Aula 4 Metais Alcalinos e Hidrogenio

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO MARANHÃO
CAMPUS DE SÃO BERNARDO
CURSO: CIENCIAS NATURAIS
DISCIPLINA: QUÍMICA INORGÂNICA
TURMA: 2015
Metais Alcalinos
Hidrogênio
Profª. Louise Lee
1
TABELA PERIÓDICA DOS ELEMENTOS
Metais Alcalinos
Período
Elemento
NºAtômico
Temperatura de Fusão (ºC)
Temperatura de Ebulição (ºC)
2
Li
03
181
1347
3
Na
11
98
881
4
K
19
63
766
5
Rb
37
39
688
6
Cs
55
28,5
705
7
Fr
87
-
-
3
Metais Alcalinos- Familia 1
 Metais Alcalinos - palavra que vem do árabe alcali, que significa “cinza de plantas”, de onde principalmente o sódio e o potássio eram extraídos.
Recebem esse nome pois eles reagem facilmente com a água, formando substâncias alcalinas, como os hidróxidos.
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Metais Alcalinos
Elementos do bloco s 
A configuração geral destes elementos é ns1 ; 
Características Gerais
5
Metais Alcalinos- Familia 1
 Apresentam apenas 1 elétron na ultima camada.
Li
Na
K
Rb
Cs
Fr
6
Metais Alcalinos- Familia 1
 Apresentam apenas 1 elétron na ultima camada.
Família 1 : Todos possuem 1 elétron no último nível de energia.
1H: 1s1 
3Li: 1s2 / 2s1
11Na: 1s2 / 2s2 2p6 / 3s1
19K: 1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 3p6  /  4s1
37Rb: 1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 3p6 3d10  /  4s2 4p6  / 5s1
55Cs: 1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 3p6 3d10  /  4s2 4p6 4d10 / 5s2 5p6  /  6s1
87Fr:  1s2 / 2s2 2p6 / 3s2 3p6 3d10  /  4s2 4p6 4d10 4f14 / 5s2 5p6  5d10 /  6s2 6p6  / 7s1
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Metais Alcalinos
São altamente reativos: 
Reagem com a água espontaneamente e a frio, razão pela qual são guardados em frascos com derivados de petróleo ou parafina. 
Esta reatividade aumenta ao longo do grupo, porque o elétron de valência fica cada vez mais afastado da atração do núcleo (sendo assim este elétron sai com maior facilidade).
Características Gerais
Reagem com a água numa reação fortemente exotérmica, libertando hidrogênio e originando uma solução alcalina (básica).
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Metais Alcalinos
2 Na(s) + 2 H2O (l)  2 NaOH (aq) + H2 (g)
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Metais Alcalinos- Familia 1
A reatividade dos metais alcalinos tende a crescer, dentro do grupo, de cima pra baixo.
Os metais alcalinos são os maiores nos seus períodos na tabela periódica. 
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Metais Alcalinos
Características Gerais
Formam um grupo bastante homogêneo; 
Todos os elementos desse grupo são metais; 
São excelentes condutores de eletricidade; 
São moles; 
As propriedades químicas e físicas estão intimamente relacionadas com sua estrutura eletrônica e seu tamanho; 
Geralmente formam compostos univalentes, iônicos e incolores. 
Todos os elementos desse grupo possuem um elétron de valência na camada mais externa; 
Esse elétron é fracamente ligado ao núcleo por encontrar-se bastante afastado dele, podendo ser removido facilmente; 
Os demais elétrons, por estarem mais próximos ao núcleo, são mais firmemente ligados e removidos com dificuldade.
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Metais Alcalinos
Primeira energia de ionização é consideravelmente menor que em qualquer outro elemento da tabela periódica; 
Os átomos são muito grandes e os elétrons mais externos são fracamente atraídos pelo núcleo.
Segunda energia de ionização é extremamente elevada (é sempre maior que a primeira) porque envolve a remoção de um elétron de um nível eletrônico totalmente preenchido.
Energia de Ionização
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Metais Alcalinos- Familia 1
Conforme o aumento do número de camadas o elétron fica mais distante do núcleo, sendo assim mais fácil de ser removido em uma reação química
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Metais Alcalinos- Familia 1
Quando o elétron externo é removido para formar o respectivo cátion, o tamanho diminui consideravelmente, pois além da camada externa ter sido completamente eliminada, a remoção de um elétron permite que a carga positiva nuclear exerça maior força de atração sobre os elétrons restantes, reduzindo mais ainda o raio do cátion.
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Metais Alcalinos- Familia 1
Por serem muito reativos, é praticamente impossível encontrar os metais alcalinos isolados na natureza. Basicamente, sempre os encontramos formando uma substância química, como sais e óxidos, com outros elementos. 
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Metais Alcalinos- Familia 1
Todos os elementos desse grupo reagem facilmente com a água formando hidróxidos e gás hidrogênio (H2).
2 K(s) + 2 H2O(l)  2 KOH(aq) + H2(g)
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Metais Alcalinos- Familia 1
Ao reagir com oxigênio, os metais alcalinos formam óxidos metálicos.
Reações de combustão dos metais alcalinos
 Li(s) + O2 (g) ---› 2 Li2O (s)
Quando sofrem combustão, cada metal apresenta uma chama de cor característica:
A chama do Lítio é vermelha, 
a do Sódio é amarela 
e a do Potássio é violeta.
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Metais Alcalinos
Sódio (Na) e potássio (K): 7º e 8º elementos mais abundantes
 São reativos demais para serem encontrados livres na natureza
 São agentes redutores muito fortes para serem obtidos pela redução de seus óxidos
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Metais Alcalinos
Reagem com água formando bases: 2 Liº + 2 H2O → 2 LiOH + H2 
Regem com oxigênio formando óxidos e peróxidos: 
2 Liº + ½ O2 → Li2O – óxido de lítio 
2 Naº + O2 → Na2O2 – peróxido de sódio 
Reagem com hidrogênio formando hidretos iônicos: Kº + ½ H2 → KH 
Apenas o lítio forma nitreto: 3 Liº + ½ N2 → Li3N 
Todos metais do grupo formam amidetos, sulfetos, teluretos, arsenetos, cloretos, iodetos, brometos e fluoretos; 
 
