Grupo 1: Metais Alcalinos - UFJF · Grupo 1: Metais Alcalinos • Potássio: silvinita (mistura de KCl + NaCl) • Bórax (Na 2 [B 4 O 5 (OH) 4]∙8H 2 O; salitre-do-chile (NaNO 3)

Grupo 1: Metais Alcalinos

Metais

• O caráter metálico refere-se às propriedades dos metais (brilhante ou lustroso, maleável e dúctil, os óxidos formam sólidos iônicos básicos e tendem a formar cátions em solução aquosa).

• O caráter metálico aumenta à medida que descemos em um grupo.

• O caráter metálico diminui ao longo do período.

• Os metais têm energias de ionização baixas.

• A maioria dos metais neutros sofre oxidação em vez de redução.

Metais

• Quando os metais são oxidados, eles tendem a formar cátions

característicos.

• Todos metais do grupo 1 formam íons M+.

• Todos metais do grupo 2 formam íons M2+.

• A maioria dos metais de transição têm cargas variáveis.

• Metais reagem com não metais para formarem compostos iônicos

Metais

Metais

Cargas de alguns íons comuns encontrados em compostos iônicos

A configuração eletrônica da camada de valência é ns1:

Li: 1s2 2s1 [He]2s1

Na: 1s22s22p63s1 [Ne]3s1

K: 1s22s22p63s23p64s1 [Ar]4s1

Rb: 1s22s22p63s23p6 3d104s24p65s1 [Kr]5s1

Cs: 1s22s22p63s23p6 3d104s24p64d105s25p66s1 [Xe]6s1

Fr: 1s22s22p63s23p6 3d104s24p64d104f145s25p65d106s26p67s1 [Rn]7s1


Abundância no sistema solar


Os metais alcalinos possuem números atômicos ímpares, e são

menos abundantes que os elementos com números atômicos pares

adjacentes a eles (gases nobres e metais alcalinos terrosos)

Abundância no planeta Terra

A massa da Terra é de aproximadamente 5,98×1024 kg:

Ferro (32.1%), Oxigênio (30.1%), Silício (15.1%), Magnésio (13.9%),

Enxofre (2.9%), Níquel (1.8%), Cálcio (1.5%), e Alumínio (1.4%)

Os restantes 1.2% consistem de traços de outros elementos.

Os metais alcalinos, devido à suas altas reatividades, não ocorrem

naturalmente na forma metálica na natureza.

Combinam prontamente com oxigênio e se associam fortemente à sílica

(SiO2), formando minerais com densidades relativamente baixas,

ficando próximos à crosta terreste.



O Lítio, é relativamente raro na crosta terrestre (0,02% em massa) – 35o

elemento mais abundante;

O Sódio é o metal alcalino mais abundante da crosta terrestre e compõe

2,6% em massa – 6o elemento mais abundante;

O Potássio compõe 1,5% da crosta terrestre – 7o elemento mais

abundante;



O Rubídio é tão abundante quanto o zinco e mais abundante que o cobre

– 23o elemento mais abundante na crosta terrestre (0,009%);

O Césio é mais abundante que antimônio, cádmio, estanho, tungstênio,

mas ocupa apenas a 43ª posição em abundância na crosta terrestre

(0,0003%);



223Fr, o único isótopo natural do Frâncio é radioativo (t1/2 = 22 minutos) e

é produzido através do decaimento alfa do 227Ac em minerais de

urânio. Calcula-se que existam 30 g de Frâncio na crosta terrestre. 2o

elemento mais raro do planeta (só perde para o At).


Obtenção


• Lítio: espodumênio - LiAl(SiO3)2 - recuperação por eletrólise

• Sódio: sal-gema, água do mar - NaCl - recuperação por eletrólise

No cátodo: Na+(l) + e- → Na(l)

No ânodo: 2Cl-(l) → Cl2(g) + 2e-

Reação global: 2Na+(l) + 2Cl-

(l) → 2Na(l) + Cl2(g)

Obtenção


• Potássio: silvinita (mistura de KCl + NaCl)

• Bórax (Na2[B4O5(OH)4]∙8H2O; salitre-do-chile (NaNO3)

• Rubídio e Césio: obtidos como subproduto do processamento do

lítio

• Frâncio: é radioativo com período de meia-vida de apenas 22

minutos. Obtido a partir do Actínio.


