Grupo 2: Metais alcalinos terrosos

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Manuela de Almeida
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2 Propriedades químicas Os metais alcalinos terrosos quase sempre reagem formando compostos nos quais o metal apresenta o estado de oxidação +2. Be: [He]2s 2 Mg: [Ne]3s 2 Ca: [Ar]4s 2 Sr: [Kr]5s 2 Ba: [Xe]6s 2 Ra: [Rn]7s 2 Os metais alcalinos terrosos são agentes redutores poderosos e, com exceção do Be e do Mg, esses elementos são agentes redutores tão bons quanto os metais alcalinos.

3 Propriedades químicas Potenciais de redução para os metais alcalinos terrosos (ε o ) Be e - Be(s) Mg e - Mg(s) Ca e - Ca(s) Sr e - Sr(s) Ba e - Ba(s) Ra e - Ra(s) -1,69 V -2,37 V -2,87 V -2,89 V -2,91 V -2,92 V Ca, Sr e Ba têm ε o semelhantes aqueles dos correspondentes metais do grupo 1, e se situam no topo da série eletroquímica. O Be é muito menos eletropositivo e não reage com a água. M (s) + 2H 2 O (l) M 2+ (aq) + 2OH - (aq) + H 2(g)

4 Propriedades químicas O Be é muito menos eletropositivo e não reage com a água. M (s) + 2H 2 O (l) M 2+ (aq) + 2OH - (aq) + H 2(g) Mg reage com água quente, liberando hidrogênio e formando o hidróxido: Mg (s) + 2H 2 O (l) Mg(OH) 2(aq) + H 2(g) Ca, Sr e Ba reagem facilmente com a água fria, liberando hidrogênio e formando os hidróxidos: Ca (s) + 2H 2 O (l) Ca(OH) 2(aq) + H 2(g) Sr (s) + 2H 2 O (l) Sr(OH) 2(aq) + H 2(g) Ba (s) + 2H 2 O (l) Ba(OH) 2(aq) + H 2(g)

Assim apesar de seu potencial de redução favorável, o Mg não reage

5 Propriedades químicas O Mg (assim como o Al) forma uma camada protetora (passivadora) de óxido, MgO. Assim apesar de seu potencial de redução favorável, o Mg não reage facilmente a não ser que a camada de óxido seja removida. Mg (s) + H 2 O (l) MgO (s) + H 2(g) Passivação

6 Propriedades químicas O Mg reage com o oxigênio para gerar o óxido, MgO. Uma chama inicial é necessária para romper a energia de ativação e a camada passivadora na superfície do metal. Mg (s) + ½ O 2(g) MgO (s)

7 Algumas reações dos elementos do Grupo 2 REAÇÃO M + 2H 2 O M(OH) 2 M + 2HCl MCl 2 + H 2 2M + O 2 2MO Ba + O 2 BaO 2 M + H 2 MH 2 OBSERVAÇÃO Mg reage com água quente; Ca, Sr e Ba com água fria. Be não reage. Todos os metais reagem com ácidos liberando H 2 Todos os membros do grupo formam óxidos normais Com excesso de O 2 o Ba também forma peróxido. Ca, Sr e Ba formam hidretos iônicos

8 Algumas reações dos elementos do Grupo 2 REAÇÃO 3M + 2P M 3 P 2 3M + N 2 M 3 N 2 OBSERVAÇÃO Todos os metais do grupo formam fosfetos Todos os metais formam nitretos M + 2NH 3 M(NH 2 ) 2 + H 2 Todos os metais formam amidetos M + X 2 MX 2 M + S MS M + Se MSe M + Te MTe Todos os metais formam haletos Todos os metais formam sulfetos Todos os metais formam selenetos Todos os metais formam teluretos

9 Algumas reações dos elementos do Grupo 2

10 A dureza da água A água dura contém carbonatos, bicarbonatos ou sulfatos de cálcio e magnésio dissolvidos. A água dura dificulta a formação de espuma ao se utilizar sabões: os íons Ca 2+ e Mg 2+ reagem com o íon estearato do sabão gerando um precipitado de estearato de cálcio antes da formação de qualquer espuma. 2C 17 H 35 COONa + CaSO 4 (C 17 H 35 COO) 2 Ca + Na 2 SO 4 A dureza da água pode ser temporária ou permanente.

11 A dureza temporária Devido à presença de bicarbonatos de magnésio e cálcio; Mg(HCO 3 ) 2 e Ca(HCO 3 ) 2 Pode ser eliminada por fervura. A eliminação de CO 2(g) desloca o equilíbrio para a direita: Ca(HCO 3 ) 2(aq) CaCO 3(s) + CO 2(g) + H 2 O (l) Elevando-se o ph da água até 10,5 a dureza temporária pode ser quase que completamente eliminada. Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2CaCO 3 + 2H 2 O

12 A dureza permanente Devido à presença de sulfatos de magnésio e cálcio; Não pode ser eliminada por fervura; Destilação ou resina de troca iônica (troca dos íons Ca 2+ e Mg 2+ por íons Na + ); Adição de fosfatos, como o polifosfato de sódio (sal de Graham (NaPO 3 ) n

