18/01/2014

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Metais Alcalinos

Profa. Dra. 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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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(s) + 2 H2O(l) 2 LiOH(aq) + H2(g)

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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).

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.

Energia de Ionização

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-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.

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-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.

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-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 1ª 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

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-Todos são brancos;

-Exceto aqueles em que o ânion é colorido;

Na2[CrO4] : amarelo

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

composto.

Cor dos Compostos

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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

.

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Teste de Chama -Os metais alcalinos emitem cores

características quando colocados em uma

chama à alta temperatura.

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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.

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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. 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.

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Lítio 3Li

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. 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

Reação com o Nitrogênio

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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 Mg2+ e

Ca2+ no organismo;

-Funcionamento do íon lítio parece

bloquear o processo enzimático que usa o

íon magnésio;

-Bloqueio da libertação da noradrenalina.

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11Na

Configuração eletrônica:

1s2 2s1 2p6 3s1 ou [Ne] 3s1

Sódio

É obtido por eletrólise do cloreto de sódio 40

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);

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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.

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-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

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Derivados

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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

Na2CO3

-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

Na2HCO3

-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

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Potássio 19K Configuração eletrônica: 1s2 2s1 2p6 3s2 3p6 4s1 ou [Ar] 4s1

-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.

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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

55

-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.

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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;

-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.

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37Rb Configuração eletrônica: [Kr] 5s1

Rubídio

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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.

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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

55Cs Configuração eletrônica: [Xe] 6s1

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Aplicações -Apresenta forte efeito fotoelétrico devido à sua

energia de ionização muito baixa sendo

aplicado em fotocelas de fotocondutividade.

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Francio

87Fr 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

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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; 67

-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

-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.