GRUPO 2 – Metais alcalinos Terrosos (Be; Mg; Ca; Sr; Ba e Ra)

1. Características Gerais

1.1. Configuração eletrônica [GN] ns2

Tipicamente divalentes, formando uma série de compostos incolores e menos básicos do que os do grupo 1; 1.2. Propriedades Gerais Os átomos desses elementos são grandes, mas menores do que os correspondentes do elementos do Grupo 1.

-0s metais são mais densos do que os metais do grupo 1. -PF e PE mais elevados do que os metais do grupo 1.

- São sempre divalentes e iônicos.

-Potencial de ionização

São menores que os elementos do Grupo 1 e os elétrons encontram-se mais firmemente ligados. A energia para retirada do segundo elétron é o dobro da energia para remoção do primeiro. I = I1 + I2 – mais do que 4 vezes a I para o grupo 1 Elemento I(kJmol-1)

1a 2a

Be 899 1757 1,5Mg 737 1450 1,2Ca 590 1145 1,0Sr 549 1064 1,0Ba 503 965 0,9Ra 509 979

As energias de hidratação são 4 a 5 vezes maiores do que as correspondentes do grupo 1. Como será a hidratação dos seus sais em relação ao grupo 1?

Serão mais hidratados que os sais dos elementos do grupo1

Os compostos são diamagnéticos e incolores.

Porque?

2. Ocorrência Be – pouco abundanteOcorre em pequenas quantidades como minerais do grupo dos silicatos. BeSiO4 – fenacita3BeO. Al2O3. 6 SiO2 – berilo(este mineral quando contaminado forma pedras semi-preciosas)Contaminado com Cromo– esmeralda

Contaminado com Ferro– água marinha

Obs: seus compostos são tóxicos, principalmente quando inalados causam a degeneração do tecido pulmonar.

Mg Ocorre em depósitos minerais e na água do marMgCO3 – magnesitaMgCO3 . CaCO3 – dolomitaMgCl2. KCl.6.H2O – carnalita

Magnestia

Ca Abundante principalmente como:CaCO3 – calcita e calcárioCaSO4.2H2O – gipsitaÁgua do mar – CaSO4 e CaCl2

Ca3(PO4)2 – ossosGipsita

Sr e Ba Menos abundantesSrSO4 – estroncianita

BaSO4 – barita

Ra – extremamente raro – importante por suas propriedades radioativasEmissor alfa88

226Ra 24 + 86

222Rn

3. Comportamento Anômalo do Berilio

Seus compostos anidros são covalentes.

Porque?

Seus sais são ácidos quando dissolvidos em água . Número de coordenação = 4 . O magnésio pode apresentar NC= 6

4. Comportamento Químico e Propriedades X2 (halogênios) Todos combinam-se com os halogênios M + X2 MX2

Os haletos de berilio são covalentes, higroscópicos, fumegantes por causa da hidrólise. BeCl2 – polimérico No estado vapor encontra-se o BeCl2 e o (BeCl2)2 mas no sólido forma o (BeCl2)n

MF2 – insolúveisOs demais são iônicos e facilmente solúveis em água

O2

Todos queimam em atmosfera de O2 formando óxidos 2M + O2 2MOM + O2 MO2 – somente com Ba a 500oC e Sr sob pressão O BeO é covalente – insolúvel em água, solúvel em ácidos e álcalis  Todos os outros são iônicosMgO – causa passivação A medida que o tamanho dos átomos aumenta diminui o potencial de ionização e os elementos se tornam mais básicos S8

Reagem com enxofre M + 1/8 S8 MS

N2

Ao contrário do grupo 1 queimam em atmosfera de N2 formando nitretos 3 M + N2 M3N2

O Be3N2 – volátil Todos os nitretos se decompõem por aquecimento e reagem com água liberando amônia, formando óxido ou hidróxido.

H2

Exceto berilio, todos formam hidretos pela combinação direta M + H2 MH2

Todos são agentes redutores, reagindo com água e liberando hidrogênioCaH2

BaH2 iônicosSrH2

BeH2 Obtido pela redução do BeCl2 c/ Li[AlH4] covalente e polimerizado

A molécula de BeH2 monomérica (ligações covalente normais), teria apenas 4 ē na camada eletrônica mais externa. Esta estrutura é elétron-deficiente.

O polímero possui “hidrogênios em ponte”entre os átomos de berílio Ligação tricentrada – um orbital “dobrado”cobre os 3 átomos e contém apenas 2 ē.

H2O Os metais alcalinos terrosos são menos eletropositivos que os do grupo 1, mas ainda reagem com água.

