Características Gerais

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Metais Alcalinos

Profa_{. Dr}a_{. Flaviana Tavares Vieira}

flaviana.tavares@ufvjm.edu.br Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri

Instituto de Ciência e Tecnologia Diamantina - MG

Tópicos

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I. Elementos do Grupo 1A

II. Propriedades dos Metais Alcalinos

III. Compostos de Li, Na e K

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5

Elementos do Grupo 1A –

Metais Alcalinos

Por que eles têm esse nome?

-Porque reagem muito facilmente com a

água e,

quando isso ocorre, formam hidróxidos

e gás hidrogênio.

2 Li

+ 2 H

O

2 LiOH

+ H

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).

Por exemplo:

Generalizando:

-Reagem com a água numa reação fortemente exotérmica, libertando hidrogênio e originando

uma solução alcalina (básica).

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.

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.

Características Gerais

-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.

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.

-Os metais alcalinos produzem diferentes

óxidos ao reagirem com o O2:

-Sob condições apropriadas todos formam óxidos normais, os quais são sólidos iônicos que reagem violentamente com a água produzindo os hidróxidos respectivos:

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-Os peróxidos e superóxidos reagem também com a água da seguinte maneira:

- Apenas o Li reage com o N2 formando o

nitreto de lítio:

-Lítio: primeiro elemento, difere

consideravelmente dos demais.

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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.

15 16

-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.

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Usos dos Metais Alcalinos

e seus Compostos

Propriedades Físicas

-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.

-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.

Tamanho dos Átomos e Íons

-Razões:

*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

-Não se encontram livres na natureza devido à sua extrema reatividade;

-Formação de ligações metálicas e iônicas;

-Expostos ao ar oxidam-se rapidamente;

-Apresentam brilho metálico;

-Guardam-se ao abrigo do ar (em petróleo ou tolueno, numa atmosfera inerte);

Propriedades Químicas

-Apresentam a 1

energia de ionização

pequena, o que indica, por parte do

núcleo, uma atração fraca, sobre o

único elétron de valência;

-Formam íons monopositivos;

-Pequenos valores de eletronegatividade

-Todos são brancos;

-Exceto aqueles em que o ânion é colorido;

Na2[CrO4] : amarelo

-A presença do ânion [CrO4]- dá cor ao

composto.

Reação com Água

-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.

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Reação com Ar

-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

- A capacidade que uma espécie tem de tirar elétrons de outra espécie é medida pelo

potencial de redução, Eo

.

27

Teste de Chama

-Os metais alcalinos emitem cores características quando colocados em uma chama à alta temperatura.

28

Teste de Chama

29 Ensaio de chama para o Li (vermelho), Na (amarelo) e K (lilás).

-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.

-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. -A energia é emitida na forma de luz visível,

provocando o aparecimento de cores características na chama. ₃₀

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. 31

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.

32 33

Lítio

-Obtém-se por eletrólise do cloreto de lítio fundido ou a

partir dos respectivos haletos por reação com sódio. 34

Lítio

-Sais insolúveis ou pouco solúveis em

água (exceto LiOH);

-Ponto de fusão e ebulição elevados

-É mais duro que os outros elementos do

grupo1.

-Haletos de lítio são solúveis em solventes

orgânicos;

-Sais insolúveis ou pouco solúveis em

água (exceto LiOH);

Reação com o Oxigênio

Aplicações do Lítio

-Geração de hidrogênio e o LiOH para

absorver CO2

;

-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.

Aspectos Biológicos

-Sais de lítio intervém no tratamento da

doença maníaco-depressiva;

-Tem usos medicinais, pois afeta o

equilíbrio entre Na

e K

e entre Mg

e

Ca

no organismo;

-Funcionamento do íon lítio parece

bloquear o processo enzimático que usa o

íon magnésio;

-Bloqueio da libertação da noradrenalina.

39 11_Na

Configuração eletrônica: 1s2 _2s1 _2p6 _3s1 _{ou [Ne] 3s}1

Sódio

É obtido por eletrólise do cloreto de sódio

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Sódio

Compostos de Sódio

-Cloreto, o peróxido, o tetraborato, os silicatos, o clorato, o tiossulfato e o hidróxido de sódio;

-Forma ligas com metais tal como chumbo e mercúrio;

-Reduz muitos óxidos de outros metais e utiliza-se muitas vezes como agente redutor, tal como o seu hidreto.

Obtenção de Sódio

-Pode ser obtido a partir da eletrólise de uma mistura fundida de 40% de NaCl e 60% de CaCl2.

-O sódio é obtido a partir de NaCl fundido (p.f 801º C);

Obtenção dos Compostos de Sódio

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Reatividade

Reação com água

-O sódio ao reagir com a água origina hidrogênio e hidróxidos alcalinos

Reação com oxigênio

Aspectos Biológicos

-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.

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Preparo de Outros Metais

Na(l) + KCl(l) NaCl(l) + K (g)

TiCl4(l) + 4Na(s) 4NaCl(s) +Ti(s)

-Produção de tetraetilechumbo (gasolina “super”)

4NaPb(s) +4C2H5Cl(g) 3Pb(s) + NaCl(s) +

(C2H5)4Pb( l )

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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.

-Tetraborato de sódio: emprega-se no fabrico de detergentes;

-Os silicatos no fabrico de vidros;

-Clorato de sódio: no fabrico de explosivos; -Tiossulfato de sódio: é utilizado em

fotografia como revelador

Cloreto de Sódio

-Constitui o sal das cozinhas e do soro fisiológico.

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Obtenção

-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.

Carbonato de Sódio

Na

CO

-É um composto inorgânico muito utilizado; -É um sal branco também conhecido

"barrilha" ou"soda”.

Exemplo: fabricação de sabão, vidro e tintas.

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Hidrogenocarbonato de Sódio

Na

HCO

-Também designado bicarbonato de sódio; -Potente tampão produzido pelo organismo.

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Obtenção

-Preparado borbulhando CO2 numa solução

saturada de carbonato de sódio:

Na2CO3(aq) + CO2(g) + H2O(l) 2NaHCO3(s)

Aplicações

-Componente de extintores de pó seco: 2NaHCO3(s) Na2CO3(aq) + CO2(g)+H2O(g)

*Gases extintores

-Farmácia: anti-ácido;

-Culinária: anti-ácido e fermento - Indústria farmacêutica: comprimidos

efervescentes 52 53

Potássio

-O potássio metálico é obtido, pela eletrólise do hidróxido de potássio.

Aspectos Biológicos

-Tem papel importante em inúmeras reações biológicas, desde a transmissão de impulsos nervosos à contração muscular.

- Alterações da quantidade de potássio e sódio, e seus compostos, nos organismos vivos têm normalmente efeitos nefastos ao nível do metabolismo.

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

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-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.

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-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.

-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

-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; -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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-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.

37_Rb

Configuração eletrônica: [Kr] 5s1

Aplicações

-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.

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-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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Césio

Aplicações

-Apresenta forte efeito fotoelétrico devido à sua energia de ionização muito baixa sendo aplicado em fotocelas de fotocondutividade.

65

Francio

87_Fr

Configuração eletrônica: [Rn] 7s1

-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

Diferenças entre o Li

e os demais elementos do Grupo 1

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. ₆₈

Referências Bibliográficas

-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.