Ca Z = 12 - SQBF - Grupo de Síntese, Química Biológica...

4

Elemento Z Configuração

Berílio 4 [He] 2s2

Magnésio 12 [Ne] 3s2

Cálcio 20 [Ar] 4s2

Estrôncio 38 [Kr] 5s2

Bário 56 [Xe] 6s2

Rádio 88 [Rn] 7s2

2

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ra

Grupo 2: METAIS ALCALINOS TERROSOS

Z = 4

Z = 12

Z = 20

Z = 38 Z = 56

Grupo 2: METAIS ALCALINOS TERROSOS

Be

Mg

Ca

Sr Ba

As abundâncias são dadas na forma logarítmica (base 10) em

gramas de metal por 1000 Kg de amostra. Como a escala vertical e logartímica, as diferenças são muito maiores o que

aparentam.

Log Be = 0,30 Be = 100,30 2 g de Be / 1000 Kg

Log Ca = 4,71 Ca= 104,71 51.300 g de Ca / 1000 Kg

Log Na = 4,36 Na= 104,36 23.000 g de Na / 1000 Kg

Crosta

Ocorrência na natureza

Ocorrência na natureza

Esmeralda: cristal de berilo com íons Cr3+ no lugar do Al3+, responsáveis pela cor

Berílio berilo: 3BeO.Al2O3.6SiO2

Bertrandita - Be4Si2O7(OH)2

Fenaquita - Be2SiO4

Cálcio: depósitos de CaCO3 (conchas de

exoesqueletos de organismos marinhos antigos)

Giz (mais mole), pedra calcária, mármore (com impurezas)

Calcário

Ocorrência na natureza

Gesso

Magnésio: - água do mar

- dolomita: CaCO3.MgCO3

- magnesita: MgCO3

Celestita

Estrôncio e Bário: ocorrem na forma de minérios como celestita (SrSO4), estroncianita (SrCO3) e barita (BaSO4)

Ocorrência na natureza

Barita

Rádio: raro e radioativo. Obtido por meio do processamento o Urânio (Marie Curie)

John Emsley, Moléculas em exposição

Importância Biológica

Eletrólise do cloreto de berílio fundido

BeCl2 (l) Be (l) + Cl2(g)

Eo = -1,85 - 1,36 = - 3,21 V

2 Cl- (aq) Cl2 (g) + 2 e-

Be+2 (l) + 2 e- Be (s)

berilo

OHSiO 6OAlONaBeO 3NaOH 2OSiAlBe 2232218623

COBeClClCBeO 22

Por aquecimento (750oC) do berilo com hexafluorossilicato de sódio (Na2SiF6) para produzir BeF2 que é reduzido a Be em presença de Mg

Métodos de Obtenção

• Eletrólise do cloreto de magnésio (fundido), que é obtido a partir da água do mar

MgCl2 (l) Mg (l) + Cl2(g)

Eo = -2,37 - 1,36 = - 3,73 V 2 Cl-(aq) Cl2(g) + 2 e-

Mg2+(l) + 2 e- Mg(s)

• A partir da dolomita: MgCO3.CaCO3 (s) Mg (s)

Mg2+ (aq) + Ca(OH)2 (aq) Mg(OH)2 (s) + Ca2+ (aq)

Mg(OH)2 (s) + 2 H3O+ (aq) Mg2+ (aq) + 4 H2O (l)

Elevadas temperaturas

Mg é obtido no estado líquido e removido por destilação

Métodos de Obtenção

CaCl2 (l) Ca (l) + Cl2(g)

Eo = -2,87 - 1,36 = - 4,23 V

2 Cl- (aq) Cl2 (g) + 2 e-

Ca2+ (l) + 2 e- Ca (s)

CaCO3 (s) CaO (s) + CO2 (g)

CaO(s) + 2 NH4Cl(s) CaCl2(s) + 2 NH3(g) + H2O(l)

Eletrólise ígnea

Métodos de Obtenção

Eletrólise do cloreto fundido (BaCl2 ou SrCl2)

Redução do óxido com alumínio:

6 SrO(s) + 2Al(s) 3Sr(s) + Sr3Al2O6(s)

Métodos de Obtenção

Aluminotermia

Propriedades Atômicas

Configuração Eletrônica

2 elétrons no orbital mais externo s

sem considerar a configuração

interna:

1s2 , 2s2, 3s2, 4s2, 5s2, 6s2, 7s2

formam íons bivalentes

elétrons da última camada podem

ser promovidos para orbitais mais

externos pela energia de uma chama.

