ELEMENTOS DO GRUPO IIIA (Boro, Alumínio, Gálio, Índio e Tálio)

OCORRÊNCIA E ABUNDÂNCIA

O boro é um elemento razoavelmente raro, mas é bastante conhecido e estudado, porque ocorre em depósitos concentrados de bórax, Na₂B₄O₇.10H₂O, e de kernita, Na₂B₄O₇.4H₂O. Durante um longo período de tempo a chuva arrastou esses sais alcalinos das encostas dos morros para dentro de lagos nos vales. Muito tempo depois esses lagos secaram, deixando depósitos sólidos da superfície até profundidades de 10 a 50 metros.
O alumínio é o metal mais abundante, e o terceiro elemento mais abundante em peso (depois do oxigênio e do silício) da crosta terrestre. É bem estudado e tem grande importância econômica. O minério de alumínio mais importante é a bauxita. Trata-se de um nome genérico para diversos minerais, com fórmulas que variam entre Al₂O₃.H₂O e Al₂O₃.3H₂O. O alumínio ocorre também em grandes quantidades em rochas do tipo dos alumínio-silicatos, tais como feldspatos e as micas. Quando essas rochas decompõem-se, formam argilas ou outras rochas metamórficas.
O gálio é duas vezes mais abundante que o boro, mas índio e o tálio são muito menos abundantes. Os três elementos, Ga, In e Tl, ocorrem na forma de sulfetos e são pouco conhecidos, em parte porque não são encontrados como concentração de minérios, e em parte porque não há uso importante para eles. Pequenas quantidades de Ga são encontradas em minérios de elementos adjacentes a ele na Tabela Periódica (Al, Zn e Ge). Traços de In e Tl são encontrados em minérios de ZnS e PbS.

ABUNDÂNCIA DOS ELEMENTOS NA CROSTA TERRESTRE, EM PESO:
B = 9 ppm
Al = 83000 ppm
Ga = 19 ppm
In = 0,24 ppm
Tl = 0,5 ppm

OBTENÇÃO DOS METAIS

BORO: O boro amorfo de baixa pureza (chamado de boro de Moissan) pode ser obtido reduzindo B₂O₃ com Mg ou Na a altas temperaturas.

	ácido		calor		Mg ou Na
Na2B4O7.10H2O	®	H3BO3	®	B2O3	®	2B	+	3MgO
bórax		ácido bórico

 

Alumínio: O alumínio é obtido a partir da bauxita, que pode ser AlO.OH(Al₂O₃.H₂O) ou Al(OH)₃(Al₂O₃.3H₂O). A primeira etapa é a purificação do minério. No processo Bayer são removidos materiais que acompanham o minério como impureza (principalmente compostos de ferro e de silício), porque poderiam afetar as propriedades do produto. Adiciona-se NaOH ao minério, e como Al é anfótero dissolve-se, formando aluminato de sódio. O SiO₂ também se dissolve na forma de íons silicato. Todos os rejeitos insolúveis, particularmente óxido de ferro, são removidos da solução fortemente alcalina de aluminato. Isso pode ser feito com borbulhamento de CO₂ (óxido que diminui o pH) ou então semeando a solução com Al₂O₃. Os íons silicato permanecem em solução. O precipitado de Al(OH)₃ é calcinado (aquecido fortemente), convertendo-se em Al₂O₃ purificado.
O alumínio é extraído geralmente pelo processo de Hall-Héroult. O Al₂O₃ é fundido misturado com criolita, Na₃[AlF₆], e eletrolisado num tanque de aço revestido de grafita, que atua como cátodo. Os ânodos também são feitos de grafita. A cela funciona continuamente, e a certos intervalos o alumínio fundido (ponto de fusão 660°C) é removido do fundo da célula, adicionando-se também novas quantidades de bauxita.

A criolita melhora a condutividade elétrica da célula, pois o Al₂O₃ é um mau condutor de eletricidade. Além disso, a criolita é uma impureza adicionada que reduz o ponto de fusão da mistura a cerca de 950°C. No ânodo formam-se vários produtos, incluindo O₂, CO₂, F₂ e compostos de carbono e flúor. Eles provocam desgaste do ânodo, que deve ser substituído periodicamente. Os traços de flúor formados provocam séria corrosão. Utiliza-se atualmente grande quantidade de Li₂CO₃ como impureza alternativa, pois provoca menor corrosão. O consumo de energia é muito elevado, e o processo só é economicamente viável em regiões com disponibilidade de energia elétrica barata, geralmente de hidrelétricas.

GÁLIO, ÍNDIO E TÁLIO: Traços de gálio são encontrados na bauxita, sendo a relação de Ga para Al de cerca de 1/5.000. Durante o processo Bayer de purificação de alumina, a concentração de Ga na solução alcalina gradualmente aumenta para cerca de 1/250. O Ga é obtido pela eletrólise dessa solução. O índio e o tálio ocorrem em quantidades diminutas nos minérios de ZnS e PbS. Esses sulfetos são aquecidos no ar numa caldeira de fundição, para convertê-los em ZnO e PbO. O Ga e In são recuperados da poeira da exaustão, sendo obtidos pela eletrólise de soluções aquosas de seus sais.

