GRUPO 1 – METAIS ALCALINOS1. Características Gerais

1.1. Configuração eletrônica: [GN] ns1

São metais moles ; Como varia no grupo? PF e PE mais baixos; Como varia no grupo? Extremamente reativos ;Porque? Univalentes;

formam compostos iônicos

1.2 Potencial de ionização

M M+ + ē

Baixas energias de ionização

Como varia o raio iônico no grupo? A facilidade de perder elétrons se reflete em fenômeno de luz. Quando irradiado pela luz podem emitir elétrons No teste de chama os ē são excitados a níveis eletrônicos mais elevados: Li – vermelho carmimNa – amareloK – violetaRb e Cs – violeta azulado Como a configuração eletrônica dos íons não apresenta e desemparelhados estes são diamagnéticos e incolores. Esta propriedade pode ser utilizada para determinar a concentração em solução.

1.3 Tipos de Ligação Iônica ( NaCl; KI; Na2O, etc) Íons grandes - pouco poder polarizanteValores de eletronegatividade muito baixos.

Gerando compostos com ligações caracteristicamente iônicas Em temperaturas normais apresentam um retículo cúbico de corpo centrado com número de coordenação igual a 8 Covalente Moléculas diatômicas: M2 (1% do vapor) Li2; Na2..... Compostos organometálicos: R-M R- alquila ou arila R-M

1.4 Solubilidade em amônia líquida M + NH3 MNH2 + ½ H2

Estas soluções conduzem corrente elétrica, mas em termos de cargas esta reação não explica a alta condutividade.

A condutividade da solução é semelhante a condutividade de metais puros: Hg = 104 ohm-1 Na/NH3 = 0,5 x 104 ohm-1

Na realidade não se percebe a evolução do hidrogênio:M(s) M+(AM) + ē (am) NH3(l) + ē (sol) NH3(sol)

ē (sol) + ē(sol) ē2(sol) - diamagnetismo

A alta condutividade se deve a presença de ē solvatados; que também são responsáveis pela coloração da soluçãoē solvatados – coloração azul escura em concentrações maiores do que 3 mol/L – cor bronze

Nome Característica química Característica física

Atmosfera N2, O2, H2O, CO2, gases inertes Gasosa

Biosfera H2O, substâncias orgânicas e materiais esqueletais

Sólidos líquidos, muitas vezes coloidais

Hidrosfera Água doce e salgada, neve e gelo Líquida e parte sólida

Litosfera Rochas de silicatos Sólida

Manto

Silicatos (Mg, Fe), SiO4; sulfetos e óxidos de ferro

Sólida

Núcleo Liga de ferro e níquel Parte externa líquida e interna sólida possivelmente.

Nome e principais características química e física da estrutura da terra.

A COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO MAGMADo ponto de vista químico há dois constituintes importantes:a) Constituintes não voláteis (fase líquida);b) Constituintes voláteis (fase gasosa).a) Os constituintes não voláteis (fase líquida):À medida que o magma se resfria, os constituintes não voláteis associam-se para formar os cristais que irão constituir as rochas. São eles os mais abundantes: SiO2, Al2O3, FeO, MgO, CaO, K2O, Na2O e TiO2.A composição mineralógica da rocha depende da natureza e da proporção dos constituintes não voláteis do magma.Exemplos:K2O+Al2O3 + 6SiO2 = K2O.Al2O3.6 SiO2 = 2KAlSi3O8 ortoclásioNa2O+Al2O3 + 6 SiO2 = Na2O.Al2O3.6SiO2 = 2NaAlSi3O6 albitaCaO+Al2O3 + 2SiO2 = CaO.Al2O3.2SiO = CaAl2Si2O8 anortitaK2O+Al2O3 + 4SiO2 = K2O.Al2O3.4SiO2 = 2KAlSi3O6 leucitaMgO+FeO + SiO2 = MgO.FeO.SiO2 = 2(MgFe)2SiO4 olivina

Os constituintes voláteis (fase gasosa):

Os constituintes voláteis são importantes do ponto de vista físico-químico, o principal representante é a água, assim como CO2, CO, SO2, SO3, S2, H2, Ne, HCl, H2S, HF, etc.

Os produtos voláteis não interferem nos estágios iniciais de solidificação do magma, mas nos estágios posteriores, sobretudo nos finais.

Sua ação é bastante acentuada, notadamente na manutenção dos minerais, tais como a turmalina, topázio, fluorita, berilo, etc, que só se formam na presença de elementos voláteis.

TurmalinaTopázio

2. Ocorrência FONTE % Li Na K Rb Cs Crosta Terrestre 0,0072 2,83 2,59 0,0319 7x10-4

Água do Mar - 3,0 0,1 - - Depósitos mineraisSódio : sal gema (NaCl)

Salitre do Chile (NaNO3) Potássio : carnalita (KCl.MgCl2. 6 H2O) – sal duplo

Silvinita (KCl) Lítio: espodumênio (Li2O. Al2O3. 2SiO2)Li, Rb e Cs – ocorrem como silicatos Frâncio: elemento radioativo

Sal Gema

Carnalita

Espodumênio

3. Comportamento Químico 3.1 reatividade Estes elementos são altamente reativos e ao ar perdem logo o brilho. Como varia a reatividade no grupo? 3.2 Reações X2 (F2, Cl2; Br2, I2) M + 1/2 X2 MXLi forma sais hidratados mais facilmente os demais são anidros. Porque?

H2O M + H2O MOH + ½ H2

Reagem com água, e a reação torna-se mais violenta do Li para o Cs

O2

Quando os metais queimam forma óxidos2 Li + ½ O2 Li2OLi – forma o monóxido2Na + O2 Na2O2

Na – forma o peróxido Na2O2

M + O2 MO2

K, Rb e Cs – formam o superóxido MO2

A estabilidade dos peróxidos e superóxidos aumenta a medida que aumenta o tamanho do íon metálico.

Os óxidos típicos M2O são óxidos fortemente básicos e reagem com água formando bases fortes M2O + H2O 2 MOH M2O2 + H2O MOH + H2O2

MO2 + H2O MOH + H2O2 + O2

MOH 2Na + 2NaOH 2 Na2O + H2

N2

½ N2 + 3 Li Li3N T=25-30oC (vermelho rubi)Os outros elementos não formam nitretos .

S 2M + 1/2S8 M2S

M2Sn n = 1,3,4,5 ou 6 Todos reagem formando sulfetos e polissulfetos H2

M + ½ H2 MHMH + H2O MOH + H2

Formam hidretos salinos ou iônicos

ROH H3C-CH2OH + Na H3C-CH2ONa + 1/2H2

H3C-CH2O- Na+ + H2O H3C-CH2OH + NaOH Os metais alcalinos podem substituir o H ácido de ácidos orgânicos e também de alcóois. H3C-COOH + Na H3C-COONa + ½ H2

Compostos orgânicos Os metais alcalinos combinam-se com diversos radicais alquila e arila formando compostos organometáliosOs compostos de Li são covalentes e solúveis em solventes orgânicos RCl + 2 Li LiR + LiCl Compostos alquilados de Na, K, Rb e Cs também podem ser preparados – são iônicos e reativos

Obtenção 4.1 Métodos

Por quais métodos os metais alcalinos podem ser obtidos?

a)Processo eletrolítico MX (X = F, Cl, Br, e I) - Sais ou hidróxidos fundidosCátodo: 2 M+ + 2ē 2MAnodo : 2X- X2 + 2ē Cátodo: 2 M+ + 2ē 2MAnodo : 2OH- 1/2O2 + H2O + 2ē b) Processo químico Sal M (agente redutor)

4.2 Sódioa) Célula de Downs Matéria prima: NaCl fundido PF = 803oC

Catodo: aço ou cobreAnodo: grafite + CuO

Mistura fundente (40% NaCl + 60% CaCl2) T = 580oCCamada de mistura eutética – diminui o ponto de fusãoVoltagem 7-8 volts b) Célula de Caster Eletrólise do NaOH fundido Processo caro pelo custo do NaOHCátodo: FeAnodo: Ni

4.3 Potássio eletrólise ou redução química KCl + Na K + NaCl (aquecimento)O NaCl e o K são separados por fusão fracionada e filtração. O potássio obtido tem 96% de pureza (contaminado com Na) 4.4 Cs e RbEletrólise dos cloretos fundidos 4.5 Lieletrólise do cloreto fundido T = 450-460oC

5. Principais compostos

5.1. Características gerais Formam compostos iônicos – cristalinos 5.2. Solubilidade e hidratação Como é a solubilidade dos sais simples?