Propriedades Atômicas

Estrôncio Bário

Mistura

Magnésio

Sob a Chama

os átomos dos alcalinos terrosos são menores que os dos alcalinos. Por que?

(lembre-se que seus íons são menos volumosos que os átomos que lhe deram

origem)

os átomos dos alcalinos terrosos são menores que os dos alcalinos. Por que?

(lembre-se que seus íons são menos volumosos que os átomos que lhe deram origem)

são mais densos que os alcalinos

os átomos dos alcalinos terrosos são menores que os dos alcalinos. Por que?

(lembre-se que seus íons são menos volumosos que os átomos que lhe deram origem)

são mais densos que os alcalinos

possuem dois elétrons na camada de valência para participar de ligações

metálicas.

São, portanto, mais duros que os alcalinos. (Entretanto, também são moles em

comparação com demais metais)

os átomos dos alcalinos terrosos são menores que os dos alcalinos. Por que?

(lembre-se que seus íons são menos volumosos que os átomos que lhe deram origem)

são mais densos que os alcalinos

possuem dois elétrons na camada de valência para participar de ligações

metálicas.

PF e PE maiores que os alcalinos

Possuem energia de ionização maiores que os alcalinos

Apresentam a 2a E. I. superior que a 1a E.I.

condutores de eletricidade

altamamente reativos (são menos eletropositivos que os

alcalinos)

formam compostos iônicos incolores (sem elétrons

desemparelhados: diamagnéticos).

Energia de ionização

Entalpia de rede, HRo e o ciclo de Born-Haber

É a variação de entalpia molar padrão que acompanha a formação de íons gasosos a partir do sólido:

MX(s) M+(g) + X-

(g)

Hf = Hs + I + ½ Hd + E + U

Entalpia de formação (Hf)

+ Energia de ionização (I)

+ Entalpia de sublimação (Hs)

- Afinidade Eletrônica (E)

+ ½ Entalpia de dissociação (Hd)

- Energia Reticular (U)

Hs, I e Hd são positivas E e U são geralmente negativas

Hf < 0

Entalpia de rede: será maior quanto menor forem os íons e com carga elevada

• as energias reticulares são maiores no grupo 2 do que as do grupo 1

devido ao aumento da carga dos íons

•Pode ser considerada como o calor necessário para vaporizar o sólido.

Quanto maior a entalpia de rede, mais calor é exigido.

tanto a energia reticular quanto a

energia de hidratação diminuem com o

aumento do número atômico, sendo

que a de hidratação diminui mais

rapidamente que a reticular.

Entalpia de Hidratação “íons gasosos mergulhando em água”, formando uma solução: Energia é liberada

Entalpia de hidratação NaCl (g) = -444 + (-340)

= - 784 KJ.mol-1

Entalpia de hidratação LiCl (g) = -558 + (-340)

= - 898 KJ.mol-1

Entalpia de hidratação CaCl2 (g) = -1657 + (2 x(-340))

= - 2337 KJ.mol-1

Para que uma substância se dissolva, a energia liberada quando os íons se hidratam (energia de

hidratação) deve ser maior que a energia necessária p/ romper o retículo cristalino (energia reticular - U).

Energia em processos de dissolução: Entalpia de Rede e Entalpia Hidratação

Luciana Almeida Silva, Cláudia Rocha Martins e Jailson Bittencourt de Andrade, Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 1016-1020, 2004.

