2: METAIS ALCALINOS TERROSOS

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Grupo 2: METAIS ALCALINOS TERROSOS 2 Be Mg Ca Sr Ba Ra Elemento Z Configuração Berílio 4 [He] 2s 2 Magnésio 12 [Ne] 3s 2 Cálcio 20 [Ar] 4s 2 Estrôncio 38 [Kr] 5s 2 Bário 56 [Xe] 6s 2 Rádio 88 [Rn] 7s 2

Grupo 2: METAIS ALCALINOS TERROSOS Be Z = 4 Z = 20 Mg Z = 12 Ca Sr Z = 38 Ba Z = 56

Ocorrência na natureza As abundâncias são dadas na forma logarítmica (base 10) em gramas de metal por 1000 Kg de amostra. Como a escala vertical e logartímica, as diferenças são muito maiores o que aparentam. Log Be = 0,30 Be = 10 0,30 2 g de Be / 1000 Kg Log Ca = 4,71 Ca= 10 4,71 51.300 g de Ca / 1000 Kg Log Na = 4,36 Na= 10 4,36 23.000 g de Na / 1000 Kg Crosta

Ocorrência na natureza Berílio berilo: 3BeO. Al 2 O 3. 6SiO 2 Esmeralda: cristal de berilo com íons Cr 3+ no lugar do Al 3+, responsáveis pela cor Bertrandita - Be 4 Si 2 O 7 (OH) 2 Fenaquita - Be 2 SiO 4

Ocorrência na natureza Magnésio: - água do mar Cálcio: depósitos de CaCO 3 (conchas de exoesqueletos de organismos marinhos antigos) Giz (mais mole), pedra calcária, mármore (com impurezas) Calcário Gesso - dolomita: CaCO 3. MgCO 3 - magnesita: MgCO 3

Ocorrência na natureza Estrôncio e Bário: ocorrem na forma de minérios como celestita (SrSO 4 ), estroncianita (SrCO 3 ) e barita (BaSO 4 ) Rádio: raro e radioativo. Obtido por meio do processamento o Urânio (Marie Curie) Celestita Barita

Importância Biológica John Emsley, Moléculas em exposição

Métodos de Obtenção Por aquecimento (750 o C) do berilo com hexafluorossilicato de sódio (Na 2 SiF 6 ) para produzir BeF 2 que é reduzido a Be em presença de Mg Be3Al 2Si6O18 2 NaOH 3 BeO Na2O Al 2O3 6 SiO2 H2O berilo BeO C Cl BeCl2 2 CO Eletrólise do cloreto de berílio fundido BeCl 2 (l) Be (l) + Cl 2(g) E o = -1,85-1,36 = - 3,21 V 2 Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2 e - Be +2 (l) + 2 e - Be (s)

Métodos de Obtenção A partir da dolomita: MgCO 3.CaCO 3 (s) Mg (s) Eletrólise do cloreto de magnésio (fundido), que é obtido a partir da água do mar Mg 2+ (aq) + Ca(OH) 2 (aq) Mg(OH) 2 (s) + Ca 2+ (aq) Mg(OH) 2 (s) + 2 H 3 O + (aq) Mg 2+ (aq) + 4 H 2 O (l) Elevadas temperaturas Mg é obtido no estado líquido e removido por destilação MgCl 2 (l) Mg (l) + Cl 2(g) E o = -2,37-1,36 = - 3,73 V 2 Cl - (aq) Cl 2(g) + 2 e - Mg 2+ (l) + 2 e - Mg (s)

Métodos de Obtenção CaCO 3 (s) CaO (s) + CO 2 (g) CaO (s) + 2 NH 4 Cl (s) CaCl 2(s) + 2 NH 3(g) + H 2 O (l) CaCl 2 (l) Ca (l) + Cl 2(g) Eletrólise ígnea E o = -2,87-1,36 = - 4,23 V 2 Cl - (aq) Cl 2 (g) + 2 e - Ca 2+ (l) + 2 e - Ca (s)

Métodos de Obtenção Eletrólise do cloreto fundido (BaCl 2 ou SrCl 2 ) Redução do óxido com alumínio: 6 SrO(s) + 2Al(s) 3Sr(s) + Sr 3 Al 2 O 6 (s) Aluminotermia

Propriedades Atômicas

Propriedades Atômicas Configuração Eletrônica 2 elétrons no orbital mais externo s sem considerar a configuração interna: 1s 2, 2s 2, 3s 2, 4s 2, 5s 2, 6s 2, 7s 2 formam íons bivalentes elétrons da última camada podem ser promovidos para orbitais mais externos pela energia de uma chama.

