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GRUPO 13
Universidade do Extremo Sul Catarinense - UnescQuímica Inorgânica – Yasmine MichelettoEngenharia Química
Camila Pacheco SantosEloisa Contessi ConsensoJhonatan Piffer Ramos
Figura 1 - Grupo 13 na tabela periódica.
Fonte: Windows 8.0
Grupo 13 - IIIA
Segundo Russell (1994), os elementos desse grupo são geralmente menos metálicos que os correspondentes metais alcalino-terrosos, mas, como em outros casos, o caráter metálico aumenta de cima para baixo no grupo.
Características
• Configuração eletrônica da camada de valência: ns²np¹;
• Número de oxidação máximo esperado: +3;
• Os membros mais leves são encontrados na natureza em combinação com o oxigênio, na forma de óxidos.
Grupo 13 - IIIA
BORO
• Um não-metal;• Forma sempre ligações
covalentes;• Normalmente são três,
utilizando orbitais híbridos sp2
;
• Com ângulos de 120º entre si; (UNIOESTE, 2014).
OUTROS ELEMENTOS DO GRUPO
• Formam compostos trivalentes;
• São mais metálicos e iônicos que o boro;
• São metais moderadamente reativos;
• Seus compostos estão no limite entre aqueles com caráter iônico e covalente. (UNIOESTE, 2014).
Pontos de Fusão e Ebulição
• Os pontos de fusão dos elementos do grupo 13 não podem ser comparados entre si devido às diferentes estruturas cristalinas apresentadas no grupo;
• A estrutura incomum do boro faz com que ele apresente um ponto de fusão muito elevado;
• A estrutura do gálio, também pouco comum, faz com que ele tenha uma temperatura de fusão incrivelmente baixa;
Pontos de Fusão e Ebulição
Tabela 1 - Pontos de fusão e ebulição dos elementos do grupo 13.
Fonte: UNIOESTE, 2014.
• Outra característica do gálio, é que ao passar do estado líquido para o sólido, ao invés de se contrair, ele se expande;
• Os demais elementos apresentam estruturas metálicas de empacotamento compacto. (UNIOESTE, 2014).
Grupo 13 - IIIA
A natureza eletropositiva desses elementos cresce do boro para o alumínio, segundo a tendência normal associada ao aumento de tamanho, e a seguir decresce do alumínio para o tálio. Os três últimos elementos desse grupo têm menor tendência em perder elétrons por causa da blindagem ineficiente proporcionada pelos elétrons d. (UNIOESTE, 2014).
Propriedades Físicas
De acordo com Ferreira (2005):
Boro
Semimetal
Estado Sólido Alumínio
ÍndioTálio
Metais
Estado Sólido
Gálio
Metal
Estado Líquido
Propriedades Químicas
De acordo com Ferreira (2005):
• Formam muitos compostos moleculares;
• O boro não forma compostos iónicos binários e não reage com o oxigênio, nem com a água;
• O alumínio origina óxido de alumínio quando reage com o oxigênio.
• Têm tendência para formar ions tripositivos, pois têm configuração electrónica de valência ns² np²;
• No entanto, para o tálio o íon monopositivo (Tl +) revela-se mais estável do que o íon tripositivo (Tl³ + ).
Propriedades Químicas
De acordo com Russell (1994):
• Todos os átomos dos elementos do grupo IIIA apresentam um único elétron p, além dos dois elétrons s, na sua camada de valência;
• Devemos então esperar que o efeito do par inerte seja evidente nos estados de oxidação desses elementos;
• Portanto, embora compostos +1 sejam encontrados em todos eles, em condições normais o estado +3 é o único observado, exceto para o tálio que comumente apresenta o estado +1.
Propriedades dos elementos do grupo
Tabela 2 - Elementos do grupo 13.
Fonte: Russel, 1994.
Gálio, Índio e Tálio
De acordo com Russel (1994):
• Os três membros mais pesados do grupo;
• Todos raros e encontrados, principalmente, como impurezas nos minerais de zinco, chumbo e cádmio, como também em muitos minerais contendo alumínio;
• Devido a sua escassez, são usados apenas em pequenas quantidades;
• Não são tão metálicos como seria de esperar; isto é conseqüência da série de metais de transição que os precedem na tabela periódica;
• Como o subnível (n – l)d está preenchido, a carga nuclear elevada resultante e o tamanho pequeno dos átomos desses elementos tomam os elétrons mais fortemente presos que em outros casos.
