Por que eles têm esse nome? 18/01/2014. I. Elementos do Grupo 2A. II. Propriedades dos Metais Alcalinos Terrosos. III. Compostos de Be, Mg e Ca

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1 Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Instituto de Ciência e Tecnologia Diamantina - MG Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri Bacharelado em Ciência e Tecnologia Diamantina - MG Elementos do Bloco s Metais Alcalinos Terrosos Prof a. Dr a. Flaviana Tavares Vieira flaviana.tavares@ufvjm.edu.br Prof a. Dr a. Flaviana Tavares Vieira flaviana.tavares@ufvjm.edu.br I. Elementos do Grupo 2A II. Propriedades dos Metais Alcalinos Terrosos III. Compostos de Be, Mg e Ca 3 4 Por que eles têm esse nome? -São encontrados na terra; -Possuem propriedades básicas (alcalinas)

2 Elementos do Grupo 2A Metais Alcalinos Terrosos *Apresentam as mesmas propriedades que foram observadas no Grupo 1. -Exceção: Be Motivo: tamanho pequeno e semelhanças em diagonal * Mais duros e mais densos do que os metais alcalinos. Elementos do Grupo 2A Metais Alcalinos Terrosos -São divalentes; -Formam compostos iônicos e incolores; -Os óxidos e hidróxidos são menos básicos que os do grupo 1; - A química é dominada pela perda de dois elétrons s: M M e - Mg(s) + Cl2(g) MgCl2(s) 7 2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s) 8 -Todos os elementos do grupo 2 possuem 2 elétrons s no nível eletrônico mais externo. -Ignorando os níveis internos preenchidos, as suas estruturas eletrônicas podem ser representadas como: 2s 2, 3s 2, 4s 2, 5s 2, 6s 2,7s Usado na obtenção de ligas com outros metais. -A adição de 2% de Be ao metal Cu aumenta sua resistência. -Uma liga de Be e Ni é utilizada na fabricação de molas e contatos elétricos. Tanto o Be como o BeO (este tem propriedades cerâmicas) foram usados em reatores nucleares. -Usado para fabricar as janelas dos tubos de raios-x: possui densidade eletrônica baixa, logo possui baixa capacidade de absorção. 11 -Be: não é muito comum (2ppm) -difícil extração -encontrado em minerais do grupo dos silicatos Berilo Be 3 Al 2 Si 6 O 18 Fenacita Be 2 SiO

3 * A pedra preciosa esmeralda tema mesma fórmula mínima do berilo, mas contém pequenas quantidades de cromo (responsável pela cor verde). Fogos de artifício. Lâmpadas flash brancas. A falta no organismo, pode provocar delirium tremens Esmeralda bruta Esmeralda polida Mg: 6 o elemento mais abundante da crosta -sais de Mg são dissolvidos na água do mar na proporção de 0,13% -montanhas inteiras são constituídas do mineral dolomita Dolomitas Itália MgCO3.CaCO3 Magnesita MgCO3 Epsomita MgSO4. 7H2O -Mg: -metal estrutural leve, -extremamente importante por causa de sua baixa densidade (1,74 g/ml, comparado com o aço 7,8 g/ml ou o Al 2,7 g/ml), -forma muitas ligas binárias, -O metal e suas ligas podem ser fundidos, trabalhados e soldados com facilidade, -É utilizado na fabricação de aeronaves, peças de avião e motores de automóveis, -A adição de 5% de Mg ao Al melhora as qualidades deste Reações envolvendo o cálcio -Gesso, mármore e na cal; -Essencial ao organismo: ossos

4 -Ca: constituinte de diversos minerais -montanhas de calcário e mármore -A aragonita tem, geralmente, a cor amarela ou vermelha acastanhada, explicando a cor da paisagem da região do mar vermelho, Bahamas e rochedos da Flórida. Penhasco branco Dover - Inglaterra Montanha de mármore Toscânia - Itália -Embora o calcário seja tipicamente branco, em muitos locais ele apresenta coloração amarela, laranja ou marrom, devido a presença de quantidades-traço de ferro. -O calcário é importante comercialmente como fonte de cal. 19 Aragonita CaCO3 Estrutura ortorrômbica Calcita CaCO3 Estrutura romboédrica 20 -Gesso: -uso como revestimento; -no Vale dos Reis Egito as paredes das tumbas de Tutancamon e de outros reis foram revestidas com CaSO4 e depois gravadas com hieróglifos. -Compostos de Sr são utilizados em fogos de artifício (cor vermelha) Sr: -menos abundante -ocorre na forma de minério concentrado -minerado como celestita e estroncianita Celestita SrSO4 Estroncianita SrCO3 23 -Nos exames de raio X de estômago e intestinos, é usado seu sulfato. -O BaSO4 é tão insolúvel que embora Ba 2+ seja tóxico, o BaSO4 pode ser ingerido sem perigo. -Por esse fato e, considerando que íons Ba 2+ refletem fortemente os raios-x, BaSO4 é aplicado na medicina em radiografias; -Estruturas interiores do corpo podem ser claramente caracterizadas porque o BaSO4 é opaco aos raios-x. -Seu nitrato dá cor verde aos fogos de artifício. 4

