METAIS ALCALINOS (Lítio-Li, Sódio-Na, Potássio-K, Rubídio-Rb, Césio-Cs e Frâncio-Fr)

OCORRÊNCIA E ABUNDÂNCIA

Os elementos químicos deste grupo (grupo I) são muito semelhantes, porém não ocorrem juntos, principalmente por causa dos diferentes tamanhos de seus íons.
O lítio é o trigêsimo quinto elemento mais abundante, em peso, e é obtido principalmente a partir de minerais do grupo dos silicatos, como o espodumênio LiAl(SiO₃)₂ e a lepidolita Li₂Al₂(SiO₃)₃(FOH)₂.
O sódio e o potássio são o sétimo e oitavo elementos mais abundantes da crosta terrestre, em peso, respectivamente. NaCl e KCl ocorrem em grande quantidade de água do mar.
A principal fonte de sódio é o sal-gema (NaCl). Outros saís, incluindo NaCl, Na₂B₄O₇.10H₂O (bórax), Na₂CO₃ (soda), NaHCO₃.2H₂O, NaNO₃ (salitre) e Na₂SO₄ (mirabilita), são obtidos a partir de depósitos formados pela evaporação das águas de antigos mares, com o Mar Morto e o Grande Lago Salgado em Utah, EUA. O cloreto de sódio é extremamente importante, e é usado em maiores quantidades que qualquer outro composto.
O potássio ocorre principalmente como depósitos de KCl (silvita), de uma mistura de KCl e NaCl (silvinita), e do sal duplo KCl.MgCl₂.6H₂O (carnalita). Sais solúveis de potássio são denominados coletivamente de "potassa".
O rubídio não possui nenhuma fonte para sua obtenção de modo conveniente e há somente uma para o césio. Esses elementos são obtidos como subprodutos do processamento do lítio.
Os elementos mais pesados que o ⁸³Bi (bismuto) são radioativos. Assim, o frâncio (número atômico 87) é radioativo, e como este tem um período de meia-vida de 21 minutos, ele não ocorre em quantidade apreciável na natureza. Todo o frâncio existente nos primórdios da evolução da Terra já estará desintegrado e aquele produzido agora a partir do actínio terá uma existência transitória.

OBTENÇÃO DOS METAIS

Os metais desse grupo são reativos demais para serem encontrados no estado livre. Seus compostos são dos mais resistentes ao calor, de modo que a decomposição térmica é impraticável.
Os metais alcalinos são os agentes redutores mais fortes conhecidos, por isso são se pode obtê-los pela redução de seus óxidos. A eletrólise de soluções aquosas de seus compostos também não é boa prática a não ser que seja utilizado cátodos de mercúrio, que levam à obtenção de amálgamas; porém a obtenção de metais puros a partir das amálgamas é difícil.
Os metais alcalinos podem ser obtidos a partir de eletrólise de uma mistura fundida de 40% de NaCl e 60% de CaCl₂ numa célula de Downs, conforme abaixo:

Uma célula semelhante pode ser usada para obter potássio a partir de KCl fundido. No entanto, a célula deverá ser operada a temperaturas mais elevadas, porque o ponto de fusão do KCl é mais elevado e isto provoca vaporização do potássio liberado. O método moderno de obtenção do potássio consiste na redução de KCl fundido com vapor de sódio a 850°C numa torre de fracionamento: Na + KCl ® NaCl + K.
O Rubídio e Césio são produzidos de maneira semelhante, reduzindo seus cloretos com Ca a 750°C, sob pressão reduzida.

USOS DOS METAIS DO GRUPO I

LÍTIO:
O lítio é no composto chamada estereato de lítio C₁₇H₃₅COOLi é usado na fabricação de graxas lubrificantes para automóveis. Já o carbonato de lítio Li₂CO₃ é adicionado à bauxita na produção eletrolítica de alumínio para reduzir o ponto de fuso. O carbonato de lítio é também usado para endurecer o vidro. O lítio também tem usos medicinais, pois afeta o equilíbrio entre Na⁺ e K⁺ e entre Mg²⁺ e Ca²⁺ no organismo. O metal lítio é usado na fabricação de ligas, por exemplo, uma liga com chumbo para mancais de "metal branco" em motores e máquinas, ou uma liga com alumínio para a fabricação de peças leves e resistentes na indústria aeronáutica, e uma liga com magnésio para fabricar chapas blindadas. O lítio é usado também em células eletroquímicas nas baterias que produzem eletricidade através de uma reação química, e se descarregam com o esgotamento desta reação. Essas baterias têm ânodo de lítio, cátodo de carbono e SOCl₂ como eletrólito. O lítio é empregado também para a geração de hidrogênio, e o LiOH para absorver CO₂.

SÓDIO:

Substâncias contendo sódio tem variadas utilizações como segue:

NaOH - hidróxido de sódio (conhecida como soda cáustica) é usada na indústria, sendo empregada numa grande variedade de finalidades, incluindo a fabricação vários outros compostos inorgânicos e orgânicos: na produção de papel, em neutralizações e na obtenção de alumina, sabões e raiom e também na fabricação de vidro, fosfatos, silicatos e produtos de limpeza e também como agente que remove o SO₂ dos gases poluentes de usinas termelétricas alimentadas a carvão.

