18: Metais, metalóides e não metais representativos
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O desenvolvimento da tabela periódica em meados do século XIX veio da observação de que havia uma relação periódica entre as propriedades dos elementos. Os químicos, que têm uma compreensão das variações dessas propriedades, conseguiram usar esse conhecimento para resolver uma ampla variedade de desafios técnicos. Por exemplo, o silício e outros semicondutores formam a espinha dorsal da eletrônica moderna devido à nossa capacidade de ajustar as propriedades elétricas desses materiais. Este capítulo explora propriedades importantes de metais, metalóides e não metais representativos na tabela periódica.
- 18.2: Periodicidade
- Esta seção enfoca a periodicidade dos elementos representativos, onde os elétrons estão entrando nos orbitais s e p. Os elementos representativos ocorrem nos grupos 1, 2 e 12—18. Esses elementos são metais representativos, metalóides e não metais. Os metais alcalinos (grupo 1) são muito reativos, facilmente formam íons com uma carga de 1+ para formar compostos iônicos que geralmente são solúveis em água e reagem vigorosamente com a água para formar gás hidrogênio e uma solução básica do hidróxido metálico.
- 18.3: Ocorrência e preparação dos metais representativos
- Devido à sua reatividade química, é necessário produzir os metais representativos em suas formas puras por meio da redução de compostos que ocorrem naturalmente. A eletrólise é importante na produção de sódio, potássio e alumínio. A redução química é o principal método para o isolamento de magnésio, zinco e estanho. Procedimentos similares são importantes para os outros metais representativos.
- 18.4: Estrutura e propriedades gerais dos metalóides
- Os elementos boro, silício, germânio, arsênio, antimônio e telúrio separam os metais dos não metais na tabela periódica. Esses elementos, chamados de metalóides ou às vezes semimetais, exibem propriedades características de metais e não metais. As estruturas desses elementos são semelhantes em muitos aspectos às dos não metais, mas os elementos são semicondutores elétricos.
- 18.5: Estrutura e propriedades gerais dos não metais
- Os não metais têm estruturas muito diferentes das dos metais, principalmente porque têm maior eletronegatividade e elétrons mais estreitamente ligados a átomos individuais. A maioria dos óxidos não metálicos são anidridos ácidos, o que significa que eles reagem com a água para formar soluções ácidas. Estruturas moleculares são comuns para a maioria dos não metais, e várias têm vários alótropos com propriedades físicas variadas.
- 18.6: Ocorrência, preparação e compostos de hidrogênio
- O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo e sua química é verdadeiramente única. Embora tenha alguma reatividade química semelhante à dos metais alcalinos, o hidrogênio tem muitas das mesmas propriedades químicas de um não metal com uma eletronegatividade relativamente baixa. Ele forma hidretos iônicos com metais ativos, compostos covalentes com estado de oxidação -1 com menos elementos eletronegativos e compostos covalentes com +1 estado de oxidação com mais não-metais eletronegativos.
- 18.7: Ocorrência, preparação e propriedades dos carbonatos
- O método usual para a preparação dos carbonatos dos metais alcalinos e alcalino-terrosos é pela reação de um óxido ou hidróxido com dióxido de carbono. Outros carbonatos se formam por precipitação. Carbonatos metálicos ou hidrogenocarbonatos, como calcário (CaCO3), antiácido Tums (CaCO3) e bicarbonato de sódio (NaHCO3) são exemplos comuns. Carbonatos e hidrogenocarbonatos se decompõem na presença de ácidos e a maioria se decompõe com o aquecimento.
- 18.8: Ocorrência, preparação e propriedades do nitrogênio
- O nitrogênio exibe estados de oxidação que variam de 3− a 5+. Devido à estabilidade da ligação tripla NN, ela requer uma grande quantidade de energia para produzir compostos a partir do nitrogênio molecular. Metais ativos, como metais alcalinos e metais alcalino-terrosos, podem reduzir o nitrogênio para formar nitretos metálicos. Óxidos de nitrogênio e hidretos de nitrogênio também são substâncias importantes.
- 18.9: Ocorrência, preparação e propriedades do fósforo
- O fósforo (grupo 15) geralmente exibe estados de oxidação de 3− com metais ativos e de 3+ e 5+ com mais não-metais eletronegativos. Os halogênios e o oxigênio oxidarão o fósforo. Os óxidos são óxido de fósforo (V), P4O10 e óxido de fósforo (III), P4O6. Os dois métodos comuns para preparar o ácido ortofosfórico, H3PO4, são a reação de um fosfato com ácido sulfúrico ou a reação da água com o óxido de fósforo (V). O ácido ortofosfórico é triprótico e forma 3 tipos de sais.
- 18.10: Ocorrência, preparação e compostos de oxigênio
- O oxigênio é um dos elementos mais reativos. Essa reatividade, aliada à sua abundância, torna a química do oxigênio muito rica e bem compreendida. Os compostos dos metais representativos com oxigênio existem em três categorias (1) óxidos, (2) peróxidos e superóxidos e (3) hidróxidos. O aquecimento dos hidróxidos, nitratos ou carbonatos correspondentes é o método mais comum para a produção de óxidos. O aquecimento do metal ou óxido metálico em oxigênio pode levar à formação de peróxidos e superóxidos.
- 18.11: Ocorrência, preparação e propriedades do enxofre
- O enxofre (grupo 16) reage com quase todos os metais e forma prontamente o íon sulfeto, S2−, no qual tem um estado de oxidação de 2−. O enxofre reage com a maioria dos não metais.
- 18.12: Ocorrência, preparação e propriedades dos halogênios
- Os halogênios formam haletos com menos elementos eletronegativos. Os haletos dos metais variam de iônicos a covalentes; os haletos de não metais são covalentes. Os interhalogênios se formam pela combinação de dois ou mais halogênios diferentes. Todos os metais representativos reagem diretamente com halogênios elementares ou com soluções dos ácidos hidrohálicos (HF, HCl, HBr e HI) para produzir halogenetos metálicos representativos.
- 18.13: Ocorrência, preparação e propriedades dos gases nobres
- A propriedade mais significativa dos gases nobres (grupo 18) é sua inatividade. Eles ocorrem em baixas concentrações na atmosfera. Eles encontram usos como atmosferas inertes, sinais de néon e refrigerantes. Os três gases nobres mais pesados reagem com o flúor para formar fluoretos. Os fluoretos de xenônio são os mais bem caracterizados como materiais de partida para alguns outros compostos de gases nobres.
- 18.16: Exercícios
- Estes são exercícios de lição de casa para acompanhar o mapa de texto criado para “Química” pela OpenStax. Bancos de perguntas complementares de Química Geral podem ser encontrados em outros mapas de texto e podem ser acessados aqui. Além dessas perguntas publicamente disponíveis, o acesso ao banco de problemas privado para uso em exames e trabalhos de casa está disponível para o corpo docente apenas individualmente; entre em contato com Delmar Larsen para obter uma conta com permissão de acesso.