QM 1123 Tema 11 Elementos del Grupo IA pdf

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(1)QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. 1.

(2) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. 2.

(3) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. M+. (sales iónicas). electruros ión M-. Química de los metales alcalinos:. alcaluros. Existencia de moléculas covalentes en fase gaseosa. Molécula. ∆Hdisociación kJ/mol. Li2. 108. Na2. 73.3. K2. 49.9. Rb2. 47.3. Cs2. 43.6. 3.

(4) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. Propiedades que decrecen cuando se baja en el grupo: ♦.- Puntos de fusión y calores de sublimación. ♦.- Energías reticulares de las sales. Ejemplos: LiH estable hasta 900ºC, Li3N estable, ♦.- Energías. de. NaH descompone a 350ºC.. Na3N no existe a 25ºC.. hidratación. y. radios. de. los. iones. hidratados. ♦.- Facilidad a la descomposición térmica. de. nitratos,. carbonatos, hidruros, nitruros, etc.. Otros iones con comportamiento químico parecido:. NH4+ , RNH3+ , R4N+. Similares al K+ en solubilidad y estructuras cristalinas. Tl+ similar al Rb+ por su semejanza en radio iónico.. 4.

(5) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA Reactividad, generalidades…. La reactividad de los metales aumenta desde el Li hasta el Cs. Ejemplos: 1.- Reactividad de los elementos en agua.. 2.- Reactividad hacia el fenil acetileno.. C 2. CH. C. + 2M. C. 2. Con Li la reacción no ocurre. Desde el Na hasta el Cs progresa más rápidamente.. 5. M +. H2.

(6) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA Obtención de los metales:. Litio:. extracción ∆ 750 – 950ºC. Espodumena pulverizada. Li2SO4 + otros K2SO4. Li2SO4 + 2HCl. LiCl + H2SO4. electrólisis Sodio: a) Electrólisis. b) Gay-Lussac y Thenard lo obtuvieron según la reacción: Na2CO3 + 2C. 2Na + 3CO. 6.

(7) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA Potasio: Sal fundida de KCl + Na(vapor). K. se separa por destilación. Rubidio: Electrólisis de sus sales fundidas. Fuentes importantes de sales de metales alcalinos y alcalinoalcalinotérreos: ♣.- Se estima que en los mares hay 5 x 1016 toneladas de sales. ♣.- Cada 100 g de líquido del mar muerto contiene: 8 g de NaCl, 10.3 g e MgCl2, 1.4 g de KCl, 3.7 g de CaCl2 y 0.5 g de MgBr2. ♣.- Del 3.88% de sales presentes en el 3.0% corresponde a NaCl.. 7. Mediterráneo,.

(8) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. Mar Muerto, lago salado situado entre Israel y Jordania. A unos 395 m bajo el nivel del mar, es la extensión de agua más baja de la Tierra. El lago tiene unos 76 km de largo y una anchura máxima de unos 16 km; su superfície es aproximadamente de 1.049 km2. El mar Muerto ocupa la parte norte del Rift Valley. Al este se eleva la meseta del Moab a unos 1.340 m por encima del nivel del mar; al oeste la meseta de Judea sólo alcanza la mitad de esa altura. Desde la orilla oriental una península se adentra en el lago. Hacia el sur de esta península el lago es poco profundo, menos de 6 m de profundidad, mientras que en el norte se encuentra su máxima profundidad, 396 metros. El mar Muerto recibe agua del río Jordán, que entra en el lago desde el norte. Hay también otras corrientes más pequeñas que también desembocan en el lago, principalmente desde el este. El lago no tiene salida, y el gran aporte de agua dulce sólo se ve reducido por la evaporación, que es rápida debido al cálido clima del desierto. El mar Muerto, que es seis veces más salado que los océanos, contiene, a una profundidad de 305 m, un 27% de sustancias sólidas: cloruro sódico (sal común), cloruro magnésico, cloruro cálcico, cloruro potásico, bromuro magnésico y muchas otras sustancias. Debido a la densidad de sólidos en el agua, el cuerpo humano flota fácilmente en la superficie. El lago no contiene ninguna clase de vida, excepto varios tipos de microbios; los peces marinos que se adentran en él, mueren rápidamente. El mar Muerto es económicamente importante como fuente de potasas, bromuro, yeso, sal y otros productos químicos que se extraen en gran cantidad y de manera muy económica. En las orillas del mar Muerto se han creado centros de salud invernales que están en desarrollo. El lago está íntimamente ligado a la historia bíblica: las ciudades de Sodoma y Gomorra se sitúan tradicionalmente en sus orillas, y los esenios escribieron los manuscritos que hoy se conocen como manuscritos del mar Muerto en la comunidad que establecieron en la orilla noroccidental del lago. La fortaleza de Masada, situada en lo alto de una montaña, que fue el último reducto de los judíos celotes frente a los romanos en 70-72, también se encuentra en la orilla occidental.. 8.

