Metais Alcalino-Terrosos

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Eric Aires Minho
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1 Metais Alcalino-Terrosos

2 Produtos Químicos Produção nos EUA Classificação Produto Químico Milhões de toneladas 1 Ácido sulfúrico 36,64 2 Etileno 25,41 3 Cal 20,12 4 Propileno 16,17 5 Ácido fosfórico 11,00 6 Cloro 10,85 7 Amônia 10,74 8 Carbonato de sódio 10,21 11 Dicloro etileno 9,56 10 Hidróxido de sódio 8,03 Fonte: Chemical and Engineering News

5 Ácido fosfórico 11,00 6 Cloro 10,85 7 Amônia 10,74 8 Carbonato de sódio 10,21

3 Classificação Produto Químico Milhões de toneladas 11 Ácido nítrico 7,38 12 Nitrato de amônio 7,31 13 Etilbenzeno 5,66 14 Uréia 5,63 15 Estireno 5,10 16 Ácido Clorídrico 4,34 17 Cumeno 3,70 18 Óxido de etileno 3,42 19 Sulfato de amônio 2, ,3-Butadieno 1,81 Fonte: Chemical and Engineering News

5,10 16 Ácido Clorídrico 4,34 17 Cumeno 3,70 18 Óxido de etileno 3,42 19

4 OCORRÊNCIA Be ocorre na forma de silicatos e aluminossilicatos como o berilo Be 3 Al 2 Si 6 O 16 e a fenacita Be 2 SiO 4 Mg ocorre como carbonatos, sulfatos, cloretos e hidroxissilicatos: ex: Dolomita MgCO 3 CaCO 3 berilo dolomita A calcita (CaCO 3 ), a hidroxiapatita (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)), a fluorapatita e a fluorita (CaF 2 ) são os principais minérios do cálcio calcita Celestita e a Barita são sulfatos de estrôncio e de bário celestita barita fluoritas vermelha e verde

calcita (CaCO 3 ), a hidroxiapatita (Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH)), a fluorapatita e a fluorita (CaF 2 ) são os principais

5 OBTENÇÃO E APLICAÇÕES os metais desse grupo não podem ser obtidos facilmente por redução química, porque eles próprios são fortes redutores, além de reagirem com carbono formando carbetos são fortemente eletropositivos e reagem com água os elementos podem ser obtidos por eletrólise de seus cloretos fundidos;

reagirem com carbono formando carbetos são fortemente eletropositivos e

6 OBTENÇÃO E APLICAÇÕES BERÍLIO extraído dos silicatos por tratamento com HF, o que leva à formação de Na 2 [BeF 4 ] Be(OH) 2 BeO material cerâmico usado em reatores nucleares; berílio metálico é obtido pela eletrólise de BeCl 2 fundido, obtido pelo tratamento térmico de Be(OH) 2 na presença de carbono e Cl 2 ; Be também pode ser obtido pela redução de BeF 2 com Mg; berílio é usado na obtenção de ligas. Be-Cu (2% de berílio aumenta a resistência de 5 a 6 vezes). Be-Ni usada na fabricação de molas e contatos elétricos. O berílio possui uma capacidade de absorção muito baixa, sendo usado na fabricação de janelas dos tubos de raios-x.

também pode ser obtido pela redução de BeF 2 com Mg; berílio é usado na obtenção de ligas. Be-Cu (2% de berílio aumenta a resistência de 5 a 6 vezes).

7 Magnésio o magnésio é único elemento do grupo 2 produzido em larga escala. É um material estrutural de baixa densidade (1,74 g.cm -3 compare com aço 7,8 e Al 2,7) usado na fabricação de ligas contendo Al, Zn, Mn, Pr, Nd e Th usado na fabricação de estruturas e peças de aeronaves e motores de automóveis. o magnésio é importante em síntese orgânica, sendo usado na preparação dos reagentes de Grignard, RMgBr.

cm -3 compare com aço 7,8 e Al 2,7) usado na fabricação de ligas contendo Al, Zn, Mn, Pr, Nd e Th

8 Magnésio magnésio pode ser obtido pela redução de dolomita calcinada com liga ferrossilício a 1150 o C, à pressão reduzida: (Método Pidgeon) calor Fe/Si [CaCO 3.MgCO 3 ] 2(CaO.MgO) 2Mg + Ca 2 SiO 4 + Fe magnésio também pode ser obtido por eletrólise de MgCl 2 fundido ou parcialmente hidratado. O MgCl 2 é obtido da dolomita ou da água do mar que contém 0,13% de íons Mg 2+ Ca(OH) 2 (aq) + MgCl 2 (aq) Mg(OH) 2 (s) + CaCl 2 (aq) Mg(OH) 2 (s) + 2HCl(aq) MgCl 2 (aq) + 2H 2 O(l)

MgO) 2Mg + Ca 2 SiO 4 + Fe magnésio também pode ser obtido por eletrólise de MgCl 2 fundido ou parcialmente hidratado.

