Continuaremos com nosso estudo sobre os metais, agora com os. Ocorrência, Estrutura, Métodos de Obtenção, Aplicações e Propriedades

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1 Aula: 10 Temática: Metais Alcalino Terrosos terrosos. Vamos lá! Continuaremos com nosso estudo sobre os metais, agora com os METAIS ALCALINOS TERROSOS Ocorrência, Estrutura, Métodos de Obtenção, Aplicações e Propriedades Os alcalino-terrosos são os elementos químicos do grupo 2 (2 A) da tabela periódica que forma uma família ou uma série química. Fazem parte desse grupo os seguintes elementos: berílio ( Be ), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e rádio (Ra). Este último apresenta um tempo de vida média muito curto. Possuem eletronegatividade 1,3, segundo a escala de Pauling, valor este que tende a crescer no grupo de baixo para cima. São metais de baixa densidade, coloridos e moles. Reagem com facilidade com halogênios para formar sais iônicos e com a água (ainda que não tão rapidamente como os metais alcalinos) para formar hidróxidos fortemente básicos. São todos sólidos e possuem dois elétrons no subnível eletrônico mais externo. Os elementos químicos deste grupo (grupo II) mostram as mesmas tendências nas propriedades que foram observadas no Grupo I. Porém, o berílio se afasta do restante do grupo, e difere dele muito mais do que o lítio difere do restante do grupo I. O principal motivo é fato de o átomo de berílio e o íon Be 2+ serem ambos muito pequenos, e o aumento relativo de tamanho do Be 2+ para o Mg 2+ é quatro vezes maior do que a diferença entre o Li + e o Na +. O berílio também mostra algumas semelhanças em diagonal com o alumínio, no Grupo III.

2 O magnésio é o sexto elemento mais abundante na crosta terrestre ( ppm ou 2,76%). Sais de magnésio ocorrem na água do mar em proporção de até 0,13%. Montanhas inteiras são constituídas pelo mineral dolomita [MgCO 3.CaCO 3 ]. A dolomita calcinada é usada para o revestimento refratário de altos fornos e para a construção de rodovias. O magnésio ocorre também em série de minerais do grupo dos silicatos, como olivina (Mg,Fe) 2 SiO 4, talco Mg 3 (OH) 2 Si 4 O 10, crisotilo Mg 3 (OH) 4 Si 2 O 5 (asbesto) e micas, K + [Mg 3 (OH) 2 (AlSi 3 O 10 )] -. O cálcio é o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre ( ppm ou 4,66%), ocorre por todo o mundo na forma de muitos minerais comuns. Há vastos depósitos sedimentares de CaCO 3 formando montanhas inteiras de calcário, mármore e greda (os penhascos brancos de Dover), os corais também são compostos de CaCo 3. Estes se originam de conchas de animais marinhos. Embora o calcário seja essencialmente branco, em muitos lugares ele apresenta coloração amarela, laranja ou marrom, devido à presença de traços de ferro. Há duas formas cristalinas de CaCO 3, a calcita e a aragonita. A calcita é mais comum: apresenta cristais romboédricos incolores. A aragonita é ortorrômbica, geralmente de cor vemelha-acastanhada ou amarela, o que explica a cor da paisagem da região do Mar Vermelho, das Bahamas e dos rochedos da Flórida. O calcário é comercialmente importante como fonte de cal, CaO. O cálcio também é encontrado na fluorapatita [3(Ca 3 (PO 4 ) 2.CaF 2 ] é industrialmente importante como fonte de fosfato. O gesso CaSO 4.2H 2 O e anidrita CaSO 4 são minerais abundantes. O estrôncio (384 ppm) e o bário (390 ppm) são muito menos abundantes, mas bastante conhecidos, porque ocorrem como minérios concentrados que permitem fácil extração. O estrôncio é obtido como celestita SrSO 4 e estroncianita SrCO 3.

3 O bário é obtido como barita BaSO 4 encontrada em todo o mundo. O rádio é extremamente raro e radioativo. Foi isolado pela primeira vez por Pierre e Marie Curie que processaram várias toneladas do minério de urânio retirado do mineral pechblenda (ver figura 1). Antigamente, era usado no tratamento radioterápico de câncer, mas, hoje, usam-se outras fontes de radiação para esta finalidade ( 60 Co, raios X, ou um acelerador linear). Os metais desse grupo não podem ser obtidos facilmente por redução química, porque eles próprios são fortes agentes redutores que reagem com carbono para formar carbetos. Eles são fortemente eletropositivos e reagem com água; assim soluções aquosas não podem ser usadas no deslocamento de um metal por outro, ou na obtenção eletrolítica. A eletrólise de soluções aquosas pode ser efetuada usando um cátodo de mercúrio, mas a separação do metal da amálgama é difícil. Todos esses metais podem ser obtidos por eletrólise de seus cloretos fundidos, basta apenas adicionar cloreto de sódio para baixar o ponto de fusão, embora o estrôncio e o bário mostrem tendência de formar uma suspensão coloidal. Figura 1 Mineral pechblenda, de onde é retirado o Urânio. O Be metálico é obtido por meio da conversão do hidróxido em BeCl 2 por tratamento com C e Cl 2, e eletrolisando o BeCl 2 fundido. O Be também pode ser obtido pela redução do BeF 2 com magnésio. O BeO é extraído do mineral berilo Be 2 Al 2 Si 6 O 18 por tratamento térmico ou fusão alcalina seguida de

