GRUPO 14

C

Si

Ge

Sn

Pb

diamante

grafite

CQ133

FSN

GRUPO 14

CARBONO E ALOTROPIA

grafite

diamante

Buckminster fullereno esférico, C60 Fullereno tubular carbono amorfo

grafeno

CARBONO E ALOTROPIA

Negro de fumo: combustão incompleta de hidrocarbonetos: pó

muito fino que se agrupa aleatoriamente; partículas de 10 a 500 nm;

área superficial de 10-500 m2/g

Usos: carga de borracha para pneus (cerca de 3kg/pneu)

Pigmento negro para tintas e impressoras

Carvão ativado: produto sintético obtido pela desidratação

química de pó de madeira com ácido fosfórico ou ZnCl2 (1-3

partes para cada parte de serragem) entre 400 a 700 oC. Possui

alta área superficial, 300-2000 m2/g

Usos: descoloração de produtos naturais como açúcares, óleos,

bebidas, no tratamento de água, em filtros de gases e

purificadores de ar

Fibras de carbono: obtidas pela degradação na ausência de ar, a

300 oC e 1000 oC, de polímeros que não fundem como celulose,

algodão, lã, acrilonitrila

Usos: confecção de tecidos, redes termorresistentes, reforço

em plásticos, produção de materiais extremamente leves e

resistentes usados produção de aviões, carros e barcos

1200-3000 OC

SiO2(l) + Ccoque(s) → Si(l) + CO2(g) (idem p/ Ge e Sn) 98% puro

Purificação para a produção de semicondutores e transistores:

Si(s) + 3HCl(g) → SiHCl3(g) + H2(g) (T = 300 OC)

SiHCl3(g) + H2(g) → Si(s) + 3HCl(g) (T = 1000 oC)

99,999 % puro (processo Siemens)

2PbS(s) + 3O2(g) → 2PbO(s) + 2SO2(g) (ustulação)

PbO(s) + CO(g) → Pb(l) + CO2(g)

Galena

PbS

Cassiterita

SnO2

Grupo 14

Raio

atômico

Å

PF oC

Energia da

ligação kJ.

mol-1

C 0,77 4100 C-C 348

Si 1,17 1420 Si-Si 297

Ge 1,22 945 Ge-Ge 260

Sn 1,40 232 Sn-Sn 240

Pb 1,46 327 - -

Monóxido de carbono

1.C(s) + 1/2O2(g) CO(g)

cat. = Ni/CaO,Al2O3

2. CH4(g) + 2H2O(g) CO(g) + 4H2(g) (1000K, 30 atm)

3. C(s) + H2O(g) CO(g) + H2(g) gás d’água

4. 2C(s) + O2(g) + 4N2(g) 2CO(g) + 4N2(g) gasogênio

5. H2SO4

HCOOH(l) CO(g) + H2O(l) laboratório

Principais óxidos do carbono

É muito tóxico, incolor e inodoro

É bastante reativo

É um combústível

Agente redudor na indústria metalúrgica

Base de Lewis forte

Produção industrial de ferro

Fe2O3(s) + 3CO(g) 2Fe(s) + 3CO2(g)

3Fe2O3(s) + CO(g) 2Fe3O4(s) + CO2(g)

Fe3O4(s) + CO(g) 3FeO(s) + CO2(g)

FeO(s) + CO(g) Fe(l) + CO2(g)

Dióxido de carbono

cat. = Fe/Cr2O3

1. CO(g) + H2O(g) CO2(g) + H2(g) (700 K)

2. Recuperado de processos fermentativos:

C6H12O6(s) 2C2H5OH(l) + 2CO2(g)

3. dos gases liberados na calcinação do calcário;

CaCO3(s) CaO(s) + CO2(g)

4. dos gases efluentes de usinas termelétricas alimentadas a carvão.

