Ácidos - sqbf.ufabc.edu.brsqbf.ufabc.edu.br/disciplinas/qel/aula03.pdf · ao reagirem com outros...
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HF < HCl < HBr < HI
- Força dos Hidrácidos, segundo a teoria de Brönsted-Lowry
1 - Quanto mais fraca a ligação H-A, mais forte é o ácido (grupo) 2- Quanto mais polar a ligação H-A, mais forte é o ácido (período)
Ácido – doador de prótons Base – receptor de prótons
Energia de ligação
Ácidos
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GRUPO 1 Aula 03
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[Rn] 7s1 Fr Frâncio
[Xe] 6s1 Cs Césio
[Kr] 5s1 Rb Rubídio
[Ar] 4s1 K Potássio
[Ne] 3s1 Na Sódio
[He] 2s1 Li Lítio
Configuração Símbolo Elemento
Grupo 1
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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 = 101,30 → 19 g de Li / 1000 Kg
Log Na = 4,36 → Na= 104,36 → 23000 g de Na / 1000 Kg
Abundância na crosta dos elementos do Grupo 1
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• 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 (no de coordenação 8)
• pouco denso. • Raios grandes e portanto energia de ionização baixa.
Propriedades físicas dos metais do grupo 1
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Energia de ionização
Raio atômico / pm Li = 152; Na = 186; K = 227; Rb = 248; Cs = 265
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extremamente reativos (redutores).
(utilizados para obter metais puros: TiCl4 (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.
Propriedades Gerais do Grupo 1
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A intensidade da cor produzida na chama é
proporcional à concentração de íons ou
átomos presentes
Propriedades Gerais do Grupo 1
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Propriedades Gerais do Grupo 1
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atração fraca entre os átomos na ligação metálica
Baixa coesão baixa resistência mecânica
Li 161 Na 108 K 90 Rb 82 Cs 78
Energia de Coesão (kJ mol-1)
Propriedades Gerais do Grupo 1
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Valores baixos para metais (comparados aos metais de transição)
Li, Na e K são menos densos que a água
Devido ao raio
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Reação com água
2 Li + H2O → 2 LiOH + H2
2 Na + H2O → 2 NaOH + H2
2 K + H2O → 2 KOH + H2
Eored são muito negativos
Oxidam em presença da água
Para reação com o Li o ∆G é negativo e o mais elevado do grupo, ou seja, maior liberação de energia
Eo / V para M+(aq) + e- M(s) Li = -3,045 Na = -2,714 K = -2,925 Rb = -2,925 Cs = -2,923
Propriedades químicas
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Reatividade com água
http://www.youtube.com/watch?v=QSZ-3wScePM
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.
Propriedades químicas
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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) + N2 (g) 2Li3N (s))
(s)2(g)221
(s) OLiO Li 2 →+
Li+, cátion pequeno, forma preferencialmente o óxido (O2-)
Na+, um pouco maior, forma peróxidos (O2-2)
(s)(g)(s) 222 2 ONaONa →+
K+, ainda maior, forma superóxidos (O2-1)
(s)(g)(s) 22 KOOK →+
Propriedades químicas
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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
Tipos de ligações químicas
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Metais: maleáveis Sólidos iônicos: quebradiços
Estrutura dos sólidos
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Estrutura dos sólidos iônicos
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Todos os sais simples dos metais alcalinos são solúveis em água.
A solubilidade em água da maioria dos sais do Grupo 1 decresce de cima p/ baixo.
A energia reticular diminui ligeiramente enquanto a energia de hidratação varia mais acentuadamente de cima p/ baixo.
Solubilidade
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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
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SEMELHANTE DISSOLVE
SEMELHANTE
Solubilidade
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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?
Métodos de obtenção
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Eletrólise de cloretos fundidos
2 NaCl(l) → 2 Na(l) + Cl2(g)
Eo = -2,71 - 1,36 = - 4,07 V
2 Cl- (aq) → Cl2 (g) + 2 e-
2 Na+ (aq) + 2 e- → 2 Na (s)
Cl2/Cl- 1,36 V Na+/Na -2,71 V
Métodos de obtenção
Escala industrial
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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
Métodos de obtenção
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tos • Liga com Li (14%), Al (1%) e Mg (84%): estrutura de aeronaves
• Baterias • LiOH: empregado na fabricação de graxas para motores (Resistente a altas temperaturas) • LiH: empregado na geração de H2 para uso militar • Li2CO3: emprego recente em tratamento de disturbios como o transtorno bipolar • Li[AlH4]: poderoso agente redutor utilizado em química orgânica p/ reduzir compostos carbonílicos a álcoois
Principais usos
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Semelhança entre o 1º elemento de cada grupo com o elemento abaixo à direita
Relação diagonal
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tos • NaOH: obtido por eletrólise de solução salina
(NaCl) Sólido branco, gorduroso, mole e corrosivo. O mais importante composto de sódio para a industria. 10o produto químico industrial em termos de produção
E = -1,36 V Cl- /Cl2
E = -0,83 V - H2O / H2 + OH- E = -2,71 V - Na+/Na
Principais usos
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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 + H2O → NaOH + ½H2 + ½Cl2
Produção industrial de NaOH
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tos NaOH
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• NaHCO3: empregado como fermento, antiácido estomacal, extintor de incêndio
)(2)()()()( glaqaqaq COOHANa HANaHCO 2(aq)-
3 +++→+ +
• Na2CO3 (Barrilha): empregado para remover cátions Ca2+ e Mg2+ de águas duras
)()(2
3)( saqaq 32 CaCOCOCa →+ −+
• Na2O2: empregado como alvejante em polpa de madeira, papel, algodão e linho
)()()()( 2 laqls 22222 OHNaOH OHONa +→+
• NaCl: sal de cozinha
• Na2S: empregado para fabricar corantes orgânicos sulfurados e nos curtumes para remover os pelos do couro
)(2.
gbrandoaquec H COOCONa NaHCO 2323 ++ →
Principais usos
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Obtenção do Na2CO3
NH3 + H2O + CO2 → NH4HCO3
NaCl + NH4HCO3 → NaHCO3 (ppt)+ NH4Cl NaHCO3 (∆ – 150oC) → Na2CO3 + CO2 + H2O “Insumos” CaCO3(∆ – 1100oC) → CO2 + CaO CaO+ H2O → Ca(OH)2 Ca(OH)2 + 2NH4Cl + → NH3 + CaCl2 + 2H2O
Processo Solvay
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• KNO3: ocorre na natureza como mineral salitre, utilizado em armas (pólvora)
• KCl: Sal “light”
• KO2: máscara de respiração (usado em minas, submarinos e veículos espaciais)
• KOH: utilizado para fabricar sabão líquido
• KBr: utilizado em fotografia
4 KO2 + 4 CO2 + 2 H2O → 4 KHCO3 + 3O2
4 KO2 + 2 CO2 → 2K2CO3 + 3O2
4 KNO3(s) + 7 C(s) + S(s) → 3CO2(g) + 3CO(g) + 2N2(g) + 2K2CO3(s) + K2S(s)
Principais usos
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Aplicações: • vidros para aplicação em fibras ópticas; •Indústria de telecomunicações; •Equipamentos de visão noturna •Células fotoelétricas
Relógio de Césio (relógio atômico)
Mercado especializado e pequeno.
Principais usos