Processo de dissolução exotérmico

Energia em processos de dissolução: Entalpia de Rede e Entalpia Hidratação

Luciana Almeida Silva, Cláudia Rocha Martins e Jailson Bittencourt de Andrade, Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 1016-1020, 2004.

Processo de dissolução endotérmico

Energia em processos de dissolução: Entalpia de Rede + Entalpia Hidratação

NaCl (s) Na+ (aq) + Cl- (aq) 787 + (-784) = +3 KJ.mol-1 endotérmica

KCl (s) K+ (aq) + Cl- (aq) 717 + (-701) = +16 KJ.mol-1 endotérmica

CaCl2 (s) Ca+ (aq) + 2 Cl- (aq) 2260 + (-2337) = -77 KJ.mol-1 exotérmica

MgCl2 (s) Mg+ (aq) + 2 Cl- (aq) 2524 + (-2683) = -159 KJ.mol-1 exotérmica

LiCl (s) Li+ (aq) + Cl- (aq) 861 + (-898) = - 37 KJ.mol-1 exotérmica

H < 0 (exotérmico)

G < 0 Favorável

Quando H > 0 (endotérmico)

Favorável TS > H

Desfavorável TS < H

G = H - TS

SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE

Apresenta diferenças consideráveis dos demais elementos do grupo:

é o menos metálico do grupo

ele é muito pequeno e tem eletronegatividade alta

seus compostos tem propriedades comumente atribuídas a ligações

covalentes

O acetato de Be consiste de um

átomo central de O rodeado por

um tetraedro de quatro átomos

de Be, os quais por sua vez

estão unidos por íons acetato.

O nível eletrônico mais externo do Berílio comporta no máximo oito elétrons.

Portanto, forma 4 ligações convencionais (maioria dos compostos NC = 4),

com unidades tetraédricas em cloretos, acetatos e hidretos sólidos.

(BeX2 deveriam ser lineares)

Ligação tricentrada com 2 elétrons =

Reação com H2O Formam hidróxido liberando H2

O Be não reage com água devido a película de BeO

Mg (s) + 2 H2O (l) Mg(OH)2 (aq) + H2 (g), a quente

Ca (s) + 2 H2O (l) Ca(OH)2 (aq) + H2 (g), a frio

Ba (s) + 2 H2O (l) Ba(OH)2 (aq) + H2 (g), rapidamente

Propriedades Óxidos Obtidos pela decomposição térmica dos carbonatos. MgCO3 (s) MgO (s) + CO2 (g)

MgO(s) + H2O (l) Mg(OH)2 (aq)

Reagem com água para formar os hidróxidos (exceto

BeO – película) BaO - insolúvel

Resistentes a altas temperaturas.

Propriedades Químicas

Ba, Sr e Ca possuem potencias semelhantes aos do Grupo 1: reagem com água fria

Mg possui potencial intermediário: reage apenas com água quente

Be é muito menos eletropositivo (menos metálico): não reage com água

Reação com H2O Formam hidróxido liberando H2

Propriedades Químicas

Reação com não metais e com a água

Reação com O2 Formam uma película de óxido que protege o metal

Be (s) + ½ O2 (g) BeO (s)

A película formada de BeO resiste a altíssimas temperaturas. No caso de Ca, Mg e Sr a proteção é parcial.

O Ba não forma a película e pode inflamar em ar úmido.

Mg (s) + ½ O2 (g) MgO (s)

Propriedades Químicas

Propriedades Químicas

Propriedades Químicas

Forte relação diagonal com o Alumínio:

• Be e Al formam hidretos, haletos e óxidos covalentes

• Os óxidos de Be e Al são anfóteros

• Na presença de excesso de OH- formam [Be(OH)4]2- e [Al(OH)4]-; Mg(OH)2 não reage com OH-

•Be e Al formam carbetos (C-4) e produzem metano por reação com água; os demais formam C2

2- e liberam etino por reação com água

• Be e Al se tornam passivos quando tratados com HNO3

• Potenciais padrão do Be (-1,85 V) se assemelha mais ao do Al (-1,66 V)

