APLICAÇÕES DOS METAIS ALCALINOS

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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

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

- 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.

Apesar da grande semelhança química os metais alcalinos não ocorrem juntos. O lítio é obtido principalmente a partir de minerais do grupo de silicatos, como o espodumênio LiAl(SiO3)2 e a lepidolita Li2Al2(SiO3)3(FOH)2. A principal fonte de sódio é o NaCl presente na água do mar e sal-gema (cristal de NaCl). O potássio ocorre principalmente como depósitos de KCl (silvita), de uma mistura de KCl e NaCl (silvinita), e do sal duplo KCl·MgCl2·6H2O. Não há nenhuma fonte conveniente para obtenção de rubídio e somente uma para o césio. Assim, esses elementos são obtidos como subprodutos do processamento do lítio. O frâncio é radioativo, e como estes tem um período de meia-vida de apenas 21 minutos, este elemento não ocorre em quantidades significativas na natureza.

- MÉTODOS DE OBTENÇÃO

O sódio é obtido pelo processo Downs, por meio da passagem de corrente elétrica em cloreto de sódio fundido com CaCl2 nas respectivas proporções de 40 e 60%. Essa mistura funde a 603 ºC, enquanto que NaCl puro funde 803 ºC. A principal fonte de cloreto de sódio para esse processo é o sal-gema. Sais conduzem corrente elétrica apenas no estado líquido (ou em solução aquosa). As reações no catodo e anodo são as seguintes:

Catodo: [pic 7][pic 8]

Anodo: [pic 9][pic 10]

Na Figura 4 é apresentado o esquema de uma célula de Downs. Uma célula de Downs é formada por um recipiente cilíndrico de aço, medindo cerca de 2,5 m de altura e 1,5 m de diâmetro, revestido com tijolos refratários. O anodo é um bastão de grafite rodeado por um catodo de aço fundido, que se encontra no centro do cilindro. Uma tela de metal separa os dois eletrodos e impede que o Na formado no catodo se recombine com Cl2, formado no anodo. O sódio fundido sobrenada, pois ele é menos denso que o eletrólito, e é coletado numa calha invertida, removido da célula e empacotado em cilindros de aço. A pequena quantidade de Ca formado durante a eletrólise é insolúvel no sódio líquido.

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Figura 4. Célula de Downs utilizada na produção de sódio metálico (adaptado de Lee, 2003).

Potássio metálico também poderia ser produzido de modo semelhante, por meio da eletrólise de KCl fundido. Contudo, a célula deve ser operada a temperaturas mais elevadas, pois o ponto de fusão do KCl é mais elevado, e isso provocaria a vaporização do potássio liberado. Como o sódio é um agente redutor mais forte que o potássio e é de