4 tratamento com ácido sulfúrico para formar BeSO 4 solúvel. A adição de NH 4 OH fornece Be(OH) 2, que, por aquecimento, leva a BeO. O magnésio é o único metal do grupo II a ser produzido em larga escala. Atualmente, o Mg é obtido por redução a alta temperatura e por eletrólise. No processo de Pidgeon o Mg é produzido e reduz a dolomita calcinada com ferrosilício a C à pressão reduzida. 3CaCO 3.MgCO 3 + FeSi CaO.MgO + 2Mg + Ca 2 SiO 4 + Fe + 6CO 2 (calor) A eletrólise pode ser efetuada com MgCl 2 fundido, ou com MgCl 2 parcialmente hidratado. O MgCl 2 é produzido de duas maneiras: Processo Dow de água do mar: A água do mar contém cerca de 0,13% de íons de Mg 2+, e a extração do magnésio depende do fato de ser o Mg(OH) 2 muito menos solúvel do que o Ca(OH) 2. Cal hidratada Ca(OH) 2 é adicionada à água do mar: os íons cálcio se dissolvem e precipita o Mg(OH) 2. Este é filtrado, tratado com HCl para formar o cloreto de magnésio, e eletrolisado. Ca(OH) 2 + MgCl 2 Mg(OH) 2 + CaCl 2 Mg(OH) 2 + 2HCl MgCl 2 + 2H 2 O Processo Dow da salmoura natural: Calcina-se dolomita MgCO 3.CaCO 3 (por aquecimento 900 C) com a obtenção de MgO.CaO (dolomita calcinada). Esta é tratada com HCl, o que leva a uma solução de CaCl 2 e MgCl 2. Ela é tratada com nova quantidade de dolomita calcinada, borbulhando-se a seguir CO 2. O CaCO 3 precipita, deixa-o em solução o MgCl 2 que é a seguir eletrolisada. CaCl 2.MgCl 2 + CaO.MgO + 2CO 2 2MgCl 2 + 2CaCO 3 O metal Ca é obtido por eletrólise do CaCl 2 fundido, obtido como subproduto do processo Solvay ou a partir da reação entre CaCO 3 e HCl. As grandes fontes de cálcio são os minerais constituídos por CaCO 3.

5 Os outros minerais Sr e Ba são produzidos em quantidades bem menores por eletrólise dos cloretos fundidos ou por redução de seus óxidos com alumínio por um processo chamado termita ou aluminotermia. O Be apresenta uma seção transversal de captura (seção eficaz) muito baixa para a captura de nêutrons, e é usado na indústria da energia nuclear. Tanto o Be como o BeO (este tem propriedades cerâmicas) foram usados em reatores nucleares. O magnésio é um metal estrutural leve extremamente importante por causa de sua baixa densidade (1,74 gcm -3, comparado com o aço 7,8 g.cm -3 ou o alumínio 2,7 g.cm -3 ). O Mg forma muitas ligas binárias, freqüentemente contendo até 9% de Al, 3% de Zn e 1% de Mn, traços dos lantanídeos praseodímio Pr e neodímio Nd e traços de tório. O metal e suas ligas podem ser fundidos, trabalhados e soldados com facilidade. Ele é utilizado na fabricação de aeronaves, peças de avião e motores de automóveis. Bulbos fotográficos antigos continham magnésio em um ambiente de oxigênio; o magnésio era inflamado eletricamente. A adição usual de 5% de Mg ao alumínio melhora as qualidades deste. Do ponto vista químico, ele é importante em reagentes de Grignard, como C 2 H 5 MgBr. O cálcio é usado em larga escala como CaO (óxido de cálcio) - cal. É usado na indústria alimentícia, na indústria do papel, na construção civil, na indústria do vidro, na indústria do aço e obtido da calcinação do CaCO 3 no processo para fabricação do cimento portland. O metal Ca é usado na fabricação de ligas com Al para mancais. Ele é usado também na indústria do ferro e do aço para controlar o carbono no ferro fundido e para remoção de P, O e S. Outros usos são: como redutor na obtenção de outros metais - Zr, Cr, Th e U - e na remoção de traços de N 2 no argônio.

6 Vimos então os metais alcalinos, como eles são obtidos e sua importância. Na próxima aula iremos conversar sobre os metais da família do boro. Não deixe de participar de nossos fóruns e não hesite em compartilhar suas dúvidas e experiências comigo e com os demais professores tutores!