Existem metais alcalinos ao seu redor agora. O sódio é encontrado no sal de cozinha , o lítio na bateria do telefone e o potássio nas bananas. Os metais alcalinos constituem seis elementos diferentes encontrados na primeira coluna da tabela periódica . Estes são:
- lítio (Li),
- sódio (Na),
- potássio (K),
- rubídio (Rb),
- césio (Cs)
- frâncio (Fr)
Eles fazem parte do bloco S de elementos na tabela periódica , que junto com o hidrogênio, hélio, cálcio e outros, têm seu elétron mais externo em um orbital S. Os metais alcalinos são metais macios que são altamente reativos com água e oxigênio. Eles são tão macios que você pode cortá-los com uma faca de plástico. Eles também têm um brilho prateado e são ótimos condutores de calor e luz.
Os metais alcalinos são assim chamados porque, quando reagem com a água, criam substâncias altamente alcalinas. Alcalinidade se refere ao pH da substância, ou a capacidade de neutralizar o ácido. As substâncias que são altamente alcalinas podem formar bases fortes capazes de neutralizar ácidos e manter um nível de ph estável.
Cada elemento tem um núcleo, feito de prótons e nêutrons, e os metais alcalinos não são diferentes. Ao redor do núcleo dos átomos estão os elétrons, que são partículas com carga negativa. Esses elétrons existem em camadas de energia ao redor do núcleo dos átomos, cada uma das quais pode conter um número variável de elétrons. A primeira camada pode conter até dois elétrons, a segunda até oito, a terceira, 18 e a quarta, 32. São essas camadas de elétrons e como os metais alcalinos são estruturados que os tornam tão reativos.
Todos os átomos naturalmente desejam ter uma camada mais externa de elétrons completamente cheia. No entanto, todos os elementos dessa primeira coluna da tabela periódica têm um elétron em sua camada mais externa. Essa camada mais externa também é chamada de camada de valência, e os elétrons que residem nela são chamados de elétrons de valência.
Ter apenas um elétron na camada mais externa torna muito fácil para os átomos dos metais alcalinos atingirem pontos de estabilidade - eles só precisam perder um elétron! Essa disposição e facilidade de perder um elétron para atingir um estado de equilíbrio é conhecida como alta reatividade. Na verdade, a reatividade em química é definida pelo número de elétrons na camada mais externa. Gases nobres (elementos como néon e hélio) são muito pouco reativos porque suas camadas de elétrons mais externas estão cheias.
"Uma vez que os metais alcalinos têm apenas um elétron de valência, eles normalmente atingem esse estado desistindo desse elétron. Nesse processo, diz-se que o metal alcalino está oxidado e tudo o que tira o elétron do metal alcalino é reduzido. Todos os os metais alcalinos gostam de abrir mão de seu único elétron de valência ", diz o Dr. Chip Nataro , professor de química do Lafayette College em Easton, Pensilvânia. "Como os elétrons têm uma carga de -1, perder um elétron faz com que o átomo tenha uma carga de +1. Quando isso acontece, o átomo é referido como um íon e, como teria uma carga positiva, é chamado de cátion . Portanto, todos os metais alcalinos gostam de produzir cátions com carga +1. "
Como os metais alcalinos são tão reativos, eles geralmente são encontrados em conjunto com outros metais na natureza.
Se um elemento for altamente reativo, é mais difícil de encontrar naturalmente.
"Todos esses elementos foram descobertos em compostos [e] algumas das descobertas são difíceis de atribuir devido à abundância e uso dos compostos", diz Nataro. "Conforme você avança na tabela periódica, os metais alcalinos ficam mais inclinados a perder seu elétron de valência" e, portanto, "a quantidade do elemento encontrado na natureza também diminui, [resultando em] datas de descoberta posteriores."
Quando os metais alcalinos foram descobertos?
O lítio foi descoberto pela primeira vez em 1817, quando Johan August Arfwedson , um químico sueco, estava analisando o minério. Césio e rubídio foram descobertos em 1860 e 1861, respectivamente, pelos químicos alemães Robert Bunsen (que emprestou seu nome ao bico de Bunsen) e Gustav Kirchhoff (que criou as leis de Kirchhoff para a corrente elétrica). Francium, o mais reativo dos metais alcalinos que conhecemos, foi descoberto em 1939 pela cientista francesa Marguerite Perey no Instituto Curie em Paris.
O sódio e o potássio, dois metais alcalinos muito comuns, têm datas de descoberta desconhecidas em que são usados há tanto tempo. Mas eles não foram isolados na forma pura até 1807 (pelo famoso químico Humphrey Davy). O rubídio não foi isolado até 1928, também por Bunsen e Kirchhoff.
Uma das características mais comuns dos metais alcalinos é sua reatividade à água e ao ar . Esses elementos vão dançar, chiar devido à produção de gás hidrogênio e, muitas vezes, explodir. Eles se tornam mais reativos quanto mais para baixo na tabela periódica você vai também, com o césio e o frâncio sendo tão reativos que podem explodir em chamas simplesmente por serem expostos ao ar. Os elementos também aumentam no raio atômico, diminuem na eletronegatividade e diminuem nos pontos de fusão e ebulição conforme você desce na tabela periódica.
Você pode se perguntar como os metais alcalinos foram descobertos na natureza se eles reagem tão violentamente ao ar e à água. Bem, ao que parece, a maioria dos metais alcalinos são encontrados na natureza como íons devido ao seu grande desejo de reagir e perder aquele elétron de valência. Em sua forma iônica, os metais são muito menos reativos.
Metais alcalinos na vida cotidiana
Os metais alcalinos têm uma dualidade química interessante, porque são muito comuns na vida cotidiana, mas também muito incomuns em suas formas elementares brutas.
Por exemplo, o sódio não ocorre na natureza e deve ser preparado a partir de compostos. O sódio e o potássio são elementos essenciais para a vida cotidiana, com o sódio ajudando a regular a pressão arterial e a movimentar eletrólitos pelas células. O sódio também se combina com outros compostos para fazer sal de cozinha e bicarbonato de sódio. O potássio ajuda a regular a pressão sanguínea e a glicose e é encontrado nos fertilizantes. O lítio, como mencionado antes, é usado na produção de baterias e também é uma droga estabilizadora do humor.
Os elementos mais reativos, césio, rubídio e frâncio, têm menos usos naturais. O césio é usado em relógios atômicos , perfuração e na criação de vidros ópticos, entre outras aplicações altamente especializadas. Rubídio é usado em imagens médicas e tubos de vácuo. Francium, que é muito raro, não tem muitas aplicações comerciais, mas é usado em pesquisas e no diagnóstico de algumas formas de câncer.
Finalmente, todos os metais alcalinos também são ferramentas de ensino incrivelmente úteis no campo da química. Os professores adoram demonstrar o princípio da reatividade jogando um metal alcalino na água apenas para a turma observar com admiração enquanto ele cospe fogo e explode.
Agora isso é radioativo!
Francium é o mais raro dos metais alcalinos e o segundo elemento mais raro na crosta terrestre ( estima-se que apenas 340-550 gramas ou cerca de 1 libra estejam na crosta terrestre). Ele também é altamente radioativo e tem uma vida útil máxima de apenas 22 minutos. Francium nunca caiu na água, porque é muito raro e caro, mas os cientistas esperam que ele tenha a maior reação de qualquer metal alcalino.