Metais de baixa densidade, coloridos e moles; 
 
A reatividade aumenta no mesmo sentido, pois quanto maior o átomo, mais fácil de perder o seu elétron de valência e mais rápido reage;  
Propriedades Químicas dos Metais Alcalinos
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Metais Alcalinos
 Todos reagem com água. A reação se torna mais vigorosa quando se desce no grupo
 Li + H2O 2LiOH + H2 São as bases mais fortes
 Reação com oxigênio
 2Li + 1/2O2 Li2O Óxidos
 
 Na + O2 Na2O2 Peróxidos
 K + O2 KO2 Superóxidos
 Reação com hidrogênio
 Li + H2 LiH Hidretos Iônicos
Propriedades Químicas dos Metais Alcalinos
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Metais Alcalinos
 Lítio - 73Li 
Descoberto em 1817 por Joahn A. Arfwedson, é o 35º elemento mais abundante em peso; 
Minérios: espodumênio LiAl(SiO3)2 e lepidolita  Li2Al2(SiO3)3.Fe(OH)2; 
Principais produtores: Rússia (36%), Austrália (34%) e China (12%); 
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Metais Alcalinos
 Lítio - 73Li 
Aplicações:   
Geração de hidrogênio e o LiOH para absorver CO2; 
Fabricação de graxas lubrificantes para automóveis; 
O carbonato de lítio é também usado para endurecer o vidro; 
É usado na fabricação de ligas metálicas, vidro, lubrificantes e baterias
Sais de lítio intervém no tratamento da doença maníaco-depressiva; 
Tem usos medicinais, pois afeta o equilíbrio entre Na+ e K+ e entre Mg2+ e Ca2+ no organismo; 
Funcionamento do íon lítio parece bloquear o processo enzimático que usa o íon magnésio;
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Metais Alcalinos
 Sódio – 1211Na 
Isolado em 1807 por Humpry Davy, é o 7º elemento mais abundante em peso; 
O sódio é um sólido branco, leve e mole como cera e pode ser cortado facilmente.
 
Queima a pele se o segurarmos com a mão.
É muito reativo, oxida-se rapidamente (a superfície brilhante exposta pelo corte escurece até pegar fogo espontaneamente com o ar).
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Metais Alcalinos
 Sódio – 1211Na 
Principais sais: 
NaCl – sal gema, 
Na2B4O7.10H2O – bórax, 
Na2CO3.NaHCO3 – trona, 
NaNO3 – salitre e 
Na2SO4 – mirabilita; 
NaOH: Obtido por eletrólise da salmoura gerando hidrogênio e cloro; 
Principais produtores: EUA (19%), China (10%) e Rússia (9%); 
Aplicações: fabricação de ligas antiatrito, preparação de sabões e detergentes, iluminação pública, células fotoelétricas, entre outros;  
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Metais Alcalinos
 Potássio – 39,119K 
Isolado em 1807 por Humpry Davy, 8º elemento mais abundante em peso; 
Principaissais: KCl – silvita e KCl.MgCl2 – carnalita; 
Principais produtores: Rússia (35%), Canadá (25%) e Alemanha (18%); 
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Metais Alcalinos
 Potássio – 39,119K 
Aplicações: 
Usado em pirotecnia, injeções letais, fertilizantes, células fotoelétricas e no auxílio para a respiração de bombeiros;  
Tem papel importante em inúmeras reações biológicas, desde a transmissão de impulsos nervosos à contração muscular.
Sulfato potássio: utiliza-se como aditivo do gesso para controlar a sua velocidade de endurecimento e a sua resistência; 
Cloreto de potássio: constitui a principal fonte para a obtenção de outros sais; 
Hidróxido de potássio: reagente industrial no fabrico de sabões líquidos, como eletrólito em certas pilhas e como absorvente de dióxido de carbono e sulfureto de hidrogênio.
Progressivamente substituído pelo sódio, na maior parte dos sais com aplicações industriais ao nível tecnologia dos reatores nucleares.
Constituinte de fertilizantes
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Metais Alcalinos
 Rubídio – 85,837Rb
 