Na₂CO₃ - carbonato de sódio - é utilizando em grandes quantidades no lugar de NaOH em muitas aplicações, como a fabricação de papel, sabão e detergentes.

Na₂SO₄ - o sulfato de sódio é empregado na indústria de papel, detergente e vidro.

NaOCl - hipoclorito de sódio é usado como agente alvejante e como desinfetante.

NaHCO₃ - bicarbonato de sódio é usado em fermentos químicos.

Na - sódio metálico é empregado numa liga de Na/Pb (sódio/chumbo) usada para fabricar chumbo tetraetila e chumbo tetrametila, que são agentes antidetonantes nos combustíveis para automóveis (há uma crescente diminuição do uso destes compostos com a introdução de gasolina isente de chumbo). O sódio metálico líquido é refrigerante em um tipo de reato nuclear. É usado para transferir calor do reator às turbinas em que é obtido o vapor usado para gerar eletricidade. Pequenas quantidades de sódio metálico é empregado também em síntese orgânica e para secar solventes orgânicos.

POTÁSSIO:

O potássio é um elemento essencial à vida. Cerca de 95% dos compostos de potássio são usado como fertilizantes para plantas.
Substâncias contendo potássio e sua utilização:

KCl, K₂SO₄, KNO₃ - cloreto de potássio, sulfato de potássio e nitrato de potássio utilizados como fertilizantes.

KNO₃ - nitrato de potássio é utilizado também em explosivos.

KOH - hidróxido de potássio usado na fabricação de fosfatos de potássio e de sabões moles como o estearato de potássio, ambos constituintes de detergentes líquidos.

KMnO₄ - permanganato de potássio é usado na fabricação de sacarina, como agente oxidante e em titulações.

K₂CO₃ - carbonato de potássio usado em cerâmica, tubos de tv a cores e lâmpadas fluorescentes.

KO₂ - superóxido de potássio é empregado em aparelhos de respiração e em submarinos.

KBr - brometo de potássio usado em fotografia.

K - potássio metálico só se produz pequenas quantidade, principalmente para fabricar KO₂.


RUBÍDIO:
Tem poucas aplicações, resumindo-se praticamente à utilização do metal em tubos de vácuo e células fotoelétricas. O carbonato de rubídio utiliza-se, por vezes, na indústria vidreira. É, no entanto, objeto de investigação intensa, no que se refere ao seu potencial uso como meio de transmissão de calor em veículos espaciais (usado como fontes de íons em foguetes espaciais), como combustível em motores de propulsão iônica, como eletrólito em baterias alcalinas para baixas temperaturas, etc. Alguns compostos de rubídio são utilizados na preparação de soporíferos, sedativos e no tratamento de epilepsia.


CÉSIO:
O Césio apresenta forte efeito fotoelétrico, parcialmente por causa de sua energia de ionização muito baixa, e por isso é aplicado em fotocelas de fotocondutividade. Cada uma dessas celas contém um par de eletrodos em cargas opostas e um bulbo ou cela evacuado. O eletrodo negativo é pintado com césio ou uma liga de césio e emite elétrons para a região entre os eletrodos, quando é atingido pela luz. Esses elétrons completam o circuito e permitem a passagem de corrente através de um circuito externo. Essa corrente pode ser aproveitada para abrir portas, tocar campainhas e etc.


IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA

Quantidade de metais dos grupos I e II são necessárias, nos organismos vivos, principalmente para equilibrar as cargas elétricas associadas com macromoléculas orgânicas de carga negativa existentes na célula, e também para conservar a pressão osmótica dentro da célula, mantê-la dilatada e impedindo o seu colapso. Dentro da célula ocorre o transporte de íons, chamado de "bomba de sódio", que envolve a expulsão do Na⁺ como a entrada do K⁺. Em células animais a concentração de K⁺ é de cerca de 0,15M e a concentração de Na⁺ é de cerca de 0,01M. Nos fluídos corpóreos (sangue e linfa) a concentração de K⁺ e Na⁺ é de cerca de 0,003M e 0,15M, respectivamente. O transporte de íons requer energia, sendo obtida da hidrólise do ATP. A hidrólise de uma molécula de ATP até ADP fornece energia suficiente para remover três íons de sódio para fora da célula e dois íons de potássio e um íon de hidrogênio para dentro da célula. O mecanismo para o transporte de íons envolve poliésteres naturais dos organismos.
A diferença de concentração entre íons sódio e potássio dentro e fora da célula produz um potencial elétrico através da membrana celular, essencial para o funcionamento de células nervosas e musculares. A entrada de glicose na célula está associada ao íon sódio, eles penetram juntos na célula. Isso é favorecido por uma grande variação de concentração. Os íons sódio que penetram na célula desse modo serão expulsos. O movimento de aminoácidos é semelhante. Íons de potássio do interior da célula são essenciais para o metabolismo da glicose, a síntese de proteínas e a ativação de algumas enzimas.

 

www.cienciaquimica.hpg.com.br