Grupo 13 - IIIA
BORO ALUMÍNIO GÁLIO
ÍNDIO TÁLIO
Boro (B)
• O Boro puro, atualmente, é obtido pela redução do BeO3 com Mg em pó;
• Apresenta-se na coloração negra ou marrom;
• É um micronutriente essencial aos animais e plantas;
• Utilizado principalmente na indústria de vidros, fertilizantes, semicondutores, retardante de chamas, antisépticos e abrasivos (nitreto de boro).
Boro (B)
• Não é encontrado livre na natureza, mas em jazidas relacionadas a atividades vulcânicas, combinado com oxigênio e sódio (Bórax).
• 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).
Boro (B)
• Há 13 isótopos do Boro;
• Apenas dois são estáveis: B -10: 19,85% de abundância e B -11: 80,2% de abundância;
Boro (B) - Aplicações
• O composto de boro de maior importância econômica é o bórax (empregado na fabricação de fibras de vidro);
• O boro é usado em reatores nucleares com a função de materiais de controle, sendo usado para controlar e até mesmo finalizar a reação de fissão nuclear em cadeia, pois o boro é um bom absorvente de nêutrons;
Boro (B) - Aplicações
• Fibras de boro são usadas em aplicações mecânicas especiais, como no âmbito aeroespacial;
• Alcançam resistências mecânicas de até 3600 MPa;
• O boro é usado em fogos de artifício devido a coloração verde que produz;
Alumínio (Al)
De acordo com RUSSEL (1994):
• O alumínio tem seu nome ligado ao de um de seus compostos, o alúmen;
• Terceiro em abundância na litosfera;
• A maior parte do alumínio ocorre nos aluminosilicatos tais como: – argilas, – micas e – feldspatos.
Alumínio (Al)
De acordo com a CEUNES (2014):
• 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.
Alumínio (Al)
Mineral de alumínio (Bauxita)
- Óxido de alumínio
hidratado impuro Al2O3 × xH2O
Separado das suas impurezas (óxido
de ferro (III) e dióxido de silício
PROCESSO BAYER Al2O3(s) Alumina
Alumínio (Al) - Metálico
De acordo com RUSSEL (1994):
• O alumínio metálico é preparado eletroliticamente pelo processo Hall, a partir da alumina;
• Na metade do século XVIII o alumínio era vendido por mais de US$ 500 por libra e era muito utilizado como metal precioso em joalheria;
• No século XIX, Charles Martin Hall era estudante de graduação do Oberlin College quando um de seus professores de química o incentivou a, tentar encontrar um método para produção de alumínio que fosse prático para o emprego em escala industrial;
Alumínio (Al) - Metálico
• Hall teve o pressentimento de que a eletrólise deveria servir, mas logo descobriu que a eletrólise de soluções aquosas de sais de alumínio produzia somente hidrogênio no cátodo;
• Hall então pensou num solvente não aquoso para o Al2O3 e incidentalmente acertou na criolita, um mineral encontrado na Groelândia que parece gelo, mas se funde a 950°C;
• Hall montou uma espécie de laboratório num barracão de madeira da família e em menos de um ano depois de formado, conseguiu eletrolisar uma solução de alumina em criolita fundida formando alguns glóbulos brilhantes de alumínio;
Alumínio (Al) - Metálico
Figura 2 - A célula Hall para a produção do alumínio
Fonte: Russell, 1994.
Alumínio (Al)
De acordo com RUSSEL (1994):
• O alumínio pode ser enrolado, prensado, moldado, curvado e extrudado, dando origem às mais variadas formas;
• Baixa densidade construção de aeronaves e, recentemente nas indústrias automobilísticas;
Alumínio (Al)
• Atualmente, o alumínio puro é muito mole para ser utilizado nas estruturas;
• O alumínio puro é um excelente condutor elétrico e é aplicado em fios elétricos, competindo com o cobre.
