Apontamentos de Química Inorgânica, do curso de Engenharia Química no Instituto Superior Politécnico de Tecnologias e Ciências (ISPTEC), 2019. Docente: Prof. Júlio Kuende.
Diapositivos das aulas de Química Inorgânica sobre os metais alcalinos (grupo 1): ocorrência natural, métodos de obtenção, propriedades físicas e químicas e aplicações.
QUÍMICA INORGÂNICAMETAIS ALCALINOS – GRUPO 1 (IA)Prof Msc. Júlio Kuende1Luanda, 2019
NÚCLEO DE QUÍMICATÓPICOS ABORDADOS Metais alcalinos. Ocorrência natural e métodos de obtenção. Propriedades físicas e químicas. Aplicações.2NÚCLEO DE QUÍMICAMETAIS ALCALINOS E A TABELA PERIODICAMetais alcalinos ou elementos do grupo 1.H HeLiLi Be B C N O F NeNaNaMg Al Si P S Cl ArKK Ca Sc Ti V Cr MnFe Co Ni Cu ZnGaGeAs Se Br KrRbRb Sr Y Zr NbMo Tc RuRh Pd AgCd In Sn Sb Te I XeCsCs Ba La Hf Ta W ReOs Ir Pt AuHg Tl Pb Bi Po At RnFrFr Ra Ac Rf Db Sg Bh Hs Mt???
NÚCLEO DE QUÍMICAGRUPO 1: METAIS ALCALINOSElementos Símbolo ConfiguraçãoEletrônica1LítioLi[He] 2s1SódioNa[Ne] 3s10 1PotássioK[Ar] 3d4s10 1RubídioRb[Kr] 4d5s14 10 1CésioCs[Xe] 4f5d6s146 10 1FrâncioFr[Rn] 5fd7s4
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES GERAISMetais Excelentes condutores de eletricidade Moles Altamente reativos Fortes agentes redutores São eletropositivosCompostos monovalentes, iônicos e incoloresHidróxidos e óxidos são bases muito fortesLâmpada de sódioExplosão do sódioSódio metálico 5
NÚCLEO DE QUÍMICACONFIGURAÇÃO ELECTRONICA• Todos os electrões do grupo um têm um electrão na última camada.2,1LítioLiSódioNa2,8,1PotássioKRb Rubídio2,8,8,1CsCésio
NÚCLEO DE QUÍMICALÍTIO Menor metal alcalino 35º em abundância Descoberto por J.A. Afrvedson (1817) Encontrado nos minérios Spodumena LiAl(SiO) e Petalita32Li Al (SiO) (FOH)22332 Obtido por redução eletrolítica Usado em baterias recarregáveis e plataformas espaciais pararemoção de CO e ar2 Usado no tratamento de depressão maníaca7
NÚCLEO DE QUÍMICASÓDIOSódio Metal branco prateado 7º em abundância Descoberto por Sir Humphrey Davy em 1807 Encontrado na sal gema NaCl e água do mar Obtido por eletrólise do NaCl Usado na síntese de organo-metálicos, em sistemas derefrigeração de usinas nucleares e na iluminação pública8
NÚCLEO DE QUÍMICAPOTÁSSIOK Metal branco prateado 8º em abundância Descoberto por Sir Humphrey Davy em 1807 Encontrado na silvita KCl e água do mar Obtido por eletrólise do KOH Usado na forma de sais como fertilizante K SO (aditivo do gesso), K CO (vidros e cerâmicas), KNO24233(explosivo), KBr (sedativo), KMnO (bactericida)49
RUBÍDIO Metal sólido que funde a 40ºC 23º em abundância (16º metal) Descoberto por Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff em 1861 Encontrado em diversos minerais. A lepidolita (principal fonte)contém 1,5% de rubídio metal Obtido como sub-produto do processamento do Lítio Usado em motores iônicos para naves espaciais2+ZnÉ utilizado na fabricação de cristais especiais para sistemas de2+Zntelecomunicaçãode fibra óptica e equipamentos de visãonoturna2+Zn2+Zn
NÚCLEO DE QUÍMICACÉSIOPolucita Metal sólido que funde a 28,5ºC 46º em abundância Descoberto por Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff em 1860 Coloração amarelo prateada Usado nas indústrias de energia nuclear, Obtido por eletrólise do cianeto ou cloreto de césio11
FRÂNCIO Metal radioativo Obtido como resultado da desintegração do actínio. Encontrado em minerais de urânio Pode ser feito artificialmente bombardeando tório com protões.2+ZnÉ o mais instável dos primeiros 101 elementos.2+Zn223O seu isótopoFr têm uma meia-vida de 22 minutos. Este é o2+2+ZnZnúnico isótopo que ocorre na natureza2+Zn 2+Zn Existe no máximo 20-30g na crosta terrestre.
