Cq133 – GRUPO 14

Exercícios propostos

1) Descreva as formas de ocorrência dos elementos do grupo 14 e os métodos de obtenção.

2) Quais os alótropos do carbono? Desenhe as estruturas do diamante e da grafita. Explique as diferenças nas ligações químicas, na densidade, resistência mecânica e na condutividade elétrica.

3) Compare o comportamento metálico dos elementos do grupo.

4) Explique por que é comum a ocorrência de sais de Pb2+ enquanto o estado de oxidação mais comum dos demais elementos do grupo 14 é o 4+?

5) Qual a geometria das moléculas de CO e CO2? Qual a hibridização do átomo de carbono em cada caso?

6) Quais as principais aplicações do CO e do CO2? Descreva o caráter ácido base.

7) Escreva as equações químicas das reações que ocorrem quando os seguintes compostos são aquecidos: a) CaCO3; b) CaCO3 + C; c) CaC2 + N2

8) O que acontece quando CO2 é borbulhado em uma solução de Ca(OH)2? E quando um excesso de CO2 é borbulhado?

9) Escreva as equações químicas das reações de CO com: a) O2; b) S; c) Cl2; d) Ni; e) Fe; f) Fe2O3.

10) Por que CO2 é um gás e SiO2 é um sólido?

11) Justifique a tendência de o carbono fazer cadeias com vários átomos.

12) Escreva as fórmulas de Lewis e diga qual a geometria das moléculas CO3 2- e CCl4.

13) Descreva como os silicatos são classificados.

14) Como se prepara os silicones e quais as principais aplicações?

15) Explique a diferença de reatividade dos alcanos e silanos.

16) Quais as principais aplicações dos freons e por que o seu uso vem sendo reduzido?

RESPOSTAS

1-Ocorrência e Obtenção:

CARBONO:

Alótropos minerados: Diamante e Grafite (puras)

Alótropos impuros:

Coque (pirólise do carvão);

Negro de Fumo (combustão imcompleta de HCs).

Alótropo mais recente: C60 (Buckminsterfullereno).

Outros compostos:

CO2 (atmosfera e dissolvido nas águas)

CO32- (carbonatos insolúveis de cálcio e magnésio).

SILÍCIO:

Constitui 26% em massa da Crosta Terrestre.

Diversas formas minerais:

Areia, quartzo, ametista, ágata, opala, asbestos, feldspatos, micas e argilas.

Produzido por redução da sílica:

SiO2 (s) + 2 C (s) ® Si (s) + 2 CO (g)

GERMÂNIO:

Baixa abundância e não se encontra concentrado na natureza.

Obtido por redução de GeO2 por CO ou H2.

ESTANHO:

Minério: Cassiterita (SnO2).

Obtenção: Redução com coque em forno elétrico.

CHUMBO:

Minério: Galena (PbS).

Obtenção: Conversão em óxido e posterior redução com carbono em alto forno.

2 Alotropos do carbono

Alótropo Fórmula Estrutura

Negro de fumo Cn (estrutura aleatória, com predominância de carbono sp2)

Grafite Cn (folhas paralelas de anéis aromáticos unidos)

Diamante Cn (cristais com carbono sp3)

Fulerenos C60 é o mais comum, mas existem dezenas de outras moléculas,

como C20 e C70.

Nanotubos de

carbono

Cn, são tubos com estrutura semelhante às folhas de grafite.

3 Os elementos desse grupo variam desde o carbono (não metal) até o estanho e o chumbo (metais) com os elementos intermediários apresentando caráter semi-metálico. O chumbo é sempre metálico e é um dos metais mais densos e tóxicos. Os elementos mostram caráter metálico crescente para baixo no grupo.

4- Por que ele sofre efeito do par inerte, que é Quando os elétrons s permanecem emparelhados, o estado de oxidação observado será sempre duas unidades menor que o estado de oxidação normal para os elementos do grupo. Tipicamente, o estado de oxidação inferior é mais estabilizado nos elementos mais pesados do grupo. Assim, comparando-se Sn e Pb, o Sn2+ é um agente redutor, enquanto o Pb2+ é um íon estável.

