Grupo 1: os metais alcalinos
O grupo 1 reúne lítio (Li), sódio (Na), potássio (K), rubídio (Rb) e césio (Cs). Eles se chamam metais alcalinos porque reagem com a água e formam álcalis (bases solúveis).
- Um elétron na última camada: a configuração eletrônica termina em ns¹ (Na: 2, 8, 1).
- Eles perdem esse elétron com facilidade e formam íons M⁺, por isso seus compostos são iônicos.
- Moles: o sódio pode ser cortado com uma faca. Fica brilhante quando acabou de ser cortado, mas logo escurece no ar.
- Baixa densidade: Li, Na e K boiam na água.
- Pontos de fusão baixos, que diminuem ao descer no grupo.
Tendências ao descer no grupo
O tamanho do átomo aumenta, então o elétron da última camada fica mais longe do núcleo e é menos preso. A energia de ionização diminui e a reatividade aumenta: o Li reage devagar com a água, o Na faz espuma, o K pega fogo com chama lilás.
Como reagem com o ar e a água, Na e K são guardados sob querosene ou óleo mineral.
Reações do sódio
Com a água
2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂↑. O sódio boia, derrete e vira uma bolinha (a reação libera calor), faz espuma e se move. Uma gota de fenolftaleína fica rosa porque o NaOH é um álcali.
Com o oxigênio
- Devagar, à temperatura ambiente: 4Na + O₂ → 2Na₂O (óxido de sódio, branco).
- Queimado com bastante ar: 2Na + O₂ → Na₂O₂ (peróxido de sódio, amarelo-claro).
Os dois reagem com a água. Na₂O + H₂O → 2NaOH. O peróxido de sódio também libera oxigênio: 2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂↑, e com o gás carbônico: 2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂. Por isso o Na₂O₂ já foi usado para fornecer oxigênio em submarinos e equipamentos de respiração.
Com o cloro
2Na + Cl₂ → 2NaCl (sal de cozinha), com uma chama amarela brilhante.
Carbonato de sódio e hidrogenocarbonato de sódio
| Na₂CO₃ (barrilha; hidratado: Na₂CO₃·10H₂O) | NaHCO₃ (bicarbonato de sódio) | |
|---|---|---|
| Solubilidade | Mais solúvel | Menos solúvel |
| Solução | Bem alcalina | Fracamente alcalina |
| Ao aquecer | Não se decompõe | 2NaHCO₃ → Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑ |
| Com ácido | Na₂CO₃ + 2HCl → 2NaCl + H₂O + CO₂ | NaHCO₃ + HCl → NaCl + H₂O + CO₂ (mais rápido) |
| Usos | Vidro, sabão, abrandar água dura | Culinária, antiácidos, extintores de incêndio |
Para diferenciá-los, aqueça cada sólido e passe o gás na água de cal: só o NaHCO₃ deixa a água turva (leitosa). Um pode virar o outro: Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O → 2NaHCO₃.
Teste de chama e os vizinhos do grupo 1
Teste de chama
Mergulhe um fio limpo de platina ou de níquel-cromo no sal e leve-o a uma chama quente, quase sem cor. O calor joga os elétrons para níveis mais altos; ao voltarem, eles emitem luz de uma cor definida.
- Li: vermelho carmim · Na: amarelo intenso · K: lilás (olhe através de um vidro azul de cobalto para esconder o amarelo do sódio) · Ca: vermelho tijolo · Ba: verde-claro · Cu: azul-esverdeado.
Os fogos de artifício usam essas cores.
Grupo 2 e alumínio, em resumo
Magnésio e cálcio (grupo 2) têm dois elétrons na última camada, formam íons M²⁺ e são menos reativos que o grupo 1. Ca²⁺ e Mg²⁺ dissolvidos deixam a água dura: o sabão forma crostas. A dureza temporária (por hidrogenocarbonatos) sai com a fervura; a dureza permanente (sulfatos, cloretos) sai com barrilha ou troca iônica.
O alumínio (grupo 13) forma Al³⁺. Seu óxido e seu hidróxido são anfóteros: reagem com ácidos e com bases, por exemplo Al(OH)₃ + 3HCl → AlCl₃ + 3H₂O e Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄].
Nos seres vivos
Na⁺ e K⁺ levam os sinais dos nervos e controlam o equilíbrio de água; Ca²⁺ forma ossos e dentes; Mg²⁺ fica no centro da clorofila. Banana e água de coco são ricas em potássio.
Faça em casa
Coloque uma colher de bicarbonato num copo, junte suco de limão ou vinagre e veja o CO₂ borbulhar. Depois, com um adulto, jogue uma pitada de sal numa chama de fogão e procure a cor amarela do sódio.
Fórmulas e definições principais
- 2M + 2H₂O → 2MOH + H₂↑ (M = Li, Na, K…)
- 4Na + O₂ → 2Na₂O; 2Na + O₂ → Na₂O₂
- 2Na₂O₂ + 2H₂O → 4NaOH + O₂↑
- 2NaHCO₃ →(calor) Na₂CO₃ + H₂O + CO₂↑
- Cores da chama: Li vermelho, Na amarelo, K lilás, Ca vermelho tijolo, Ba verde, Cu azul-esverdeado
Exemplos resolvidos
1. Por que o potássio reage com a água de forma mais violenta que o sódio?
O K tem uma camada eletrônica a mais que o Na, então seu elétron externo fica mais longe do núcleo e mais blindado. Ele é perdido com mais facilidade, e por isso o K reage mais rápido.
2. 4.6 g de sódio reagem totalmente com água. Que massa de hidrogênio se forma? (Na = 23, H = 1)
2Na → H₂. Mols de Na = 4.6 / 23 = 0.2 mol, então mols de H₂ = 0.1 mol. Massa = 0.1 × 2 = 0.2 g.
3. 8.4 g de NaHCO₃ são aquecidos por completo. Que volume de CO₂ se forma nas CNTP? (NaHCO₃ = 84 g/mol, 22.4 L/mol)
2NaHCO₃ → CO₂. Mols de NaHCO₃ = 0.1 mol, então CO₂ = 0.05 mol. Volume = 0.05 × 22.4 = 1.12 L.
4. Dois pós brancos são Na₂CO₃ e NaHCO₃. Dê um teste simples para diferenciá-los.
Aqueça cada um e borbulhe o gás em água de cal. O NaHCO₃ libera CO₂, que deixa a água de cal turva; o Na₂CO₃ não libera gás.
Erros comuns
- Escrever Na₂O como produto de sódio + água. O produto é NaOH e H₂.
- Confundir Na₂O (óxido, O²⁻) com Na₂O₂ (peróxido, O₂²⁻). O peróxido se forma quando o sódio queima com bastante ar.
- Dizer que o Na₂CO₃ libera CO₂ ao ser aquecido. Só o NaHCO₃ se decompõe.
- Achar que a reatividade diminui ao descer no grupo 1. Nos metais ela aumenta, porque o elétron externo é perdido com mais facilidade.