5 -Ba: -menos abundante -obtido como barita -Radioativo. -A mistura de brometo de rádio com sulfeto de zinco é usada em relógios e tintas fluorescentes. Barita BaSO4 Composto usado em pintura de telas Ra: -raro -radiativo -isolado pela 1 a vez por Pierre e Marie Curie -já foi usado no tratamento radioterápico do câncer Características Gerais -O Be difere dos demais elementos do grupo, pois o átomo e o íon são bastante pequenos, sendo o aumento relativo do Be 2+ para o Mg 2+, 4 vezes maior que do Li + para o Na +. -O Be não reage com água. -O Mg reagirá apenas com água quente. -Do Ca em diante (reação exotérmica): Pechblenda minério de urânio de onde o rádio é extraído Pierre e Marie Curie 27 Ca(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(aq) + H2(g) Generalizando: -São também muito reativos, reagindo com a água espontaneamente mas de forma menos violenta do que os metais alcalinos, razão pela qual não existem no estado livre na natureza. -Esta reatividade aumenta ao longo do grupo, porque os elétrons de valência estão cada mais afastados da atração do núcleo, saindo assim com maior facilidade

6 Algumas Propriedades dos Metais Alcalinos Terrosos -Os metais do grupo 2 não podem ser obtidos facilmente por redução química, porque eles próprios são fortes agentes redutores; -São fortemente eletropositivos; -Todos os metais podem ser obtidos por eletrólise de seus cloretos. 32 Obtenção do Mg -Antigamente o Mg era preparado aquecendo-se MgO com C a 2000 o C. -Nessa temperatura o C é capaz de reduzir o MgO. -A mistura gasosa de Mg e CO era resfriada rapidamente para se obter o metal -Resfriamento por choque era necessário pois a reação é reversível. -Se a mistura fosse resfriada lentamente, a posição do equilíbrio se deslocaria mais para a esquerda: MgO + C Mg + CO Obtenção do Mg -Atualmente o Mg é produzido por redução a altas temperaturas e por eletrólise. -Processo Pidgeon, o Mg é produzido pela redução da dolomita calcinada com liga ferrossilício a 1150 o C, a pressão reduzida. [CaCO3.MgCO3] CaO.MgO Mg+Ca2SiO4 + Fe -A eletrólise pode ser efetuada com MgCl2 fundido ou com MgCl2 parcialmente hidratado Processo Dow de extração da água do mar -A água do mar contém cerca de 0,13% de íons Mg 2+ e a extração do Mg depende do fato de se o Mg(OH)2 muito menos solúvel que o Ca(OH)2. -Quando cal hidratada é adicionada a água do mar, os íons Ca 2+ vão para a fase aquosa enquanto o Mg(OH)2 é precipitado. -Este é filtrado, tratado com HCl para formar o cloreto de magnésio e eletrolisado 35 6

7 -Metais do grupo 2 possuem 2 elétrons de valência que podem participar de ligações metálicas, os metais alcalinos possuem apenas 1. -Os átomos dos elementos do grupo 2 são grandes, mas menores que os correspondentes do grupo 1, pois a carga adicional no núcleo faz com que esta atraia mais fortemente os elétrons. -Os íons são grandes, mas são menores que os dos correspondentes do grupo 1, porque a retirada de 2 elétrons aumenta ainda mais a carga nuclear efetiva. -Em conseqüência os metais do grupo 2 são: -mais duros, -energias de ligação são maiores, -pontos de fusão e ebulição muito mais elevados que os dos metais do grupo 1. Grupo 2 P.f o C P.e. o C Grupo 1 P.f o C P.e. o C Be Li Mg Na Ca K A terceira energia de ionização é tão elevada que os íons M 3+ nunca são formados. -A energia de ionização do Be 2+ é alta, sendo seus compostos tipicamente covalentes. -Os compostos formados pelo Mg, Ca, Sr e Ba são predominantemente iônicos. -Os valores de eletronegatividade dos elementos do grupo 2 são baixos, mas maiores que os do grupo 1. -A eletronegatividade do Be é maior que dos demais elementos. -Como os átomos são menores que os do grupo 1, os elétrons estão mais fortemente ligados, de modo que a energia necessária para remover o primeiro elétron é maior que dos elementos do grupo A energias de hidratação dos íons do grupo 2 são de 4 a 5 vezes maiores que as de seus correspondentes no grupo 1. -Isso se deve ao seu menor tamanho e sua maior carga. -Os valores de Δh hid aumentam de cima para baixo dentro do grupo, à medida que o tamanho do íon aumenta. -Os compostos do grupo 2 contem mais moléculas de água de hidratação que os correspondentes compostos do grupo 1. -Ex.: NaCl e KCl são anidro mas, MgCl2.6H2O, CaCl2.6H2O e BaCl2.2H2O possuem águas de cristalização. -O número de águas de cristalização diminui a medida que os íons se tornam maiores. -Todos os compostos são diamagnéticos e incolores, a não ser que o ânion seja colorido. 7