Alumínio (Al)
De acordo com RUSSEL (1994):
• O alumínio é termodinamicamente muito reativo, pelo seu potencial de redução padrão e pela variação da energia livre para reações como:
2Al(s) + 3/2O2 (g) Al2O3(s) ∆G°= –1582kJmol-l
Alumínio (Al)
De acordo com Russell (1994):
• As reações de alumínio metálico (à temperatura ambiente) são consideravelmente lentas por causa da formação de uma película superficial de alumina Al2O3.
• Essa camada superficial é lisa, forte e dura, portanto, o alumínio e a maioria das suas ligas, se auto-protegem do ataque do meio ambiente.
• Uma camada extra, fina, de alumina pode ser depositada eletroliticamente na superfície do alumínio processo de anodização.
• A alumina pode ser colorida pela adição de vários corantes, à eletrocoloração gera uma camada colorida muito mais durável do que qualquer pintura.
Alumínio (Al)
De acordo com Russell (1994):
• O alumínio forma uma variedade de sais;
• O íon de alumínio é muito pequeno e de carga elevada, ele é fortemente hidrolisado pela água;
• O óxido de alumínio anidro ocorre na natureza, no mineral córindo;
• Apesar de a ligação Al—O ter caráter covalente considerável (Al não é muito eletropositivo);
Alumínio (Al)
De acordo com Russell (1994):
• A estrutura do Al2O3 pode ser imaginada como um arranjo hexagonal de empacotamento denso de íons óxido, nos quais dois terços das lacunas octaédrica são ocupadas por íons de alumínio.
• Al2O3 puro é incolor (ou branco, quando triturado).
• O alumínio foi primeiramente descoberto em uma série de sais conhecidos como alúmens.
Alumínio (Al) - Reciclagem
De acordo com a CEUNES (2014):
• 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.
Alumínio (Al) - Curiosidade
De acordo com a CEUNES (2014):
• 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;
Gálio (Ga)
De acordo com Santos (2003);
• O gálio metálico dissolve-se lentamente em ácidos e bases e seus sais sofrem hidrólise formando sais básicos;
• O gálio possui maior densidade no estado líquido;
• Foi descoberto em 1875 por Lecoq Boisbraudran, um brilhante investigador Francês no campo da espectroscopia;
• Boisbraudran isolou cerca de 1 g de gálio a partir de centenas de quilogramas de minério de zinco provindo dos Pirineus;
Gálio (Ga) – Ocorrência Natural
De acordo com Santos (2003)
• A abundância de gálio na crosta terrestre é de 19 ppm, semelhante ao nitrogênio, lítio e chumbo.
• A dificuldade de obte-lo está na sua não ocorrência em concentrados minerais naturais.
• O gálio encontra-se associado aos seus vizinhos da tabela periódica, zinco e germânio ou com alumínio.
• O gálio ocorre na germanita entre 0,1 e 1% e na galita com cerca de 35%, porém estes dois minerais são raros;
Gálio (Ga) – Ocorrência Natural
De acordo com Santos (2003)
• Ocorre também na esfalerita, bauxita e no carvão, porém em quantidades cem vezes menor que na germanita.
Gálio (Ga) – Obtenção
POR ELETRODEPOSIÇÃO
De acordo com Santos (2003)
• Atualmente quase que a totalidade da produção mundial de gálio primário é obtido como subproduto da indústria de alumínio e em menor escala, como subproduto da indústria de zinco.
Gálio (Ga) – Obtenção
OBTIDO COMO SUBPRODUTO DA INDUSTRIA DE ALUMÍNIO
De acordo com Santos (2003);
• Com a obtenção da alumina presente no licor de Bayer, o resíduo resultante desse processo, que contém as impurezas já existente na bauxita e também o íon galato [Ga(OH) 4 ] -, é reciclado e retorna ao processo inicial fazendo parte novamente da solução alcalina que promoverá a dissolução da bauxita. Esse processo faz com que o resíduo do processo da obtenção da bauxita se torne cada vez mais concentrado na espécie [Ga(OH) 4 ] -, sendo possível produzir gálio metálico através da separação do íon galato da solução mãe, por técnicas de extração de solvente.
