No Slide Title - Aqui Tem Química

1
Shriver Cap. 10
p. 361-381
Lee Cap. 12
p. 180-201
Russel v2 Cap. 21
p. 1066-1072
1078 - 1086
Brown Cap. 23
p. 856-865
Kotz Cap. 21
p. 276-284
Atkins & Jones
Cap. 14
p. 641 - 645
2
1
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
3
Grupo do Boro / 13/ IIIA
Os elementos do grupo do
propriedades bem diversificadas:
boro
possuem
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 com
menores quantidades de elétrons, assim são
chamados de “compostos deficientes em elétrons”.
4
2
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
Propriedade
Semicondutor
metal
metal
Metal mole
Metal mole
Fonte natural
bórax
bauxita
Sub-produto refino da bauxita
5
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
6
3
BORO




Boranos: compostos de boro e hidrogênio.
O BH3 reage com ele mesmo para formar diborano, B2H6.
Hidrogênio aparece para formar duas ligações.
O diborano é muito reativo:
B2H6(g) + 3O2(g)  B2O3(s) + 3H2O(g), H = -2030 kJ.
 Alguns boranos são reativos (B5H9) enquanto outros são estáveis
ao ar à temperatura ambiente (B10H14).
 O B2O3 é o único óxido de boro importante.
7
BORO
OCORRÊNCIA NATURAL:
O boro é encontrado na
natureza sob a forma de ácido bórico ou de boratos de cálcio,
sódio e magnésio. Cerca de 90% da produção mundial de boratos
provém das jazidas existentes na Califórnia, EUA. Os principais
minérios de boro são:
Bórax ou Tincal: Na2B4O7 . 10 H2O
Colemanita: Ca2B6O11 . 5 H2O
Boracita: Mg3B7O13Cl
http://ube-164.pop.com.br/repositorio/4488/meusite/inorganica/grupo_3a.htm
8
4
As principiais aplicações do boro são:







Manufatura de vidros de borosilicato.
Detergente.
Retardadores de chama.
Preservativos agroquímicos.
Bactericida.
Fogos de artifício (cor verde).
Semicondutor.
9
Extração do Boro
O mineral que se extrai o boro elementar é o bórax, sendo
convertido a ácido bórico, a óxido e reduzido com magnésio.
Na2[B4O5(OH)4] ·8H2O + H2SO4
Bórax
4 H3BO3 + Na2SO4 + 5 H2O
Ácido bórico
2 H3BO3
B2O3 + 3 Mg
Δ
B2O3 + 3H2O
B + 3 MgO
O boro elementar é um sólido preto muito duro e de
baixa condutividade elétrica. Inerte a muitos ácidos
com exceção a ácido nítrico. O boro de alta pureza
pode ser obtido também a através da redução de
tribrometo de boro com gás hidrogênio.
2BBr3 + 3H2
2B + 6HBr
10
5
Hibridização
Unused p orbital
F
B
F
F
11
Relembrando ácido/ base Lewis
 Ácido de Lewis - aceptor de par de elétrons
 Base de Lewis – doador de par de elétrons
BCl3 + NH3
Cl3B
NH3
 Metais são ácidos de Lewis
12
6
Hidreto de Boro
 Boranos = BxHy
 Isolado em 1912 por Alfred Stock
 Os hidretos de boro queimam com uma
chama verde característica.
 Gases: B2H6 e B4H8
 Líquidos: B5H9 e B6H10
 Sólidos: B10H14
Alfred Stock,
1876-1946
Ver estruturas 3D: http://www.3dchem.com/element.asp?selected=%20B
13
Hidreto de Boro




