Post on 09-Sep-2018
Li
Fr
Cs
Rb
K
Na
1
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
• 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) + e- I2 = 4563 kJ mol-1
• Quanto maior a energia de ionização, maior é a dificuldade para se remover o elétron.
Energia de Ionização
Propriedades Atômicas
G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91, 216-224.
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
Propriedades Gerais
atração fraca entre os átomos na ligação metálica
Baixa coesão baixa resistência mecânica
Li 161 Na 108 K 90 Rb 82 Cs 78
Energia de Coesão (kJ mol-1)
Valores baixos para metais (comparados aos metais de transição)
Li, Na e K são menos densos que a água
Propriedades Gerais
Devido ao raio
Propriedades Químicas
Reação com água
2 Li + H2O 2 LiOH + H2
2 Na + H2O 2 NaOH + H2
2 K + H2O 2 KOH + H2
Eored são muito negativos
G = -nFEo
Oxidam em presença da água
Para a reação com o Li o G é negativo e o mais elevado do grupo, ou seja, maior liberação de energia
G < 0 termodinamicamente favorável
Reatividade com água
http://www.youtube.com/watch?v=QSZ-3wScePM
Propriedades Químicas
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.
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))
(s)2(g)221
(s) OLiO Li 2
Li+, cátion pequeno, forma preferencialmente o óxido (O2-)
Na+, um pouco maior, forma peróxidos (O2-2)
(s)(g)(s) 222 2 ONaONa
K+, ainda maior, forma superóxidos (O2-1)
(s)(g)(s) 22 KOOK
Propriedades Químicas
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
Metais: maleáveis Sólidos iônicos: quebradiços
Estrutura dos Sólidos Iônicos
Estrutura dos Sólidos Iônicos
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)
K2(Cr2O7) (alaranjado)
K(MnO4) (violeta intenso)
Em compostos iônicos, apresentam configuração eletrônica de gás nobre, com todos os elétrons emparelhados.
Quem são os responsáveis pela coloração?
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
Entalpia de formação (Hf)
+ Energia de ionização (I)
+ Entalpia de sublimação (Hs)
- Afinidade Eletrônica (E)
+ ½ Entalpia de dissociação (Hd)
- Energia Reticular (U) Hs, I e Hd são positivas E e U são geralmente negativas
Hf < 0
Ciclo de Born-Haber
P/ formação do NaCl
Entalpia de formação (Hf)
+ Energia de ionização (I)
+ Entalpia de sublimação (Hs)
- Afinidade Eletrônica (E)
+ ½ Entalpia de dissociação (Hd)
- Energia Reticular (U)
P/ hidratação do NaCl
- Entalpia de Hidratação
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 solubilidade em água da maioria dos sais do Grupo 1 decresce de cima p/ baixo.
A energia reticular diminui ligeiramente enquanto a energia de hidratação varia mais acentuadamente de cima p/ baixo.
SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE
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
Depende:
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?
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 e-
2 Na+ (l) + 2 e- 2 Na (s)
Métodos de Obtenção
Escala industrial
Célula de Downs
REAÇÃO GLOBAL:
NaCl Na(l) + ½Cl2(g)
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
Métodos de Obtenção
• 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
Principais Compostos
Semelhança entre o 1º elemento de cada grupo com o elemento abaixo à direita
Relação diagonal
Lítio e tratamento de transtorno bipolar
John Emsley, Vaidade, Vitalidade, Virilidade, Jorge Zahar Editor, 2006, Rio de Janeiro
• 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 e-
2 H2O (l) + 2 e- H2 (g) + 2 OH- (aq)
Principais Compostos
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
Escala industrial
Principais Compostos
• NaHCO3: empregado como fermento, antiácido estomacal,
extintor de incêndio
)(2)()()()( glaqaqaq COOHANa HANaHCO 2(aq)-
3
• Na2CO3: empregado para remover cátions Ca2+ e Mg2+ de águas duras
)()(
2
3)( saqaq 3
2 CaCOCOCa
• Na2O2: empregado como alvejante em polpa de madeira,
papel, algodão e linho )()()()( 2 laqls 22222 OHNaOH OHONa
• NaCl: sal de cozinha
• Na2S: empregado para fabricar corantes orgânicos sulfurados e nos curtumes
para remover os pelos do couro
)(2
.
g
brandoaquec H COOCONa NaHCO 2323
Principais Compostos
Na2CO3: empregado para remover cátions Ca2+ e Mg2+ de águas duras
)()(
2
3)( saqaq 3
2 CaCOCOCa
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 H = -22,1 Kcal
(NH4)2CO3 + CO2 + H2O 2NH4HCO3
NH4HCO3 + NaCl NH4Cl + NaHCO3
2NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O H = +30,7 Kcal
2NH4Cl + Ca(OH)2 2NH3 + CaCl2 + 2H2O H = +10,7 Kcal
REAÇÃO GLOBAL:
CaCO3 + NaCl Na2CO3 + CaCl2
• KNO3: ocorre na natureza como mineral salitre, utilizado em armas (pólvora)
• KCl: Sal “light”
• KO2: máscara de respiração (usado em minas, submarinos e veículos espaciais)
• KOH: utilizado para fabricar sabão líquido
• KBr: utilizado em fotografia e como antiafrodisíaco
4 KO2 + 4 CO2 + 2 H2O 4 KHCO3 + 3O2
4 KO2 + 2 CO2 2K2CO3 + 3O2
4 KNO3(s) + 7 C(s) + S(s) 3CO2(g) + 3CO(g) + 2N2(g) + 2K2CO3(s) + K2S(s)
Principais Compostos
Aplicações: • vidros para aplicação em fibras ópticas; •Indústria de telecomunicações; •Equipamentos de visão noturna •Células fotoelétricas •Relógio de Césio (relógio atômico)
Mercado especializado e pequeno.
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