Miguel

Descrição das Famílias da Tabela Periódica (III)

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Grupo 15 – Família do Nitrogênio (Família VA)


Os elementos pertencentes ao grupo 15 apresentam caráter metálico reduzido e inferior aos elementos do grupo do carbono.Estes elementos possuem configuração eletrônica da camada de valência igual a ns2np3 e apresentam a capacidade de formar cátions com número de oxidação igual a +3. 
O nitrogênio é o elemento que recebe maior destaque neste grupo, pois é um elemento bastante abundante. Ele é o elemento mais presente no ar atmosférico e é um dos constituintes de proteínas e enzimas, responsáveis por diversas funções nos organismos vivos. 
O nitrogênio só foi descoberto como um elemento químico, no século XVIII, como um dos gases constituintes do ar atmosférico.O fósforo é um outro importante elemento presente no grupo 15 da tabela periódica. Ele foi descoberto no século XVII, pelo alquimista Henning Brandt, a partir de um processo de purificação de urina. Os compostos de fósforo são usados desde a fabricação de conservantes alimentares, até a produção de pesticidas e armas químicas.(ver texto sobre Fósforo) 

Referência bibliográfica:
1. Medeiros, M. A.; Texto retirado na íntegra do software QuipTabela 4.01; 2004.

Os outros elementos deste grupo são bastante conhecidos e usados desde muito tempo, principalmente o arsênio e o antimônio, que possuem compostos utilizados desde a antiguidade.


Grupo 16 – Calcogêneos (Família VIA)


Os elementos do grupo 16 são comumente conhecidos como calcogênios. Este termo deriva do grego e significa formadores de cobre. Esta denominação é dada, pois os minérios que se obtém cobre são formados com elementos deste grupo: Cu2S, Cu2O, CuFeS2, Cu2O3(OH)2.

Os calcogênios possuem caráter metálico menos intenso que os elementos que se encontram no grupo 15, ou inferior. Sendo o oxigênio e o enxofre os que possuem maior caráter não metálico, deste grupo de elementos. Estes elementos possuem configuração eletrônica da camada de valência igual a ns2np4 e apresentam a capacidade de forma pelo menos um íon com carga negativa igual a -2. O polônio é o único elemento deste grupo que não forma íon com carga -2. O oxigênio é o elemento de maior destaque presente neste grupo. Isso é um reflexo da sua grande abundância na Terra e sua valiosa importância para a vida em geral. O oxigênio ocorre livre na atmosfera, com outros elementos, ocorre em diversas rochas e minerais.
Na forma livre, o oxigênio ocorre principalmente como gás oxigênio, O2 e como gás ozônio, O3. Combinado, ocorre principalmente como óxidos.

O enxofre é outro elemento bastante importante e altamente empregado na indústria em geral. Ele é utilizado na forma de diversos compostos, principalmente, na forma de ácido sulfúrico, que é o produto industrial mais utilizado no mundo.

Referência bibliográfica:
1. Medeiros, M. A.; Texto retirado na íntegra do software QuipTabela 4.01; 2004.

O enxofre é conhecido desde a antiguidade, sendo citado algumas vezes no velho testamento (ver histórico do elemento enxofre).

 

Família VIIA

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Para ver mais sobre Família IIIA e IVA, clique aqui.

Miguel

Descrição das Famílias da Tabela Periódica (II)

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Grupo 13 – Família do Boro (Família IIIA)

Escrito por: Miguel A. Medeiros

Os elementos do grupo 13 possuem caráter metálico menos intenso que os metais alcalinos terrosos. O boro é considerado um ametal, o que contrasta com os outros elementos deste grupo (aluminio, gálio, índio e tálio), que são classificados como metais.Estes elementos possuem a configuração eletrônica da camada de valência igual a ns2np1 e forma cátions com número de oxidação igual a +3. 
O bórax, composto mais importante do boro, é conhecido e utilizado desde os tempos antigos para produzir vidros e vitrificações de peças, no entanto, o elemento (boro) só foi isolado no século XVIII. 

Referência bibliográfica:
1. Medeiros, M. A.; Texto retirado na íntegra do software QuipTabela 4.01; 2004.

Um outro elemento deste grupo, o gálio, possui uma propriedade incomum entre os metais, mas semelhante à água. O gálio no estado sólido possui densidade menor do que no estado líquido, o que é incomum, pois os metais, geralmente, no estado sólido apresenta densidade maior do que no estado líquido.