5- Linear. Para os dois compostos e o CO2 é ligações do tipo (1 sigma e 1Pi) hibridizzação Sp2 e o CO é ligação (1 sigma e 2 Pì) hibridização Sp3

6- Monóxido de carbono

1. C(s) + 1/2O2(g) → CO(g)

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

3. 2C(s) + O2(g) + 4N2(g) → 2CO(g) + 4N2(g) gasogênio

4. H2SO4HCOOH(l) → CO(g) + H2O(l) laboratório

Principais óxidos do carbono. É muito tóxico, incolor e inodoro, É bastante reativo, É um combustível

Agente redudor na indústria metalúrgica. Base de Lewis forte

7- a) CaCO3(aq)+ → CaO(s) + CO2(g)

b)

C) CaC2(aq) + N2(g) → CaCN2(aq) + C

8) O que acontece quando CO2 é borbulhado em uma solução de Ca(OH)2? E quando um excesso de CO2 é borbulhado?

Há a formação de carbonato de cálcio

9-Escreva as equações químicas das reações de CO com: a) O2; b) S; c) Cl2; d) Ni; e) Fe; f) Fe2O3.a) CO(g) + ½O2(g) → CO2(g)

b) CO(g) + S2-(g) →

c) CO(g) + Cl2(g) →d) CO(g) + Ni →e) CO(g) + Fe →f) CO(g) + Fe2O3 →

10- Por que o carbono têm um raio menor e peso molecular menor que o silício.

11-O carbono difere dos demais elementos do grupo por vários motivos. O principal deles é a sua capacidade de se ligar a vários outros átomos de carbono, formando enormes cadeias (catenação). Isso porque as ligações C-C são fortes, e as ligações Si-Si, Ge-Ge e Sn-Sn diminuem progressivamente de energia. Além disso, o carbono é o único capaz de formar ligações múltiplas (duplas e triplas ligações). Os demais elementos do grupo dificilmente formam ligações múltiplas, principalmente porque seus orbitais atômicos são muito grandes e difusos para permitir uma interação efetiva. Entretanto, eles podem utilizar orbitais d para formar estas ligações, principalmente entre Si e N e entre Si e O.  

13) Descreva como os silicatos são classificados.

Ortossilicato,SiO44-, onde M2II[SiO4] ou MIV[SiO4] onde M = Be, Mg, Fe, Mn, Zn

Pirossilicatos Si2O76-, Ac2[Si2O7], Ln2[SiO7]

Silicatos em cadeia simples (piroxênios), (SiO3)n2nEx. Espodumênio LiAl(SiO3)2

Silicatos em cadeia dupla (anfibólios)

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

6n-, (Si6O17)n10n

Silicatos cíclicos, (SiO3)n2nEx. Berilo Be3Al2(Si6O18)

Silicatos lamelares (em camadas) ou filossilicatos, (Si2O5)n2n, Ex Mica

Silicatos tridimensionais (SiO2)Ex. Zeólitas

14-Como se prepara os silicones e quais as principais aplicações?

Suas aplicações são diversas entre elas estão: fluidos, óleos, graxas, elastômeros(borrachas), resinas isolantes elétricos e Implantes.

15- Explique a diferença de reatividade dos alcanos e silanos.

Os silanos são compostos mais reativos do que os alcanos devido à eletronegatividade e tem orbitais d de

baixa energia que podem ser usados para formar intermediários de reações.

16- Quais as principais aplicações dos freons e por que o seu uso vem sendo reduzido?

Os clorofluorocarbonos (CFC´s, Freons) já foram muito utilizados como propelentes de aerossóis e gases

refrigerantes de geladeiras e condicionadores de ar, todavia, devido ao fato de serem um dos responsáveis

pelo buraco de ozônio, estão sendo substituídos pelos hidrogeno-fluorocarbonos -HFC’s

17- Faça a correlação entre os compostos abaixo e suas aplicações: