Grupo 1: Metais Alcalinos
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
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Abundância no sistema solar
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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.
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Abundância no planeta Terra
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;
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Abundância no planeta Terra
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%);
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Abundância no planeta Terra
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).
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Obtenção
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• 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
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• 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.
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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
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Uso do NaCl nos EUA em 2009
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Uso do Na2CO3 nos EUA em 2009
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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).
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Propriedades
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Raios atômicos
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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.
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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.
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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
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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)
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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
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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
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Grupo 1: Metais Alcalinos
Afinidade eletrônica
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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)
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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.