Grupo 14 – Família do Carbono

Os elementos pertencentes ao grupo 14 apresentam caráter metálico menor que os elementos do grupo 13. O carbono é o elemento que apresenta maior caráter não metálico. 
Os elementos da família do carbono apresentam configuração eletrônica da camada de valência igual a ns2np2 e todos formam cátions com números de oxidação iguais a +2 e +4.O carbono é o elemento que possui maior destaque, entre todos deste grupo, uma vez que, existe até uma parte da Química para estudo dos compostos de carbono, a Química Orgânica. Isso é devido a grande quantidade compostos orgânicos, que são milhares.
O carbono ocorre livre na natureza, em suas conhecidas formas alotrópicas: diamante, grafite, carvão e fulerenos.O diamante é bastante conhecido e utilizado desde muito tempo, sendo citado no velho testamento (ver histórico do elemento carbono).
O grafite é também muito conhecido e usado desde a antiguidade, com a finalidade de escrever e marcar outras superfícies.O conhecimento referente aos compostos de carbono é datado desde a antiguidade, no entanto, este elemento só foi reconhecido como tal, no século XVIII. A partir daí, várias aplicações surgiram e foram definidas para os compostos de carbono, tais como a importância do CO2 para a fotossíntese e o petróleo para o desenvolvimento industrial no século XX.O silício é um outro elemento deste grupo que apresenta grande importância, pois é um elemento altamente abundante. Ele se encontra distribuído pela crosta terrestre em formas diversas de muitos silicatos, sendo um dos principais compostos de silício, a sílica, SiO2 – óxido de silício. 
Compostos de silício são usados desde a fabricação de vidros, polímeros de silicone e até materiais semicondutores eletrônicos, utilizados em dispositivos de informática.

Referência bibliográfica:
1. Medeiros, M. A.; Texto retirado na íntegra do software QuipTabela 4.01; 2004.

Os outros elementos deste grupo: germânio, estanho e chumbo são também bastante conhecidos e utilizados, principalmente, o estanho e o chumbo que são usados e trabalhados desde muito tempo, seja na fabricação de ligas metálicas importantes como o bronze (Cu + Sn) ou nos seus usos separadamente.

Família VA

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Miguel

Descrição das Famílias da Tabela Periódica (I)

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Descrição das Famílias da Tabela Periódica

A Tabela Periódica é organizada em períodos (linhas horizontais) e grupos ou famílias (colunas verticais).

Os elementos presentes em cada família da Tabela Periódica possuem características semelhantes entre si, sejam propriedades físicas e/ou químicas. A seguir, são descritas cada uma das famílias da Tabela Periódica.

Grupo 1 – Metais Alcalinos (Família IA)

Os metais alcalinos são elementos muito reativos e de grande importância para a vida dos seres vivos.

O nome metais alcalinos, é derivado de álcali, do árabe al-qali, que significa cinza de plantas, que é uma referência ao fato de alguns hidróxidos de metais alcalinos serem obtidos a partir de cinzas de plantas. O termo álcali é também usado para definir os hidróxidos dos metais deste grupo (lítio, sódio, potássio, rubídio e césio).

Os metais alcalinos possuem configuração eletrônica da camada de valência igual a ns1. Isso possibilita que os elementos formem íons carregados positivamente com carga +1.
Compostos de sódio e potássio são utilizados desde a antiguidade. Um de seus sais (NaCl) foi utilizado até como moeda de troca a milhares de anos.

Alguns dos metais alcalinos são bastante encontrados no nosso planeta. O sódio, o potássio, o lítio e o rubídio se encontram como minerais, distribuídos por diversos países. Dissolvido na água do mar, é encontrado, principalmente, o sódio, um dos constituintes do NaCl, componente principal do sal de cozinha.

Referência bibliográfica:
1. Medeiros, M. A.; Texto retirado na íntegra do software QuipTabela 4.01; 2004.

Como dito, compostos de metais alcalinos são conhecidos desde muito tempo e são bastante encontrados no nosso planeta. No entanto, os elementos só foram isolados a partir de 1800, com a utilização da eletrólise de sais fundidos, ou de soluções aquosas dos sais.