- O Berílio é anfótero, reage com ácidos e bases

MgO (s) + 2 H2O (l) Mg(OH)2 (aq)

Be (s) + 2 HCl (aq) BeCl2 (aq) + H2 (g)

MgO (s) + 2 HCl (aq) MgCl2 (aq) + H2O (g)

MgO (s) + OH- (aq) x

- Liga de Be – Cu: O Be é adicionado ao cobre em pequenas

quantidades já que seu pequeno tamanho mantém os átomos de Cu

mais juntos, aumentando a rigidez (em relação ao cobre puro),

mantendo a condutividade.

- Os sais solúveis de Berílio são tóxicos Restringe utilização industrial

Principais Compostos

Be (s) + 2 OH- (aq) [Be(OH)4]-2 (aq) + H2 (g)

Demais metais do grupo não são anfóteros

• A densidade do Mg é 2/3 da densidade do Al, porém é mais mole.

Mas suas ligas têm grande resistência, e são aplicadas onde leveza e

dureza são exigidas: aviões!

Liga com Li (14%), Al (1%) e Mg (84%): estrutura de aeornaves

Problemas para seu emprego em larga escala: - É mais caro que o aço e mais difícil de ser trabalhado. - Funde a baixa temperatura e pode ser deformado facilmente. - não pode ser resfriado com água, pois reage com esta.

Reage com N2 (Mg3N2) e com o CO2 (MgO (s) + CO2 (g) MgCO3 (s))

• grande importância biológica

Essencial para a saúde humana

Responsável pela ativação de muitas enzimas

Principais Compostos

Principais Compostos

• Mg metálico é utilizado em flash, em velas de aniversário e para

iniciar reação de termita

• MgCO3 utilizado por ginastas com agente secante

https://www.youtube.com/watch?v=a8XSmSdvEK4

Mg(OH)2: leite de magnésia, empregado como antiácido estomacal

MgO: formado por cátion (Mg2+) e ânion (O2-):

- alta resistência a fusão (2800 oC): uso em tijolos refratários

- bom condutor de calor e pobre condutor elétrico: uso em isolantes

de aquecedores elétricos

MgSO4: sal de Epson, empregado como purgativo

Clorofila: função do Mg2+ é manter o anel rígido, para aumentar a eficiência na captação do fóton luz e conversão em energia para a fotossíntese

Principais Compostos

CaCO3: - puros (calcita e aragonita) remanescentes da vida marinha

fossilizada

- impuros (giz e mármore)

mármore

HCO3- (aq) + H2O (l) H3O+

(aq) + CO32- (aq)

Os hidrogenocarbonatos são mais solúveis e são carregados para dentro do solo

Estalactite Estalagmite

Principais Compostos

Monumentos são feitos de CaCO3

Problemas Ambientais: chuva ácida

CaCO3 (s) + 2 H3O+ (aq) Ca2+ (aq) + 3 H2O (l) + CO2 (g)

Congonhas - MG Os Profetas (Aleijadinho) são feitos em pedra sabão

Também sofrem c/ efeitos da chuva ácida

Sistema fechado

O cimento Portland tem como matéria prima o calcário (basicamente de carbonato de cálcio CaCO3), argila (silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions principais), minério de ferro, gesso e aditivos.

CaO: cal viva, porque reage com a água rapidamente e

exotérmicamente (capaz de incendiar madeiras ou papéis úmidos)

CaO (s) + H2O (l) Ca(OH)2 (aq) Composto pouco solúvel conhecido por cal extinta

Utilizada na metalurgia, para retirar a impureza SiO2 do mineral

CaO (s) + SiO2 (s) CaSiO3 (s)

Utilizada para a produção de acetileno, usado em maçaricos

CaO (s) + 3 C (s) CaC2 (s) + CO (g)

CaC2 (s) + 2 H2O (l) C2H2 (g) + Ca(OH)2 (aq)

