com outros elementos não metálicos. Isso resulta em uma camada de valência com somente 6 elétrons para o Boro em seus compostos (2 a menos que o octeto). Ex.: BF 3 Os compostos de Boro são bastante reativos. Boranossão compostos contendo boro e hidrogênio. BH 3, B 2 H 6 O átomo de Boro pode acomodar um quarto par de elétrons, mas somente quando esse par é fornecido por um outro átomo (ÁCIDO DE LEWIS). Moléculas ou íons com pares isolados de elétrons podem cumprir esse papel (BASE DE LEWIS).

1. BF3 tem a maior parte de sua carga positiva no átomo do boro e sua carga negativa localiza-se nos três átomos de flúor. 2. NH3 tem a maior parte de sua carga negativa localizado na região de pares de elétrons livres (não ligantes). 3. Os elétrons livres ou não-ligantes da amônia atacam o átomo de boro do trifluoreto de boro, preenchendo a camada de valência do boro.

2B Obtenção

Os tri-haletosde boro (BF 3, BCl 3 e BBr 3 ) são ácidos de Lewis (possuem afinidade por elétrons). BF 3 CL = 1,30 Å (menor que a soma dos raios covalentes: B = 0,80 Å, F = 0,72 Å). O principal composto com oxigênio é o B 2 O 3 (sesquióxido). Um resfriamento rápido do B2O3 fundido conduz à formação de vidros de borossilicatos(pirex) que possui baixa dilatação térmica e não quebra quando aquecido. Ex: utensílios de cozinha e laboratório O boro amorfo tem densidade igual a 2,34. O cristalino, mais puro, é muito duro, tem brilho quase metálico e densidade igual a 3,3.

O boro amorfo é usado em fogos de artifício, devido à coloração verde que produz.

Compostos de Boro e Oxigênio H 3 BO 3 ou B(OH) 3 ácido fraco (aceita íons OH - )

Ácido Ortobórico

ALUMÍNIO Há 23 isótopos de alumínio. Apenas 1 é estável: Al 27 Os demais são radioativos e possuem tempo de meia-vida da ordem de nanosegundos. O alumínio puro metálico não é encontrado na natureza. É encontrado combinado principalmente com o oxigênio formando o óxido de alumínio (Al2O3) BAUXITA

Obtenção O processode Bayer: Hidrometalurgia do alumínio O minériotrituradoé dissolvidoem NaOH30% (emmassa) a 150-230 C e alta pressão(30 atm para impedir a ebulição). Al 2 O 3 dissolve: Al 2 O 3.H 2 O(s) + 2H 2 O(l) + 2OH - (aq) 2Al(OH) 4- (aq) A soluçãode aluminatoé separadaatravésdareduçãodo ph. A soluçãode aluminatoé calcinadae reduzidaparaproduziro metal.

Eletrometalurgia do alumínio A célulade eletrólisedo processode Hall é usadaparaa produçãodo alumínio. O Al 2 O 3 fundeà 2000 C e nãoé práticofazereletróliseno salfundido. Hall: usao Al 2 O 3 purificadoemcriolitafundida(na 3 AlF 6, pontode fusão 1012 C). Anodo: C(s) + 2O 2- (l) CO 2 (g) + 4e - Catodo: 3e - + Al 3+ (l) Al(l) Os bastões de grafite são consumidos na reação. Processode Bayer: a bauxita(~ 50 % de Al 2 O 3 ) é concentradaparaproduzir óxido de alumínio.

Eletrometalurgia do alumínio Hall: usao Al 2 O 3 purificadoemcriolitafundida(na 3 AlF 6, pontode fusão1012 C). Anodo: C(s) + 2O 2- (l) CO 2 (g) + 4e - Catodo: 3e - + Al 3+ (l) Al(l) Os bastões de grafite são consumidos na reação. Processode Bayer: a bauxita(~ 50 % de Al 2 O 3 ) é concentradaparaproduziróxidode alumínio.