Grupo 2 – Metais alcalinos terrosos (Família IIA)

Os metais alcalinos terrosos são elementos reativos e assim como os metais alcalinos, são de grande importância para a vida do ser humano.

Compostos dos metais do grupo 2 (Mg e Ca) são conhecidos e utilizados desde a antiguidade. Um exemplo é o gesso (CaSO4 x 2H2O), que foi utilizado na construção da grande pirâmide de Gizeh, além de ter sido utilizado no reboco da tumba do faraó Tutucamon. Já o magnésio foi muito utilizado na forma de mineral macio, denominado talco, que era também chamado de pedra de Magnésia.

Embora os compostos destes elementos sejam utilizados há muito tempo, os elementos só foram isolados no século XVII.

Os elementos do grupo 2 possuem configuração eletrônica da camada de valência, igual a ns2, o que possibilitam a eles a formação de íons carregados com carga +2.

Referência bibliográfica:
1. Medeiros, M. A.; Texto retirado na íntegra do software QuipTabela 4.01; 2004.

A denominação “terroso” é derivada dos alquimistas da Idade Média, que chamavam os compostos resistentes a modificações provocadas por elevadas temperaturas, de “terrosos”. Os compostos conhecidos na época eram resistentes a temperaturas que hoje, seriam classificadas como moderadas.

Família IIIA

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Miguel

Oxigênio não é ar

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Gás oxigênio não é ar

Muita gente confunde gás oxigênio e ar e isso não é por acaso, uma vez que, um dos constituintes do ar atmosférico é o gás oxigênio. O ar atmosférico é uma mistura gasosa e homogênea, que possui como principais constituintes: o gás nitrogênio, N2 (75%); o gás oxigênio, O2 (20%), gás carbônico, CO2 (4%); outros gases (1%). Para saber mais sobre ar atmosférico, clique aqui.

 

E oxigênio, o que é?

O oxigênio é um elemento representativo e ametal, que se encontra no 16º grupo da Tabela Periódica, que também é chamado de família dos calcogêneos. O oxigênio é o primeiro elemento deste grupo, possui número atômico igual igual a 8, massa molar 16,00 g/mol e símbolo químico, “O“.

O gás oxigênio é uma substância fundamental para a vida, principalmente na concentração que se encontra na atmosfera (em torno de 20%), mas o elemento químico oxigênio também é importante e bastante presente em outros compostos essenciais à vida, como por exemplo na água (H2O) e em carboidratos, proteínas, etc.

O oxigênio elementar só foi descoberto no século XVIII, 1774. Normalmente, a descoberta do oxigênio é atribuída a Joseph Priestley, embora Lavoisier tenha obtido o mesmo gás, a partir de óxido de mercúrio, que por sua vez foi obtido a partir da calcinação do mercúrio.

Priestley ao obter oxigênio, acreditava ter obtido óxido nitroso, mas foi Lavoisier que provou que o gás obtido do tratamento de óxido de mercúrio com ácido nítrico, seguido da decomposição térmica do nitrato de mercúrio era oxigênio e não óxido nitroso como Priestley acreditava.

O nome do elemento químico foi dado por Lavoisier, que o denominou de princípio acidificante, ou principe oxygine.

Em 1772, Carl Scheele, de forma independente, analisando o ar atmosférico, observou que o oxigênio fazia parte da mistura de gases, no entanto,  os resultados não foram divulgados de imediato.



Ocorrência
Oxigênio está disponível na natureza, na forma de substâncias simples, tais como gás oxigênio (O2) e gás ozônio (O3). Em substâncias compostas, ou seja, formada por átomos de diferentes elementos químicos, é possível encontrar oxigênio na água (H2O), ou em diversos óxidos, carbonatos, nitratos, silicatos, ou compostos orgânicos diversos, presentes nas diferentes formas de vida.

Aplicações
        O gás oxigênio é muito importante na respiração de muitos seres vivos, além de ser usado como comburente. Já o ozônio está presente em parte elevada da atmosfera, estratosfera, entre 20 e 25 km da superfície terrestre, em alta concentração, na chamada camada de ozônio, responsável por filtrar a radiação ultravioleta proveniente do Sol. O ozônio é um gás tóxico, mas é usado como agente desinfectante, para purificação de água e outras substâncias.