Aplicações • Lítio: produção de ligas metálicas, baterias, cerâmicas e vidros;

• Carbonato de lítio: Tratamento de transtornos bipolares;

• Ligas sódio-potássio: refrigeradores em reatores nucleares;

• Sódio e seus compostos: indústrias químicas e metalúrgicas, papel,

vidros, detergentes;

• NaCl: produção de NaOH, Cl2 e Na2CO3;

• Grandes quantidades de NaCl (> 20 Mt/ano) usados no degelo de

estradas


Uso do NaCl nos EUA em 2009



Uso do Na2CO3 nos EUA em 2009


Importância biológica

As concentrações de Na+ e K+ são diferentes nos fluidos intra- e

extra-celulares e o gradiente de concentração destes íons através da

membrana celular é o responsável pela transmissão de impulsos

nervosos, por exemplo;

Potássio é um dos nutrientes essenciais de plantas e é usado na

indústria de fertilizantes;

KO2: máscaras respiratórias

2KO2 + 2H2O → 2KOH + H2O2 + O2

KOH + CO2 → KHCO3

Propriedades

• São excelentes condutores de eletricidade,

• Maleáveis e altamente reativos.

• Formam compostos univalentes (ns1) , iônicos (alta eletropositividade)

e incolores (elétrons fortemente ligados).


Propriedades


Raios atômicos


Li

Na

K

Número de camadas aumenta Blindagem aumenta Raio atômico aumenta Primeira energia de ionização diminui

n = 2

n = 3

n = 4

Tendências nos tamanhos dos íons

• O tamanho do íon é a distância entre os íons em

um composto iônico.

• Os metais alcalinos tentem a perder o elétron s,

formando cátions monovalentes

• Os cátions deixam vago o orbital mais

volumoso e são menores do que os átomos

que lhes dão origem.


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-.

• A segunda energia de ionização, I2, é a energia necessária para

remover um elétron de um íon gasoso:

Na+(g) → Na2+(g) + e-.

• Quanto maior a energia de ionização, maior é a dificuldade para se

remover o elétron: metais alcalinos possuem baixas energias de

ionização.


Energia de ionização

• A energia de ionização

diminui à medida que

descemos em um grupo.

• Isso significa que o elétron

mais externo é mais

facilmente removido ao

descermos em um grupo.

• A segunda energia de

ionização envolve a retirada

de um elétron de uma

camada mais interna


Li

Na

K

Número de camadas aumenta Blindagem aumenta Raio atômico aumenta Primeira energia de ionização diminui

n = 2

n = 3

n = 4

Li Na K Rb Cs

360

380

400

420

440

460

480

500

520

540

Prim

eira

ene

rgia

de

ioni

zaçâ

o (k

J/m

ol)

Metal alcalino (Grupo 1)


Li

Na

K

Li Na K Rb Cs

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

Prim

eira

e s

egun

da e

nerg

ias

de io

niza

çâo

(kJ/

mol

)

Metal alcalino (Grupo 1)

I2

I1

I1 I2

Li: 1s2 2s1 Li+: 1s2 Li2+: 1s1

520 kJ/mol 7298 kJ/mol

I1

I2


Afinidade eletrônica

• A afinidade eletrônica é o oposto da energia de ionização.

• A afinidade eletrônica é a alteração de energia quando um átomo

gasoso ganha um elétron para formar um íon gasoso:

Li(g) + e- → Li-(g)

• A afinidade eletrônica pode ser tanto exotérmica como endotérmica



Afinidade eletrônica


Dureza e Energia de Coesão

Os metais alcalinos são muito macios e podem ser cortado

facilmente com uma faca: o lítio é o mais duro e a maciez

aumenta ao descermos no grupo.

Define-se a energia de coesão como a diferença entre a energia

do conjunto de átomos isolados que compõe um sólido e a

energia do sólido

Ou: força que mantém os átomos ou íons unidos em um sólido

É conveniente definir a energia de coesão por átomo, de modo

que ela tenha um valor finito mesmo quando toma-se o limite

termodinâmico (número infinito de átomos)


Dureza e Energia de Coesão

• A energia de coesão dos Metais Alcalinos é aproximadamente

igual a metade da energia de coesão dos Metais Alcalinos

Terrosos e 1/3 da energia de coesão dos elementos do grupo 13.

• A magnitude da energia de coesão determina a dureza e o ponto

de fusão.

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