Gálio (Ga) – Aplicação
De acordo com Santos (2003)
• O gálio em seu estado reduzido possui poucas aplicações práticas, sendo o seu emprego mais representativo em termômetros industriais, devido a sua extensa faixa de temperatura no estado líquido, 29,72°C a 2403°C;
• Na área da saúde o isótopo Ga- 67, com tempo de meia vida de 78,3 horas é empregado na forma de citrato para a execução de exames com geração de imagens que possibilitem a localização e o monitoramento de tumores.
Gálio (Ga) – Aplicação
De acordo com Santos (2003);
• Do ponto de vista técnologico, o interesse industrial concentra-se na produção de compostos GaP, GaAs, GaN que são utilizados nas indústrias eletrônicas e optoeletrônica, na produção de micro-chips de computadores e dispositivos para células solares.
Gálio (Ga)
De acordo com Russel (1994);
• O gálio foi utilizado como impureza nas fabricações de semicondutores e como componente de ligas;
• O arseneto de gálio é empregado em lasers sólidos.
Índio (In)
• Em 1863, F. Reich e H. Richter descobriram o índio, ao realizarem experimentos para extração de tálio da blenda, proveniente de uma mina localizada na cidade de Freiburg;
• Esse metal encontra-se mais freqüentemente associado ao zinco sendo portanto comercialmente recuperado a partir dos resíduos ou fumos do tratamento do minério de zinco;
• O Brasil não dispõe de tecnologia para a sua separação e purificação e, portanto, grande parte do índio permanece nas bacias de rejeito do processamento hidrometalúrgico do concentrado de zinco.
Índio (In)
• O índio possui propriedades fisico-químicas distintas de qualquer outro metal;
• A capacidade do índio não oxidado ou de ligas de alto teor de índio, de aderir a si mesmo ou soldar a frio permite que materiais revestidos com índio sejam instantaneamente unidos;
• Possui também, a propriedade de "molhar", ou seja, de revestir por fricção do metal ou liga (alto teor) fundida, superfícies de vidros, micas, quartzos , cerâmicas vítreas e certos óxidos metálicos.
Índio (In)
• Quimicamente, o índio assemelha-se ao zinco em alguns aspectos e ao alumínio, ferro e estanho em outros.
• É um metal branco prateado, brilhante, maleável, dúctil e cristalino. À temperatura ambiente é estável ao ar seco.
• É menos volátil do que o zinco e o cádmio mas sublima, quando aquecido com hidrogênio ou a vácuo.
• O índio também é utilizado em soldas de baixo ponto de fusão (usadas comumente na solda de "chips" de semicondutores).
Índio (In) - Aplicação
• Quanto a sua utilização e consumo mundial, 45% é utilizado em filmes contendo óxido de índio ou óxido de índio e estanho (ITO) para revestimentos sobre vidros;
• No setor eletrônico, estes filmes são usados em visores de cristal líquido (LCD's) de relógios, telas de televisão, monitores de vídeo e computadores portáteis;
• São usados também como refletores de raios infravermelhos sobre vidro comum.
Tálio (Tl)
• Tálio é um elemento químico metálico, de símbolo Tl.• Sólido branco-esverdeado, maleável, mole, tóxico e de limitado
valor comercial. • Ao contrário dos outros metais do grupo III A, o tálio não é
protegido por uma película de óxido, e consequentemente, é facilmente oxidado pelo ar.
• Ocorre em pequenas quantidades na pirita, na blenda, na hematita e em alguns minerais raros, como o crookesita, a lorandita e a hutchinsonita.
Tálio (Tl)
• Tálio é um elemento químico metálico, de símbolo Tl.• Sólido branco-esverdeado, maleável, mole, tóxico e de limitado
valor comercial. • Ao contrário dos outros metais do grupo III A, o tálio não é
protegido por uma película de óxido, e consequentemente, é facilmente oxidado pelo ar.
• Ocorre em pequenas quantidades na pirita, na blenda, na hematita e em alguns minerais raros, como o crookesita, a lorandita e a hutchinsonita.
Tálio (Tl)
• Os compostos de tálio são tóxicos. O próprio metal se transforma nesses compostos em contato com o ar úmido em contato com o ar e a pele.