Outros compostos que possuem oxigênio em suas estruturas, tais como os óxidos, carbonatos, etc  possuem inúmeras aplicações, dependendo do elemento associado ao oxigênio.

Escrito por: Miguel A. Medeiros
Revisado em: 29 de junho de 2015

Referência
1- Medeiros, M. A., Software QuipTabela, versão 4.01, 2004.
Miguel

Cloro – Aplicações e Presença no Cotidiano

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Aplicações do Cloro

Você ou alguém de sua casa já deve ter utilizado, alguma vez, para fazer limpezas difíceis, um produto comercial, chamado “cloro“, caso não, com certeza já deve ter ouvido falar à seu respeito.
Você sabe do que se trata este produto? Será que ele é o cloro, Cl que se localiza na família dos halogênios, possui massa molar igual à 35,5g e número atômico 17, que está localizado na tabela periódica?
Algumas pessoas acreditam que o “cloro” comercial é o mesmo cloro da Química, aquele de compostos químicos, tais como o cloreto de sódio (NaCl), ou o DDT, no entanto, o “cloro” comercial é uma denominação usada para uma solução aquosa de um sal, geralmente, hipoclorito de sódio (ClO–Na+) e não cloro livre (Cl2) ou Cl (elemento químico).

O cloro livre (Cl2) se apresenta como um gás com coloração amarelo esverdeado, sendo venenoso e utilizado como uma arma química (uma de suas aplicações). Seu nome origina do grego chlorós, que significa “amarelo esverdeado”.

O cloro, elemento químico, é encontrado na natureza, em combinações com outros diversos elementos, principalmente na forma de cloretos, como a halita (NaCl), a silvita (KCl) e a carnalita KCl · MgCl2 · 6 H2O, que são encontrados em depósitos subterrâneos, (em minas de sal). Na Rússia, a obtenção de NaCl ocorre principalmente, a partir de minas de sal. Já no Brasil, a principal fonte de NaCl é o mar, já que as águas dos oceanos são ricas em cloreto de sódio (mas possui também outros sais dissolvidos, como cloretos e carbonatos de magnésio e potássio). O sal de cozinha é um importante produto comercial, que contém cloro (na forma de cloreto), já que o principal componente do sal de cozinha é o NaCl (cloreto de sódio), mas possui também iodeto de potássio e anti-umectante. Em 1 kg de sal de cozinha, há em torno de 600 gramas de cloro, na forma de cloreto.

A principal forma do cloro se manifestar na natureza é através do cloreto de sódio. E é através do cloreto de sódio que se produz gás cloro (Cl2), a partir da eletrólise do NaCl fundido ou em solução aquosa.

Pode-se afirmar que cloro comercial, ou cloro ativo não é realmente cloro, mas sim, uma solução aquosa rica em sais que contém cloro, tal como o hipoclorito de sódio.



O hipoclorito de sódio é o princípio ativo da água sanitária, que é comumente utilizada em lares brasileiros, para limpeza e desinfecção de pisos, banheiros, cozinhas, caixas e reservatórios de água, frutas e verduras. Além disso, a água sanitária é utilizada como alvejante, ou seja, solução capaz de tornar “coisas” brancas, tais como tecidos (usar excesso de água sanitária em tecido pode provocar o rompimento das fibras do tecido, causando rasgos). A água sanitária é uma solução aquosa, que contém 2,0 a 2,5% de cloro ativo, possuindo concentração entre 12 e 15% de hipoclorito de sódio (NaClO).

No Brasil, compostos derivados do cloro são utilizados no processo de tratamento de água destinada ao consumo humano, ou seja, água fornecida pelas empresas de tratamento de água e esgoto de cada Estado brasileiro, tais como Copasa e Sabesp. Os compostos derivados de cloro são utilizados com o objetivo de desinfecção da água, antes de disponibilizar para o consumo. Os principais compostos utilizados são hipoclorito de sódio, hipoclorito de cálcio e dióxido de cloro, já que possuem elevada eficiência de desinfecção, matando microrganismos patogênicos por um custo relativamente baixo,  quando comparado aos outros métodos de desinfecção, que envolvem gás ozônio e radiação ultravioleta.

