Aula 04

1
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
Abundância na crosta dos elementos do Grupo 1
As abundâncias são dadas na forma logarítmica (base 10) em gramas de
metal por 1000 Kg de amostra.
Como a escala vertical e logartímica, as diferenças são muito maiores o
que aparentam.
Log Li = 1,30  Li = 101,30  19 g de Li / 1000 Kg
Log Na = 4,36  Na= 104,36  23000 g de Na / 1000 Kg
Propriedades físicas dos metais
• maleáveis, dúcteis, bons condutores, frios ao tato e altamente
reativos.
• A maioria dos metais é sólido com átomos em um empacotamento
cúbico de corpo centrado (no de coordenação 8)
• pouco denso.
• Raios grandes e portanto energia de ionização baixa.
• Estrutura cristalina
Cúbica de corpo centrado
Energia de Ionização
• A primeira energia de ionização, I1, é a quantidade de energia
necessária para remover um elétron de um átomo gasoso:
Na(g) → Na+(g) + e- I1 = 495,7 kJ mol-1
• A segunda energia de ionização, I2, é a energia necessária para
remover um elétron de um íon gasoso:
Na+(g) → Na2+(g) + eI2 = 4563 kJ mol-1
• Quanto maior a energia de ionização, maior é a dificuldade para
se remover o elétron.
Propriedades Atômicas
G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91, 216-224.
Propriedades Gerais
extremamente reativos (agentes redutores fortes).
(utilizados para obter metais puros: TiCl4 (g) + 4Na(l)  4NaCl(s) + Ti(s))‫‏‬
 elétrons da última camada estão distantes do núcleo, a força de
atração entre núcleo e elétron é fraca; a energia necessária para
remover um elétron externo é
pequena, tão pequena que:
i) podem ser removidos pela irradiação com luz (Cs e K: cátodo em
células fotoelétricas)
ii) podem ser promovidos para orbitais mais externos pela energia
de uma chama.
Propriedades Gerais
Emissão sob a chama:
 o elétron absorve um “quanta” de energia e é excitado
 é promovido para um orbital mais externo
 sua nova posição é instável
 ele emite a energia absorvida na forma de luz
A intensidade da cor produzida na chama é proporcional
a concentração de íons ou átomos presentes
atração fraca entre os átomos na ligação metálica‫‏‬
Energia de
Coesão (kJ mol-1)
Li
161
Na
108
K
90
Rb
82
Cs
78
Baixa coesão
baixa resistência mecânica
Propriedades Gerais
Valores baixos para metais (comparados aos metais de transição)
Li, Na e K são menos densos
que a água
Devido ao raio
Propriedades Químicas
Eored são muito negativos
Reação com água
2 Li
+
H2O
2 Na + H2O
2 K + H2O
G = -nFEo

2 LiOH


2 NaOH + H2
2 KOH + H2
+
H2
Oxidam em
presença da
água
G < 0 termodinamicamente favorável
Para a reação com o Li o G é negativo e o mais elevado do grupo,
ou seja, maior liberação de energia
Propriedades Químicas
Reatividade com água
Conforme descemos o grupo o PF diminui e a energia
liberada provoca a fusão do metal deixando exposta uma
maior superfície do metal para o contato com a água.
http://www.youtube.com/watch?v=QSZ-3wScePM
Propriedades Químicas
Reação com gases do ar
Quando expostos ao ar perdem rapidamente o brilho devido a formação de
óxidos. O Li é o único que forma mistura com nitreto ( 6Li (s) + N2 (g)  2Li3N (s))
Li+, cátion pequeno, forma preferencialmente o óxido (O2-)
2 Li(s) 
1
2
O2(g)  Li2O(s)
Na+, um pouco maior, forma peróxidos (O2-2)
2 Na(s)  O2(g)  Na2O2(s)
K+, ainda maior, forma superóxidos (O2-1)
K(s)  O2(g)  KO2(s)
Propriedades Químicas
Tipos de ligação em compostos
Metais alcalinos apresentam valores relativamente pequenos de Eletronegatividade
Ao reagirem com outros elementos formam compostos com grande diferença de
eletronegatividade, portanto tendem a fazer ligação iônica:
Eletronegativade do Na
0,9
Eletronegatividade do Cl
3,0
Diferença de eletronegatividade
2,1
Valor 2,1 implica em uma ligação predominantemente iônica no NaCl.
