Questão 1
(UEL 2016 - 2a fase) O desenvolvimento da Tabela Periódica culminou na disposição sistemática dos elementos em grupos de acordocom características químicas similares entre si. Os elementos metálicos pertencentes ao Grupo 1 incluem rubídio (Rb), lítio (Li), frâncio (Fr), potássio (K), sódio (Na) e césio (Cs), os quais exibem diferentes reatividades. Quando pequena quantidade de cada elemento do Grupo 1 é adicionada a um frasco contendo água pura, ocorre uma reação química cuja velocidade e liberação de calor são proporcionais à reatividade dos referidos metais. Baseado nas propriedades químicas desses elementos metálicos, responda aos itens a seguir.
a) Disponha todos os elementos do Grupo 1 em ordem decrescente de reatividade e explique a sequência.
b) Sabe-se que a adição de elementos metálicos do Grupo 1 promove alteração do pH da água pura. Essa alteração pode ser comprovada mediante o uso de indicadores ácido-base. O quadro a seguir apresenta alguns indicadores ácido-base com suas respectivas faixas de viragem, em função do pH.
Desconsiderando a possível reação do indicador ácido-base no meio com produtos da reação, indique, entre os indicadores ácido-base relacionados no quadro, qual deles permite comprovar a mudança de pH após a adição de elementos do Grupo 1 em água pura. Justifique sua resposta.
Gabarito:
Resolução:
Resposta esperada:
a) A ordem decrescente de reatividade é Fr > Cs > Rb > K > Na > Li. Os metais do Grupo 1 possuem a seguinte configuração eletrônica na camada de valência: ns1, sendo n o número quântico principal. A reatividade está relacionada com a energia de ionização do elemento, sendo definida como a energia necessária para o elétron mais fracamente atraído pelo núcleo (portanto, do mais alto nível energético) de um átomo no estado gasoso isolado. Portanto, como o frâncio (Fr) está no sétimo período (n = 7) do Grupo 1, o único elétron da camada de valência (7s1) está mais fracamente atraído pelo núcleo, necessitando de menor energia para a sua remoção e, consequentemente, exibindo a maior reatividade em relação aos demais. À medida que o valor de n diminui, o elétron se torna cada vez mais próximo do núcleo, resultando assim em maior atração núcleo-elétron. Desta forma, será necessária maior quantidade de energia para remover o elétron da camada de valência, justificando, assim, a menor reatividade dos elementos nos períodos anteriores.
b) O indicador ácido-base indicado para comprovar a alteração de pH é a fenolftaleína. A equação química global que representa a reação entre o metal do Grupo (M) e a água pura é dada por: M(s)+ H2O(`) ! MOH(aq) + 12H2(g). Como a reação ocorre com liberação de base (MOH), apenas a viragem da fenolftaleína (pH variando de 8,3 a 10,0) está acima do valor de pH da água pura (7,0), sendo possível verificar a alteração de cor de incolor (antes da adição do elemento metálico) para rosa (após a adição do metal). Para os demais indicadores ácido-base, a mudança de cor da água pura com a adição do metal não será observada, pois as faixas de pH de viragem estão abaixo do pH 7,0 (pH da água pura).