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2017
Shriver Cap. 10p. 361-381
Lee Cap. 12p. 180-201
Brown Cap. 23
p. 856-865
Atkins & Jones Cap. 14
p. 641 - 645
Russel v2 Cap. 21p. 1066-10721078 - 1086
Kotz Cap. 21p. 276-284
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2017
CONFIGURAÇÃO E POSIÇÃO NA TABELA
ELEMENTOS DO GRUPO 13/ IIIA
[GÁS NOBRE] ns2 np1
B Z= 5 [He] 2s2 3p1
Al Z= 13 [He] 3s2 3p1
Ga Z= 31 [He] 4s2 4p1
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2017Grupo do Boro / 13/ IIIA
Os elementos do grupo do boro possuempropriedades bem diversificadas:
Boro é ametal;Alumínio é metal, mas exibe similaridade ao Boro;Gálio, Índio e Tálio são metais.
O estado de oxidação III é característico neste grupo,com exceção do boro e tálio.
O boro forma inúmeros compostos/cluster commenores quantidades de elétrons, assim sãochamados de “compostos deficientes em elétrons”.
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2017
Propriedade B Al Ga In Tl
N° Atômico 5 13 31 49 81
Configuração
eletrônica[He]2s2 2p1 [He]3s2 3p1 [He]3d10 4s2
4p1 [He]4d10 5s2 5p1 [He]4f14 5d10 6s2 6p1
P. Fusão (°C) 2180 660 30 157 303,5
P. Ebulição (°C) 4000 2519 2204 2082 1457
ΔHfusão KJ/mol 50,2 10,7 5,6 3,3 4,1
1° EI1 KJ/mol 800,6 577,5 578,8 558,3 589,4
2° EI2 KJ/mol 2427 1817 1979 1821 1971
3° EI3 KJ/mol 3660 2745 2963 2704 2878
4° EI4 KJ/mol 25030 11580 6200 5200 4900
PropriedadeSemi-
condutor
metal metal Metal mole Metal mole
Fonte natural bórax bauxita Sub-produto refino da bauxita
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2017
Ocorrência:
Boro encontrado na forma de bórax, Na2[B4O5(OH)4]·8 H2O
Alumínio encontrado na forma de bauxita, Al2O3· xH2O
Gálio, Índio e Tálio traços em resíduos de extração bauxita.
bórax
bauxita
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2017
ALUMÍNIO
Os minerais de alumínio mais comuns são:
Bauxita: Al2O3 . n H2O
Criolita: Na3AlF3
Alumina: Al2O3
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2017
Alumínio é o elemento de maiorinteresse comercial dentro do grupo doboro.
2013-2014 – 50,6 milhões de Toneladas
http://www.world-aluminium.org/
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2017
Aplicações do AlumínioO alumínio e seus compostos possuem uma enorme variedade de
aplicações.
As principais aplicações envolvem:
✓ Espelhos refletores.
✓ Material estrutural de automóveis, aviões e etc.
✓ Papel alumínio utilizado em alimentos/embalagens.
✓ Transmissão de corrente elétrica de alta tensão.
✓ Combustível sólido de foguetes e explosivos.
✓ Anodo de sacrifício de alguns metais.
✓ Fabricação de abrasivos (corundum, α-alumina).
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2017
Gemas & Minerais
✓ Safira: Al2O3 com Fe3+ ou Ti3+
impurezas dão a cor azul enquanto
V3+ dá a cor violeta.
✓ Rubi: Al2O3 com impureza de Cr3+
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2017
Camada passivanteO alumínio possui resistência a corrosão devido a passivação
pela camada protetora do seu óxido (Al2O3).
4 Al(s) + 3 O2(g) 2 Al2O3(s) ∆H˚ = – 3351 kJ
∆G˚ = – 1582 kJ/mol
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2017
Metalurgia é o conjunto de processos que visa obter um metal a partir de
um composto químico existente na natureza, denominado de minério.
A metalurgia resulta num reação de redução (ganho de elétrons)
M+ + e- >>> M
Corrosão é o conjunto de processos que consiste em oxidar os
metais (perda de elétrons). A corrosão é o inverso da metalurgia.
M >>> M+ + e-
A solução de aluminato é calcinada e reduzida para produzir o metal.
METALURGIA
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2017
Hidrometalurgia do alumínio
✓ O processo de Bayer:
– O minério triturado é dissolvido em NaOH 30% (em massa) a
150 - 230C e alta pressão (30 atm para impedir a ebulição).
– Al2O3 dissolve (é anfótero):
Al2O3.H2O(s) + 2H2O(l) + 2OH-(aq) 2Al(OH)4-(aq)
– A solução de aluminato é separada através da redução do pH.
– A solução de aluminato é calcinada e reduzida para produzir o
metal.
