APLICAÇÕES DOS METAIS ALCALINOS

1. APLICAÇÕES DOS METAIS ALCALINOS

Os metais alcalinos compreendem os metais do Grupo 1 da tabela periódica: lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb), césio (Cs) e frâncio. O adjetivo “alcalino” é porque a reação desses metais com água forma álcalis (bases fortes).

Sódio é, de longe, o metal alcalino mais importante em termos de uso industrial. O metal é empregado na redução de compostos orgânicos e na preparação de muitos compostos comerciais. Na forma de metal livre, é usado como fluido de transferência de calor em alguns reatores nucleares. Centenas de milhares de toneladas de compostos comerciais que contém sódio são usados anualmente, incluindo o sal comum (NaCl), bicarbonato de sódio (NaHCO3), carbonato de sódio (NaCO3) e soda cáustica (NaOH). Potássio tem uso consideravelmente menor do que o sódio, enquanto metal livre. No entanto, sais de potássio, são consumidos em quantidades consideráveis na manufatura de fertilizantes.

O metal lítio é usado em ligas lítio-alumínio extremamente leves que são aplicadas na construção de aviões. Uma importante aplicação do lítio é na fabricação de baterias de baixo peso. Baterias não recarregáveis de lítio são empregadas em diversos aparelhos portáteis, como câmeras, celulares, marca-passos, entre outros. Também é empregado em síntese orgânica. LiCl e LiBr são extremamente higroscópicos e são utilizados em processos de secagem industriais e condicionamento de ar. Compostos de lítio são utilizados para o tratamento de certos distúrbios mentais, como depressão maníaca.

Rubídio e césio e seus compostos possuem uso limitado, mas o vapor do metal césio é usado como relógios atômicos, que são tão precisos que são utilizados como padrões de tempo.

1. PROPRIEDADES DOS METAIS ALCALINOS

1. Propriedades físicas

Os metais livres, exceto o lítio, são altamente dúcteis (macios) e prateados e podem ser cortados com uma faca; lítio é mais duro. Césio é ligeiramente dourado e se funde na mão (envolvida por uma luva plástica porque esse metal muito corrosivo). Além disso, os metais alcalinos são excelentes condutores de calor e eletricidade. Esses metais se ionizam quando irradiados com luz de baixa-energia (efeito fotoelétrico). Esses efeitos se tornam mais pronunciados com o aumento do raio atômico. Césio é usado em células fotoelétricas.

As propriedades dos metais alcalinos variam regularmente ao longo do grupo, de cima para baixo, conforme mostrado na Tabela 23-1.

Tabela 1. Propriedades dos metais alcalinos. Os termos em inglês: “outer electrons” significa “elétrons da camada mais externa”, “melting point” significa “ponto de fusão”, “boiling point” significa “ponto de ebulição”, “density” significa “densidade”, “atomic radius” significa “raio atômico”, “eletronegativity” significa “eletronegatividade”, “ionization energies” significa “energias de ionização”.

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Todos os elementos do Grupo 1 possuem um elétron de valência no orbital mais externo – um elétron s, que ocupa um orbital esférico. O elétron de valência encontra-se bastante afastado do núcleo e, portanto, pode ser removido com mais facilidade. Por outro lado, os demais elétrons estão mais próximos do núcleo, são mais firmemente ligados e dificilmente removidos.

Os pontos de fusão dos metais alcalinos são relativamente baixos (quando comparados aos de outros metais), variando de 186 ºC, para o Li, a 29 ºC para o Cs. Isso ocorre por causa das grandes distâncias interatômicas nos cristais e as fracas energias de ligação associadas com tais arranjos. Esses mesmos fatores também são responsáveis pelas baixas densidades, baixos calores de fusão, e pequenas mudanças no volume durante a fusão desses metais.

Os átomos do Grupo 1 são os maiores nos seus respectivos períodos, na tabela periódica, conforme mostrado na Figura 1. Quando o elétron da camada de valência é removido para formar cátions, o tamanho diminui consideravelmente. Os íons positivos são sempre menores do que os átomos correspondentes. Mesmo assim, os íons do Grupo 1 são muito grandes e seu tamanho aumenta do Li+ até o Fr+, à medida que camadas adicionais de elétrons são acrescentadas.

Como os átomos são grandes, os elementos do Grupo 1 apresentam densidades muito baixas. As densidades do lítio, sódio e potássio são menores que a da água e não é algo comum para metais, visto que a maioria dos metais de transição possuem densidades superiores a        5 g/cm3.

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Figura 1. Periodicidade do raio atômico. As expressões em inglês: “atomic size increases” significa “raio atômico aumenta” e “atomic size decreases” significa “raio atômico diminui”.

As baixas energias de ionização dos metais desse grupo (quando comparadas a de outros elementos de qualquer outro grupo) mostram que o único elétron da camada mais externa é facilmente removido. Em todos os compostos de metais alcalinos exibem o estado de oxidação +1. Praticamente todos são iônicos. A extremamente alta energia de segunda ionização mostra que a remoção de um segundo elétron de uma camada completa é impossível por métodos químicos.[pic 4]

Figura 2. Periodicidade da primeira energia de ionização (“first ionization energy”) em função do número atômico (“atomic number”).

Os valores de eletronegatividade dos elementos desse grupo são relativamente pequenos – na verdade, são menores do que de qualquer outro elemento. Assim, quando eles reagem com outros elementos para formarem compostos, geralmente existe uma grande diferença de eletronegatividade entre eles, com a consequente formação de ligações iônicas.

À temperatura ambiente, todos os metais do Grupo 1 adotam a estrutura cúbica. No entanto, o lítio forma uma estrutura hexagonal uando é resfriado a temperaturas muito baixas.

A	B
[pic 5]	[pic 6]

Figura 3. Estruturas cristalinas comuns em metais alcalinos: cúbica de corpo centrado (A) e hexagonal de empacotamento compacto (B).

1. ABUNDÂNCIA E OCORRENCIA

Os metais alcalinos não são encontrados livres na natureza, porque são facilmente oxidados. Esses metais são produzidos de maneira econômica por eletrólise de seus sais fundidos. Sódio (2,6 % de abundância em massa) e potássio (2,4% de abundância) são bastante comuns na crosta terrestre. Os outros metais do grupo 1 são muito raros. Frâncio consiste apenas de isótopos radioativos de vida-curta formados pela emissão de partículas-alfa a partir do actínio. Potássio e césio também possuem radioisótopos naturais. Potássio-40 é importante no método de datação baseado no decaimento radioativo do potássio-argônio.