Lista de Metais Alcalinos

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Lista de Química Inorgânica: Metais Alcalinos
Lorena, São Paulo
02/11/2020
1. Explique o processo Downs de obtenção do sódio metálico (tipo de eletrólise, mistura eutética, vantagem de trabalhar com a mistura eutética, como é a célula de Downs, como é estocado o sódio metálico, funcionamento da célula, reações).
R: O processo de Downs corresponde a um processo de eletrólise ígnea utilizada pela indústria para a obtenção de sódio metálico. Primeiro, o cloreto de sódio é misturado a uma pequena quantidade de cloreto de cálcio, formando uma mistura eutética. Essa mistura apresenta um ponto de fusão menor do que o cloreto de sódio puro e, uma vez que a pequena quantidade de cálcio formada não se mistura ao sódio metálico, isso é vantajoso para a indústria, pois garante um gasto menor de combustível, aumenta a vida útil do revestimento da cuba e diminui a pressão de vapor do sódio e também o risco de explosão. Essa mistura é então inserida na célula de Downs. A célula é formada por um cilindro de aço com um ânodo, que é um bastão de grafite rodeado por um cátodo formado por ferro fundido, que se encontra no centro do cilindro. Uma tela de metal separa os dois eletrodos, impedindo que o sódio formado se combine com o cloro.
O sódio bruto é então filtrado a uma temperatura entre 105ºC e 110ºC, e é armazenado ou em um tanque com atmosfera de nitrogênio ou estocado sobre querosene. 
As reações que compõem esse processo são:
· No ânodo, polo positivo (oxidação).
2Cll- Cl2( g) + 2e- 
· No cátodo, polo negativo (redução).
2Na+ + 2e- 2Nas
· Global.
2Cl- + 2Nal+ 2Nas + Cl2 ( g )
2. Um outro método de obtenção do sódio é através da redução dos seus óxidos, utilizando como redutores Ca, Al ou Mg. Em que estado é obtido o metal alcalino e quais os cuidados que devem ser tomados. Como deve ser estocado o sódio, se foi esse o produto obtido.
R: Através do processo de redução de seus óxidos, o sódio metálico sai na forma de vapor e é condensado (sólido) em atmosfera inerte. Como o sódio é um metal extremamente reativo, que reage violentamente com a água, o principal cuidado que se deve tomar é com o seu armazenamento. Ele pode ou ser armazenado em um tanque com atmosfera de nitrogênio ou estocado sobre querosene. 
3. Descreva sobre a estrutura eletrônica, tamanho dos átomos, densidade, energia de ionização e eletronegatividade dos metais alcalinos em relação aos demais elementos da tabela.
R: Estrutura Eletrônica: um único elétron na camada de valência, bastante afastado do núcleo, fracamente ligados entre si e, por isso, facilmente removível.
Tamanho dos átomos: os átomos aumentam de acordo com o período ao qual pertencem, no entanto, ao perderem um elétron e formarem um íon, os metais alcalinos diminuem consideravelmente.
Densidade: apresentam baixa densidade, o que não é algo comum para a maioria dos metais.
Energia de ionização: as primeiras energias de ionização desse grupo são menores que qualquer outro elemento da tabela periódica e diminuem à medida que descemos os elementos desse grupo.
Eletronegatividade: é menor que a de qualquer outro elemento de outros grupos e quando reagem para formarem compostos geralmente existe grande diferença de eletronegatividade.
4. Descreva o processo de obtenção da soda caustica na célula de Castner Kellmer.
R: A obtenção de Castner-Kellmer corresponde ao processo industrial de obtenção de soda cáustica e ocorre da seguinte forma: durante a eletrólise da salmoura concentrada, os íons Na+ se direcionam ao cátodo onde são neutralizados.
Corresponde à seguinte reação:
· Na+ + e- Na(metal)
Se o cátodo utilizado for o de mercúrio, os átomos de sódio se dissolvem no mercúrio formando a amálgama. Essa amálgama é bombeada para um equipamento denominado desnudador onde água é borrifada sobre pedaços de grafite. A água em contato com o sódio dissolvido forma o NaOH puro a 50% em solução. O mercúrio é então retornado ao tanque de eletrólise.
5. Mostre a reação de obtenção do amideto de sódio. Por que o amideto de sódio após fabricado deve ser estocado em embalagens herméticamente fechadas. Justifique por reação.
R: Através da adição de um catalisador de ferro ou em soluções ausentes de impurezas e muito concentradas ocorre a formação do amideto de sódio através da seguinte reação:
· 2Na(l) + 2NH3(g) 2Na+( NH2 )- + H2
O amideto de sódio, após ser fabricado, deve ser estocado em embalagens hermeticamente fechadas, pois mesmo na presença limitada de ar e umidade pode formar misturas explosivas de produtos oxidados.