9 Cálcio o cálcio é obtido por eletrólise de CaCl 2 fundido (obtido como subproduto do processo Solvay ou a partir da reação entre CaCO 3 e HCl). o cálcio puro é usado para a produção de ligas com Al, confecção de mancais, na indústria do aço para controlar a quantidade de carbono e na remoção de P, O e S. Também é usado como redutores na obtenção de Zr, Cr, Th e U.

o cálcio puro é usado para a produção de ligas com Al, confecção de mancais, na indústria

10 OBTENÇÃO E APLICAÇÕES ESTRÔNCIO E BÁRIO o estrôncio e bário metálicos são produzidos em quantidades bem menores, por eletrólise dos cloretos fundidos ou pela redução de seus óxidos com alumínio (reação termita ou aluminotermina): M 2+ (MCl2) + 2e- M(s) 6MO(s) + 2Al(s) + calor 3M(s) + M 3 Al 2 O 6 (M = Sr ou Ba)

ou pela redução de seus óxidos com alumínio (reação termita ou

11 Metais alcalinos versus alcalino-terrosos Raio metal Å Raio iônico Å PF o C 1 a E.I. kj. mol -1 2 a E.I. kj. mol -1 H hid kj mol -1 d g.cm -3 Li 1,52 0, ,54 Na 1,86 1, ,97 K 2,27 1, ,86 Rb 2,48 1, ,53 Cs 2,65 1, ,90 Be 1,12 0, ,85 Mg 1,60 0, ,74 Ca 1,97 1, ,55 Sr 2,15 1, ,63 Ba 2,22 1, ,62

39 403 2650-326 1,53 Cs 2,65 1,67 29 376 2420-293 1,90 Be 1,12 0,31 1287 899 1757-2494 1,85 Mg 1,60 0,72 649 737 1450-1921

12 Metais alcalino-terrosos os metais do grupo 2 têm cor prateada; possuem dois elétrons de valência que podem participar de ligações metálicas; os átomos são menores que os elementos do grupo 1 devido ao aumento da carga nuclear efetiva são mais densos; os íons M 2+ são mais duros, possuem maior relação carga/raio; as energias de ligação e os pontos de ebulição são muito mais elevados que os dos metais do grupo 1; os pontos de fusão não variam de modo regular, porque os metais assumem diferentes estruturas cristalinas;

2+ são mais duros, possuem maior relação carga/raio; as energias de ligação e os pontos de ebulição são muito mais elevados que os

13 Metais alcalino-terrosos 1 a EI + 2 a EI é quase quatro a cinco vezes maior que a energia necessária para formar um íon M + a partir dos elementos do grupo 1 a energia liberada na formação do retículo cristalino é muito grande para estabilizar os íons M 2+ a terceira energia de ionização (EI) é tão elevada que os íons M 3+ nunca são formados; a EI do berílio é muito alta forma compostos covalentes; compostos formados por Mg, Ca, Sr e Ba são predominantemente iônicos

estabilizar os íons M 2+ a terceira energia de ionização (EI) é tão elevada que os íons M 3+ nunca são formados; a EI

14 Metais alcalino-terrosos Energias de hidratação os valores de são 4 a 5 vezes maior que as dos correspondentes íons do grupo 1. Isto se deve principalmente ao menor tamanho e maior carga; as energias de hidratação decrescem de cima para baixo dentro do grupo, com o aumento do raio; os compostos cristalinos do grupo 2 contêm mais moléculas de água de cristalização que os correspondentes compostos do grupo 1 Exemplo: NaCl e KCl são anidros MgCl 2 6H2O, CaCl 2 H 2 O e BaCl 2 2H 2 O

Isto se deve principalmente ao menor tamanho e maior carga; as energias de hidratação decrescem de cima para baixo

15 Metais alcalino-terrosos O COMPORTAMENTO ANÔMALO DO BERÍLIO O berílio difere dos demais elementos do grupo por três motivos: o berílio é muito pequeno, e as regras de Fajans estabelecem que íons pequenos de carga elevada tendem a formar compostos covalentes; berílio possui uma eletronegatividade relativamente elevada quando reage com outros átomos, a diferença de eletronegatividade é diminui favorece a formação de complexos covalentes; os orbitais disponíveis para ligação são 2s e 2p o Berílio forma no máximo quatro ligações número de coordenação máximo = 4; moléculas lineares só existem na fase gasosa; as moléculas de BeX 2 podem polimerizar-se formando cadeias contendo átomos de halogênio em ponte, por exemplo (BeF 2 ) n, (BeCl 2 ) n ;

eletronegatividade é diminui favorece a formação de complexos covalentes; os orbitais disponíveis para ligação são 2s e 2p o Berílio forma no máximo quatro ligações número de coordenação