13 A dureza permanente Polifosfato de sódio (sal de Graham (NaPO 3 ) n ) obtido a partir do hidrogenofosfato de sódio.

14 A dureza permanente

15 O comportamento anômalo do Berílio O Be difere dos demais elementos do Grupo 2 por três motivos: 1. Extremamente pequeno e de carga elevada (+2), tende a formar compostos covalentes; 2. Eletronegatividade relativamente elevada: mesmo BeF 2 (Δ = 2,5) e BeO (Δ = 2,0) têm caráter covalente; 3. Por estar no segundo período a camada de valência acomoda no máximo 8 elétrons (2s e 2p), podendo formar no máximo 4 ligações. Os outros elementos podem usar o orbital s, três orbitais p e dois orbitais d para formar uma estrutura octaédrica (6 ligações, sp 3 d 2 )

16 O comportamento anômalo do Berílio No estado gasoso o BeF 2 é monomérico e possui uma estrutura linear:

17 O comportamento anômalo do Berílio No estado sólido o BeCl 2 forma cristais deliquescentes incolores que contêm cadeias infinitas nas quais o ambiente de coordenação do Be é tetraédrico:

18 O comportamento anômalo do Berílio Hibridação do Be num arranjo tetraédrico: sp 3 Be (fundamental) s p p p Be (excitado) Be (hibridizado) s p p p sp 3 sp 3 sp 3 sp 3

19 O comportamento anômalo do Berílio Hibridação do Be num arranjo tetraédrico: sp 3 Be (fundamental) s p p p Be (excitado) s p p p Cl (hibridizado) Be (hibridizado) sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 Cl (hibridizado) sp 3 sp 3 sp 3 sp 3

20 O comportamento anômalo do Berílio Cl (hibridizado) sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 Be (hibridizado) * * * sp 3 sp 3 sp 3 sp 3 * Cl (hibridizado) sp 3 sp 3 sp 3 sp 3

21 Semelhanças diagonais na tabela periódica

22 Semelhanças diagonais entre o Lítio e Magnésio Li e Mg reagem facilmente com N 2 produzindo nitretos: 3Li + ½N 2 Li 3 N 3Mg +N 2 Mg 3 N 2 Li e Mg formam óxidos ao invés de peróxidos ou superóxidos: 2Li + ½O 2 Li 2 O Mg + ½ O 2 MgO Os carbonatos de Li e Mg se decompõe facilmente mediante aquecimento, enquanto que os carbonatos dos outros metais são mais estáveis: Li 2 CO 3 Δ Li 2 O + CO 2 MgCO 3 Δ MgO + CO 2

23 Semelhanças diagonais entre o Lítio e Magnésio Os nitratos de Li e Mg decompõe-se sob aquecimento gerando os respectivos óxidos, tetróxido de nitrogênio e O 2, enquanto os nitratos dos outros metais alcalinos geram o nitrito e O 2 : 4LiNO 3 Δ 2Li 2 O + 2N 2 O 4 + O 2 2NaNO 3 Δ 2NaNO 2 + O 2 2KNO 3 Δ 2KNO 2 + O 2 2Mg(NO 3 ) 2 2MgO + 2N 2 O 4 + O 2 Δ Li + e Mg 2+ são mais fortemente hidratados em solução aquosa que os íons dos metais posteriores dos grupos 1 e 2 LiF e MgF 2 são moderadamente solúveis em água enquanto que os fluoretos dos outros metais alcalinos são muito solúveis

24 Semelhanças diagonais entre o berílio e o alumínio Be 2+ e Al 3+ são hidratados em solução aquosa, nos quais os centros Be 2+ e Al 3+ polarizam de modo significativo as ligações O H já polares, levando à perda de H + : [Be(OH 2 ) 4 ] 2+ + H 2 O [Be(OH 2 ) 3 (OH)] + + H 3 O + pk a = 5,40 [Al(OH 2 ) 6 ] 3+ + H 2 O [Al(OH 2 ) 5 (OH)] 2+ + H 3 O + pk a = 5,00 Be e Al reagem com álcalis aquosos, liberando H 2. Mg não reage com álcalis aquosos: Be + 2NaOH + 2H 2 O Na 2 [Be(OH) 4 ] + H 2 2Al + 2NaOH + 6H 2 O 2Na[Al(OH) 4 ] + 3H 2

25 Semelhanças diagonais entre o berílio e o alumínio Be(OH) 2 e Al(OH) 3 são anfóteros: Be(OH) 2 + 2OH - [Be(OH) 4 ] 2- Be(OH) 2 + H 2 SO 4 BeSO 4 + H 2 O Al(OH) 3 + OH - [Al(OH) 4 ] - Al(OH) 3 + 3HNO 3 Al(NO 3 ) 3 + 3H 2 O BeCl 2 e AlCl 3 reagem com água e liberam HCl: BeCl 2 + H 2 O BeCl(OH) + HCl AlCl 3 + 3H 2 O Al(OH) 3 + 3HCl

26 Semelhanças diagonais entre o berílio e o alumínio Be e Al formam uma camada passivadora de óxido, protegendo o metal e dificultando as reações químicas: Mg (s) + H 2 O (l) MgO (s) + H 2(g) 2Al (s) + 3H 2 O (l) Al 2 O 3(s) + 6H 2(g)

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