• A intoxicação por tálio, que pode ser fatal, provoca distúrbios nervosos e gastrintestinais e rápida perda de cabelo
Tálio (Tl) - Aplicações
• As aplicações mais comuns são ligadas ao setor de inseticidas e venenos para roedores (hoje, é proibido o uso do sulfato de tálio para tais);• Pode-se utilizar o tálio como aditivo de vidros especiais (com elevados índices de refração, quando sob forma de óxidos);• Para produção de alguns fusíveis (junto ao chumbo);• Pode ser utilizado para diagnóstico de doenças coronárias e detecção de tumores.
Artigo Científico
Efeito da terapia com laser de arsenieto de Gálio e Alumínio (660Nm) sobre a recuperação do nervo
ciático de ratos após lesão por neurotmese seguida de anastomose epineural: análise funcional
Reis FA1, Belchior ACG1, Nicolau RA2, Fonseca TS1, Carvalho PTC1
Rev Bras Fisioter, São Carlos, v. 12, n. 3, p. 215-21, mai./jun. 2008Revista Brasileira de Fisioterapia
Artigo Científico
• Os nervos periféricos são alvos constantes de lesões de origem traumática, como esmagamento e secções totais resultando em diminuição ou perda da sensibilidade e motricidade no território inervado, cuja severidade dependerá do acometimento de estruturas. •O comprometimento das atividades diárias de pacientes com lesão de nervo periférico é fator determinante para estabelecer metas de recuperação precoce do mesmo.
Artigo Científico
•Embora haja certa recuperação na maioria das lesões nervosas, estas ocorrem lentamente e, muitas vezes, de forma incompleta;•Estima-se que a incidência das lesões traumáticas em alguns países seja superior a 500.000 novos casos anualmente;•Tal fato justifica a continuidade da produção de terapias que permitam subtrair o nível de lesão e incapacidade.
Artigo Científico- Experimento
•Utilizou-se o laser de arsenieto de gálio e alumínio (GaAlAs), da marca KLD
(Amparo, São Paulo, Brasil), modelo Endophoton, com comprimento de onda
de 660Nm, potência de 26,3mW, área do feixe de 0,63cm2, contínuo.
• A forma de aplicação deu-se pelo método transcutâneo pontual e em contato
(para reduzir a reflexão), com densidade de energia de 4J/cm², densidade de
potência de 0,0413W/cm2 e tempo de 96,7 segundos.
•Foram irradiados três pontos sobre a incisão cirúrgica: um ponto em cada
extremidade e outro no ponto centro.
• A laserterapia foi iniciada no primeiro dia pósoperatório e durante os 20 dias
consecutivos.
Artigo Científico- Conclusão
•Os mecanismos da ação do Laser de baixa potência envolvem a aceleração na síntese de colágenos, redução dos microorganismos, aumento na vascularização, redução da dor e ação antiinflamatória. •Este estudo teve como objetivo avaliar a perimetria das feridas no decorrer do tratamento.• Estudo quantitativo, descritivo e longitudinal. Desenvolvido entre 05 de Março de 2009 e 10 junho de 2010, com 14 pacientes da clínica escola da Faculdade de Minas (FAMINAS).
Artigo Científico- Conclusão
•Em síntese, pode-se afirmar que a utilização do laser de baixa potência arseneto de gálio e alumínio representa um grande passo ao tratamento de reparações de feridas pós cirúrgicas em quaisquer tecidos do corpo humano, não apenas utilizando o laser He-Ne mas também outras fontes alternativas as quais trariam grande satisfação e resultados.• Por se tratar de um estudo em andamento, o laser de arseneto de Alumínio e Gálio ainda passa por diversas observações, para que possa trazer benefícios a laserterapia.
Referências
B.RUSSELL, John. QUÍMICA GERAL. 2. ed. São Paulo: Makron Books, 1994. 2 v
Disponível em: http://www.videos.uevora.pt/quimica_para_todos/qpt_breve%20_historia_periodica.pdf
Acessado 4 de novembro de 2014.
Disponível em:http://nautilus.fis.uc.pt/cec/teses/flora/docs/p%e1ginas_inicias.pdf
Acessado 4 de novembro de 2014.
Disponível em:http://www.ceunes.ufes.br/
Acessado 6 de novembro de 2014.
GRUPO 13
Universidade do Extremo Sul Catarinense - UnescQuímica Inorgânica – Yasmine MichelettoEngenharia Química
Camila dos Santos PachecoEloisa Contessi Consenso