Metais Alcalinos

18/01/2014
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri
Instituto de Ciência e Tecnologia
Diamantina - MG
Metais Alcalinos
Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira
[email protected]
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Tópicos
I. Elementos do Grupo 1A
II. Propriedades dos Metais Alcalinos
III. Compostos de Li, Na e K
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Elementos do Grupo 1A –
Metais Alcalinos
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Por que eles têm esse nome?
-Porque reagem muito facilmente com a
água e,
quando isso ocorre, formam hidróxidos
e gás hidrogênio.
2 Li(s) + 2 H2O(l)
5
2 LiOH(aq) + H2(g)
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1
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Características Gerais
-Elementos do bloco s
-A configuração geral destes elementos é ns1;
-São muito reativos:
-Reagem com a água espontaneamente e a frio,
razão pela qual são guardados em frascos com
derivados de petróleo ou parafina.
-Esta reatividade aumenta ao longo do grupo,
porque o elétron de valência fica cada vez
mais afastado da atração do núcleo (sendo
assim este elétron sai com maior facilidade).
Características Gerais
-Formam um grupo bastante homogêneo;
-Todos os elementos desse grupo são metais;
-São excelentes condutores de eletricidade;
-São moles;
-Altamente reativos;
-As propriedades químicas e físicas estão
intimamente relacionadas com sua estrutura
eletrônica e seu tamanho;
-Geralmente formam compostos univalentes,
iônicos e incolores.
Energia de Ionização
-Primeira
energia
de
ionização
é
consideravelmente menor que em qualquer
outro elemento da tabela periódica;
-Os átomos são muito grandes e os elétrons mais
externos são fracamente atraídos pelo núcleo,
logo a energia para remover estes elétrons são
grandes.
Características Gerais
Por exemplo:
Generalizando:
-Reagem com a água numa reação fortemente
exotérmica, libertando hidrogênio e originando
uma solução alcalina (básica).
Características Gerais
-Todos os elementos desse grupo possuem um
elétron de valência na camada mais externa;
-Esse elétron é fracamente ligado ao núcleo
por encontrar-se bastante afastado dele,
podendo ser removido facilmente;
-Os demais elétrons, por estarem mais
próximos ao núcleo, são mais firmemente
ligados e removidos com dificuldade.
Energia de Ionização
-Segunda energia de ionização é extremamente
elevada (é sempre maior que a primeira) porque
envolve a remoção de um elétron de um íon
positivo menor e não de um átomo neutro
maior;
-Também implica na remoção de um elétron de
um nível eletrônico totalmente preenchido.
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-Os metais alcalinos produzem diferentes
óxidos ao reagirem com o O2:
-Os peróxidos e superóxidos reagem também
com a água da seguinte maneira:
-Sob condições apropriadas todos formam
óxidos normais, os quais são sólidos iônicos
que reagem violentamente com a água
produzindo os hidróxidos respectivos:
- Apenas o Li reage com o N2 formando o
nitreto de lítio:
-Lítio:
primeiro
elemento,
consideravelmente dos demais.
13
difere
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Propriedades dos MOH
-Todos são sólidos brancos deliquescentes
(material que se dissolve na própria água que absorve do
meio, característica encontrada nos materiais extremamente
higroscópicos);
-Principais: NaOH (soda cáustica) e KOH
(potassa cáustica) – devido a suas
propriedades corrosivas atacam a pele e o
vidro.
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Usos dos Metais Alcalinos
e seus Compostos
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Propriedades Físicas
-Na fabricação de detergentes combinando-o
com ácidos graxos;
-Na purificação de metais fundidos;
-A liga NaK é empregada como transferente
de calor;
-É empregado na fabricação de células
fotoelétricas;
-Na iluminação pública, através das lâmpadas
de vapor de sódio.
-Sólidos à temperatura ambiente;
-Pouco duros;
-Dúcteis;
-Elevada
condutividade
elétrica
que
aumenta com aumento da temperatura;
-Elementos do grupo 1 são os maiores dos
respectivos períodos.
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Tamanho dos Átomos e Íons
-Razões:
-Os átomos dos metais alcalinos são os
maiores nos seus respectivos períodos
na tabela periódica;
-Quando
elétrons
externos
são
removidos para formar íons positivos, o
tamanho diminui consideravelmente.
*A camada mais externa foi totalmente
removida;
*Com a remoção de 1 elétron, a carga
positiva do núcleo passa a ser maior que
a soma da carga dos elétrons
remanescentes, de modo que cada um
deles é atraído mais fortemente pelo
núcleo, logo o tamanho diminui mais
ainda.
