Identificar la reactividad de los elementos del grupo IA con respecto a los ácidos, bases, oxígeno y dióxido de carbono

Resumen

Esta práctica fue desarrollada con el objetivo reconocer las propiedades de los elementos del grupo IA con respecto a su modo de obtención ya que ninguno de los elementos alcalinos se encuentran en estado libre, por tal razón se utiliza la hidrólisis como mayor fuente de generación de este tipo de metales y analizándolos más a fondo para una mejor caracterización de los mismos.

Abstract

This practical one was developed with the objective to recognize the properties of the elements of group IA with respect to its way of obtaining since no of the alkaline elements is in free state, for such reason it is used more thorough hydrolysis like greater source of generation of this type of metals and analizandolos for one better characterization of such.

Palabras claves

Reactividad, configuración electrónica, propiedades físicas y químicas, obtención y aplicaciones.

Keywords

Reactivity, electron configuration, physical and chemical properties, obtaining and applications.

Núcleo problemático

¿Qué relación existe entre la configuración electrónica (ns1) y sus propiedades físicas, químicas y periódicas, influenciando así mismo sus aplicaciones en el sentido académico y laboral?

Hipótesis

Debido a la reactividad de estos elementos (alcalinos), es difícil encontrarlos en un estado puro dentro de la naturaleza, por esta razón se obtienen a partir a partir de los compuestos que lo contengan.

Objetivos

Identificar la reactividad de los elementos del grupo IA con respecto a los ácidos, bases, oxígeno y dióxido de carbono.

Analizar cada una de las reacciones que intervienen los elementos alcalinos, teniendo en cuenta sus características según sus diferentes condiciones.

Reconocer cada elemento del grupo IA, partiendo de las reacciones de hidrólisis en los compuestos que contengan cada tipo de elementos alcalinos.

Marco teórico

Grupo IA - Metales alcalinos

Los metales alcalinos son Litio (Li), Sodio (Na), Potasio (K), Rubidio (Rb) y Cesio (Cs), aunque el metal alcalino mas pesado es el Francio (Fr) ha sido poco investigado ya que su isotopo de vida mas larga, el 223Fr, tiene una vida media de tan solo 21 minutos.

Todos estos metales tienen una configuración la capa externa ns1, por lo tanto el único electrón es cedido fácilmente. Son blandos, aunque el litio puede ser cortado con un cuchillo con dificultad pero el cesio es tan blando como el queso; además son maleables y dúctiles, tienen baja electronegatividad y energía de ionización. La electronegatividad disminuye del Li al Cs, debido a que la distancia entre el núcleo y la capa externa aumenta. Las densidades de estos metales son bajas debido a los grandes radios y aumentan con el aumento del número atómico, excepto para K. Tienen brillo, excepto el Li, se deslustran fácilmente en contacto con el aire, por lo tanto han de guardarse bajo hidrocarburos [1].

La mayoría de sus compuestos son de carácter iónico predominantemente, y sus cationes tienen carga baja y grandes radios (cada uno de ellos tiene mayor radio que cualquier elemento del mismo periodo), de forma que las energías reticulares son relativamente bajas y en consecuencia la mayoría de las sales sencillas de estos metales son solubles en agua.

Las bajas energías de ionización hacen que estos metales sean los más activos químicamente y por lo tanto nunca se presentan en la naturaleza en estado metálico, sino combinados con O, Cl u otros elementos y siempre con estado de oxidación +1. Esto hace que su abundancia en la corteza terrestre sea baja, y por lo tanto en el universo, algunas teorías actuales sobre el origen de los elementos dicen que al tener baja carga nuclear estos compuestos pueden experimentar reacciones termonucleares para producir elementos más pesados y/o helio [1].

Los potenciales normales de electrodo están relacionados con los cambios energéticos que se producen en procesos de ionización e hidratación, pero en los metales alcalinos estas variaciones se cancelan prácticamente entre sí, por lo tanto la reactividad del litio con el agua es menor y más de origen cinético que termodinámico; como es más duro y menos fácil de fundir el litio se dispersa con menor rapidez y en consecuencia reacciona más lentamente que los demás metales.

El agua ataca a todo los metales alcalinos, la reacción con estos es violenta y exotérmica.

Una de las reacciones típicas es:

2 Na + 2 H2O = H2 + 2 NaOH

∆H_298^0 = -167 KJ

El Hidrogeno desprendido se inflama por el calor de reacción y arde espontáneamente al aire.

Los metales alcalinos reaccionan todos directamente con halógenos, hidrogeno, azufre y fosforo para producir los correspondiente haluros, hidruros, sulfuros y fosfuros. El litio es el único metal que reacciona con O2 para producir el oxido. Los demás lo hacen para producir los peróxidos como el caso de Na2O2, ó los súper óxidos tales como KO2, RbO2 y CsO2 [2].

Obtención de los metales alcalinos

El proceso general más importante para la obtención de los metales alcalinos es la electrolisis de sus sales o hidróxidos fundidos. Por ejemplo la mayor parte del Na, el metal de esta familia producido en mayor cantidad, es obtenida por electrolisis del NaCl fundido. El litio se obtiene también por electrolisis del cloruro fundido, aunque se suele añadir KCl para rebajar el punto de fusión de la mezcla y por la tanto la electrolisis se pueda realizar a una temperatura más baja.

Los metales alcalinos más pesados pueden ser obtenidos por electrolisis, pero los procesos de reducción térmica son también importantes. Por ejemplo el K se obtiene por la reducción del fluoruro de potasio (KF) con Carbonato de calcio (CaC2), la reducción de KCl con Na produce una aleación K- Na apropiada para utilizar como cambiador de calor. La reducción de los óxidos con Al, Mg, Ca, Zr o Fe, permite la obtención de los metales alcalinos más pesados.

Ejemplo:

2 KF + CaC2 = CaF2 + 2 K + 2C

3 Cs2O + 2 Al = Al2O3 + 6 Cs

El fuerte poder reductor de los metales alcalinos explica su uso extenso. El sodio es generalmente el más utilizado para este propósito, debido a que es el más asequible y barato. El litio actúa como eliminador de óxidos y otras impurezas en el acero. El cesio se utiliza en las células fotoeléctricas, debido a que la absorción de energía radiante en la región visible del espectro puede arrancar un electrón, gracias a du baja energía de ionización. El Rb y el Cs sirven como “capturadores” en tubos de vacío, para eliminar las ultimas trazas de gases corrosivos del tubo cuando se utiliza por primera vez [2].

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