Metais de transição -atividade 01-elementos do bloco \'d\' da tabela periódica PDF

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Summary

Elementos do bloco d e f: propriedades, importância, obtenção e aplicação dos principais compostos;
Teorias de Blomstrand-Jorgensen e Teoria de Werner. Notação e nomenclatura.
Número atômico efetivo (NAE). Determinação do NAE de compostos de coordenação.
Utilização do NAE para a p...

Description

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PIAUÍ CENTRO DE CIÊNCIAS DA NATUREZA DEPARTAMENTO DE QUÍMICA QUÍMICA DOS METAIS DE TRANSIÇÃO - 2020.2

Atividade 01 1. Escreva as fórmulas mais prováveis de acordo com as regras estudadas em sala de aula a partir dos elementos abaixo (assuma que os complexos de a-b têm número de coordenação = 6 e que os complexos de c-d têm número de coordenação = 4):

2. Para cada composto de coordenação abaixo determine o Nox do átomo central e sua configuração dn :

Sara de Sousa Campelo

3. Determine a fórmula e o nome de um complexo de Co octaédrico, sabendo que o mesmo é composto por 2Cl- , 2H2O, 3NH3 e 1SO4 2- .

4. Baseando-se nas teorias de Jørgensen e de Werner, demonstre através de equações como Werner comprovou sua teoria e mostrou que a de Jørgensen estava errada. ... 5. Como se explica a diferença de cores observadas entre os elementos de transição e os representativos? Quando a radiação atravessa um material, algumas frequências são absorvidas, ou seja, a energia eletromagnética é transferida para os átomos, íons ou moléculas. Essa absorção promove essas partículas de seu estado fundamental para um ou mais estados excitados de maior energia. Para os elementos representativos é necessário uma energia muito maior para promover os elétrons s ou p para um nível energético mais elevado, o que corresponde a absorção de luz no ultravioleta. Por isso, seus compostos são invariavelmente brancos.

Já para os elementos de transição com um nível d parcialmente preenchido é necessário energia menor, em comparação aos do bloco s ou p, para promover os elétrons de um nível para outro de maior energia, assim a absorção ocorre na região do visível, 400 a 700nm. Além disso, a cor depende da natureza do ligante e do tipo de complexo formado. 6. Que características da estrutura eletrônica distinguem os elementos de transição, os lantanídeos e os actinídeos dos elementos e também uns dos outros? Os elementos de transição são característicos pelo preenchimento gradativo do bloco d, já os lantanídeos pelo antepenúltimo nível energético 4f e os actinídeos o 5f. Os elementos de transição apresentam propriedades intermediárias entre os do bloco s e o p, assim são capazes de formar ligação iônica e também ligações covalentes, no entanto, a energia necessária para excitar um elétron desse nível é menor que comparada aos outros dois, e consequentemente do nível f também será menor. 7. Com base nos seus conhecimentos sobre as propriedades químicas dos elementos, especule porque o cério e o európio formam os lantanóides mais fáceis de isolar antes do desenvolvimento da cromatografia de troca iônica. A separação de um elemento lantanídeo dos demais é uma processo muito custoso, e os processos antes da cromatografia de troca iônica se baseavam em pequenas diferenças de propriedades básicas, na estabilidade ou na solubilidade. A técnica utilizada era a variação de valência, método este que continua sendo útil para separação do cério e o európio. Essa técnica se baseia no fato que o cério e o európio são capazes de formar íons em estado de oxidação (+IV) e (+II), respectivamente. 8. Dê a equação balanceada para a reação de qualquer dos metais lantanóides com um ácido em meio aquoso. Justifique sua resposta com potenciais de oxirredução e com uma generalização sobre os estados de oxidação positivos mais estáveis dos lantanídeos. 2M(s) + 3H2SO4(aq) → 2M3+(aq) + 3SO42-(aq) + 3H2(g) Os lantanídeos possuem uma alta reatividade e dificilmente podem formar íons nos estados de oxidação (+IV) e (+II). Os potenciais de redução padrão no estado de oxidação (+III) são todos elevados e variam de forma regular nos intervalos de -2,48 à -2,26 V, ou seja, capazes de oxidar de maneira favorável neste estado de oxidação e justificando a tendência trivalente desses compostos. 9. Considerando apenas a teoria das cadeias , escreva a fórmula e assinale quantos cloretos irão precipitar ao titular uma solução aquosa de cada um dos compostos abaixo com AgNO3:

Sara de Sousa Campelo

a. CoCl3 ∙6NH3 Todos os cloros iam precipitar após adição de nitrato de prata

b.

CoCl3 ∙4NH3 Apenas o cloro ligado a cadeia de NH3 iria formar cloreto de prata

c. CoCl3 ∙3NH3 Da mesma forma da letra b, apenas o cloro ligado a cadeia de NH3 seria precipitado, no entanto há uma falha na teoria.