O hipoclorito de cálcio é um dos compostos utilizados no tratamento e purificação de água de piscinas. Dependendo da marca do “cloro de piscina“, o teor de hipoclorito de cálcio irá variar, mas comumente está entre 60 e 80% em massa. Diante disso, percebe-se que o hipoclorito e compostos de cloro são amplamente utilizados nos processos de desinfecção e purificação de águas e alimentos.

Escrito por: Miguel A. Medeiros
Revisado em: 28 de junho de 2015

A seguir, veja um vídeo sobre síntese de hipoclorito de sódio.

Miguel

Ar – oxigênio, gás nobre ou mistura de gases?

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Ar – a mistura de gases mais importante que existe

Ar é uma mistura de gases de grande importância para muitos seres vivos. É a partir do ar que os animais terrestres retiram o oxigênio necessário para sobreviverem. O ar, ou ar atmosférico é uma mistura de vários gases, principalmente: N2, O2 e CO2.

No entanto, quando se estuda a Tabela Periódica, nota-se a presença do símbolo “Ar“, que se refere ao elemento químico argônio e não à mistura de gases importante à vida. Algumas vezes, no entanto, esse símbolo “Ar” é confundido com o ar atmosférico, principalmente ao estudar gases e suas leis na Química, pois em alguns exercícios não fica claro se a referência é ao gás nobre ou a mistura de gases.

Essa mistura de gases que inspiramos e expiramos, várias vezes por minuto, é também considerada por muitos, apenas como oxigênio, um dos componentes da mistura. O ar é uma mistura homogênea (se você quiser saber o que é uma mistura homogênea, clique aqui) de alguns gases, principalmente, gás nitrogênio (N2) oxigênio (O2) e gás carbônico (CO2), mas pode haver também outras substâncias, como água (H2O) metano (CH4) e até mesmo argônio (Ar) entre tantos outros, até mesmo argônio (Ar), em pequenas proporções.

A composição do ar atmosférico é considerada como:

                • 75% de nitrogênio, N2;
                • 20% de oxigênio, O2;
                • 4% de gás carbônico, CO2 e
                • 1% de outros gases.

Esta é a combinação ideal, pois se a concentração de O2 fosse maior, ou se o ar fosse composto só de O2, as consequências seriam catastróficas. Inicialmente, não haveria vida, mas se houvesse, as diferentes formas de vida não seriam parecidas como as que conhecemos.

Todo material inflamável (com potencial de pegar fogo,  como madeira, carvão, plástico, combustíveis, derivados do petróleo e todos os compostos orgânicos), se incendiaria com grande facilidade. Além disso, os metais, os plásticos e substâncias diversas que sofrem oxidação, se oxidariam com uma rapidez espantosa.

Então, uma  concentração em torno de 20% de oxigênio é a concentração ideal para que possamos continuar vivendo bem.

E o Argônio, “Ar”, o que é?

O argônio é o gás nobre mais abundante em nosso planeta. Ele recebe esta denominação, gás nobre, devido a sua baixa reatividade e grande capacidade em se apresentar isolado na natureza, ou seja, não forma compostos com outros elementos. Este gás se encontra principalmente na mistura gasosa do ar atmosférico.

O argônio é utilizado como gás de enchimento em contador de radiação e em lâmpada de catodo oco, empregado em espectroscopia de absorção atômica. O argônio é também usado como atmosfera para lâmpadas diversas, principalmente as incandescentes, que não são mais comercializadas no Brasil, para evitar que o filamento de tungstênio entre em  contato com oxigênio do ar atmosférico. Quando se acende uma lâmpada incandescente, o filamento de tungstênio pode alcançar temperaturas superiores a 2000°C (se houver ar atmosférico nas proximidades, o filamento queima instantaneamente).
Escrito por: Miguel A. Medeiros
Revisado em: 28 de junho de 2015

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Para saber mais:
Por falar em lâmpadas incandescentes, você sabe como é feito o vidro?
Quer saber mais sobre outro gás nobre? Leia um pouco sobre Xenônio.

Miguel

Fulerenos – forma alotrópica do carbono

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Fulerenos

Até a década de 1980, apenas o grafite, o diamante e o carvão eram conhecidos como formas alotrópicas do carbono. Alotropia é um fenômeno que ocorre quando um elemento químico dá origem a duas ou mais substâncias simples diferentes, ou seja, dependendo de como os átomos do elemento químico se ligam, forma uma substância ou outra.