A solubilidade da maioria dos sais do grupo 1 diminui de cima para baixo. Para que uma substância seja solúvel a energia de hidratação deve ser maior do que a energia reticular.

O primeira camada de água hidrata o íon metálico e forma um complexo. Li+ - tetraedricamente coordenado por 4 moléculas de H2OCom os íons mais pesados Rb e Cs esse número de coordenação aumenta para 6. Segunda camada- atraídas por forças eletrostáticas interações fracas dipolo-dipolo.A interação destas forças de atração é inversamente proporcional a distância, isto é tamanho do íon.

Por isso a camada secundária diminui do Li para o Cs. Isso explica porque as colunas de troca iônica o Li+ é menos atraído e portanto eluído antes dos demais.

O lítio é o menor e seus sais deveriam conduzir melhor a corrente elétrica, entretanto a ordem para condução de corrente em solução é oposta: Cs+ > Rb+ > K+ > Na+ > Li+

Porque?

5.3. Estabilidade térmica dos oxissais

São bastante estáveis termicamente devido a natureza eletropositiva destes metais. Os compostos que apresentam raios iônicos próximos são mais estáveis. Os carbonatos são estáveis até temperaturas de 1000oC.

O Li2CO3 decompõe-se mais facilmente: Li2CO3 Li2O + CO2 (100oC) Formam bicarbonatos sólidos decompondo-se por leve aquecimento.

2 NaHCO3 Na2CO3 + H2O + CO2

Os nitratos são muito solúveis e estão entre os nitratos mais estáveis.

5.4. Obtenção dos principais compostos e usos

5.4.1. NaOH PF = 318 oCAbsorve CO2 do ar: 2 NaOH + CO2 Na2CO3 + H2O-obtenção:eletrólise de Na Cl (Célula de Kelner-Solvay)reação de troca: Na2CO3 + Ca(OH)2 2 NaOH + CaCO3

usos: detergentes; obtenção de Na; reagente analítico; purificação da bauxita para obtenção de alumínio.

5.4.2. NaCl Fonte : água do mar-obtenção:a) processo físico (sal bruto)salmoura (28-30%)

cristalizaçãoNaCl(s) + Ca2+ + Mg2+

b) processo químicosalmoura pH > 11 precipita o Mg(OH)2

pH = 8 precipita o CaCO3

usos : obtenção de Na; obtenção de NaOH; obtenção de Na2CO3.

5.4.3. Na2CO3 (barrilha) -obtenção: Processo Solvay Matéria prima: NaCl + CaCO3 (conchas) CaCO3 CaO + CO2 **(pobre 30%) (aquecimento) H = +43,4 kcal/molNH3 +H2O +CO2 NH4HCO3 (40oC) (torre de pré-carbonatação)

(rico +pobre)NH4HCO3 + NaCl(aq) NaHCO3 + NH4Cl (26oC) 2 NaHCO3(s) Na2CO3 + CO2 **+ H2O H = +30,7 kcal/mol

(rico 90%) Recuperação de NH3

CaO + H2O Ca(OH)2 H = -15,9 kcal/mol2NH4Cl + Ca(OH)2 CaCl2 + 2 NH3 + 2 H2O H = +10,7 kcal/mol usos: fundente em metalurgia; fabricação de vidro; tratamento de água.

5.4.4. KNO3

-obtenção:Reações de troca Ca(NO3)2 + K2CO3 2 KNO3 + CaCO3

usos: oxidante forte em temperaturas elevadas; conservante de alimentos; pólvora (KNO3; S e C)

6. Usos dos Metais alcalinos Os metais alcalinos são usados na fabricação de fogos de artifícios, pois quando queimam emitem coloração característica. Liligas metálicas – aumenta a tempera;tubos de descarga – selagem;catalisador para reações de polimerização;combustível para foguetes. Naobtenção de chumbo tetraetila – aditivo;lâmpada em aparelhos científicos;liga Na-K – líquido refrigerante em reatores atômicos;extração de metais nobres (Ag); KSínteses orgânicas Rb e CsCélulas fotoelétricas