Propriedades Químicas
Propriedades Químicas
-Não se encontram livres na natureza devido à
sua extrema reatividade;
-Apresentam a 1ª energia de ionização
pequena, o que indica, por parte do
núcleo, uma atração fraca, sobre o
único elétron de valência;
-Formação de ligações metálicas e iônicas;
-Expostos ao ar oxidam-se rapidamente;
-Formam íons monopositivos;
-Apresentam brilho metálico;
-Guardam-se ao abrigo do ar (em petróleo ou
tolueno, numa atmosfera inerte);
-Pequenos valores de eletronegatividade
Cor dos Compostos
-Todos são brancos;
-Exceto aqueles em que o ânion é colorido;
Na2[CrO4] : amarelo
-A presença do ânion [CrO4]- dá cor ao
composto.
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Reação com Água
Reação com Ar
-Todos os metais alcalinos reagem com água,
liberando H2 e formando hidróxidos;
-A reação se torna cada vez mais vigorosa
descendo o grupo.
-Li: reage a uma velocidade moderada;
-Na: funde na superfície da água e o metal
fundido desliza vigorosamente, podendo
inflamar-se;
-K: funde e sempre se inflama.
-Metais alcalinos são quimicamente muito
reativos;
-Perdem o brilho quando expostos ao ar;
-Na, K, Rb e Cs: formam óxidos de vários
tipos;
-Li: forma uma mistura de óxido e nitreto
Li3N (cor vermelho-rubi).
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-Os metais alcalinos são fortes agentes
redutores
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Teste de Chama
-Os metais alcalinos emitem cores
características quando colocados em uma
chama à alta temperatura.
- A capacidade que uma espécie tem de tirar
elétrons de outra espécie é medida pelo
potencial de redução, Eo
.
27
28
-Como resultado das baixas energias de ionização,
quando os elementos do grupo são irradiados
com luz, a energia luminosa absorvida pode ser
suficientemente elevada para fazer com que o
átomo perca um elétron. Este é denominado
fotoelétron.
Teste de Chama
-Os elétrons podem ser facilmente excitados para
um nível de energia superiores pelo calor da
chama, quando esse elétron retorna ao nível
energético inicial ele libera a energia absorvida.
Ensaio de chama para o Li (vermelho), Na (amarelo) e K (lilás).
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-A energia é emitida na forma de luz visível,
provocando
o
aparecimento
de
cores
características na chama.
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Solubilidade e Hidratação
-Todos os sais simples se dissolvem em água
formando íons, logo conduzem corrente
elétrica;
-Condução
de
corrente
elétrica:
Cs+>Rb+>K+>Na+>Li+.
-Li é muito pequeno
muito hidratado, logo
o raio do íon hidratado será grande e ele se
difundirá lentamente;
-Cs+ é o menos hidratado
o raio do íon
hidratado é menor do que o do Li + hidratado,
logo Cs + se move mais rapidamente e conduz
mais eficientemente a corrente elétrica.
Ocorrência e Obtenção
-Os metais desse grupo são reativos demais
para serem encontrados livres na natureza.
-Na, K são abundantes na crosta terrestre, mas
a obtenção dos metais requer muita energia.
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3Li
Lítio
32
Lítio
Configuração eletrônica:
1s2 2s1 ou [He] 2s1
-Obtém-se por eletrólise do cloreto de lítio fundido ou a
partir dos respectivos haletos por reação com sódio. 33
-Sais insolúveis ou pouco solúveis em
água (exceto LiOH);
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Reação com o Oxigênio
-Ponto de fusão e ebulição elevados
-É mais duro que os outros elementos do
grupo1.
-Haletos de lítio são solúveis em solventes
orgânicos;
Reação com o Nitrogênio
-Sais insolúveis ou pouco solúveis em
água (exceto LiOH);
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Aspectos Biológicos
Aplicações do Lítio
-Geração de hidrogênio e o LiOH para
absorver CO2;
-Sais de lítio intervém no tratamento da
doença maníaco-depressiva;
-Tem usos medicinais, pois afeta o
equilíbrio entre Na+ e K+ e entre Mg2+ e
Ca2+ no organismo;
-Fabricação de graxas lubrificantes para
automóveis;
- O carbonato de lítio é também usado para
endurecer o vidro;
-É usado na fabricação de ligas metálicas,
vidro, lubrificantes e baterias.