6. Quando um átomo de MA forma um íon, o tamanho do íon está relacionado a 2 fatores. Explique.
R: Quando o elétron de valência é retirado formando o íon positivo, o tamanho diminui consideravelmente devido a dois fatores: o primeiro fator é devido à remoção da camada eletrônica mais externa, já o segundo fator deve-se ao fato de que com a remoção do elétron a carga nuclear passa a ser maior que a soma dos elétrons remanescentes e, dessa forma, causa maior retração dos elétrons, o que acarreta a uma maior diminuição do raio.
7. Mostre por meio de reações por que o NaOH não pode ser armazenado em vidro ou porcelana.
R: As soluções de NaOH reagem com vidro e porcelana, dessa maneira, temos a reação dada a seguir:
· 2 Na+ + 2OH- + SiO2 → 2 Na+ + SiO32- + H2O
8. Explique por que as soluções dos carbonatos dos MA são básicas.
R: Os carbonatos dos metais alcalinos, M2CO3 são compostos iônicos solúveis. Além disso, uma vez que são sais de ácido fracos, eles sofrem hidrólise em solução aquosa. Dessa forma temos a seguinte reação:
· 2M+ + CO32- + H2O → M+ + HCO3- + OH- 
Esta reação explica por que as soluções dos carbonatos dos metais alcalinos são básicas.
9. Explique o processo Leblanc de obtenção do carbonato de sódio, tendo como matéria prima inicial o cloreto de sódio. Não esquecer dos dados relevantes.
R: O processo Leblanc é um processo por bateladas que possui como matéria prima básica o cloreto de sódio. Nesse processo, já havia uma etapa conhecida que é a reação a seguir: 
· NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + HCl 
Nessa reação, o cloreto de sódio é dissolvido em ácido sulfúrico levemente aquecido. Todo o HCl era perdido, dado que naquela época não havia praticamente uso industrial para ele. No entanto, com o aumento do uso do HCl, o processo passou por diversas modificações de modo a essa substância ser reaproveitada.
A próxima etapa foi descoberta por Leblanc. Nela, o sulfato de sódio é misturado com carbonato de cálcio e levado a combustão com coque.
· Na2SO4 + CaCO3 + C → Na2CO3 + CaS + CO2 (1000ºC)
Do produto dessa reação, o carbonato de cálcio e o sulfeto de cálcio são insolúveis em água. Por outro lado, o carbonato de sódio é solúvel. A água é evaporada e obtém-se então o carbonato de sódio sólido. Após isso, ele passa por um processo de purificação para que o produto obtido seja o mais puro possível.
O principal problema do processo Leblanc era a poluição causada pelo sulfeto de cálcio e o ácido clorídrico.
10. Descreva o processo Solvay de obtenção do carbonato de sódio com as etapas mostradas por reação, inclusive as que mostram a regeneração da matéria prima. Não esquecer dos dados relevantes do processo.
R: No processo Solvay, as principais matérias primas são: NaCl, CO2, NH3. No início do processo a salmoura é purificada para a retirada de outros sais que acompanham o NaCl como, por exemplo: MgCl2, CaCl2 e CaSO4 (por recristalização).
A solução de NaCl é levada a uma torre de saturação de amônia onde a solução entra pelo topo e recebe a amônia em baixa temperatura por contracorrente. A solução resfriada pela amônia entra em outra torre onde é injetado CO2, produzindo um precipitado branco de NaHCO3.
Após essa etapa, a uma temperatura de 150C o bicarbonato de sódio é filtrado e lavado para retirar o cloreto de amônio. O NaHCO3 é então levado a um forno rotativo onde se obtém o Na2CO3.
As etapas e reações desse processo são as seguintes:
· NH3 + H2O → NH4OH 
· CO2 + H2O → H2CO3 
· 2 NH4OH + H2CO3 → (NH4)2CO3 + 2H2O 
· (NH4)2CO3 + CO2 + H2O → 2 (NH4HCO3)· NH4HCO3 + NaCl → NaHCO3 + NH4Cl 
· 2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O 
As reações paralelas que ocorrem durante o processo são as seguintes:
· CaCO3 → CaO + CO2 
· CaO + H2O → Ca(OH)2 
· 2NH4Cl + Ca(OH)2 → CaCl2 + 2NH3 + 2H2O 
Após todas as etapas do processo, o principal resíduo do processo Solvay é o CaCl2.