A partir de um experimento envolvendo grafite e feixe de laser, à temperatura específica, dois cientistas (H. W. Kroto e R. E. Smalley) observaram, a partir de espectrometria de massas, várias moléculas até então desconhecidas. As moléculas observadas apresentavam massa molecular entre 44 e 90 unidades, mas a com massa 60 era a mais abundante.  Os cientistas perceberam que aquelas moléculas eram uma nova forma alotrópica do carbono, que seria chamada de fulerenos. Essa descoberta rendeu aos cientistas o prêmio Nobel de química em 1996. A primeira síntese de um fulereno, o C60 foi descrita em 1990.

Os fulerenos são considerados compostos aromáticos, já que possuem elétrons pi em ressonância. A denominação fulereno é uma homenagem ao arquiteto R. Buckminster Fuller que construiu e popularizou as cúpulas geodésicas, que se assemelham as estruturas moleculares dos fulerenos.

Os fulerenos são moléculas estruturadas em forma de “gaiolas”, ou seja, são fechada em si. Os fulerenos são constituídos por uma rede formada por pentágonos e hexágonos, fechando assim a “esfera”. Cada carbono de um fulereno está hibridizado em sp² e forma ligações sigma (ligação simples) com três outros átomos de carbono, restando um elétron de cada carbono, que fica deslocalizado num sistema de orbitais moleculares que atribui à molécula o caráter aromático.

Os fulerenos possuem quantidades diferentes de átomos de carbono, podendo ser formados por 20, 60, 70, 100, 180, 240 e até 540 átomos de carbono. É comumente falado do C60 e também do C70, pois estes foram os primeiros a serem descobertos e também são os mais comuns, mas os outros também têm importância na classe dos fulerenos.

Os fulerenos como dito anteriormente, são estruturados na forma de “gaiolas”, ou esferas ocas, que são formadas por anéis de 5 e 6 átomos de carbono, sendo estas estruturas bastante estáveis, sendo possível encontrá-las na natureza, como mais uma forma alotrópica do carbono.

Estes compostos possuem a capacidade de “aprisionar” átomos ou moléculas de gases em seu interior. Um exemplo é o aprisionamento do hélio e do argônio no interior de um tipo de fulereno, que foi encontrado, sendo que os gases guardavam todas as características dos isótopos presentes.

Para uma molécula “entrar” dentro da estrutura dos fulerenos é necessário que ela possua uma determinada quantidade de energia, pois ela tem que romper a resistência provocada pelos elétrons livres da estrutura. Quando estas moléculas estão no interior da estrutura, elas não conseguem sair.

Quando há a penetração de átomos de metais no interior dos fulerenos, formam-se os bucketos, sais de fulerenos, que possuem faces metálicas.

Os fulerenos em estado de pureza elevado, apresentam cores distintas. O C60, em solução de solvente orgânico, é violeta, enquanto o C70 é marrom, cor de tijolo. Já o C84 é marrom e o C86 é verde oliva, segundo Thakral e Mahta, 2006.

 

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Diamante é duro, mas quebra

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Diamante é duro, mas quebra…

O diamante é uma das formas alotrópicas do carbono, que também pode se apresentar na forma pura como: grafite, carvão e fulerenos. Em compostos, ele pode ser encontrados em carbonatos, hidrocarbonetos, carbetos, etc.

O diamante possui uma estrutura extremamente unida e com ligações fortes, na qual, cada um dos átomos está unido a outro por ligações covalentes poderosas e altamente direcionadas a quatro carbonos vizinhos, dispostos nos vértices de um tetraedro regular (com orbitais híbridos do tipo sp3).

Esta forma alotrópica do carbono é a substância natural mais dura conhecida pelo homem. O diamante possui dureza igual a 10, segundo a Escala de Dureza de Mohs, que varia de 1 a 10 (1 – talco e 10 – diamante).  O diamante pode ser utilizado para riscar, marcar, ou cortar qualquer outra substância, dura ou não. A dureza do diamante é derivada da sua estrutura altamente compacta.

O diamante além de ser altamente duro, é também um bom isolante elétrico, pois seus elétrons de valência estão firmemente envolvidos nas ligações sigma entre os átomos de carbonos, não sobrando elétrons livres para conduzir corrente elétrica, como no caso da grafite, que possui elétrons livres.