HIDROMETALURGIA
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2017
Eletrometalurgia do alumínio
✓ A célula de eletrólise do processo de Hall-Heroult é usada para a
produção do alumínio METÁLICO puro.
✓ O Al2O3 funde à 2000 C e não é prático fazer eletrólise no sal
fundido.
ELETROMETALURGIA
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2017
Extração do AlumínioO mineral que se extrai o alumínio é a bauxita, no entanto,
há muitas impurezas. Adota-se o Processo Industrial Bayer.
Bauxita
Alumínio
Al
Processo Bayer
Al2O3
Impurezas:
SiO2
Fe2O3
TiO2
NaOH
1050°C
Fe2O3, SiO2 e TiO2
[Al(OH)4]-
Al2O3
insolúvel
P.F.= 2070°C
Na3[AlF6]
Criolita
P.F.= 950°C
Eletrólise
O processo consome muita energia cerca de 17-20 kWh/Kg Al
Mundialmente são recuperados cerca de 36% do alumínio produzido
O reciclo do alumínio economiza cerca de 95% da energia do processo.
Processo Hall Heroult
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2017
Obtenção do Alumínio METÁLICO
✓O alumínio (Al) é obtido por
eletrólise da mistura de
Al2O3/Na2AlF6
✓Na2AlF6 é CRIOLITA
✓O processo é o de Hall-Heroult
✓Charles M. Hall (1863-1914)
✓Paul Heroult (1863-1914)
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2017
Fluoreto de Alumínio
AlF
F
F
F
FF
Al
F F
F
F
F
✓ Os sais de fluoreto de alumínio
formam estruturas octaédricas através
da coordenação do Al3+ com os ânions
fluoretos.
✓ Os fluoretos de alumínio formam sais
do tipo da criolita, Na2AlF6, principal
fundente do alumínio.
✓ A criolita permite baixar a
temperatura de fusão do processo de
obtenção do alumínio de 2070 °C para
950 °C.
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2017
✓ Processo de Bayer: a bauxita (~ 50 % de Al2O3) é purificada para
produzir óxido de alumínio puro.
✓ Hall-Heroult: usa o Al2O3 purificado em criolita fundida
(Na3AlF6, ponto de fusão 1012 C).
Anodo: C(s) + 2O2-(l) CO2(g) + 4e- (x 3)
Catodo: 3e- + Al3+(l) Al(l) (x 4)
✓ Os bastões de grafite são consumidos na reação.
Obtenção do Alumínio METÁLICO
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2017
✓ Boro elementar é inerte em condições normais, exceto com F2.
✓ Em temperaturas altas reage com ametais, metais e amônia.
✓ Alumínio oxida lentamente ao ar, dissolve em ácidos e napresença de base forte (NaOH e KOH) ocorre liberação de H2. Oalumínio é usado como agente redutor de metais, como noprocesso “termita”, via obtenção de ferro.
Reatividade
Al + 3H2SO4 Al2(SO4)3 + 3H2
2 Al + 2MOH + 6H2O 2M[Al(OH)4] + 3H2
M= Na, K
2 Al + Fe2O3 Al2O3 + Fe termita
anfótero
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Hidreto de Alumínio
✓ O hidreto de alumínio, AlH3, é sólido pouco reativo. Nos laboratórios usa-
se o tetra-hidroaluminato de lítio (LiAlH4), ou seja, o hidreto de lítio e
alumínio.
✓ LiAlH4 é disponível comercialmente, sendo utilizado como uma forte fonte
de hidreto e como agente redutor. O ânion AlH4- reage com cloreto de
silício na formação de silano. O hidreto (H-) migra do elemento de menor
eletronegatividade (Al) para o elemento de maior eletronegatividade (Si)
LiAlH4 + [(CH3)3NH]Cl → (CH3)3N--AlH3 + LiCl + H2
4 LiH. + AlCl3 LiAlH4 + 3 LiCl
LiAlH4 + SiCl4 → LiAlCl4 + SiH4
adutos24
2017
Haletos de Alumínio.
Compostos AlF3 AlCl3 AlBr3 AlI3
PF, ˚C 1290 192.4 97.8 189.4
Temp. Sublim. 1272 180 256 382
Al
Cl
ClCl
Cl
• •
••
••
••
••• •
Al
Cl
Cl
221 pm
206 pm
101Þ
118Þ
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2017
Haletos de Alumínio, gálio e índio.
✓A rota sintética mais conveniente:
✓A síntese a partir dos elementos:
2 M(s) + 6 HCl (g) 2 MCl3 (s) + 3 H2 (g) M= Al, Ga, In
2 Al(s) + 3Br2 (g) 2 Al2Br6 (s)
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2017
Extração dos demaisGálio, Índio e tálio são obtidos como resíduos da extração de
alumínio através da bauxita e de outros metais.
Os sais são pré-concentrados e na sequência se realiza
a eletrólise.
TálioGálio Índio
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