Para KBr: 2,0; LiF: 3,0
Diferença de eletronegatividade ~1,7 corresponde a uma
ligação com aproximadamente 50% de caráter iônico
Estrutura dos Sólidos Iônicos
Metais: maleáveis
Sólidos iônicos: quebradiços
Estrutura dos Sólidos Iônicos
Em compostos iônicos, apresentam configuração eletrônica de
gás nobre, com todos os elétrons emparelhados.
Grande quantidade de energia para
excitar o elétron
Transição eletrônica na região do
ultravioleta
Compostos iônicos: brancos
Compostos iônicos contendo metais alcalinos coloridos:
 Na2(CrO4) (amarelo)‫‏‬
Quem são os responsáveis pela coloração?
 K2(Cr2O7) (alaranjado)‫‏‬
 K(MnO4) (violeta intenso)
Os ânions com metais de transição,
não o metal alcalino!!
Entalpia de rede, HRo e o ciclo de Born-Haber
É a variação de entalpia molar
padrão que acompanha a
formação de íons gasosos a partir
do sólido:
MX(s)  M+(g) + X-(g)
Hf = Hs + I + ½ Hd + E + U
Hs, I e Hd são positivas
E e U são geralmente negativas
Hf < 0
+ ½ Entalpia de
dissociação (Hd)
- Afinidade Eletrônica (E)
+ Entalpia de
sublimação (Hs)
+ Energia de
ionização (I)
- Energia Reticular (U)
Entalpia de
formação (Hf)
Ciclo de Born-Haber
+ ½ Entalpia de
dissociação (Hd)
- Afinidade
Eletrônica (E)
+ Entalpia de
sublimação (Hs)
- Energia Reticular (U)
+ Energia de
ionização (I)
- Entalpia de
Hidratação
Entalpia de
formação (Hf)
P/ formação do NaCl
P/ hidratação do NaCl
Para que uma substância se dissolva, a energia
liberada quando os íons se hidratam (energia de
hidratação) deve ser maior que a energia necessária
p/ romper o retículo cristalino (energia reticular - U).
Sólido se dissolve
Sólido é insolúvel
Todos os sais simples dos metais alcalinos são solúveis em água.
A energia reticular diminui ligeiramente enquanto a energia de
hidratação varia mais acentuadamente de cima p/ baixo.
A solubilidade em água da maioria dos sais do Grupo 1 decresce de
cima p/ baixo.
SEMELHANTE DISSOLVE
SEMELHANTE
Depende:
Se a energia liberada quando os íons se hidratam (energia
de hidratação) for maior que a energia necessária p/
romper o retículo cristalino (energia reticular - U).
Dissolve
Métodos de Obtenção
Obtenção dos alcalinos na forma metálica
 são os agentes redutores mais fortes que se conhecem não
podendo ser obtidos por redução dos seus óxidos
 são tão eletropositivos que reagem com água. Não podem ser
deslocados por outro elemento mais eletropositivo.
COMO FAZER?
Métodos de Obtenção
Eletrólise de cloretos fundidos
2 NaCl(l)  2 Na(l) + Cl2(g)‫‏‬
Eo = -2,71 - 1,36 = - 4,07 V
2 Cl- (aq)  Cl2 (g) + 2 e2 Na+ (l) + 2 e-  2 Na (s)
Escala industrial
Célula de Downs
REAÇÃO GLOBAL:
NaCl  Na(l) + ½Cl2(g)
Métodos de Obtenção
Rubídio e césio são obtidos como subprodutos do processamento do
lítio
Frâncio é radioativo com meia vida de apenas 21 min não
ocorre na natureza de maneira significativa
Principais Compostos
• Liga com Li (14%), Al (1%) e Mg (84%): estrutura de aeornaves
• Baterias
• LiOH: empregado na fabricação de graxas para motores (Resistente a altas
ltemperaturas)‫‏‬
• LiH: empregado na geração de H2 para uso militar
• Li2CO3: emprego recente em tratamento de disturbios como o transtorno
bipolar
• Li[AlH4]: poderoso agente redutor utilizado em química orgânica p/ reduzir
compostos carbonílicos a álcoois
Relação diagonal
Semelhança entre o 1º elemento de cada grupo com o elemento
abaixo à direita
Lítio e tratamento de transtorno bipolar
John Emsley, Vaidade, Vitalidade, Virilidade, Jorge Zahar Editor, 2006, Rio de Janeiro
Principais Compostos
• NaOH: obtido por eletrólise de solução salina
(NaCl)
Sólido branco, gorduroso, mole e corrosivo.
