Abundância na crosta dos elementos do Grupo 1

Transcrição

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2 1 Li Na K Rb Cs Fr

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4 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 = 10 1,30 19 g de Li / 1000 Kg Log Na = 4,36 Na= 10 4, g de Na / 1000 Kg

5 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 (n o de coordenação 8) pouco denso. Raios grandes e portanto energia de ionização baixa. Estrutura cristalina Cúbica de corpo centrado

6 Energia de Ionização A primeira energia de ionização, I 1, é a quantidade de energia necessária para remover um elétron de um átomo gasoso: Na (g) Na + (g) + e - I 1 = 495,7 kj mol -1 A segunda energia de ionização, I 2, é a energia necessária para remover um elétron de um íon gasoso: Na + (g) Na 2+ (g) + e - I 2 = 4563 kj mol -1 Quanto maior a energia de ionização, maior é a dificuldade para se remover o elétron.

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8 Propriedades Atômicas

9 G.E. Rodgers, J. Chem. Educ. 2014, 91,

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11 Propriedades Gerais extremamente reativos (agentes redutores fortes). (utilizados para obter metais puros: TiCl 4 (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.

12 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

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14 metálica atração fraca entre os átomos na ligação Energia de Coesão (kj mol -1) Li 161 Na 108 K 90 Rb 82 Cs 78 Baixa coesão baixa resistência mecânica

15 Propriedades Gerais Valores baixos para metais (comparados aos metais de transição) Li, Na e K são menos densos que a água Devido ao raio

16 Propriedades Químicas Reação com água E o red são muito negativos 2 Li + H 2 O 2 LiOH + H 2 2 Na + H 2 O 2 NaOH + H 2 2 K + H 2 O 2 KOH + H 2 Oxidam em presença da água G = -nfe o G < 0 termodinamicamente favorável Para a reação com o Li o G é negativo e o mais elevado do grupo, ou seja, maior liberação de energia

17 Propriedades Químicas Reatividade com água 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.

18 Propriedades Químicas 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) + N 2 (g) 2Li 3 N (s) ) Li +, cátion pequeno, forma preferencialmente o óxido (O 2- ) 2Li O Li (s) 1 2 2(g) Na +, um pouco maior, forma peróxidos (O 2-2 ) 2 O (s) 2 Na O Na O (s) 2 (g) 2 2(s) K +, ainda maior, forma superóxidos (O 2-1 ) K O 2 KO (s) (g) 2(s)

19 Propriedades Químicas

20 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

21 Estrutura dos Sólidos Iônicos Metais: maleáveis Sólidos iônicos: quebradiços

22 Estrutura dos Sólidos Iônicos

23 Em compostos iônicos, apresentam configuração eletrônica de gás nobre, com todos os elétrons emparelhados. Grande quantidade de energia para excitar o elétron Transição eletrônica na região do ultravioleta Compostos iônicos: brancos Compostos iônicos contendo metais alcalinos coloridos: ( amarelo ) Na 2 (CrO 4 ) ( alaranjado ) K 2 (Cr 2 O 7 ) Quem são os responsáveis pela coloração? K(MnO 4 ) (violeta intenso) Os ânions com metais de transição, não o metal alcalino!!

24 Entalpia de rede, H R o e o ciclo de Born-Haber É a variação de entalpia molar padrão que acompanha a formação de íons gasosos a partir do sólido: + ½ Entalpia de dissociação ( H d ) MX (s) M + (g) + X - (g) - Afinidade Eletrônica (E) H f = H s + I + ½ H d + E + U H s, I e H d são positivas E e U são geralmente negativas + Entalpia de sublimação ( H s ) + Energia de ionização (I) - Energia Reticular (U) H f < 0 Entalpia de formação ( H f )

25 P/ formação do NaCl Ciclo de Born-Haber P/ hidratação do NaCl + ½ Entalpia de dissociação ( H d ) - Afinidade Eletrônica (E) + Entalpia de sublimação ( H s ) - Energia Reticular (U) + Energia de ionização (I) - Entalpia de Hidratação Entalpia de formação ( H f )

26 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

27 Todos os sais simples dos metais alcalinos são solúveis em água. A energia reticular diminui ligeiramente enquanto a energia de hidratação varia mais acentuadamente de cima p/ baixo. A solubilidade em água da maioria dos sais do Grupo 1 decresce de cima p/ baixo.

28 SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE

29 Depende: 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

30 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?

