QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS …gecousb.com.ve/guias/GECO/Química General 3 (QM-1123...QUÍMICA GENRAL III – TEMA 11. LOS ELEMENTOS DEL GRUPO IA 8 Mar Muerto,

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

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M+ (sales iónicas)

electruros

Química de los metales ión M-

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


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Propiedades que decrecen cuando se baja Propiedades que decrecen cuando se baja Propiedades que decrecen cuando se baja Propiedades que decrecen cuando se baja en el grupoen el grupoen el grupoen el grupo::::

♦.- Puntos de fusión y calores de sublimación.

♦.- Energías reticulares de las sales.

Ejemplos:

LiH estable hasta 900ºC, NaH descompone a 350ºC.

Li3N estable, Na3N no existe a 25ºC.

♦.- Energías de 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.


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Reactividad, Reactividad, Reactividad, 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.

Con Li la reacción no ocurre.

Desde el Na hasta el Cs progresa más rápidamente.

C CH C C M

+ H22 + 2 M 2


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Obtención de los metales:Obtención de los metales:Obtención de los metales:Obtención de los metales:

Litio:Litio:Litio:Litio: extracción

∆ 750 – 950ºC

Espodumena pulverizada Li2SO4 + otros

K2SO4

Li2SO4 + 2HCl LiCl + H2SO4

electrólisis

Sodio:Sodio:Sodio:Sodio:

a) Electrólisis.

b) Gay-Lussac y Thenard lo obtuvieron según la reacción:

Na2CO3 + 2C 2Na + 3CO


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Potasio:Potasio:Potasio:Potasio:

Sal fundida de KCl + Na(vapor) K

se separa por

destilación.

Rubidio:Rubidio:Rubidio:Rubidio:

Electrólisis de sus sales fundidas.

Fuentes importantes de sales de metales alcalinos y alcalinoFuentes importantes de sales de metales alcalinos y alcalinoFuentes importantes de sales de metales alcalinos y alcalinoFuentes importantes de sales de metales alcalinos y alcalino----térreos:térreos:térreos:térreos:

♣.- 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 Mediterráneo,

3.0% corresponde a NaCl.


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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.


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Tema: Descriptiva de los metales alcalinos.


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♣.- Formación de amidas:

Los metales alcalinos se disuelven con facilidad en amoníaco líquido:

M + NH3(liq) M+(NH3)x e-(NH3)y+

fuerte color azul ypropiedades reductoras..

catMNH2 H2+

sólidos blancos

♣.- Formación de óxidos:

combustión

M + O2 “MO”

Elemento. Óxido. Superóxido. Peróxido.

Li LiLiLiLi2222OOOO ---- Li2O2

Na Na2O ---- NaNaNaNa2222OOOO2222

K K2O KOKOKOKO2222 K2O2

Rb Rb2O RbORbORbORbO2222 Rb2O2

Cs Cs2O CsOCsOCsOCsO2222 Cs2O2


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♣.- Formación de hidróxidos:

Debido al gran carácter electropositivo de los metales, los óxidos se hidrolizan para generar soluciones fuertemente

básicas:

M2O + H2O 2M+ + 2OH-

M2O2 + 2H2O 2M+ + 2OH- + H2O2

Los hidróxidos son sólidos blancos cristalinos solubles en agua o en alcohol.

Hidróxido de sodio (NaOH), Hidróxido de sodio (NaOH), Hidróxido de sodio (NaOH), Hidróxido de sodio (NaOH), síntesis:síntesis:síntesis:síntesis:

♣.- A partir de la cal apagada (hidróxido de calcio):

Ca(OH)2 + Na2CO3 2NaOH + CaCO3 insoluble

♣.- A gran escala por métodos electrolíticos:


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A)A)A)A) Procedimiento de diafragma (Griesheim 1890).Procedimiento de diafragma (Griesheim 1890).Procedimiento de diafragma (Griesheim 1890).Procedimiento de diafragma (Griesheim 1890).

- +

NaCl NaCl

Diafragma de cemento porosoo asbestoCátodo de hierro

(REDUCCIÓN) Anodo de grafito o Fe3O4(OXIDACIÓN)

Cl2H2

reacciones:

cátodo:

Na+ + e- Na Na + H2O NaOH + H2

ánodo:

2Cl- Cl2 + 2e-


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B)B)B)B) Procedimiento de amalgama (celda de Kellner Solvay).Procedimiento de amalgama (celda de Kellner Solvay).Procedimiento de amalgama (celda de Kellner Solvay).Procedimiento de amalgama (celda de Kellner Solvay).

Hg

NaCl + H2O

Cl2ánodo de grafito

+

Hg/Na

electrodos de hierro

H2OH2 + NaOH

(-)

Reacción anódica (oxidación): 2 Cl-(ac) --> Cl2(g) + 2e- Reacción 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)


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MÉTODO DE DIAFRAGMA.

Ventajas Desventajas - Utiliza salmueras poco puras. -Proceso muy eficiente, relativo bajo consumo eléctrico.

- Obtiene NaOH diluido (11%), contaminado con cloruros. - El Cl2 se obtiene contaminado con oxígeno.

- Problema con los asbestos.

MÉTODO DE AMALGAMA.

Ventajas Desventajas - Produce NaOH de máxima concentración (50%). - Produce Cl2 gaseoso puro.

- 200 – 500 g NaOH/lt agua salada.

- Consumo eléctrico más elevado.

- Requiere salmueras más puras que el proceso de diafragma. - Problemas inherentes al uso del mercurio.

♣.- Formación de carbonatos:


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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:

natrón Na2CO3

termonatrita Na2CO3.H2O

trona Na2CO3.NaHCO3.2H2O


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En 1794 Leblanc ideó un proceso para la obtención que llevó su nombre por mucho tiempo:

NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2HCl

calor

Na2SO4 + 2C Na2S + 2CO2

Na2S + 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.


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♣.- 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.


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♣.- 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


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♣.- 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.

N N

O O

O O

OO

: :

Const. estabilidad para: M+ + L ML+


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♣.- 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


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Semejanzas Li y Mg. Relación diagonal

Li y Mg Na Na, K, Rb , y Cs

Son relativamente inertes. El Li puede ser manejado en el aire sin perder su brillo

Muy reactivos – Rb y Cs son pirofóricos

Son metales relativamente duros Son metales blandos

Forman M2O cuando reacc. con O2. Forman el peróxido ( Na) o superóxido (K, Rb y Cs Cs)

No forman superóxidos en condiciones normales

Se conocen los superóxidos para los cuatro elementos (MO2)

Atacan al N2 para formar nitruros Li3N y Mg3N2 que se hidrolizan dando amoníaco No reaccionan con el dinitrógeno

Los hidrogenocarbonatos no se pueden aislar, sólo se detectan en disolución

Se conocen los hidrogenocarbonatos sólidos para

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

Compuestos organometálicos se caracterizan: bajos puntos de fusión, solubles en disolventes

orgánicos, covalentes con estructuras frecuentemente poliméricas

Los compuestos organometálicos: altos puntos de fusión, insolubles

en disolventes orgánicos habituales, de carácter

fundamentalmente iónico


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USOS:USOS:USOS:USOS:


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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 (Li 2CO3) 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


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- El superóxido KO2 se usa en aparatos respiratorios dónde la humedad de la respiración y el anhídrido carbónico reaccionan con él, para producir oxígeno

2KO2 + H2O + 2CO2 2KHCO3 + O2 - 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.

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