Dureza ou Tenacidade

Dureza – se relaciona à capacidade de um material riscar e ser riscado por outros materiais. Quanto maior for a dureza do material, maior será a sua capacidade em riscar outros materiais ou maior será a sua capacidade em resistir ao risco.
Tenacidade – se relaciona à capacidade de resistir ao impacto. Ou seja, quanto maior for a tenacidade de um material, maior será a sua capacidade em resistir à um impacto físico.

O diamante é altamente duro, ou seja, risca qualquer outro material existente, no entanto, sua tenacidade não é grande como sua dureza. Sendo assim, o diamante pode sim ser quebrado, mas só pode ser riscado por outro diamante. Uma martelada em uma pedra de diamante pode quebrá-lo em diversos pedaços.

Diamante produzido em laboratório

A produção de diamante em laboratório é possível mas não é viável economicamente. A síntese envolve o emprego de altíssimas pressões e temperaturas, o que gera elevado custo de produção.

A primeira vez que se obteve diamante em laboratório foi em 1905, quando o físico Charles Burton alegou haver produzido cristais microscópicos de diamantes pela dissolução de carbono em liga fundida de chumbo e cálcio.

Em 1985, Felix Sebba da Universidade da Virgínia conseguiu produzir diamantes a partir de CaC (carbureto de cálcio) com chumbo fundido, obtendo pequenos cristais de diamante.

Recentemente, diamante foi obtido à temperatura ambiente, tratando o fulereno C60 à altas pressões. O que ocorreu foi a compressão de fuligem do fulereno até ~ 200 atm, produzindo uma pastilha brilhante e translúcida, que se mostrou ser diamante, através de análise por difração de raios-X.

A produção artificial de diamante não é economicamente viável, uma vez que manter condições de altas pressões e temperaturas não é fácil, nem barato. Sendo assim, fica mais barato adquirir um diamante natural do que produzir uma pedra artificialmente.

Escrito por: Miguel A. Medeiros
Revisado em: 12 de dezembro de 2015

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Radiação X ou Raios X

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Raios – X

Quem nunca tirou uma radiografia do braço, da perna, ou até mesmo da arcada dentária?

Este fato é bastante comum para todos, mas o que é exatamente a radiografia?

A radiografia é uma espécie de filme revelado a partir da radiação X incidente em sua superfície. O que possibilita a sua existência, é o fenômeno físico da difração de raio X.

A radiação X é um tipo de radiação eletromagnética, que possui comprimento de onda, da ordem de 10-10m. Ela é obtida a partir da emissão de elétrons de um dispositivo que os aceleram por uma diferença de potencial. Estes elétrons são, então, freados bruscamente, utilizando um anteparo, chamado de “alvo”. Quando os elétrons acelerados são freados bruscamente, a radiação X é formada.

Até uns anos atrás, todos nós estávamos expostos a este tipo de radiação, sem muita escolha, pois os monitores de computador e televisores que usavam tubo de imagem emitiam pequenas quantidades de raios X, pois em tais monitores e televisores, para geração de imagem, era necessário haver a aceleração de elétrons que colidiam contra a tela (anteparo). Como os elétrons eram freados bruscamente, era produzida radiação X. Mas nos equipamentos mais recentes, haviam dispositivos que bloqueavam a emissão de tal radiação.

Ao tirar uma radiografia, estamos nos expondo diretamente à radiação X, ou seja, estamos ficando exposto a um feixe de radiação eletromagnética do tipo ionizante, que pode provocar diversos danos ao organismo, como: modificação no DNA, queimaduras graves e formação de radicais livres, que podem dar origem ao um câncer, por exemplo. Os danos causados pela radiação X pode ser comparados aos provocados pela radiação gama. E é devido a isso que cada vez menos é solicitado aos pacientes a realização de radiografias de raio X.

Mas, na Química, a difração de raio X pode gerar informações valiosas sobre características da estrutura de um composto. Assim, como o infravermelho, é possível a partir do uso da difração de raio X obter informações, com tal certeza, sobre a possível estrutura do composto.

No caso do raio X, os resultados são ainda mais precisos. Estas informações são geradas pelo fenômeno físico da difração e também da interferência, ou seja, quando os raios incidem sobre um cristal, ocorre a penetração do raio na rede cristalina, a partir disso, teremos várias difrações e também interferências construtivas e destrutivas. Os raios X interagirão com os elétrons da rede cristalina e serão difratados.

