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Tema 3: Elementos del grupo 1
Introducción Estado natural Propiedades físicas Propiedades químicas Compuestos: hidruros, haluros, óxidos y compuestos
relacionados Métodos de obtención Aplicaciones
1“El autor/La autora se acoge al artículo 32 de la Ley de Propiedad Intelectual vigente respecto al uso parcial de obras ajenas, como imágenes, gráficos u otromaterial contenido en las diferentes diapositivas, dado el carácter y la finalidad exclusivamente docente y eminentemente ilustrativa de las explicaciones enclase de esta presentación”
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Introducción
Configuración electrónica (ns1) Elementos muy reactivos Elementos esenciales para los seres vivos (Na+ y K+ mantienen la presión
osmótica en las células) Li+ actúa sobre neurotransmisores en membranas celulares
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Abundancia de los elementos en la corteza terrestre (g/T)O Si Al Fe Ca Na K
Mg Ti H P
Mn F S
Sr Ba C Cl Cr Zr
Rb V
Ni Zn N
Ce Cu
466000 277200
81300 50000 36300 28300 25900 20900 4400 1400 1180 1000 700 520 450 400 320 200 200 160 120 110
80 65 46 46 45
Y Li
Nd Nb Co La Pb Ga Th
Sm Gd Pr Sc Hf Dy Sn
B Yb Er Br
Ge Be As U
Ta W
Mo
40 30 24 24 23 18 15 15 10 7 6 6 5 5 5 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 1 1
Cs Ho Eu Tl
Tb Lu Hg
I Sb Bi
Tm Cd Ag In
Se Ar Pd Pt
Au He Te Rh Re
Ir Os Ru
1 1 1 1
0.9 0.8 0.5 0.3 0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.1
0.09 0.04 0.01
0.005 0.005 0.003 0.002 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001
Introducción
t1/2 = 21.8 min
22387 Fr
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Estado natural
Litio Espodumeno (LiAlSi2O6) Lepidolita
(KLi2Al(Al,Si)3O10(F,OH)2) Sodio
Sal de roca (NaCl) Salmuera (NaCl) Bórax (Na2[B4O5(OH)4].8H2O) Nitrato de Chile (NaNO3)
Potasio Silvita (KCl) Silvinita (KCl/NaCl) Carnalita (KCl·MgCl2·6H2O)
Rubidio Subproducto de la lepidolita: Rb
sustituye al K Cesio
Polucita Cs4Al4Si9O26·H2O Subproducto de la lepidolita: Cs
sustituye al K
Elementos Litófilos
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Li Na K Rb Cs Fr
Radio metálico (pm) 152 186 231 244 262 --
Radio iónico M+ (pm) (IC) 59(4) 102(6) 138(6) 148(6) 174(8) --PF (°C) 180 98 64 39 27PE (° C) 1326 889 774 688 690 677Densidad (g/cm3) 0,534 0,971 0,862 1,53 1,90 --
Poder polarizante relativo (100q/r) 1,69 0,98 0,76 0,68 0,57 --DH0
atom (kJ/mol) 161 108 90 82 78 --1er EI (kJ/mol) 519 494 418 402 376 --
E0 (V) -3,040 -2,714 -2,936 -2,923 -3,026 --
Propiedades físicas y químicas
Estructurac.c.e.
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Integral de solapamiento disminuye al aumentar r
LiRbNa K
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Propiedades químicas: potenciales de reducción, E0 (V)
Son consecuencia del equilibrio energético entre:M(s) → M(g) DH0
(atomización)
M(g) → M+(g) 1ª EIM+(g) → M+(ac) DH (hidratación)
La entalpía de hidratación (kJ/mol) aumenta al disminuir el tamaño del catión (↑100q/r):
M+(ac) + e- M(s)
M(g)M+(g) + e-
E0 = -DG0/nF
DH (atom.)
1ª EI
DH (hidrat.)
Li+ Na+ K+ Rb+ Cs+
-519 -404 -321 -296 -271
Li+/Li Na+/Na K+/K Rb+/Rb Cs+/Cs-3,040 -2,714 -2,936 -2,923 -3,026
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Propiedades químicasReaccionan con:■ Oxígeno atmosférico:
óxidos, M2O (O=): Li2O; Na2O peróxidos, M2O2 (-O-O-): Li2O2, Na2O2; K2O2 super-óxidos, MO2 (O2
-): KO2, RbO2; CsO2 Agua:
hidróxidos: 2M + 2H2O → H2 + 2MOH Halógenos:
haluros: 2M + X2 → 2MX Hidrógeno:
hidruros: 2M + H2 → 2MH Nitrógeno (solamente Li):
nitruro: 6Li + N2 → 2Li3N
Li
Na
K
Rb
Cs
Aum
enta
rea
ctiv
idad
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Propiedades químicasReaccionan con (cont.): Carbono:
Li y Na forman acetiluros M2C2
K, Rb, Cs forman compuestos de intercalación con grafito CnM (n= 8, 24, 36,48, 60).