10. - Mostre por meio de equações o decaimento alfa (𝛼) do seguintes núcleos: a. 238 92U → 234 90Th + energia 𝛼 b.

232

c.

212

Th → 228 86Ra

90

Rn → 208 82Pb

86

11. Enumere algumas aplicações dos isótopos radioativos. b) O que são números mágicos, de acordo com a regra de Harkins? Os isótopos são elementos que possuem número de prótons iguais e diferem no número de nêutrons. As aplicações dos isótopos radioativos incluem: calcular a idade de fósseis e rochas sedimentares, através do tempo de meia vida do isótopo; utilizado nos estudos, diagnóstico e tratamento de diversas doenças, como mapeamento da tireóide ou destruição de células cancerosas além de serem aplicados aos adubos e fertilizantes a fim de estudar a capacidade de absorção desses compostos pelas plantas. A Regra de Harkins afirma que elementos com número atômico par são mais abundantes que os seus vizinhos que têm número ímpar de de prótons no núcleo, além disso os que têm número par possuem mais de dois isótopos estáveis. 12. Uma amostra de carbono de massa 1,00g, proveniente de uma árvore encontrada em um sítio arqueológico no Piauí, produziu 7,9x103 desintegração do carbono-14 em período de 20,0 horas. No mesmo período, 1,00 g de carbono de uma fonte recente produziu 1,84x104 desintegrações. Calcule a idade da amostra arqueológica. A meia-vida do 14C é 5,73 ka.

13. Calcule a energia liberada, MeV da fusão no seguinte processo. Dados (E=m.C2 ; MeV= 9,648*107 kJ.mol-1 ; 1 u.m.a. = 931,4812 MeV= 8,982x1010 kJ.mol-1 )

14. Quando núcleos de urânio-235 são bombardeados com nêutrons, eles podem quebrar-se de várias maneiras. Em um dos processos, o urânio-235 forma bário-142 e criptônio-92. 235 1 142 92 1 92U + 0η → 56Ba + 36Kr + 2 0η 15. Explique os termos: a. Contração lantanídica É um fenômeno que ocorre nos 15 elementos da série dos lantanídeos, do lantânio ao lutécio, em que há um decréscimo gradual no tamanho, devido ao aumento da carga nuclear e diminuição do efeito de blindagem dos elétrons do nível f. Este efeito é responsável pelas pequenas variações nas propriedades físicas e químicas destes elementos como, por exemplo, o grau de basicidade que diminui invariavelmente do La até o Lu. b. Blindagem e carga nuclear efetiva Blindagem (S) é o efeito resultante da repulsão dos elétrons que acabam diminuindo o efeito da carga do núcleo nos elétrons mais distantes. E a carga nuclear efetiva é a carga que atua sobre um elétron, e é igual a carga nuclear menos a constante de blindagem para o elétron considerado. c. Reações de espalação. É um processo no qual um núcleo pesado emite um grande número de núcleos devido ao impacto de uma partícula de alta energia, reduzindo assim consideravelmente a sua massa atômica. 16. Por que os elementos da segunda e terceira séries de transição se assemelham muito mais entre si do que os elementos da primeira série de transição? Os elementos da 2º e 3º série apresentam raios semelhantes, por causa da diminuição do efeito de blindagem dos elétrons do bloco d em relação ao aumento da carga nuclear. Consequentemente exibem energia reticulares, ionização e solvatação semelhantes, características diferentes daquelas observadas na 1º série 17. Como as seguintes propriedades variam nos elementos de transição : a. caráter iônico: Está relacionado com a facilidade de remoção de um elétron, e para os elementos de transição esse caráter é intermediário entre os do subníveis s e p. Assim, podem formar ligações iônicas altamente reativas ou compostos covalentes b. propriedades básicas: Os elementos de transição são capazes de serem bases, mas essa característica diminui ao longo da tabela, da esquerda para direita, além de serem menos eletropositivos que os metais do grupo 1 e 2. Essa variação da energia de ionização dos metais de transição varia em um amplo intervalo e está relacionado com a distribuição eletrônica que ocorre nos orbitais do nível d. c. estabilidade dos diferentes estados de oxidação: Os elementos de transição podem existir em diversos estados de oxidação, mas para serem estáveis eles precisam existir, não oxidar, não hidrolisar, nem desproporcionar a temperatura ambiente. Os seus estados de oxidação estão relacionados a sua estrutura