16 Metais alcalino-terrosos SOLUBILIDADE E ENERGIA RETICULAR as energias reticulares são muito maiores que as dos correspondentes do grupo 1, por causa do efeito da carga: U α z + z - /r ο a solubilidade depende da energia reticular do sólido e da energia de hidratação dos íons; descendo pelo grupo os raios aumentam energias de hidratação e reticular diminuem; energia reticular baixa favorece a solubilização, porém, energia de hidratação baixa não favorece a dissolução os fatores variam em sentidos opostos; na maioria dos casos, a energia de hidratação decresce mais rápido que a energia reticular compostos pouco solúveis a medida que o raio aumenta.

de hidratação e reticular diminuem; energia reticular baixa favorece a solubilização, porém, energia de hidratação baixa não favorece a dissolução os fatores

17 Dureza da Água

18 Dureza da Água água dura contém bicarbonatos e/ou sulfatos de magnésio e cálcio dissolvidos; Classificação da Dureza: Temporária e Permanente Temporária: devido-se à presença de Mg(HCO 3 ) 2 e Ca(HCO 3 ) 2 Pode ser eliminada pela fervura: 2HCO 3- (aq) CO 2-3 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O(l) CO 2-3 (aq) + Ca 2+ (aq) CaCO 3 (s) pode ser eliminada pela adição de cal hidratada: Ca(HCO 3 ) 2 (aq) + Ca(OH) 2 (aq) 2CaCO 3 (s) + 2H 2 O(l)

ser eliminada pela fervura: 2HCO 3- (aq) CO 2-3 (aq) + CO 2 (g) + H 2 O(l) CO 2-3 (aq) + Ca 2+ (aq) CaCO 3

19 Dureza da Água Dureza Permanente: Ocorre pela presença de sulfatos de magnésio e/ou cálcio; Não pode ser eliminada pela fervura; A eliminação requer a adição de carbonato de sódio CO 2-3 (aq) + Ca 2+ (aq) CaCO 3 (s) Se houver muito Mg 2+, pode haver a precipitação na forma de hidróxido: CO 2-3 (aq) + H 2 O(l) HCO 3- (aq) + OH - (aq) Mg 2+ (aq) + 2OH - (aq) Mg(OH) 2 (s)

2-3 (aq) + Ca 2+ (aq) CaCO 3 (s) Se houver muito Mg 2+, pode haver a precipitação na forma

20 Dureza da Água A dureza também pode ser tratada por destilação e passagem por coluna de troca iônica, onde Ca 2+ e Mg 2+ são substituídos por Na +

21 Dureza da Água Água dura reduz a eficiência da limpeza; Ca 2+ e Mg 2+ reagem com o sabão (estearato de sódio) = H 3 C(CH 2 ) 16 -COO-Na + e precipitam, prejudicando a formação de micelas;

22 Dureza da Água A dureza pode ainda ser tratada pela adição de complexantes como fosfatos inorgânicos, P 2 O 4-7 ou P 3 O 5-10 ou edta = etilenodiaminatetraacetato, que atuam como agentes quelatos formando compostos de coordenação muito estáveis com os íons Ca 2+ e Mg 2+ e solúveis em água: ânion pirofosfato tripolifosfato de sódio complexo com edta

23 Metais alcalino-terrosos COMPOSTOS IMPORTANTES Carbonatos e bicarbonatos: CaCO 3 (s) CaO(s) + CO 2 (g) Sulfatos: CaSO 4 1/2H 2 O(s) Gesso; BaSO 4 (s) contraste Haletos: CaF 2 (s) Fluorita Carbetos: CaO(s) + 3C(s) + calor CaC 2 (s) + CO(g) CaC 2 (s) + 2H 2 O(l) Ca(OH) 2 + C 2 H 2 (g) CaC 2 (s) + N 2 (g) + calor CaNCN(s) + C(s) cianamida cálcica CaNCN(s) + H 2 O(l) CaCO 3 (s) + 2NH 4 OH(aq) CaNCN(s) + H 2 SO 4 (aq) + H 2 O(l) H 2 NC(O)NH 2 (s) uréia

24 COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS Be e Mg formam compostos com ligação M-C; Vitor Grignard (químico francês) recebeu o Prêmio Novel de Química em 1912 por seus trabalhos pioneiros com os compostos organometálicos de Mg; os reagentes de Grignard são obtidos pela reação de um haleto de alquila ou arila com Mg em éter seco: Mg + RBr RMgBr Metais alcalino-terrosos todos os reagentes de Grignard são hidrolisados gerando hidrocarbonetos: 2RMgBr + 2H 2 O 2RH + Mg(OH) 2 + MgBr 2 Outras reações típicas dos reagentes de Grignard: RMgBr + CO 2 + ácido RCOOH RMgBr + R 2 C=O R 3 COH RMgBr + RCHO R 2 CHOH RMgBr + O 2 + ácido ROH RMgBr + S 8 RSH e R 2 S

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