(9) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. Tema: Descriptiva de los metales alcalinos.. 9.

(10) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA ♣.- Formación de amidas: Los metales alcalinos se disuelven con facilidad en amoníaco líquido:. fuerte color azul y propiedades reductoras.. +. M + NH3(liq). M (NH3)x. MNH2. +. -. e (NH3)y. +. cat. H2. sólidos blancos. ♣.- Formación de óxidos: combustión. M. Elemento.. +. O2. Óxido.. “MO”. Superóxido.. Peróxido.. Li. Li2O. ----. Li2O2. Na. Na2O. ----. Na2O2. K. K2O. KO2. K2O2. Rb. Rb2O. RbO2. Rb2O2. Cs. Cs2O. CsO2. Cs2O2. 10.

(11) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA ♣.- Formación de hidróxidos: Debido al gran carácter electropositivo de los metales, los óxidos se hidrolizan para generar soluciones fuertemente básicas:. M2O2. M2O. +. +. 2H2O. 2M+. H2O 2M+. +. +. 2OH-. 2OH-. +. H2O2. Los hidróxidos son sólidos blancos cristalinos solubles en agua o en alcohol.. Hidróxido de sodio (NaOH), síntesis: ♣.- A partir de la cal apagada (hidróxido de calcio):. Ca(OH)2. +. Na2CO3. 2NaOH. +. CaCO3 insoluble. ♣.- A gran escala por métodos electrolíticos:. 11.

(12) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA A). Procedimiento de diafragma (Griesheim 1890).. Diafragma de cemento poroso o asbesto Anodo de grafito o Fe3O4 (OXIDACIÓN). Cátodo de hierro (REDUCCIÓN). -. +. NaCl. NaCl. H2. Cl2. reacciones: cátodo: Na+ + e-. Na. Na + H2O. ánodo: 2Cl-. Cl2. 12. +. 2e-. NaOH + H2.

(13) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. B). Procedimiento de amalgama (celda de Kellner Solvay). ánodo de grafito (-). Cl2. NaCl + H2O. +. Hg. H2 + NaOH. H2O. Hg/Na. electrodos de hierro. Reacción anódica (oxidación): 2 Cl-(ac) --> Cl2(g) + 2eReacción catódica (reducción): Na+ (ac) + e- --> Na (Hg) El cátodo de Hg líquido impide la formación del H2 gaseoso (elimina el problema del sobrepotencial) 2 Na(Hg) + 2 H2O (l) --> 2 NaOH + H2(g) + Hg(l) 13.

(14) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. MÉTODO DE DIAFRAGMA. Ventajas Desventajas - Utiliza salmueras poco puras. - Obtiene NaOH diluido (11%), contaminado con cloruros. -Proceso muy eficiente, relativo bajo consumo eléctrico. - El Cl2 se obtiene contaminado con oxígeno. - Problema con los asbestos.. MÉTODO DE AMALGAMA. Ventajas - Produce NaOH de máxima concentración (50%).. Desventajas - Consumo eléctrico elevado.. - Produce Cl2 gaseoso puro.. -. - 200 – 500 g NaOH/lt agua salada.. más. Requiere salmueras más puras que el proceso de diafragma. - Problemas inherentes al uso del mercurio.. ♣.- Formación de carbonatos: 14.