Sob a Chama Magnésio Bário Estrôncio Mistura

os átomos dos alcalinos terrosos são menores que os dos alcalinos. Por que? (lembre-se que seus íons são menos volumosos que os átomos que lhe deram origem)

os átomos dos alcalinos terrosos são menores que os dos alcalinos. Por que? (lembre-se que seus íons são menos volumosos que os átomos que lhe deram origem) são mais densos que os alcalinos

os átomos dos alcalinos terrosos são menores que os dos alcalinos. Por que? (lembre-se que seus íons são menos volumosos que os átomos que lhe deram origem) são mais densos que os alcalinos possuem dois elétrons na camada de valência para participar de ligações metálicas. São, portanto, mais duros que os alcalinos. (Entretanto, também são moles em comparação com demais metais)

os átomos dos alcalinos terrosos são menores que os dos alcalinos. Por que? (lembre-se que seus íons são menos volumosos que os átomos que lhe deram origem) são mais densos que os alcalinos possuem dois elétrons na camada de valência para participar de ligações metálicas. PF e PE maiores que os alcalinos

Possuem energia de ionização maiores que os alcalinos

Energia de ionização Apresentam a 2 a E. I. superior que a 1 a E.I. condutores de eletricidade altamamente reativos (são menos eletropositivos que os alcalinos) formam compostos iônicos incolores (sem elétrons desemparelhados: diamagnéticos).

Entalpia de rede, H R o e o ciclo de Born-Haber É a variação de entalpia molar padrão que acompanha a formação de íons gasosos a partir do sólido: + ½ Entalpia de dissociação ( H d ) MX (s) M + (g) + X - (g) H f = H s + I + ½ H d + E + U H s, I e H d são positivas E e U são geralmente negativas + Entalpia de sublimação ( H s ) + Energia de ionização (I) - Afinidade Eletrônica (E) - Energia Reticular (U) H f < 0 Entalpia de formação ( H f )

Entalpia de rede: será maior quanto menor forem os íons e com carga elevada as energias reticulares são maiores no grupo 2 do que as do grupo 1 devido ao aumento da carga dos íons Pode ser considerada como o calor necessário para vaporizar o sólido. Quanto maior a entalpia de rede, mais calor é exigido.

Entalpia de Hidratação íons gasosos mergulhando em água, formando uma solução: Energia é liberada Entalpia de hidratação NaCl (g) = -444 + (-340) = - 784 KJ.mol -1 Entalpia de hidratação LiCl (g) = -558 + (-340) = - 898 KJ.mol -1 Entalpia de hidratação CaCl 2 (g) = -1657 + (2 x(-340)) = - 2337 KJ.mol -1 tanto a energia reticular quanto a energia de hidratação diminuem com o aumento do número atômico, sendo que a de hidratação diminui mais rapidamente que a reticular.

Para que uma substância se dissolva, a energia liberada quando os íons se hidratam (energia de hidratação) deve ser maior que a energia necessária p/ romper o retículo cristalino (energia reticular - U).

Energia em processos de dissolução: Entalpia de Rede e Entalpia Hidratação Processo de dissolução exotérmico Luciana Almeida Silva, Cláudia Rocha Martins e Jailson Bittencourt de Andrade, Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 1016-1020, 2004.

Energia em processos de dissolução: Entalpia de Rede e Entalpia Hidratação Processo de dissolução endotérmico Luciana Almeida Silva, Cláudia Rocha Martins e Jailson Bittencourt de Andrade, Quim. Nova, Vol. 27, No. 6, 1016-1020, 2004.

Energia em processos de dissolução: Entalpia de Rede + Entalpia Hidratação LiCl (s) Li + (aq) + Cl - (aq) 861 + (-898) = - 37 KJ.mol -1 exotérmica NaCl (s) Na + (aq) + Cl - (aq) 787 + (-784) = +3 KJ.mol -1 endotérmica KCl (s) K + (aq) + Cl - (aq) 717 + (-701) = +16 KJ.mol -1 endotérmica CaCl 2 (s) Ca + (aq) + 2 Cl - (aq) 2260 + (-2337) = -77 KJ.mol -1 exotérmica MgCl 2 (s) Mg + (aq) + 2 Cl - (aq) 2524 + (-2683) = -159 KJ.mol -1 exotérmica

H < 0 (exotérmico) G < 0 Favorável G = H - T S Quando H > 0 (endotérmico) Favorável Desfavorável T S > H T S < H

SEMELHANTE DISSOLVE SEMELHANTE

Apresenta diferenças consideráveis dos demais elementos do grupo: é o menos metálico do grupo ele é muito pequeno e tem eletronegatividade alta seus compostos tem propriedades comumente atribuídas a ligações covalentes O acetato de Be consiste de um átomo central de O rodeado por um tetraedro de quatro átomos de Be, os quais por sua vez estão unidos por íons acetato.