5. CaCO3(s) + 2HCl(aq) CaCl2(aq) + CO2(g) + H2O(l)

Principais óxidos do carbono

Silicatos

quartzo

SiO2 Willemita

Zn2SiO4

Enstatita

MgSiO3

Espodumênio

LiAl(SiO3)2

Zircon

ZrSiO4

Mica

(Si2O52-)n

Asbestos

(Si4O116-)n

CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS

ortossilicato,

SiO44-

M2II[SiO4] ou MIV[SiO4] onde M = Be, Mg, Fe, Mn, Zn

Pirossilicatos

Si2O76-

Ac2[Si2O7], Ln2[SiO7]

CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS

Silicatos em cadeia simples (piroxênios), (SiO3)n2n-

Ex. Espodumênio LiAl(SiO3)2

CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS

Silicatos em cadeia dupla (anfibólios)

composição variável: (Si2O5)n2n-, (Si4O11)n

6n-, (Si6O17)n10n-

Ex. Asbestos (Ca2Mg5[(Si4O11)2](OH)2, Mg3Si2O5(OH)4

CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS

Silicatos cíclicos, (SiO3)n2n-

Ex. Berilo Be3Al2(Si6O18)

CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS

Silicatos lamelares (em camadas) ou filossilicatos, (Si2O5)n2n-

Ex. mica, argila, montmorilonita

CLASSIFICAÇÃO DOS SILICATOS

Silicatos tridimensionais (SiO2)

R

Si

R

OHHO

R

Si

R

OHHO+-H2O

R

Si

R

OHHO+

R

HO

R

R

SiO OH

RR

Si

R

HO

R

SiO OH

RR

Si

R

HO

Si

R R

SiO

R

R

SiO OH

fluidos, óleos, graxas

elastômeros(borrachas) e resinas

isolantes elétricos

Implantes

Silicone

os carbetos são compostos de carbono com um elemento

menos eletronegativo;

esta definição exclui compostos de carbono com N, P, O,

S e halogênios;

os carbetos são classificados como:

a) iônicos ou salinos;

b) intersticiais ou metálicos;

c) covalentes

os três tipos de carbetos são preparados aquecendo-se o

metal ou o óxido com carbono ou um hidrocarboneto, a

temperaturas de 2000 0C

CARBETOS

classificados em três grupos, contendo os ânions:

C4-, C22- ou C3

4-;

exemplos: Be2C (sólido vermelho); Al4C3 (sólido amarelo);

os carbetos com a unidade (-CC-)2- são melhor

conhecidos. São formados principalmente pelos elementos

do grupo 1 (M2C2); pelos elementos do grupo 2 (MC2); pelos

metais Cu, Ag, Au, Zn e Cd; e por alguns lantanídeos (LnC2

e Ln2(C2)3; são todos compostos incolores;

CARBETOS SALINOS

o carbeto de cálcio (CaC2) é o mais importante; é

obtido industrialmente pela reação de cal com coque a

2200 oC:

CaO(s) + 3C(s) CaC2(s) + CO(g)

reagem com água, liberando acetileno:

CaC2(s) + 2H2O(g) Ca(OH)2(s) + HCCH(g)

CaC2 é usado em escala industrial na fabricação de

cianamida de cálcio (CaNCN) - que é usada como

fertilizante nitrogenado:

1100 oC

CaC2(s) + N2(g) Ca(NCN)(s) + C(s)

CARBETOS SALINOS

são formados principalmente por elementos de transição,

lantanídeos e actinídeos;

em geral apresentam um ponto de fusão muito elevado;

exemplo TaC funde a 3900 oC;

são muito duros; TaC apresenta dureza 9-10 na escala Mohs;

são empregados na confecção de ferramentas de corte;

os carbetos intersticiais conservam muitas das propriedades

dos metais - conduzem eletricidade e possuem brilho

metálico;

carbetos intersticiais em geral são inertes - não reagem com

a água como os carbetos iônicos.

CARBETOS INTERSTICIAIS

os mais importantes são o SiC e B4C;

SiC possui dureza 9,5 na escala Mohs;

SiC é conhecido como conhecido como carborundum - um

abrasivo;

é produzido pelo aquecimento de quartzo ou areia com excesso

de coque, num forno elétrico a 2000-2500 oC:

SiO2(s) + 3C(s) SiC(s) + 2CO(g)

o SiC é muito pouco reativo; não é atacado por ácidos, mas reage

com NaOH e ar, e com Cl2 a 100 oC:

SiC(s) + 2NaOH(aq) + 2O2(g) Na2SiO3(s) + CO2(g) + H2Og)

SiC(s) + 2Cl2(g) SiCl4

o SiC apresenta uma estrutura tridimensional de átomos de Si e C

sendo cada átomo rodeado tetraedricamente por quatro átomos

do outro tipo

CARBETOS COVALENTES

SiC

APLICAÇÕES

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