Son solubles en NH3 (l) Disoluciones diluidas (azul brillante), paramagnéticas, ocupan un volumen
mayor que los volúmenes aditivos. Elevada conductividad iónica (e- casi libre):
Al aumentar la concentración (0,04M) se hacen diamagnéticas y laconductividad llega a un mínimo [M-
(am)]:
Disoluciones concentradas (color bronce), débilmente paramagnéticas. Secomportan como metales [(M2)(am)]:
M M eam am am( ) ( ) ( )
M M eam am am( ) ( ) ( )
( ) ( ) ( )M Mam am2 2
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Compuestos: óxidos y compuestos relacionados Mediante reacción de M con exceso de oxígeno:
Li2O; Na2O, Na2O2; K2O2, KO2; RbO2; CsO2
Carácter iónico: según el valor de
Carácter básico: Na2O(s) + H2O → 2NaOH(ac) Na2O2(s) + 2H2O → H2O2(ac) + 2NaOH(ac) 2KO2(s) + 2H2O → H2O2(ac) + O2(g) + 2KOH(ac)
Máscaras de respiración: 4 KO2 (s)+ 2 CO2 → 2 K2CO3(s) + 3O2(g)
Li2O
Na2O
K2O
Rb2O
Cs2O
Aum
enta
bas
icid
ad
9
r I.C. Mr
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Compuestos: Hidróxidos Son sólidos iónicos. KOH presenta estructura tipo NaCl (el resto presentan estructuras
más complejas).
El NaOH es la base más utilizada en Química orgánica e inorgánica.
Manufactura de productos químicos
Productos de limpieza
Rayón y algodón
Tratamiento de aceites y grasas
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Compuestos: hidruros y haluros Se preparan por síntesis directa (DHf<0) Compuestos iónicos (estructura, solubilidad,..) Los hidruros son menos estables que los haluros.
M+ DHformación de MX (kJ/mol)
F- Cl- Br- I- H-
Li+ -616 -409 -351 -270 -91Na+ -577 -411 -361 -288 -57K+ -567 -438 -394 -328 -56Rb+ -558 -435 -395 -334 -55Cs+ -553 -443 -406 -347 -59
KH
CsCl
K(g) 12 Cl (g)2
K (g) Cl (g)
K (g) e (g) 12 Cl (g)2
K (g) e (g) Cl(g)
244/2=122
425
-355
89
438
KCl(s)
K(s) 12 Cl (g)2
- DHf(K)
1ª EI
DHatom(K)
1/2DHdis(Cl2)
DHred(KCl)
1ª AE
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Disminuye estabilidad
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Haluros: solubilidad
M+ DHred de MX (kJ/mol)F - Cl - Br - I -
Li+ -1047 -862 -818 -759Na+ -928 -788 -751 -700K+ -826 -718 -689 -645
Rb+ -793 -693 -666 -677Cs+ -756 -668 -645 -608
■ En general, son solubles en aguaMX(s) → M+(ac) + X- (ac)
■ La solubilidad de los haluros alcalinos está determinada por los valores de DHredy de DHsolvatación.
El LiF es sólo moderadamente soluble
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M+ DHsolvatación de MX (kJ/mol)F - Cl - Br - I -
Li+ -1025 -883 -854 -812Na+ -912 -770 -741 -699K+ -828 -686 -657 -615
Rb+ -807 -665 -636 -594Cs+ -782 -640 -611 -569
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Haluros: solubilidad
■ La DHdisolución depende de la diferencia entre las entalpías de hidratación del anión y del catión:
DHsolvatación (X-) - DHsolvatación (M+)
■ Para LiF es ligeramente positiva, por loque se absorbe calor para su disolución.
■ Los haluros con mayor diferencia deentalpías de hidratación de sus ionesson los que se disuelven exotérmicamente.
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Métodos de obtención
Se presentarán en las clases de tutorías
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Aplicaciones Li
Aleaciones Li-Al Síntesis orgánica Jabones (grasas) de Li como lubricante en motores Li2CO3 en vidrios y cerámicas Baterías de Li
Na Síntesis de metales Refrigerante de reactores nucleares (Na-K) Aleación Na-K termómetro de alta temperatura Células fotoeléctricas Baterías sodio/azufre
K (Fertilizantes) Rb y Cs (Células fotoeléctricas)
carga
descarga
carga
desca
2 6
r
2
2 g4 6 2 4a
6 ( )
6 ( )
LiCoO C grafito LiC CoO
LiMn O C grafito LiC Mn O
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Aplicaciones del cloruro sódico
49,4%
7,6% Industria del cloro-álcali(Cl2, NaOH, H2)
Otros productos (7,6%)
Na2CO3 (9,8%)Otros productos químicos (3,7%)
Pulpa de papel (0,4%)
Industria textil y tintes (0,4%)Enlatado de comidas y productos lácteos (0,7%)Procesado de carne (1,3 %)
Ablandamiento de aguas (1,8%)
Sal de mesa (2,7%)
Comida para animales (4,2%)
Fundido de hielo en carreteras (16,6%)
Manufacturación de metal (0,5 %)
Gomas y aceites industriales (0,9%)
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Cuestiones de clase ¿Por qué disminuyen los puntos de fusión de los elementos alcalinos al bajar en
el grupo?
¿Por qué aumenta la reactividad de los elementos alcalinos frente a oxígeno,halógenos, etc… al bajar en el grupo?
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