Descoberto em 1861 por Robert Bunsen e Gustav Kirchhoff; 
23º elemento mais abundante em peso; 
Principais minérios: leucita, polucita e zinnwaldita; 
Principal produtor: Canadá; 
Aplicações: revestimentos fotoemissores, medicina nuclear, fabricação de vidros especiais e obtenção de vácuo;  
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Metais Alcalinos
Césio – 132,955Cs 
Descoberto em 1860 por Robert Wilhelm Bunsen e Gustav Kirchhoff 
Principais minérios: polucita 
Principais Produtores: Canadá, EUA e Zimbábue; 
O isótopo radioativo do Césio mais popular é o Césio 137, que ficou muito conhecido em razão do acidente radioativo que ocorreu em Goiânia, em 1987. Outro isótopo importante é o Cs-133, que é utilizado na construção de relógios atômicos. Isótopos radioativos de césio são usados no campo médico para tratar certos tipos de câncer.
Aplicações: medicina nuclear, obtenção de energia nuclear, construção de relógios atômicos e catalisador em reações orgânicas;  
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Metais Alcalinos
Frâncio - 22387Fr 
Descoberto por Marguerite Perey em 1939; 
O Frâncio é um elemento radioativo muito raro, que não apresenta nenhuma aplicação prática. Seu período de meia-vida é de 22 minutos apenas, por isso é muito difícil de ser conseguido, ainda mais em quantidades apreciáveis.
Existem 41 isótopos conhecidos;  o isótopo Fr-223  com meia-vida de 22 minutos, é o de maior vida longa; 
Não apresenta aplicações em decorrência de seu curto período de vida, usado apenas em algumas investigações biológicas; 
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Hidrogênio
Contribui em 1,0% (peso) na formação da natureza; 
Elemento com maior participação nas substâncias químicas; 
Principal constituinte do Sol (90%), presente em nebulosas, estrelas e alguns planetas;  
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Hidrogênio - H
O hidrogênio encontra-se nessa família 1 porque ele possui um elétron na sua camada de valência, porém, suas características não se enquadram nesse e em nenhum outro grupo da Tabela Periódica
31
Hidrogênio - H
Elemento mais abundante no universo;
Encontrado em minerais, oceanos e em todos os organismos vivos;
Forma muitos compostos; 
Estrutura eletrônica mais simples de todos os elementos; 
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Hidrogênio
Características gerais do Hidrogênio
- Número Atômico (Z): 1;
- Peso Atômico: 1,00794;
- Grupo da Tabela: 1 (IA);
- Estado Físico: Gasoso (T = 298K);
- Densidade: 0,0000899 g/cm3;
- Ponto de Fusão (PF): 14,025 K;
- Ponto de Ebulição (PE): 20,268 K;
- Pode formar cátion monovalente;
- Pode formar ânion monovalente;
- Pode realizar ligação covalente;
- Pode realizar ligação iônica;
- Apresenta pequena capacidade de dissociação quando está na sua forma molecular;
- É quase insolúvel na água;
- Em condições normais, é pouco reativo, mas, sob condições favoráveis, reage com a maioria dos elementos;
- É um forte agente redutor.
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Hidrogênio
Propriedades Químicas
Reação com não metais: 
 2 H2 (g) + O2 (g) → 2 H2O (g) 
 3 H2 (g) + N2 (g) → 2 NH3 (g)   
 
 H2 (g) + X2 (g) → 2 HX (g) 
  
Reação com metais dos grupos I e IIA: 
 2 Na° + H2 (g) → 2 NaH (s)   
 Ca° + H2 (g) → CaH2 (s)  
Hidrogênio se comporta como oxidante: 0 → -1; 
Hidretos metálicos: sólidos; 
não metálicos: líquidos ou gasosos;  
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Hidrogênio
Incolor, inodoro e insípido
Muito inflamável com o ar ou halogênios
 
Baixa densidade
Molécula de H2 estável 
Insolúvel na água e outros solventes
Propriedades Gerais
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Hidrogênio
Propriedades Físicas
Incolor e inodoro; 
dentre todos os gases é o menos denso; 
Pouco solúvel em água; 
Absorvido por metais particulados como Pt, Pd ou Ni; 
PE: - 253°C PF: - 259°C 
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Hidrogênio
Corte e solda de metais: oxídrico: 2700°C; arco voltaico: 3000°C e hidrogênio atômico: 5000°C; 
Conversão de óleos em gorduras saturadas (margarinas)
Redutor em metalurgia: WO3 + 3 H2 (g) → W° + 3 H2O (g) 
Produção (Síntese) da amônia (NH3); 
Bomba de hidrogênio: +/- 100.000.000°C; 
Combustíveis para foguetes: hidrogênio líquido;
Aplicações e Usos do Hidrogênio
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