Boranos: compostos de boro e hidrogênio.
O BH3 reage com ele mesmo para formar diborano, B2H6.
Hidrogênio aparece para formar duas ligações.
O diborano é muito reativo:
B2H6(g) + 3O2(g)  B2O3(s) + 3H2O(g), H = -2030 kJ
Alguns boranos são reativos (B5H9) enquanto outros são estáveis ao
ar à temperatura ambiente (B10H14).
 O B2O3 é o único óxido de boro importante.
14
7
Hidreto de Boro
dimerização
borano
diborano
Os boranos formam uma grande série de compostos de B e H que são
deficientes em elétrons e por isto muito reativos. Eles são AGENTES
REDUTORES muito utilizados em sínteses orgânicas.
15
Hidreto de boro
 Espera-se formar para o grupo 13 hidretos de fórmula, MH3. O boro
só forma BH3 no estado gasoso, pois tende a dimerizar na estrutura
abaixo, o diborano.
H
H
H
H
B
B
H
H
 A estrutura de B2H6 é deficiente em elétrons, veja que há uma ponte
de hidrogênio entre os átomos de boro. A ligação da ponte é do tipo
três centros dois elétrons (3c,2e).
Distância
Ângulo externo H-B-H = 121.8˚
Ângulo Interno H-B-H = 96.5˚
B-B = 171 pm
B-H-B (B-H) = 123 pm
H-B = 119 pm
16
8
H
H
B
H
H
B
H
H
sp3
H
H
B
B
H
H
H
H
A ligação existente no diborando é do tipo de “três centros com dois elétrons”,
ou seja, uma ligação em ponte de hidrogênio. Não há elétrons suficiente para
2e- spread over 3 orbitals
montar a estrutura de Lewis adequadamente, logo a explicação é dada pela teoria
do orbital molecular visto que há sobreposição de múltiplos orbitais atômicos.
17
Propriedades
BF3
BCl3
BBr3
BI3
Ponto de fusão (°C)
-127
-107
-46
-50
Ponto de ebulição (°C)
-100
13
91
210
Comprimento de ligação (pm)
130
175
187
210
-1112
-339
-232
+21
ΔfG° (KJ/mol)
• Todos os compostos são voláteis.
B(OH)3
B(NH2)3
Acidez de Lewis: BF3 < BCl3 < BBr3 < BI3
RNH2
B(OR)3
H2O
ROH
BX3
PR3
NR3
SR2
X3BPR3
X3BSR2
X3BNR3
18
9
Acidez de Lewis: BF3 < BCl3 < BBr3 < BI3
Unused p orbital
F
B
F
F
19
Nitreto de Boro e Borazina
 O nitreto de boro é um bom isolante térmico e possui baixo
coeficiente de expansão, assim é muito utilizado em cadinhos de
porcelana para altas temperaturas.
 O nitreto de boro é aplicado na industria de cosméticos devido ao
seu brilho perolizado em esmaltes de unha e batons, sendo
acrescentado às maquiagens para esconder rugas devido sua
capacidade refletora de luz.
 A estrutura do nitreto de boro se assemelha a do grafite em
camadas, assim também apresenta propriedades semelhantes
como lubrificante, mas com a vantagem de ser isolante elétrico.
20
10
Nitreto de boro
Δ
2 B (s) + 2 NH3 (g) 
2 BN (s) + 3 H2 (g)
Nitreto de
Boro
Borazon
Estrutura
dura
Estrutura
Lamelar
Isolante elétrico e conduz o calor tão bem quanto os metais.
21
Dureza à abrasão (unidades arbritrárias)
45
C diamante
40
35
30
BN
25
20
B4C
SiC
15
WC
10
Al2O3
5
0
1
2
3
4
5
6
3
Densidade de Entalpia de rede/(MJ/cm )
22
11
23
Borazina – Análogo ao benzeno
BCl3 + NH4Cl
H
B
NaBH4
Benzeno: MM. = 78.1 g/mol
PF = 6 ˚C; PE = 80 ˚C
C—C = 142 pm
B
H
••
H
N
N
••
B2H6 + NH3
H
N
••
B
H
H
Borazina: MM. = 80.5 g/mol
PF = -57 ˚C; PE = 55 ˚C
B—N = 144 pm
24
12