eletrônica. Por exemplo o escândio, 4s² 3d¹, terá estados +II e +III, sendo que os elétrons serão retirados primeiro do penúltimo nível, 4s². d. capacidade de formar complexos: Tem alta tendência de formar compostos de coordenação com bases de Lewis, os chamados ligantes. E isso ocorre porque formam íons pequenos com carga elevada, com orbitais vazios de baixa energia capazes de receber pares de elétrons. 18. Dê exemplos ou justifique as seguintes propriedades química dos metais de transição : a) o óxido com o metal no estado de oxidação mais baixo é básico, enquanto que o óxido com o metal no seu estado de oxidação máximo é geralmente ácido. Os metais de transição podem formar ligações iônicas ou covalentes dependendo do estado de oxidação. Geralmente, nos estados de oxidação mais baixos as ligações são iônicas e nos estados de oxidação mais altos as ligações são covalentes. Nesse sentido, assim como os metais do Grupo 1 e 2, os cátions metálicos envolvidos em ligações iônicas possuem menor caráter básico, como o ZnO, e cátions envolvidos em ligações covalentes podem ter caráter mais básico. 19. Como se esclarece que os metais de transição formam soluções coloridas ? De que depende a cor ? Os metais quando estão em solução serão íons rodeados por moléculas, ligantes ou outros íons. Esses grupos vizinhos alteram a energia de alguns orbitais d, assim, os orbitais não serão mais idênticos em termos de energia e será necessário radiações com energia diferente para cada metal. Assim, para energias maiores, comprimento de ondas menores e a cor será na região violeta, e para energia menor, comprimento de onda maior e a cor na região do vermelho. 20. Qual a diferença que você citaria em relação a metais de transição da primeira série com os metais de transição da segunda série ? Além de apresentarem energia reticulares, ionização e solvatação diferentes, a estrutura eletrônica dos átomos da 2º série nem sempre acompanham o mesmo padrão da primeira série, no qual os elétrons são adicionados de forma regular no subnível d até completar 10, com exceção do cromo e cobre. Os elementos da 2º série que não segue o padrão são: nióbio, molibdênio, rutênio, ródio, paládio, e prata. Além disso, os elementos da 1º serie formam mais compostos iônicos que os elementos da 2º. 21. O amarelo “prussiato de sódio” Na4[Fe(CN)6] foi adicionado ao sal de cozinha como um agente anti fermentante. Por que não houve nenhum efeito tóxico aparente, mesmo com este composto contendo ligantes ciano? O amarelo “prussiato de sódio” é um complexo, em que os cianetos estão ligados ao ferro, por causa dessa forte ligação dificilmente o (CN-) será liberado e consequentemente terá uma baixa toxicidade. Para que eles sejam liberados na forma de HCN é necessário a adição de um ácido. 22. Determine o tipo de ligante, o estado de oxidação do metal e sua configuração eletrônica.

Ligante: EDTA (pentadentado com cromo e em ponte com cobalto), OH2(monodentado), NH3(monodentado), OH(bidentado em ponte) 3x -4 -2 +0 +(0*6) =+3 3x =9 x=3 Cr = 3+ Co² = 3+ Co³ = 3+

Cr3+= [Ar] 4s0 3d3 Co3+= [Ar] 4s0 3d6

23. Por que o ataque ao cobre metálico ( Pratica 01) precisa ser feito na capela? Escrever as equações químicas que justificam sua resposta. O ataque do cobre metálico pode ser feito com ácido nítrico Para o ácido nítrico diluido: 3Cu(s) + 8HNO3(aq) → 3Cu(NO3)2(aq) + 2NO(g) + 4H2O(l) Para o ácido nítrico concentrado: Cu(s) + 4HNO3(aq)→ Cu(NO3)2(aq) + 2NO2(g) + 2H2O(l) Essa reação deve ser feita na capela por causa da liberação de monóxido de nitrogênio ou dióxido de nitrogênio, um gás extremamente tóxico que pode causar morte celular. 24. Com base nos seus conhecimentos sobre as propriedades químicas dos elementos, especule porque o cério e o európio formam os lantanóides mais fáceis de isolar VIDE QUESTÃO 7 25. Faça uma sucinta discussão em relação a estabilidade e os estados de oxidação mais prováveis dos elementos do bloco d, lantanídeos e actinídeos. Os elementos podem existir em diversos estados de oxidação, mas para serem estáveis eles precisam não oxidar, não hidrolisar, nem desproporcionar a temperatura ambiente. Os seus estados de oxidação estão relacionados a sua estrutura eletrônica, para os elementos do bloco d os estados mais prováveis são (+II), (+III), (+IV), (+V) e alguns serão encontrados em (+VI) e (VII), como o molibdênio e o tecnécio, respectivamente. Para os lantanídeos a maioria estará em estado (+III) e os actinídeos em (+III) e (+IV), com exceção do protactínio (+V) e o urânio (+VI). E isto está relacionado com a distribuição e estabilidade eletrônica desses elementos após doarem ou compartilharem elétrons....