Família do carbono
Por: Gustavo Zaluski • 17/6/2015 • Trabalho acadêmico • 7.022 Palavras (29 Páginas) • 653 Visualizações
UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ
CURSO DE ENGENHARIA QUÍMICA
GUSTAVO ZALUSKI DE ALMEIDA
MATHEUS LOPES DEMITO
RAFAEL VIGNOLI DE MOURA
GRUPO 14
TRABALHO ACADÊMICO
PONTA GROSSA
MAIO/2015
GUSTAVO ZALUSKI DE ALMEIDA
MATHEUS LOPES DEMITO
RAFAEL VIGNOLI DE MOURA
GRUPO 14[pic 1]
PONTA GROSSA
MAIO/2015
- INTRODUÇÃO
O Grupo 14 da tabela periódica é composto pelos elementos carbono, silício, germânio, estanho e chumbo.
O carbono tem fundamental importância para os seres vivos, já que forma, por exemplo, a glicose, sua principal fonte de energia. O silício e o germânio contribuem enormemente para a tecnologia eletrônica. O estanho pode tanto ser usado como revestimento quanto em pastas de dente (fluoreto de estanho). O chumbo está presente em esmaltes vítreos, placas positivas de baterias elétricas e etc.
De forma sucinta, serão apresentadas a seguir a forma como os elementos desta família são obtidos, suas propriedades, algumas das reações químicas que formam e suas principais aplicações.
- OCORRÊNCIA DOS ELEMENTOS
Com exceção do germânio, todos os elementos do Grupo 14 são bem conhecidos. O carbono é o 17º e o Silício é o 2º elemento mais abundante em peso na crosta terrestre. Os minerais de germânio são muito raros, ocorrendo em quantidades ínfimas nos minerais de outros metais e no carvão. Embora estanho e chumbo sejam relativamente pouco abundantes, eles ocorrem na forma dos minérios concentrados de fácil extração.
O carbono ocorre em grandes quantidades, combinado com outros elementos compostos, principalmente como carvão, petróleo e rochas calcárias como calcita (CaCO3), magnesita (MgCO3) e dolomita [MgCO3 . CaCo3]. O carbono também é encontrado na forma nativa: são exploradas grandes quantidades de grafite, e quantidades extremamente pequenas (tomando como referência a massa) de diamantes também são por mineração.
O silício está onipresente na natureza, como silíca SiO2 (areia e quartzo), e numa variedade de silicatos e argilas. O germânio só é encontrado quantidades extremamente pequenas em alguns minérios de prata e zinco, e em alguns tipos de carvão. O estanho é obtido como o minério cassiterita SnO2, e o chumbo é encontrado no minério galena, PbS (LEE, 1996).
- OBTENÇÃO E APLICAÇÕES DOS ELEMENTOS
- Carbono
O negro de fumo (fuligem) é produzido em grandes quantidades. Ele é obtido pela combustão incompleta de hidrocarbonetos provenientes do gás natural ou do petróleo. Suas partículas são extremamente pequenas. Cerca de 90% são empregadas na indústria da borracha, mais especificamente na fabricação de pneus. Outro uso importante é na obtenção de tintas para impressão (LEE, 1996).
O coque é produzido em enormes quantidades pela carbonização do carvão e altas temperaturas, na ausência de ar, em grandes fornos. E também pela destilação de óleos minerais pesados. O coque é de grande importância metalurgia do ferro e de muitos metais. A destilação do carvão e de muitos outros metais. A destilação do carvão também constitui uma importante fonte de compostos orgânicos (LEE, 1996).
O grafite geralmente é encontrado misturado com mica, quartzo e silicatos. O grafite é separado da maioria das impurezas por flotação. A purificação final é realizada aquecendo-se com HCl e HF à vácuo, para remover os últimos vestígios de compostos de silício, na forma de SiF4.
3C + SiO2 aquecimento SiC + 2CO 2500 °C C(grafite) + Si(g)[pic 2][pic 3]
O grafite é utilizado na fabricação de eletrodos, na indústria do aço, na fundição de metais, na preparação cadinhos, como lubrificante e ainda lápis, lonas de freios e escovas para motores elétricos (LEE, 1996).
O carvão ativado é fabricado aquecendo-se ou oxidando-se quimicamente a serragem ou a turfa. O carvão ativado tem uma enorme área superficial, sendo usado para alvejar o açúcar e muitos produtos químicos. É também usado como absorvedor de gases venenosos em máscara contra gases, como filtros no tratamento de águas residuais e como catalisador em algumas reações (LEE, 1996).
Os diamantes maiores são lapidados para jóias e seu tamanho médio em quilates (1g = 5 quilates). Cerca de 30% da produção utilizada em joalheria e 70% para fins industriais diversos, principalmente na fabricação de brocas ou abrasivos para corte e polimento, pois o diamante é muito duro (dureza 10 na escala de Mohs). É economicamente viável produzir sinteticamente pequenos diamantes de qualidade industrial, tratando-se a grafita a altas temperaturas e pressões (LEE, 1996).
- Silício
O elemento Si é obtido pela redução de SiO2 com coque de alta pureza. Deve-se utilizar em excesso de SiO2 para impedir a formação do carbeto, SiC. O Si tem uma cor azul acinzentada e um brilho quase metálico, mas é um semicondutor e não um metal. Si de elevada pureza (para a indústria de semicondutores) é obtido convertendo-se Si em SiCl4, purificando-o por destilação, reduzindo-se o cloreto com Mg ou Zn (LEE, 1996).
SiO2 + 2C Si + 2CO[pic 4]
Si + 2Cl2 SiCl4[pic 5]
SiCl4 + 2Mg Si + 2MgCl2[pic 6]
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