8 -O Be difere dos demais elementos do grupo por 3 motivos: 1. É pequeno: íons pequenos de carga elevada tendem a formar compostos covalentes. 2. Possue eletronegatividade elevada: quando o Be reage com outros átomos, a diferença de eletronegatividade raramente é grande, o que favorece a formação de compostos covalentes O Be está no 2º período da T.P., de modo que o nível eletrônico mais externo comporta no máximo 8 elétrons. -Os orbitais disponíveis para ligação são o 2s e os 3 orbitais 2p. Portanto o Be pode formar no máximo 4 ligações convencionais. O nox=4. -Compostos anidro de Be apresentam predominantemente 2 ligações covalentes, tal que moléculas do tipo BeX2 deveriam ser lineares. 44 -Moléculas BeX2 podem polimerizar-se, formando cadeias contendo átomos de halogênios em ponte, por exemplo (BeF2)n, (BeCl2)n. -Na realidade, moléculas lineares só existem na fase gasosa, pois o arranjo eletrônico não preenche o nível eletrônico mais externo. -Cada átomo de halogênio forma uma ligação covalente normal e utiliza um par de elétrons livres para formar uma ligação coordenada. -No estado sólido o Be sempre se encontra com nox=4. NC = 4 -A energia de hidratação também diminui à medida que os íons metálicos se tornam maiores. -A solubilidade da maioria dos sais diminui com o aumento do peso atômico. -Observa-se a tendência inversa no caso dos fluoretos e hidróxidos deste grupo. -A solubilidade depende da energia reticular do sólido e da energia de hidratação dos íons. -Considerando-se um íon negativo qualquer, a energia reticular decresce à medida que aumenta o tamanho do metal. 47 -A solubilidade depende da energia reticular do sólido e da energia de hidratação dos íons. -Considere um grupo de compostos correlatos, por ex. os cloretos de todos os metais do grupo 2. -Descendo pelo grupo os íons se tornam maiores, de modo que tanto a energia de hidratação como a energia reticular se tornam cada vez menores. 48 8

9 -Na maioria dos casos, a energia de hidratação decresce mais rapidamente que a energia de reticular: logo os compostos se tornam menos solúveis à medida que o metal aumenta de tamanho. -No caso dos fluoretos e dos hidróxidos, a energia reticular diminui mais rapidamente que a energia de hidratação, de modo que a solubilidade desses compostos aumenta de cima para baixo dentro do grupo. -Todos esses metais se dissolvem na amônia líquida, tal como os do grupo 1. -Soluções diluídas são de coloração azul brilhante. -Soluções concentradas tem cor bronze, por causa da formação de agregados metálicos (clusters) O potencial de redução do Be é muito menor que aqueles dos demais elementos do grupo, isto, isto indica que o Be é muito menos eletropositivo (menos metálico) que os outros elementos do grupo e não reage com água. -Há dúvidas se ele reage com vapor d`água para formar o BeO, ou se não reage com água nem mesmo nessas condições. -O Be(OH)2 é anfótero, mas os hidróxidos de Mg, Ca, Sr e Ba são básicos. -A força da base aumenta do Mg ao Ba, logo os elementos do grupo 2 apresentam o aumento de suas propriedades básicas, de cima para baixo no grupo A água dura contém carbonatos, bicarbonatos ou sulfatos de Mg e de Ca dissolvidos. -A água dura dificulta a formação de espuma ao se utilizar sabões. -A dureza temporária é decorrente da presença de Mg(HCO3)2 e Ca(HCO3)2. -Ela é chamada de temporária porque pode ser eliminada pela fervura, o que expulsa o CO2 e desloca o equilíbrio. 2HCO 3- CO CO2 + H2O -Os íons Ca 2+ e Mg 2+ reagem com o íon estearato do sabão, gerando uma escuma insolúvel antes da formação de qualquer espuma. -A água dura também forma depósitos insolúveis em tubulações de água e caldeiras. -Assim os bicarbonatos se decompõem aos carbonatos, precipitando o carbonato de cálcio. -Se for filtrado ou removido por sedimentação, a água estará livre da dureza