M + H2O M(OH)2 + H2

Ca, Sr e Ba – água friaMg – vapor d’água Mg + H2O(v) MgO + H2

Be – não reage com água e não se sabe se reage com o vapor

ROH M + 2 ROH M(OR)2 + H2

Com o magnésio a altas temperaturas H+ (ácidos) M + 2 H+ M2+ + H2

Reação violenta com o Berílio HNO3

3M + 8H+ + 2NO3

- 3M2+ + NO + 4 H2O

5. Solubilidade e energia reticular(U) A solubilidade dos sais dos metais alcalinos terrosos diminui com o aumento da massa atômica Esta ordem é inversa para fluoretos e hidróxidos As U dos elementos do grupo 2 são maiores do que os elementos do grupo 1.

Porque?

Para que um composto se dissolva qual é o requisito?

A energia de hidratação (Hh) deve ser maior do que a energia reticular (U) - A energia reticular diminui com o aumento de tamanho do metal.-A energia de hidratação também diminui com o aumento do tamanho do íon metálico.-Se a energia de hidratação diminuir mais rapidamente do que a energia reticular os compostos serão menos solúveis.

6. Principais compostos 6.1 ÓxidosPodem ser obtidos pela decomposição térmica de MCO3; M(OH)2; M(NO3)2 e MSO4

CaCO3 CaO + CO2 aquecimento 6.2. Hidróxidos MO + H2O M(OH)2 aquecimento BeO – insolúvel em água; solúvel em ácidos; solúvel em álcalisOs hidróxidos são termicamente instáveis Mg(OH)2 – fracamente básicoCa(OH)2 – moderamente básicoSr(OH)2 e Ba(OH)2 – bases fortes

6.3. Halogenetos MX2 (X = F, Cl, Br, I) Os haletos de Berilio, Magnésio e Calcio são agentes secantes – capacidade de absorver águaPorque?Sr e Ba – são anidros

6.4. CarbonatosO aumento do caráter básico é demonstrado pelo aumento da temperatura de decomposição dos carbonatos BeCO3 < 100oCMgCO3 540oCCaCO3 900oCSrCO3 1290oCBaCO3 1360oC Os carbonatos desses metais são sempre iônicos.BeCO3 – Não contém o íon Be2+, mas o íon [Be(H2O)4]2+

Obtenção: M(OH)2 + CO2 MCO3 + H2O

Os carbonatos de metais mais pesados são mais insolúveis;Porque? Os carbonatos absorvem CO2: - formando bicarbonatos solúveis CO3

2- + CO2 + H2O 2HCO3- (solução) aquecimento

Os bicarbonatos só existem em solução, sua decomposição leva a formação das estalactites nas cavernas.

6.5 Sulfatos A solubilidade dos sulfatos diminui a medida que descemos no grupo.

São instáveis termicamente: MgSO4 MgO + SO3 aquecimento - quanto mais básico for o metal, mais estável é o sal

6.6 Nitratos Os nitratos são preparados por reações de troca: MCO3 + 2HNO3 M(NO3)2 + H2O + CO2 (sais hidratados) instáveis, decompondo-se por aquecimento formando o óxido. O berilio possui um comportamento incomum, forma um sal normal e um nitrato básico: Be(NO3)2 e Be4O(NO3)6

6.7 Compostos organometálicos Os metais alcalinos terrosos apresentam-se como organometálicos ligados a um grupo alquila geralmente por ligação do tipo covalente Mg(CH3)2; Be(CH3CH2)2

Utilizados na obtenção de olefinas: Mg(CH3)2 MgH2 + C2H4

Be(CH3CH2)2 BeH2 + 2 C2H4

A temperatura de decomposição diminui com o aumento do grupo alquila Reagentes de Grignard: São obtidos pela reação do magnésio com haletos de alquila ou arila em um solvente seco: R-X + Mg RMgX (eter) Reagem vigorosamente com água 2RMgCl + 2 H2O 2 RH + Mg(OH)2 + MgCl2

Os reagentes de Grignard estão normalmente solvatados ou polimerizados Os compostos de berílio correspondentes são menos reativos

6.8. Carbetos Os carbetos são iônicos -Obtenção: M + 2 C MC2 (aquecimento) MO + 3C MC2 + CO (aquecimento) Exceto berílio O carbeto mais conhecido é o de cálcio (o carbureto) CaC2 + 2 H2O Ca(OH)2 + C2H2

reagem com água desprendendo acetileno.O carbeto de cálcio reage com nitrogênio atmosférico a 1100oCCaC2 + N2 CaCN2 + C Cianamida cálcica –usada como fertilizante O berílio reage com o carbono, mas forma o metaneto 2 Be + C Be2C (metaneto) Be2C + 4 H2O CH4 + 2 Be(OH)2

6.9. Complexos (compostos de coordenação) O metais do grupo 2 não possuem a facilidade em formar complexos. A formação de complexos é favorecida para:íons pequenoscarga elevadaorbitais vazios de energia adequada Então como seria a formação de complexos no grupo?