 

 

USOS DOS ELEMENTOS DO GRUPO III

BORO: Um uso importante é na fabricação de barras de controle de aço-boro ou de carbetos de boro para reatores nucleares. O boro apresenta elevada seção transversal de captura para nêutrons. As barras de controle de aço-boro ou de carbeto de boro podem ser introduzidas gradativamente num reator para absorver nêutrons e, com isto, enfraquecer o reator. O carbeto de boro é usado também como abrasivo. O boro é usado para fabricar aço resistente ao impacto, pois aumenta o ponto até o qual o aço pode ser temperado.
O bórax, Na₂B₄O₇.10H₂O, o ácido ortobórico, H₃BO₃, e o sesquióxido de boro, B₂O₃, encontram muitos usos. O bórax é misturado com NaOH e vendido como "Polybor" ou "Timbor" para tratamento de madeira e papelão duro contra o ataque de insetos. Outros usos são: como preservante de alimentos, como antisséptico suave e como retardante na soldagem forte e na solda de prata. O bórax reage com muitos óxidos metálicos formando boratos facilmente fusíveis. O fundente remove óxidos como o Cu₂O da superfície do bronze quente, permitindo que a superfície limpa do metal entre em fusão com o material da solda. O bórax também é usado na fabricação de esmalte e no curtimento de couros.
O ácido ortobórico reagindo com H₂O fornece o ácido monoperoxobórico, que provavelmente apresenta a estrutura [(HO)₃B(OOH)]. O peroxoborato de sódio, Na[B₂(O₂)₂(OH)₄].6H₂O, é um constituinte de muitos sabões em pó. Os peroxoboratos atuam como avivador, porque absorvem lu ultra-violeta e emitem luz visível. Isso faz com que tanto tecidos brancos como coloridos tenham aspecto mais brilhante. Quando usados a temperaturas superiores a 80°C, os peroxoboratos se decompõem com formação de H₂O₂, peróxido de hidrogênio, que atua como alvejante.
O sesquióxido de boro é usado na fabricação de vidros do tipo borossilicatos, resistentes ao calor (por exemplo Pyrex, que contém 14% de B₂O₃). O vidro borossilicato possui menor coeficiente de expansão térmica e pode ser trabalhado mais facilmente que o vidro normal com soda. o ácido ortobórico, o sesquióxido de boro e o borato de cálcio são utilizados na obtenção de fibra de vidro isenta de soda, empregada para o isolamento térmico de casas.

ALUMÍNIO: O metal alumínio é moderadamente mole e fraco quando puro, mas torna-se consideravelmente mais resistente quando combinado em ligas com outros metais. Sua principal vantagem é seu baixo peso (densidade baixa, de 2,73 g.cm^-3). Algumas ligas são utilizadas para finalidades específicas: duralumínio, que contém cerca de 4% de Cu, e diversos "bronzes de alumínio" (ligas e Cu e Al com outros metais, como Ni, Sn e Zn). São muitos os usos do alumínio e de suas ligas:

1. Como um metal estrutural, em aviões, navios, automóveis e trocadores de calor;
2. Na indústria da construção (portas, janelas, divisórias, "trailers");
3. Recipientes diversos, tais como embalagens pra bebidas, tubos para pasta de dente, etc., e alumínio em lâminas;
4. Na fabricação de cabos elétricos (tomando por base o peso, eles conduzem duas vezes mais que o cobre);
5. Na fabricação de utensílios domésticos;
6. Pó de alumínio finamente dividido, chamado de "bronze de alumínio", usado no preparo de tintas à base de alumínio.

GÁLIO, ÍNDIO E TÁLIO: Não há usos em grande escala desse elementos, mas pequenas quantidades de Ga são empregadas para "dopar" cristais na fabricação de transistores. A fabricação de semicondutores requer Ga de extrema pureza. O Ga é também usado em outros dispositivos semicondutores. O arseneto de gálio, GaAs, é isoeletrônico com o Ge, e é usado em diodos emissores de luz (LEDs=light emiting diodes) e diodos de laser. O índio é usado para "dopar" cristais na fabricação de transistores p-n-p, e em termistores (InAs e InSb). O índio também é utilizado em soldas de baixo ponto de fusão (usadas comumente na solda de "chips" de semicondutores) e em outras ligas de baixo ponto de fusão.

 

 

 

IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA

ALUMÍNIO: Durante muitos anos supôs-se que íon Al⁺³ era completamente inofensivo e não tóxico para o homem. Al(OH)₃ é muito usado como anti-ácido em indigestão. Al₂(SO₄)₃ é usado no tratamento de água potável. O alumínio provoca intoxicações agudas em pessoas com insuficiência renal, que não conseguem excretar o elemento. Pacientes que sofrem da doença de Alzheimer (que causa senilidade) apresentam depósitos de sais de alumínio no cérebro. Esse elemento, embora tóxico, é normalmente eliminado com facilidade pelo organismo. Qualquer elemento abundante será inevitavelmente absorvido por plantas e a seguir por animais; a biosfera faz uso dos elementos (que neste caso são chamados essenciais) ou decididamente os rejeita. Raramente os elementos são toxicologicamente neutros.

 

www.cienciaquimica.hpg.com.br