31 Métodos de Obtenção Eletrólise de cloretos fundidos ( 2(g 2 NaCl (l) 2 Na (l) + Cl E o = -2,71-1,36 = - 4,07 V 2 Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2 e - 2 Na + (l) + 2 e - 2 Na (s)

32 Escala industrial Célula de Downs REAÇÃO GLOBAL: NaCl Na(l) + ½Cl 2(g)

33 Métodos de Obtenção 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

34 Principais Compostos 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 H 2 para uso militar Li 2 CO 3 : emprego recente em tratamento de disturbios como o transtorno bipolar Li[AlH 4 ]: poderoso agente redutor utilizado em química orgânica p/ reduzir compostos carbonílicos a álcoois

35 Relação diagonal Semelhança entre o 1º elemento de cada grupo com o elemento abaixo à direita

36 Lítio e tratamento de transtorno bipolar John Emsley, Vaidade, Vitalidade, Virilidade, Jorge Zahar Editor, 2006, Rio de Janeiro

37 Principais Compostos NaOH: obtido por eletrólise de solução salina (NaCl) Sólido branco, gorduroso, mole e corrosivo. O mais importante composto de sódio para a industria. 10 o produto químico industrial em termos de produção 2 Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2 e - 2 H 2 O (l) + 2 e - H 2 (g) + 2 OH - (aq)

38 Escala industrial 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 + H 2 O NaOH + ½H 2 + ½Cl 2

39 Principais Compostos

40 Principais Compostos NaCl: sal de cozinha NaHCO 3 : empregado como fermento, antiácido estomacal, extintor de incêndio aquecbrando. NaHCO3 Na2CO3 H2O NaHCO 2 CO 2 ( g) - 3 ( aq) HA( aq) Na ( aq) A (aq) H O( l) CO2 ( g) Na 2 O 2 : empregado como alvejante em polpa de madeira, papel, algodão e linho Na 2 CO 3 : empregado para remover cátions Ca 2+ e Mg 2+ de águas duras Ca Na 2O2 ( s) H2O ( l) 2 NaOH( aq) H2O2 ( l) Na 2 S: empregado para fabricar corantes orgânicos sulfurados e nos curtumes para remover os pelos do couro 2 2 ( aq) CO3 ( aq) CaCO3 ( s)

41 Na 2 CO 3 : empregado para remover cátions Ca 2+ e Mg 2+ de águas duras Ca 2 2 ( aq) CO3 ( aq) CaCO3 ( s) Geralmente chamado de barrilha Obtido pelo método Solvey ( por Ernest Solvay) 2NaCl(aq) + CaCO 3 (s) Na 2 CO 3 (s) + CaCl 2 (aq) O equilíbrio está deslocado p/ a esquerda devido à alta energia de rede (entalpia de rede)

42 H = +30,7 Kcal REAÇÕES CaCO 3 CaO + CO 2 H = +43,4 Kcal C (amorfo) + O 2 CO 2 CaO + H 2 O Ca(OH) 2 NH 3 + H 2 O NH 4 OH H = -96,5 Kcal H = -15,9 Kcal H = -8,4 Kcal 2NH 4 OH + CO 2 (NH 4 ) 2 CO 3 + H 2 O H = -22,1 Kcal (NH 4 ) 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O 2NH 4 HCO 3 NH 4 HCO 3 + NaCl NH 4 Cl + NaHCO 3 2NaHCO Na CO + CO + H O

43 REAÇÃO GLOBAL: CaCO 3 + NaCl Na 2 CO 3 + CaCl 2

44 Principais Compostos KOH: utilizado para fabricar sabão líquido KCl: Sal light KNO 3 : ocorre na natureza como mineral salitre, utilizado em armas (pólvora) KNO 3 (s) + 7 C(s) + S(s) 3CO 2 (g) + 3CO(g) + 2N 2 (g) + 2K 2 CO 3 (s) + K 2 S(s) KBr: utilizado em fotografia e como antiafrodisíaco KO 2 : máscara de respiração (usado em minas, submarinos e veículos espaciais) 4 KO CO 2 2K 2 CO 3 + 3O 2 4 KO CO H 2 O 4 KHCO 3 + 3O 2

45 Mercado especializado e pequeno. Aplicações: vidros para aplicação em fibras ópticas; Indústria de telecomunicações; Equipamentos de visão noturna Células fotoelétricas Relógio de Césio (relógio atômico)

46 John Emsley, Moléculas em exposição

47 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.

48 Bibliografia Atkins, P., Jones, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, Shriver, D. F., Atkins, P., Química Inorgânica, Ed Artmed, Lee, J. D., Química Inorgânica Não Tão Concisa. Edgard Blucher Ltda, 3 a ed., São Paulo, 1980 Brent, R., The Golden book of Chemistry Experiments, Golden Press, New York,1960