Sódio
-Funcionamento do íon lítio parece
bloquear o processo enzimático que usa o
íon magnésio;
-Bloqueio da libertação da noradrenalina.
Sódio
11Na
Configuração eletrônica:
1s2 2s1 2p6 3s1 ou [Ne] 3s1
É obtido por eletrólise do cloreto de sódio
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Compostos de Sódio
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Obtenção de Sódio
-Cloreto, o peróxido, o tetraborato, os silicatos,
o clorato, o tiossulfato e o hidróxido de
sódio;
-Pode ser obtido a partir da eletrólise de uma
mistura fundida de 40% de NaCl e 60% de
CaCl2.
-Forma ligas com metais tal como chumbo e
mercúrio;
-O sódio é obtido a partir de NaCl fundido (p.f
801º C);
-Reduz muitos óxidos de outros metais e
utiliza-se muitas vezes como agente redutor,
tal como o seu hidreto.
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Obtenção dos Compostos de Sódio
Reatividade
Reação com água
-O sódio ao reagir com a água origina
hidrogênio e hidróxidos alcalinos
Reação com oxigênio
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Aspectos Biológicos
Preparo de Outros Metais
-O Na é um elemento biológico essencial aos
animais superiores;
-A diferença na relação de concentrações Na/K
nos fluidos intercelulares e extracelulares é
responsável pelo transporte de íons através
das membranas celulares, pela regulação da
pressão osmótica dentro da célula, pela
transmissão de impulsos nervosos e por
outras funções eletrofisiológicas - sódio é
um elemento biológico essencial aos animais
superiores.
Na(l) + KCl(l)
TiCl4(l) + 4Na(s)
NaCl(l) + K (g)
4NaCl(s) +Ti(s)
-Produção de tetraetilechumbo (gasolina
“super”)
4NaPb(s) +4C2H5Cl(g)
3Pb(s) + NaCl(s) +
(C2H5)4Pb( l )
45
Derivados
46
Derivados
-Cloreto de sódio: constitui a principal
matéria-prima para a obtenção dos outros
sais;
-Hidróxido
de
sódio:
utiliza-se
correntemente como reagente industrial, no
fabrico de sabão, celulose, papel e muitos
outros produtos;
-Peróxido de sódio: é um agente oxidante
muito utilizado como branqueador de fibras
têxteis.
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-Tetraborato de sódio: emprega-se
fabrico de detergentes;
no
-Os silicatos no fabrico de vidros;
-Clorato de sódio: no fabrico de explosivos;
-Tiossulfato de sódio: é utilizado em
fotografia como revelador
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Carbonato de Sódio
Na2CO3
Cloreto de Sódio
-Constitui o sal das cozinhas e do
soro fisiológico.
-É um composto inorgânico muito utilizado;
Obtenção
-É um sal branco também conhecido
"barrilha" ou"soda”.
-Extraído de depósitos sub-terrâneos;
-Extração pode ser bombeando água no
depósito e retirar a solução saturada de
cloreto de sódio;
-A evaporação da água do mar em salinas
é o processo de extração muito utilizado.
Exemplo: fabricação de sabão, vidro e tintas.
49
Hidrogenocarbonato de Sódio
Na2HCO3
50
Aplicações
-Componente de extintores de pó seco:
2NaHCO3(s)
Na2CO3(aq) + CO2(g)+H2O(g)
*Gases extintores
-Também designado bicarbonato de sódio;
-Potente tampão produzido pelo organismo.
Obtenção
-Farmácia: anti-ácido;
-Preparado borbulhando CO2 numa solução
saturada de carbonato de sódio:
Na2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l)
2NaHCO3(s)
-Culinária: anti-ácido e fermento
- Indústria farmacêutica: comprimidos
efervescentes
51
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-O potássio metálico é obtido, pela
eletrólise do hidróxido de potássio.
Potássio
19K
Aspectos Biológicos
Configuração eletrônica:
1s2 2s1 2p6 3s2 3p6 4s1 ou [Ar] 4s1
-Tem papel importante em inúmeras reações
biológicas, desde a transmissão de impulsos
nervosos à contração muscular.
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- Alterações da quantidade de potássio e sódio,
e seus compostos, nos organismos vivos têm
normalmente efeitos nefastos ao nível do
metabolismo.
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Cloreto de Potássio - KCl
Aplicações:
-Progressivamente substituído pelo sódio, na
maior parte dos sais com aplicações
industriais ao nível tecnologia dos reatores
nucleares.
