Metais alcalinos, propriedades físicas e químicas, usos, obtenção

O metais alcalinos Estes são os elementos que fazem parte do grupo I da tabela periódica, exceto hidrogênio: lítio (li), sódio (Na), potássio (k), rubidid. Ao contrário da maioria dos metais, eles têm baixas densidades e são muito reativos. Devido a essa grande reatividade química, eles nunca são encontrados na natureza em sua forma elementar.

Esses metais formam compostos iônicos simples e estáveis ​​que, na maioria das vezes, são solúveis em água; Os metais alcalinos são geralmente combinados com halogenídeo, sulfato, carbonato e íons de silicato. No entanto, alguns elementos formam um número limitado de compostos complexos e organometais.

Em geral, as propriedades físicas e químicas dos metais alcalinos foram bem estudados, exceto Frania devido à sua natureza radioativa.

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Propriedades físicas

- Os metais alcalinos são prateados, exceto césio, que é dourado. Eles conduzem eletricidade e calor e têm baixos pontos de fusão que também diminuem com o aumento do número atômico, porque a ligação entre os átomos é enfraquecida pelo aumento do raio atômico.

- O fato de ter apenas um elétron de Valência por Atom também torna sua ligação metálica fraca. Consequentemente, os metais alcalinos também são macios o suficiente para cortá -los com uma faca ou uma espátula.

- Todos os elementos adotam uma estrutura cúbica centrada no corpo. Como esse tipo de estrutura cristalina não é embalado e os rádios atômicos de metais alcalinos são grandes, eles têm baixas densidades em comparação com outros metais. De fato, lítio, sódio e potássio na água.

- Diferenças de energia entre os orbitais da camada de Valência de metais alcalinos coincidem com comprimentos de onda da luz visível. Por causa disso, ao aquecer os compostos formados por esses metais em uma chama, as cores características são geradas.

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- Em ordem decrescente, os sais de lítio dão uma cor carmesim, sais de sódio uma cor amarela, potássio uma cor violeta, rubídio uma cor vermelha azulada e cessar uma cor azul.

Propriedades quimicas

Todos os metais alcalinos têm semelhanças em suas propriedades químicas.

- Eles têm uma configuração eletrônica do Valencia NS1, que se traduz em um estado de oxidação +1. Por sua vez, isso significa que eles perdem facilmente um elétron para obter uma configuração de gás nobre.

- Em geral, os metais alcalinos têm as menores energias de ionização de todos os elementos, que também diminuem à medida que o raio atômico aumenta dentro do grupo porque a camada de Valência está cada vez mais distante do núcleo. Isso explica a reatividade dos metais alcalinos e a formação de íons M+ em condições facilmente aquosas.

- A tendência termodinâmica de formar íons M+ é confirmada pelos potenciais padrão de pares M+/M, que são todos grandes e negativos. Tal tendência implica que os metais alcalinos oxidam facilmente e podem atuar como agentes reduzidos poderosos.

- Esses elementos devem ser armazenados em um óleo não reativo para evitar a reação com oxigênio atmosférico. Embora lítio, sódio e potássio possam ser manipulados no ar por curtos períodos, o rubídio e o césio devem ser tratados sob uma atmosfera inerte o tempo todo.

Obtendo metais alcalinos

Sódio

A melhor maneira de obter sódio metálico envolve eletrólise de cloreto de sódio fundido. Como o ponto de fusão do cloreto de sódio é bastante alto (808 ° C) e muita energia é necessária para manter grandes quantidades da substância fundida, o cloreto de cálcio (CACL2) é geralmente adicionado para reduzir o ponto de fusão para cerca de 600 ° C.

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O sódio é obtido em um estado líquido no cátodo com uma pureza de 99,95% sob uma atmosfera inerte.

Lítio e potássio

O lítio também pode ser obtido de seus cloretos fundidos por eletrólise, mas não é o caso do potássio porque é muito solúvel em cloreto (KCL) e não flutua na superfície da célula. Além disso, evapora facilmente para a temperatura operacional, por isso cria condições perigosas.

Portanto, o potássio é obtido pela redução de KCl fundido com sódio líquido. O sódio presente no potássio é eliminado condensando o vapor a 892 ° C e realizando uma destilação fracionada de metais líquidos.

Rubidio e Cesio

Configuração eletrônica de césio. Fonte: Pumbaa (trabalho original de Greg Robson) / CC BY-SA 2.0 UK (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/2.0/Reino Unido/Deed.em)

Rubidio e césio podem ser obtidos da mesma forma, mas usando cálcio como um agente redutor. O cessium metálico também pode ser obtido por eletrólise de cianeto de cídico fundido (CSCN).

Principais usos e aplicações

Sódio como um agente redutor

Como o sódio é facilmente oxidado, sua aplicação mais importante é como um agente redutor para obter metais como Titanium, Surround e Hafnio. Também é usado como trocador de calor em reatores nucleares em seu estado líquido.

Potássio como fertilizante

Cloreto de potássio, um fertilizante. Fonte: Abbas Cucaniensis/CC BY-SA (https: // CreativeCommons.Org/licenças/BY-SA/4.0)

A maior parte do potássio processada vai para fertilizantes na forma de cloreto de potássio. Por sua vez, o cloreto é usado na produção de outros compostos e soluções, como o hidróxido de potássio, que é usado na fabricação de sabonetes líquidos.

O cianeto de potássio é usado para extração ou revestimento de metal para facilitar a deposição de cobre, prata e ouro. O potássio também pode ser encontrado em alguns explosivos e como fogos de artifício.

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Lítio como agente de liga

O lítio metálico é usado como agente de liga na produção de ligas aeronáuticas e aeroespaciais de alumínio e magnésio. Mas com o passar do tempo, ele encontrou crescente utilidade como ânodo de bateria alcalina.

O lítio metálico também permite reduzir as temperaturas de fusão e sinterização de certos tipos de vidro e cerâmica, além de diminuir seu coeficiente de expansão. O carbonato de lítio é amplamente usado para tratar condições bipolares, enquanto estearato de lítio é um lubrificante amplamente utilizado na indústria automotiva.

Rubidio e Cesio

Rubidio e césio são geralmente usados ​​nas mesmas aplicações; portanto, um desses elementos pode ser substituído pelo outro. As aplicações incluem vidro de fibra óptica na indústria de telecomunicações, equipamentos de visão noturna e células fotoelétricas. O relógio Cesio (relógio atômico) é usado para a medida de tempo padrão internacional e para a definição do segundo.

Referências

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