Eletrometalurgia do alumínio Para a produçãode 1.000 kg de Al, precisamosde 4.000 kg de bauxita, 70 kg de criolita, 450 kg de anodosde C e 56 10 9 J de energia.

CORROSÃO O alumínio em contato com a umidade e o ar reage rapidamente com o oxigênio formando a uma fina capa de óxido que o protege de ataques do meio ambiente. Forma-se uma camada barreira que CORROSÃO protege o alumínio da corrosão. 4 Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3

Reações com ácidos e álcalis Reações com oxigênio

Meio ácido

USOS DOS ELEMENTOS DO GRUPO 13 BORO.O composto de boro de maior importância econômica é o bórax, empregado em grandes quantidades para a fabricação de fibras de vidroe perborato de sódio. O Boro é usado em reatores nucleares com a função de materiais de controle, é usado para controlar e até mesmo finalizar a reação de fissão nuclear em cadeia, pois o Boro é um ótimo absorvente de Nêutrons. Outros usos: Fibras de boro são usadas em aplicações mecânicas especiais, como no âmbito aeroespacial. Alcançam resistências mecânicas de até 3600 MPa. O boro amorfo é usado em fogos de artifíciodevido a coloração verde que produz.

ALUMÍNIO:O metal alumínio é moderadamente mole e fraco quando puro, mas torna-se consideravelmente mais resistente quando combinado em ligas com outros metais. Sua principal vantagem é seu baixo peso (densidade baixa, de 2,73 g.cm -3 ). Algumas ligas são utilizadas para finalidades específicas: duralumínio, que contém cerca de 4% de Cu, e diversos "bronzes de alumínio" (ligas e Cu e Al com outros metais, como Ni, Sn e Zn). São muitos os usos do alumínio e de suas ligas: A maior parte da produção mundial destina-se às indústrias aeronáutica e automobilística. Outra importante área de aplicação do alumínio é a fabricação do arame. Bom condutor de calor, o alumínio não tem gosto nem cheiro, por isso é usado em utensílios de cozinha. Características de leveza (densidade cerca de 1/3 da do aço). Resistência mecânica (a resistência específica é o dobro ou o triplo da dos aços). Resistência à corrosão, ainda melhorada por tratamentos de superfície.

RECICLAGEM A reciclagem de latas é dividida em dez etapas, e se inicia com a entrega da latinha nos postos de coleta. Diferencial: poder ser usada para o mesmo fim, ao contrário das garrafas plásticas, que depois de recicladas não podem guardar alimentos.

AS CURIOSIDADES Uma latinha de alumínio pesa apenas 14,5 gramas. 67 latinhas de alumínio correspondem a 1 kg. Cada 1.000 kg de alumínio reciclado significa 5 mil kg de minério bruto (bauxita) poupados. O Brasil possui uma das três maiores reservas de bauxita do mundo. Para reciclar o alumínio são gastos apenas 5% da energia utilizada na extração, ou seja, uma economia suficiente para manter iluminadas 48 residências. Todo o processo de reciclagem do alumínio no Brasil envolve mais de 2 mil empresas. No Brasil são consumidas 51 latas de alumínio por habitante por ano, enquanto nos Estados Unidos esse número chega a 375 latas por habitante. Uma lata de alumínio demora mais de 100 anos para se decompor na natureza.

GÁLIO, ÍNDIO E TÁLIO: Não há usos em grande escala desse elementos, mas pequenas quantidades de Gasão empregadas para "dopar" cristais na fabricação de transistores. A fabricação de semicondutores requer Gade extrema pureza. O Gaé também usado em outros dispositivos semicondutores. O arsenetode gálio, GaAs, é isoeletrônicocom o Ge, e é usado em diodos emissores de luz (LEDs=light emitingdiodes) e diodos de laser. O índio é usado para "dopar" cristais na fabricação de transistores p-n-p, e em termistores(inase InSb). O índio também é utilizado em soldas de baixo ponto de fusão (usadas comumente na solda de "chips" de semicondutores) e em outras ligas de baixo ponto de fusão.