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