(15) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. Reacción general:. MOH + CO2. M2CO3↓. Otras reacciones particulares son: Obtención de Li2CO3: LiCl2 + Na2CO3. Li2CO3 + NaCl. Obtención de Na2CO3:. esta presente en los minerales siguientes: Na2CO3. natrón termonatrita trona. Na2CO3.H2O. Na2CO3.NaHCO3.2H2O. 15.

(16) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA En 1794 Leblanc ideó un proceso para la obtención que llevó su nombre por mucho tiempo: NaCl + H2SO4. Na2SO4 + 2HCl. calor. Na2SO4 + 2C Na2S +. Na2S + 2CO2. CaCO3. CaS + Na2CO3. se recristaliza Obtención de K2CO3: Es muy difícil obtenerlo por su gran solubilidad. Sin embargo puede hacerse a partir del proceso Leblanc y el KCl. Además:. KOH + Li2CO3. K2CO3 + LiOH poco soluble. Los carbonatos pueden sufrir reacciones de descomposición térmica según: M2CO3. MO + CO2. Con el metal más pequeño progresa más fácil la reacción.. 16.

(17) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA ♣.- Formación de nitratos: Reacción general: MOH + HNO3. MNO3 + H2O. El más importante es el de sodio: Nitrato de Chile, sólido cristalino compuesto por nitrato de sodio, NaNO3. Se encuentra en las grandes superficies de Sudamérica. (especialmente. en. Chile). en. estratos. con. espesores que varían entre los 15 cm y los 3,6 m. Los estratos aparecen entremezclados con arena, depósitos de yeso, cloruro de sodio y otras sales. El nitrato de Chile puro cristaliza en. el. sistema. romboédrico. formando. cristales. blancos. semejantes a la calcita. Su dureza varía entre 1,5 y 2. Su densidad relativa varía entre 2,24 y 2,29, y presenta una segmentación romboédrica perfecta. Es delicuescente, es decir, absorbe agua de la atmósfera, humedeciéndose y disolviéndose gradualmente. Se utiliza como fertilizante y para fabricar ácido nítrico y salitre, menos abundante.. 17.

(18) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA ♣.- Formación de haluros: Reacción general: 2M + X2. 2MX sólidos cristalinos estables. ♣.- Formación de sulfatos: Reacción general: calor. 2MX + H2SO4. M2SO4 + 2HX↑. ♣.- Formación de hidruros salinos: Reacción general: calor. 2M + H2. 2MH. Características: sólidos blancos cristalinos agentes reductores En agua desprenden hidrógeno según: MH + H+. M+ + H2. 18.

(19) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA ♣.- Formación de complejos: Los iones pueden acomplejarse con una gran variedad de ligandos como β-dicetonas, nitrofenol, aminas, éteres, carboxilatos, alcóxidos, etc. Una clase importante de ligandos son los éteres de corona como el criptando 222. O. O. :. O. O. N. N. :. O. O. Const. estabilidad para:. 19. M+ + L. ML+.

(20) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA ♣.- Formación de iones M-:. Solución de etilamina, sodio y 2,2,2-criptando dan lugar a la. formación. de. un. compuesto. de. formula. [Na(2,2,2-. criptando)]+ Na-, donde Na- es el contraión. Los cristales son estables. Estas especies reciben el nombre de alcaluros. Otras especies. importantes. son. los. electruros. que. contienen. electrones atrapados en cavidades esféricas de tamaño 2.4 Å. Son sólidos color bronce y muy reactivos.. ♣.- Relaciones diagonales: La propiedades del litio son similares a los otros miembros del grupo IA, pero existen algunas diferencias que pueden deberse al pequeño tamaño del Li y Li+. Se observa semejanzas entre los primeros miembros del grupo y los elementos adyacentes diagonalmente en la tabla periódica (Relación Diagonal). Li. Be. B. C. Na. Mg. Al. Si. 20.