10 -A dureza temporária também pode ser eliminada adicionando-se cal hidratada para precipitar o carbonato de cálcio. -Esse processo é denominado depuração com cal. Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + H2O -A dureza permanente não pode ser eliminada por fervura. -Ela decorre da presença de MgSO4 ou CaSO4 na solução. -Pequenas quantidades de água pura podem ser obtidas no laboratório por destilação ou passagem através de uma coluna de resina de troca-iônica, onde os íons Ca 2+ e Mg 2+ são substituídos por Na +. -Os íons Na + não afetam a capacidade dos sabões produzirem espuma Todos os metais do grupo 2 reagem com ácido liberando H2, embora o Be reaja lentamente. -Be reage com NaOH. -Mg, Ca, Sr e Ba não reagem com NaOH. -Todos os elementos desse grupo queimam em atmosfera de O2 formando óxidos. -O metal Be é relativamente inerte, não reagindo abaixo de 600 o C -Os elementos também queimam ao ar formando uma mistura de óxido e nitreto. -Os peróxidos são formados com facilidade e a estabilidade cresce à medida que os íons metálicos se tornam maiores Os peróxidos são formados com facilidade e a estabilidade cresce à medida que os íons metálicos se tornam maiores. -O peróxido de bário, BaO2, é obtido passando-se ar sobre BaO, a 500 o C. -O SrO2 também pode ser obtido por um método análogo, mas requer elevada temperatura e pressão. -O CaO2 não pode ser obtido dessa maneira, mas pode ser preparado na forma de hidrato, tratando-se Ca(OH)2 com H2O2, seguido da desidratação do produto. -Não se conhece o peróxido de berílio. -A solubilidade dos sulfatos em água diminui ao se descer pelo grupo. -BeSO4 e MgSO4 são solúveis, mas CaSO4 é pouco solúvel e os sulfatos de Sr, Ba e Ra são praticamente insolúveis

11 -Todos os nitratos desses metais podem ser preparados em solução e cristalizados como sais hidratados, pela reação de HNO3 com os carbonatos, óxidos ou hidróxidos correspondentes. 61 -Mg, Ca, Sr e Ba reagem com hidrogênio formando os hidretos, MH2, correspondentes. -BeH2 é difícil de se preparar e é menos estável que os demais. -Todos os hidretos são agentes redutores e são hidrolisados por água e ácidos diluídos, com liberação de hidrogênio. CaH2 + 2 H2O Ca(OH)2 + 2H2 62 -Os haletos, MX2, podem ser obtidos aquecendo-se os metais com o halogênio, ou reagindo-se os metais ou seus carbonatos com um ácido halogenídrico. -Todos os haletos são higroscópicos (absorvem vapor de água do ar) -Todos os elementos metais alcalinos terrosos queimam em atmosfera de nitrogênio formando nitretos iônicos, M3N2. -Esse comportamento contratasta com o do grupo 1 onde somente o Li forma nitreto Os metais do grupo 2 formam carbetos iônicos de fórmula MC2. -Mg, Ca, Sr e Ba formam carbetos quando os metais são aquecidos com C num forno elétrico. -Os sulfatos de Ca, Sr e Ba são insolúveis e os carbonatos, oxalatos, cromatos e fluoretos de todos os elementos deste grupo são insolúveis

12 -O Be apresenta propriedades diferentes daquelas dos demais elementos do grupo 2 e se assemelha diagonalmente com o Al. -Be é muito pequeno -Tem densidade de carga elevada -apresenta grande tendência a covalência -p.f. de seus compostos é baixo -todos os haletos são solúveis em solventes orgânicos e se hidrolizam em água -Haletos de Be são deficientes em elétrons e poliméricos, mas com átomos de halogênio em ponte. -Os sais de Be se incluem entre os mais solúveis que se conhecem. -Observa-se uma relação diagonal entre o Be e o Al, tal como o Li e o Mg, esse comportamento decorre principalmente da similaridade entre o tamanho de seus átomos e íons Referências Bibliográficas -SHRIVER, D.F.; ATKINS, P.W. Química Inorgânica. 4ª ed. Porto Alegre: Bookman, LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5.ed. São Paulo: Edgard Blucher, ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de Química. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, Algumas figuras foram retiradas do 12