Para se analisar a difração, basta colocar um dispositivo capaz de captar os raios difratados e traçar o espalhamento, ou seja, o desenho da forma da rede cristalina ou estrutura que refletiu e difratou os raios X.

Esta é uma maneira muito valiosa para determinar e estudar a forma de organização de um composto, sendo muito ampla e rica, não se restringindo à este simples texto.

Escrito por: Miguel A. Medeiros
Revisado em: 28 de junho de 2015

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Espectroscopia de Absorção no infravermelho

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Espectroscopia de Absorção no Infravermelho

Os compostos químicos de uma forma em geral, absorvem radiação nas regiões do ultra-violeta, do visível e também na região do Infravermelho do espectro eletromagnético .
A radiação infravermelha provoca vibração de átomos ou grupos de átomos em um composto, estas vibrações podem ter amplitudes e velocidades diferentes. Estas vibrações ocorrem em torno das ligações covalentes que une os átomos, ou grupos de átomos.
O Infravermelho não só pode ser usado para compostos orgânicos, como também para compostos inorgânicos, tais como complexos de coordenação.

A energia das vibrações são quantizadas, ou seja, existem determinadas quantidades de energia que fazem os grupos vibrarem.
As fontes de radiação devem apresentar comportamento próximo ao do corpo negro. Comumente utiliza-se filamento de tungstênio, carbeto de silício, liga de níquel-cromo, lâmpadas de mercúrio e, lasers. Algumas dessas fontes operam mais eficientemente em determinadas faixas do espectro infravermelho.

Como funcionam os Espectrômetros de Infravermelho

Geralmente é necessário preparar a amostra a ser analisada, de forma a colocá-la no interior do espectrômetro, na forma de uma pastilha homogênea. (Pode-se utilizar também, amostras líquidas ou gasosas.)
Os raios Infravermelhos incidirão na amostra e os raios serão comparados com outros (de referência), isso é feito à medida que a frequência da radiação incidente é alterada. A partir disso, o espectrômetro plotará um gráfico com os resultados, ou seja, ele mostrará a absorção em função da frequência.

 

 

 

 

Modos de Vibração das Moléculas. Neste exemplo é
verificado a molécula de água.

Geralmente, encontram-se tabelas com valores de absorção para compostos orgânicos, ou seja, átomos e grupos de átomos ligados à carbono, no entanto, na química de complexos de coordenação, as vibrações observadas são entre íons metálicos e grupos ou átomos. Em uma situação assim, pode-se utilizar estas tabelas, fazendo uma aproximação dos valores das vibrações. No entanto, existem também, tabelas com dados para alguns íons metálicos, mas estas são de maior dificuldade para se encontrar.

Espectro de Infravermelho do complexo trans-dioxalato-diaquacromato(III) de potássio

Um maneira para se obter informações sobre a geometria de uma molécula, consiste em imaginar todos os arranjos possíveis dos átomos na molécula. Classificar cada uma das possíveis estruturas segundo seu grupo pontual derivado pela teoria de grupo. Através desta caracterização podemos identificar quantos e de que tipo são os graus de liberdade e quantas bandas no infravermelho terão possibilidade de serem observadas. Obtém-se experimentalmente o espectro vibracional da molécula e procura-se identificar as bandas fundamentais, dos sobretons, das bandas de combinação e conta-se quantas são as fundamentais. Comparando-se com aquelas previstas pela teoria de grupo, teremos informações de como deve ser a distribuição dos átomos na molécula.

Um problema experimental pode ser a metodologia para fazer a atribuição das bandas. Não existe nenhum critério rigoroso para se efetuar tal medida. Esta etapa é realizada através de comparações entre espectros de várias moléculas ou ainda efetuando comparações com moléculas isotopicamente substituídas ou comparando-se com espectros obtidos através do método Raman. Pode-se criar ainda criar um campo de força e tentar reproduzir as frequências vibracionais através de métodos matemáticos. Dentre estes métodos é possível ajustar-se constantes de força para diferentes tipos de ligação química e, com estas constantes, calcular-se os parâmetros geométricos, como ocorre nos métodos conhecidos como mecânica molecular.

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Texto originalmente publicado em 15 de novembro de 2002.