-Constituinte de fertilizantes
-Indispensável ao desenvolvimento das plantas,
encontrando-se em diferentes tipos de solos,
em diversas formas e com diferentes graus de
solubilidade: o íon potássio é absorvido pelo
solo através dos compostos do húmus, ou por
intermédio de argilas ou zeólitas naturais.
-A deficiência do elemento no solo implica um
atrofiamento das plantas, principalmente das
suas raízes.
55
-Extraído de depósitos de antigos lagos secos, a
maioria das quais encontra-se atualmente no subsolo
profundo.
-Este íon (K+) é essencial ao crescimento das plantas,
contrabalançando a carga negativa associada a
algumas unidades protéicas.
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-Sulfato potássio: utiliza-se como aditivo do
gesso para controlar a sua velocidade de
endurecimento e a sua resistência;
-Cloreto de potássio: constitui a principal
fonte para a obtenção de outros sais;
-A maioria de KCl é usado com fertilizante.
Na(l)+ KCl(l)
NaCl(l) + K(g)
-Mantém a pressão osmótica dentro das células,
evitando o colapso, bombeando K+, para o seu
interior.
-K+ e Na+ constituem o potencial elétrico através da
membrana celular.
57
-Outros sais menos vulgares são utilizados em
medicina; o brometo como sedativo, o
permanganato de potássio como bactericida,
etc;
-KCl, K2SO4, KNO3 - cloreto de potássio,
sulfato de potássio e nitrato de potássio utilizados como fertilizantes;
-KNO3 - nitrato de potássio - é utilizado
também em explosivos;
-KOH é usado na fabricação de fosfatos de
potássio e de sabões moles como o
estearato de potássio, ambos constituintes
de detergentes líquidos.
-Hidróxido de potássio: reagente industrial
no fabrico de sabões líquidos, como
eletrólito em certas pilhas e como
absorvente de dióxido de carbono e
sulfureto de hidrogênio.
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Rubídio
37Rb
Configuração eletrônica:
[Kr] 5s1
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Aplicações
-Poucas:
-Utilizados em tubos de vácuo e células
fotoelétricas;
-Alguns compostos são utilizados na
preparação de soporíferos, sedativos e no
tratamento de epilepsia;
-Carbonato de rubídio (RbCO3) é utilizado na
indústria vidreira.
-É um objeto de investigação intensa, no que se
refere ao seu potencial uso como meio de
transmissão de calor em veículos espaciais;
-Usado como fontes de íons em foguetes
espaciais, como combustível em motores de
propulsão iônica e como eletrólito em
baterias alcalinas para baixas temperaturas.
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62
Césio
55Cs
Configuração eletrônica:
[Xe] 6s1
63
Aplicações
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Francio
-Apresenta forte efeito fotoelétrico devido à sua
energia de ionização muito baixa sendo
aplicado em fotocelas de fotocondutividade.
87Fr
Configuração eletrônica:
[Rn] 7s1
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-É o elemento mais instável que se conhece;
-Resultante da desintegração radioativa do
actínio;
-A sua química tem sido pouco estudada, mas
tudo leva a crer que se assemelha à dos restantes
membros da família, em particular à dos
elementos mais pesados, como o rubídio e o césio
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Diferenças entre o Li
e os demais elementos do Grupo 1
-Exceto pelo fato de ter o mesmo nox, os
compostos de Li se assemelham muito mais
aos elementos do grupo 2 (especialmente o
Mg);
-O Li é bem mais duro que os demais Metais
Alcalinos;
-p.f. e p.e. do Li é muito mais elevado que os
demais elementos do grupo;
-Li reage menos facilmente com o oxigênio
formando óxido;
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-Li forma um nitreto, nenhum outro elemento
do grupo 1 forma nitretos mas, elementos
do grupo 2 formam;
-Li reage diretamente com C, formando
carbeto iônico, nenhum outro metal alcalino
apresenta esta propriedade mas, todos os
elementos do grupo 2 reagem com C;
-Li apresenta maior tendência de formar
complexos que os metais alcalinos mais
pesados;
-Li+ e seus compostos são mais fortemente
hidratados que os compostos dos demais
elementos do grupo.
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Referências Bibliográficas
-SHRIVER, D.F.; ATKINS, P.W. Química Inorgânica.
4ª ed. Porto Alegre: Bookman, 2011.
-LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5.ed.
São Paulo: Edgard Blucher, 1999.
-ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de Química. 3ª
ed. Porto Alegre: Bookman, 2007.
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