O mais importante composto de sódio para a
industria.
10o produto químico industrial em termos de
produção
2 Cl- (aq)  Cl2 (g) + 2 e2 H2O (l) + 2 e-  H2 (g) + 2 OH- (aq)
Escala industrial
Esquema de uma moderna célula
cloroálcali usando uma membrana
catiônica (troca de cátions), a qual
tem alta permeabilidade para íons
Na+ e baixa para íons OH- e Cl-.
REAÇÃO GLOBAL:
NaCl + H2O  NaOH + ½H2 + ½Cl2
Principais Compostos
Principais Compostos
• NaCl: sal de cozinha
• NaHCO3: empregado como fermento, antiácido estomacal,
extintor de incêndio
.brando
NaHCO3 aquec


 Na2CO3  H 2O  CO2 ( g )
NaHCO3 ( aq) HA( aq)  Na ( aq)  A -(aq)  H2O(l ) CO2 ( g )
• Na2O2: empregado como alvejante em polpa de madeira,
papel, algodão e linho
Na2O2 ( s ) H2O(l )  2 NaOH( aq)  H2O2 (l )
• Na2S: empregado para fabricar corantes orgânicos sulfurados e nos curtumes
para remover os pelos do couro
• Na2CO3: empregado para remover cátions Ca2+ e Mg2+ de águas duras
Ca2 ( aq) CO3
2
( aq)
 CaCO3 ( s )
Na2CO3: empregado para remover cátions Ca2+ e Mg2+ de águas duras
Ca2 ( aq) CO3
2
( aq)
 CaCO3 ( s )
Geralmente chamado de barrilha
Obtido pelo método Solvey (1861 - por Ernest Solvay)
2NaCl(aq) + CaCO3(s)
Na2CO3(s) + CaCl2(aq)
O equilíbrio está deslocado p/ a esquerda devido à alta energia de
rede (entalpia de rede)
REAÇÕES
CaCO3  CaO + CO2
H = +43,4 Kcal
C(amorfo) + O2 CO2
H = -96,5 Kcal
CaO + H2O  Ca(OH)2
H = -15,9 Kcal
NH3 + H2O  NH4OH
H = -8,4 Kcal
2NH4OH + CO2  (NH4)2CO3 + H2O
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O  2NH4HCO3
NH4HCO3 + NaCl  NH4Cl + NaHCO3
2NaHCO  Na CO + CO + H O
H = -22,1 Kcal
H = +30,7 Kcal
REAÇÃO GLOBAL:
CaCO3 + NaCl  Na2CO3 + CaCl2
Principais Compostos
• KOH: utilizado para fabricar sabão líquido
• KCl: Sal “light”
• KNO3: ocorre na natureza como mineral salitre, utilizado em
armas (pólvora)
4 KNO3(s) + 7 C(s) + S(s) 3CO2(g) + 3CO(g) + 2N2(g) + 2K2CO3(s) + K2S(s)
• KBr: utilizado em fotografia e como antiafrodisíaco
• KO2: máscara de respiração (usado em minas, submarinos e
veículos espaciais)
4 KO2 + 2 CO2  2K2CO3 + 3O2
4 KO2 + 4 CO2 + 2 H2O  4 KHCO3 + 3O2
Mercado especializado e pequeno.
Aplicações:
• vidros para aplicação em fibras ópticas;
•Indústria de telecomunicações;
•Equipamentos de visão noturna
•Células fotoelétricas
•Relógio de Césio (relógio atômico)
John Emsley, Moléculas em exposição
Na+ é ativamente expulso das células enquanto o K+ não (Bomba
de sódio)!
A diferença de concentração entre Na+ e K+ gera um gradiente de
potencial elétrico através da membrana celular, essencial p/ o
funcionamento de células nervosas e musculares.
Bibliografia
•
Atkins, P., Jones, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio
Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006.
•
Shriver, D. F., Atkins, P., Química Inorgânica, Ed Artmed, 2003 .
•
Lee, J. D., Química Inorgânica Não Tão Concisa. Edgard Blucher Ltda, 3a ed., São
Paulo, 1980
•
Brent, R., The Golden book of Chemistry Experiments, Golden Press, New
York,1960