Principais Compostos

Principais Compostos

Principais Compostos

• siderúrgicas: usadas na fabricação de aço nos fornos, regulador de pH em tratamento de águas;

• celulose e papel: para regenerar a soda caústica e para branquear

as polpas de papel, junto com outros reagentes;

• açúcar: na remoção dos compostos fosfáticos, dos compostos orgânicos e no clareamento do açúcar;

• tintas: como pigmento e incorporante de tintas à base de cal;

• alumínio: como regeneradora da soda;

• diversas: cerâmica, graxas, tijolos sílica-cal, petróleo, couro, etanol, metalurgia do cobre, produtos farmacêuticos e alimentícios e biogás.

CaO:

Principais Compostos

• tratamento de água na correção do pH, na coagulação do alume e

dos sais metálicos, na remoção da sílica;

• estabilização de solos

• obtenção de argamassas de assentamento e revestimento como plastificante, retentor de água e de incorporação de agregados

• misturas asfálticas como neutralizador de acidez e reforçador de propriedades físicas (em geral, 1% das misturas);

• usos diversos: precipitação do SOx dos gases resultantes da queima

de combustíveis ricos em enxofre; proteção às árvores; desinfetantes de fossas; proteção à estábulos e galinheiros.

CaO:

Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) CaCO3 (s) + H2O (l)

Ca(OH)2: usado para testar a presença de CO2

Ca5(PO4)3OH: hidroxiapatita, esmalte dos dentes. O estrago nos

dentes é causado pelo ataque dos ácidos formados na digestão dos

alimentos por bactérias.

Ca5(PO4)3OH (s) + 4 H3O+ (aq) 5 Ca2+ (aq) + 3HPO42-

(aq) + 5 H2O (l)

Tratamento com Flúor forma uma cobertura mais resistente ao ataque:

Ca5(PO4)3OH (s) + F- (aq) Ca5(PO4)3F (s) + OH-(aq)

CaSO4.2H2O: gesso, usado em construções na argamassa e na decoração

Principais Compostos

Compostos Organometálicos

Be e Mg formam número considerável de compostos deste tipo.

Reagente de Grignard (RMgBr), são utilizados na síntese de álcoois,

aldeídos e cetonas, além da sua aplicação em QI para obtenção de

outros compostos organometálicos.

Aplicações Industriais

Aplicações Industriais

USA 2004

Correção do pH do solo

Ca(OH)2 (s) + 2 H3O+ (aq) Ca2+ (aq) + 4 H2O (l)

Aplicações Industriais

Celobar

O medicamento, utilizado para destacar órgãos em

exames radiológicos, pode ter causado a morte de pelo

menos 21 pessoas no país.

Sua matéria-prima é o sulfato de bário.

No entanto, análise preliminar da Fiocruz (Fundação Oswaldo Cruz) aponta a

presença de carbonato de bário, distribuído em diversos Estados pelo

laboratório Enila, do Rio de Janeiro. O carbonato de bário é utilizado em

venenos para rato.

O Enila informa a ANVISA que os 600 kg de carbonato de bário foram usados

para sintetizar 595 kg de sulfato de bário, matéria-prima do Celobar.

BaCO3 (s) + H2SO4 (aq) BaSO4 (s) + H2O (l) + CO2 (g)

Aplicações Industriais

Sr(NO3)2: utilizado em pirotecnia ou como sinalizadores

Vermelho

Aplicações Industriais

SrCl2.6H2O: adicionados a cremes dentais para reduzir a sensibilidade dos dentes ao quente e frio

Aplicações Industriais

RaBr2 foi utilizado junto com ZnS em relógios

Bibliografia

• Atkins, P., Jones, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio

Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006.

• Shriver, D. F., Atkins, P., Química Inorgânica, Ed Artmed, 2003 .

• Lee, J. D., Química Inorgânica Não Tão Concisa. Edgard Blucher Ltda, 3a ed., São

Paulo, 1980

• Brent, R., The Golden book of Chemistry Experiments, Golden Press, New

York,1960