(21) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. Semejanzas Li y Mg. Relación diagonal Li y Mg Son relativamente inertes. El Li puede ser manejado en el aire sin perder su brillo Son metales relativamente duros Forman M2O cuando reacc. con O2.. Na Na, K, Rb , y Cs Muy reactivos – Rb y Cs son pirofóricos Son metales blandos Forman el peróxido ( Na) o superóxido (K, Rb y Cs Cs) Se conocen los superóxidos para los cuatro elementos (MO2). No forman superóxidos en condiciones normales Atacan al N2 para formar nitruros Li3N y Mg3N2 No reaccionan con el dinitrógeno que se hidrolizan dando amoníaco. Se conocen los Los hidrogenocarbonatos no se pueden aislar, hidrogenocarbonatos sólidos para sólo se detectan en disolución los cuatro elementos Carbonatos, hidróxidos y peróxidos se descomponen bajo calentamiento suave. Descomposiciones similares sólo ocurren a temperaturas más elevadas. Nitritos y nitratos se descomponen para dar los monóxidos. Nitratos se descomponen a nitritos ~500 ºC. Sólo a ~800 ºC los nitritos forman los óxidos. MF, MOH, M2CO3, M2C2O4 y M3PO4 son ligeramente solubles en agua. Las correspondientes sales son solubles en agua. Los compuestos organometálicos: Compuestos organometálicos se caracterizan: altos puntos de fusión, insolubles bajos puntos de fusión, solubles en disolventes en disolventes orgánicos orgánicos, covalentes con estructuras habituales, de carácter frecuentemente poliméricas fundamentalmente iónico. 21.

(22) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. USOS: 22.

(23) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA. Litio - El estereato de litio mezclado con aceites sirve para producir un lubricante universal resistente a altas temperaturas. - El hidróxido de litio se usa para absorber el anhídrido carbónico en los vehículos espaciales. - Aleaciones de litio con aluminio, cobre, manganeso, y cadmio se emplean para fabricar aviones. - Compuestos como LiAlH4 y reactivos organo litio (LiMe, LiPh, etc.) son muy importantes como reactivos en síntesis química orgánica. - El calor específico del litio metálico es más alto de cualquier elemento sólido y puede ser empleado en materiales para transferencia de calor. - Aplicaciones nucleares. - El litio a veces se usa como material de anódico en baterías (debido al alto potencial electroquímico) por ello se usan los compuestos del litio en las pilas secas. - El litio se usa en la fabricación de vidrios y cerámicas especiales. - Compuestos a base de litio como el carbonato de litio (Li2CO3) se usa en el tratamiento de desórdenes maníaco-depresivos. Sodio - Sodio metálico se usa en la preparación de titanio a partir de TiCl4. - Sodio se usa en la fabricación de amida de sodio, cianuro de sodio, peróxido de sodio, y el hidruro de sodio. - El metal se usa en la reducción de esteres orgánicos, y en la preparación de compuestos orgánicos. - Compuestos de sodio que incluyen a la sal común (el cloruro de sodio, NaCl), el carbonato sódico, Na2CO3, bicarbonato de sodio, NaHCO3, y el hidróxido de sodio, NaOH, son empleados en la producción de papel, vidrios, jabón, textiles, petróleo, industria química, metalurgia. - El vapor de sodio se usa en las lámparas para la iluminación de las calles. - La sal de la mesa usada para sazonar alimentos.. Potasio 23.

(24) QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA - El superóxido KO2 se usa en aparatos respiratorios dónde la humedad de la respiración y el anhídrido carbónico reaccionan con él, para producir oxígeno 2KHCO3 + O2 2KO2 + H2O + 2CO2 - Fertilizantes - normalmente como el cloruro, sulfato, nitrato, o carbonato de potasio. - El nitrato del potasio, KNO3, y clorato de potasio, KClO3, se usan en los fuegos artificiales. - El permanganato de potasio, KMnO4, es un agente oxidante importante. - Producción de sal que tiene bajo contenido de sodio. - El hidróxido de potasio se usa en la preparación de fosfatos de potasio que se emplean en los detergentes líquidos. Rubidio - Usado en los tubos de vacío. - Componente de células fotoeléctricas. - Usado para hacer vidrios especiales. Cesio - Empleado como catalizador en la hidrogenación de compuestos orgánicos. - Se usa en los relojes atómicos. - Usado en las células fotoeléctricas y tubos de vacío. - Lámparas de IR.. Francio - Francio no tiene ningún uso conocido.. 24.

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