OBTENÇÃO INDUSTRIAL0OBTENÇÃO DO POTASSIO (850C)KCl + Na → NaCl + K(l)(v)(v)Rb e Cs são produzidos de maneira semelhante reduzindo seus0cloretos a 750C, sob pressão reduzida.2+Zn2+Zn2+2+ZnZn2+Zn 2+Zn
METAIS ALCALINOS
NÚCLEO DE QUÍMICAMETAIS ALCALINOSO teste de chama ou prova da chama é um procedimentoutilizado em Química para detectar a presença de alguns iõesmetálicos, baseado no espectro de emissão característico paracada elemento. O Li apresenta coloração mangenta (vermelhocarmím), o Na amarelointenso,KLilás (violeta),Rb vermelho(vermelho-violeta)eCs (azul). 15
NÚCLEO DE QUÍMICATESTE DA CHAMA16
NÚCLEO DE QUÍMICAOCORRÊNCIA E OBTENÇÃO17
NÚCLEO DE QUÍMICAPREPARAÇÃO: REDUÇÃO ELETROLÍTICA18
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES FÍSICAS E QUÍMICASAs propriedades dos metais alcalinos estão intimamenterelacionadas com a estrutura eletrônica e tamanho do átomoTodos dos metais alcalinosapresentam estrutura cúbicade corpo centradoN.C.=8
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES GERAISElemento Raio metálico Raio Iônico d3(Å)(Å)(g/cm)Li 1,52 0,76 0,53Na 1,86 1,02 0,97K 2,27 1,38 0,86Rb 2,48 1,52 1,53Cs 2,65 1,67 1,90 Os metais alcalinos são grandes, mas apresentam baixa densidadeem comparação a outros metais:3 3Fe (7,9g/cm); Hg (13,6g/cm)Os elementos do grupo 1 são os maiores do seu período 20
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES FÍSICAS -DENSIDADE Lítio, sódio e potássio são menos denso que a água, peloque, flutuam na água. Os metais alcalinos são tão reactivos que são armazenadosem frascos contendo óleo. Isso evita a reacção deles com ooxigénio do ar.Os elementos do grupo 1 reagem com a água formandocompostos alcalinos. Por esta razão eles são chamados metaisalcalinos. 21
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES FÍSICASMetal Energia de Ponto de Ponto de Entalpia deFusão (°C)AlcalinoIonização Ebulição Coesão(KJ/mol) (ºC) (KJ/mol)Li 520,1 181,0 1347,0 161,0Na 495,7 98,0 881,0 108,0K 418,6 63,0 766,0 90,0Rb 402,9 39,0 688,0 82,0Cs 375,6 28,5 705,0 78,0 Baixa E.I. considerável em relação aos demais elementos. 2ª.EI muito alta (não ocorre em condições normais)Pontos de Fusão e Ebulição baixosEnergia de coesão baixa (força que mantém unidos osátomos ou iões no sólido)
NÚCLEO DE QUÍMICAPONTO FUSÃO (Melting Point)Os átomos dos elementos do Grupo 1 estão unidos usandoapenas um electrão externo por átomo. Como resultado, ospontos de fusão são baixos em comparação com a maioria dosmetais.Elemento Melt. Point(C)Lítio 181Sódio 98Potássio 63Rubídio 39Césio 28
NÚCLEO DE QUÍMICAREACTIVIDADE QUÍMICAA reactividade aumenta de cima para Libaixo.NaPor que razão a reactividade no grupo 1aumenta de cima para baixo? KRbReactividade aumentaCs
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICAS25
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICAS26
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICASReatividade em água+ -Na(s) + HO → Na(aq) + OH(aq) + ½H (g)2 2Velocidade da reacção:Li<Na<K27
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICASReatividade com nitrogénio6Li(s) + N → 2Li N (s)23(único metal alcalino que reage com nitrogênio)Composto iônico vermelho-rubi, importante na síntese daamônia2Li N → 6Li + N32Li N + 3H O → 3LiOH + NH32328
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICAS29
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICAS30
NÚCLEO DE QUÍMICAPROPRIEDADES QUÍMICASÓxidosMonóxidos são sólidos iônicosAlcalinosK O + H O→ 2KOH22HidróxidosNaOH – soda cáusticacorrosivo (pele e vidro)KOH – potassa cáusticaTodos os hidróxidos dos metais alcalinos são solúveis em água(exceção LiOH pouco solúvel)31
NÚCLEO DE QUÍMICAAPLICAÇÕES32
NÚCLEO DE QUÍMICAAPLICAÇÕES33
NÚCLEO DE QUÍMICAAPLICAÇÕES34
NÚCLEO DE QUÍMICAAPLICAÇÕES35
NÚCLEO DE QUÍMICALÍTIO VERSUS RESTANTES ELEMENTOS DO GRUPO 1 Assemelha-se mais aos elementos do Grupo 2(particularmente o Mg) p.f. e p.e. maior que os demais elementos do Grupo1 Li possui maior dureza Menos reativo com o oxigênio LiOH é menos básico Li forma nitreto (Li N) – nenhum outro elemento do Grupo31 forma nitreto, mas os elementos do Grupo 2 sim36
NÚCLEO DE QUÍMICALÍTIO VERSUS RESTANTES ELEMENTOS DO GRUPO 1 O Lítio é o único metal alcalino que forma oxido na sua reacçãodirecta com o oxigénio no ar. Li CO, Li PO e LiF, LiOH são insolúveis em água (semelhante2334ao Mg)+O Li e seus compostos são mais fortemente hidratados que oscompostos dos demais elementos do grupo 1 Somente o Lítio forma compostos orgânometalicos com oshidrcarbonetos a partir dos haletos de alquilo.2Li(s) + CH CH Cl(g) CH CH Li(s) + LiCl(s)323237