O berílio forma muitos complexos e o Bario forma poucos BeF2 + 2 F- [BeF4]2- tetrafluorberilato A toxicidade dos compostos de berílio se deve provavelmente a sua grande solubilidade e facilidade com que forma complexos. O complexos mais importante do Mg é a clorofila O calcio e o restante do grupo somente formam complexos com agentes complexantes fortes como acetilacetona e EDTA.

7. Obtenção dos metais Potenciais de eletrodo-padrão:

(V) Be2+ + 2e Be -1,85Mg2+ + 2e Mg -2,37Ca2+ + 2e Ca -2,87Sr2+ + 2e Sr -2,89Ba2+ + 2e Ba -2,90 (redutor forte) Com estes valores de potenciais, que métodos de obtenção vocês esperariam?

Métodos:a) redução química Os metais deste grupo são redutores fortes, o método não é viável, pois há necessidade de utilizarmos um redutor ainda mais forte

b) eletrólise dos sais fundidos Primeiro: beneficiamento do minério Minério MO (óxido puro)MO + C + Cl2 MCl2 + COMCl2 M(catodo) + Cl2 (anodo)

7.1. Magnésio: dolomita, água do marPF = 651oC MgCO3. CaCO3 MgO. CaO + 2 CO2 (aquecimento)MgO. CaO + H2O Ca(OH)2 + Mg(OH)2 (aq)Ca(OH)2 Mg(OH)2 + H2O (mar) Mg(OH)2 + Ca2+ (troca iônica)Mg(OH)2 MgO + H2O (aquecimento)

MgO + C + Cl2 MgCl2 + CO (aquecimento) MgCl2 Mg (catodo) + Cl2(anodo)

Adição de NaCl e CaCl2

Pela possibilidade de formação de ligações covalentes para o magnésio na eletrólise a condutividade é baixa, adiciona-se sais para aumentar a condutividade.A voltagem deve ser controlada para não haver a deposição de Cálcio ou Sódio. Quanto mais eletropositivo é o potencial do metal primeiro ocorrerá sua deposição .

7.2. Cálcio a) eletrólise CaCO3 CaO + CO2

CaO + C + Cl2 CaCl2 + CO

CaCl2 Ca (catodo) + Cl2(anodo) b) processo aluminotérmico ou termite CaO + Al(s) Ca + aluminatos (rendimento baixo para Be e Mg)Em caso de contaminação com SiO2 torna-se necessário o beneficiamento.

7.3. Bário e Estrôncio Eletrólise – processo antieconômico por utilizar altas voltagens, usa-se o processo termite 3 BaO + 2 Al 3 Ba + Al2O3 (aquecimento) rendimento elevado quando o óxido está puro.3 SrO + 2 Al 3 Sr + Al2O3

7.4. Berílio EletróliseBerilo BeO (beneficiamento) BeO + C + Cl2 BeCl2 + CO

BeCl2 Be (catodo) + Cl2(anodo) Fundente: NaClTemperatura: 180oCAnodo: CCatodo: Fe

8. UsosBe janelas de raio-XLigas Be/CuReatores nucleares Mglâmpadas de flash – antigas máquinas fotográficas: Mg + ½ O2 MgO H = -Ligas leves – dura-alumínio – altamente resistentes a HCl (conc.) em determinadas temperaturasReagentes de Grignard CaObtenção de amôniaProcesso calcianamida:CaCO3 CaO + CO2 (aquecimento)CaO + 3C CaC2 + COCaC2 + N2 CaCN2 + C (1100oc)CaCN2 + 5 H2O CaCO3 + 2 NH4OH2 NH4OH 2 NH3 + 2 H2O (aquecimento) Ba e SrContraste de raio-XSr pirotécnica

9. Tratamento de água Água dura: contém sais da cálcio e magnésio sob a forma de CO3

2- e HCO3-

Dois tipos de dureza:dureza temporária – carbonatosdureza permanete – outros sais Abrandamento – removem ou reduzem a dureza da águaPurificação – remoção de matéria orgânica e microorganismos Tratamento Químicos:Cal extinta ou barrilhaíons cálcio e magnésio são retirados como CaCO3 e Mg(OH)2

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + H2O Mg(HCO3)2 + 2 Ca(OH)2 2CaCO3 + 2 H2O + Mg(OH)2

CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4

CaCl2 + Na2CO3 CaCO3 + 2 Na Cl

Desmineralização:eliminação de íons diferentes de H+ ou OH-. Utiliza-se a troca iônica: Ca(II); Mg(II); Cl-; SO2

2-; CO32-; HCO3

- Resinas trocadoras de cátions: R- -H+

Resinas trocadoras de ânions: R+ OH-