O nível eletrônico mais externo do Berílio comporta no máximo oito elétrons. Portanto, forma 4 ligações convencionais (maioria dos compostos NC = 4), com unidades tetraédricas em cloretos, acetatos e hidretos sólidos. (BeX 2 deveriam ser lineares) Ligação tricentrada com 2 elétrons =

Propriedades Químicas Reação com H 2 O Formam hidróxido liberando H 2 O Be não reage com água devido a película de BeO Mg (s) + 2 H 2 O (l) Mg(OH) 2 (aq) + H 2 (g), a quente Ca (s) + 2 H 2 O (l) Ca(OH) 2 (aq) + H 2 (g), a frio Ba (s) + 2 H 2 O (l) Ba(OH) 2 (aq) + H 2 (g), rapidamente Propriedades Óxidos Obtidos pela decomposição térmica dos carbonatos. MgCO 3 (s) MgO (s) + CO 2 (g) Resistentes a altas temperaturas. Reagem com água para formar os hidróxidos (exceto BeO película) BaO - insolúvel MgO (s) + H 2 O (l) Mg(OH) 2 (aq)

Propriedades Químicas Reação com H 2 O Formam hidróxido liberando H 2 Ba, Sr e Ca possuem potencias semelhantes aos do Grupo 1: reagem com água fria Mg possui potencial intermediário: reage apenas com água quente Be é muito menos eletropositivo (menos metálico): não reage com água

Propriedades Químicas Reação com não metais e com a água Reação com O 2 Formam uma película de óxido que protege o metal Be (s) + ½ O 2 (g) BeO (s) Mg (s) + ½ O 2 (g) MgO (s) A película formada de BeO resiste a altíssimas temperaturas. No caso de Ca, Mg e Sr a proteção é parcial. O Ba não forma a película e pode inflamar em ar úmido.

Propriedades Químicas

Propriedades Químicas

Forte relação diagonal com o Alumínio: Be e Al formam hidretos, haletos e óxidos covalentes Os óxidos de Be e Al são anfóteros Na presença de excesso de OH - formam [Be(OH) 4 ] 2- e [Al(OH) 4 ] - ; Mg(OH) 2 não reage com OH - Be e Al formam carbetos (C -4 ) e produzem metano por reação com água; os demais formam C 2 2- e liberam etino por reação com água Be e Al se tornam passivos quando tratados com HNO 3 Potenciais padrão do Be (-1,85 V) se assemelha mais ao do Al (-1,66 V)

Principais Compostos - Liga de Be Cu: O Be é adicionado ao cobre em pequenas quantidades já que seu pequeno tamanho mantém os átomos de Cu mais juntos, aumentando a rigidez (em relação ao cobre puro), mantendo a condutividade. Restringe utilização - Os sais solúveis de Berílio são tóxicos industrial - O Berílio é anfótero, reage com ácidos e bases Be (s) + 2 OH - (aq) [Be(OH) 4 ] -2 (aq) + H 2 (g) Be (s) + 2 HCl (aq) BeCl 2 (aq) + H 2 (g) Demais metais do grupo não são anfóteros MgO (s) + 2 H 2 O (l) Mg(OH) 2 (aq) MgO (s) + 2 HCl (aq) MgCl 2 (aq) + H 2 O (g) MgO (s) + OH - (aq) x

grande importância biológica Principais Compostos Essencial para a saúde humana Responsável pela ativação de muitas enzimas A densidade do Mg é 2/3 da densidade do Al, porém é mais mole. Mas suas ligas têm grande resistência, e são aplicadas onde leveza e dureza são exigidas: aviões! Liga com Li (14%), Al (1%) e Mg (84%): estrutura de aeornaves Problemas para seu emprego em larga escala: - É mais caro que o aço e mais difícil de ser trabalhado. - Funde a baixa temperatura e pode ser deformado facilmente. - não pode ser resfriado com água, pois reage com esta. Reage com N 2 (Mg 3 N 2 ) e com o CO 2 (MgO (s) + CO 2 (g) MgCO 3 (s) )

Principais Compostos Mg metálico é utilizado em flash, em velas de aniversário e para iniciar reação de termita https://www.youtube.com/watch?v=a8xsmsdvek4 MgCO 3 utilizado por ginastas com agente secante

Principais Compostos Mg(OH) 2 : leite de magnésia, empregado como antiácido estomacal MgO: formado por cátion (Mg 2+ ) e ânion (O 2- ): - alta resistência a fusão (2800 o C): uso em tijolos refratários - bom condutor de calor e pobre condutor elétrico: uso em isolantes de aquecedores elétricos MgSO 4 : sal de Epson, empregado como purgativo Clorofila: função do Mg 2+ é manter o anel rígido, para aumentar a eficiência na captação do fóton luz e conversão em energia para a fotossíntese

Principais Compostos CaCO 3 : - puros (calcita e aragonita) remanescentes da vida marinha fossilizada - impuros (giz e mármore) HCO 3 - (aq) + H 2 O (l) H 3 O + (aq) + CO 3 2- (aq) Os hidrogenocarbonatos são mais solúveis e são carregados para dentro do solo mármore Estalactite Estalagmite

Também sofrem c/ efeitos da chuva ácida Problemas Ambientais: chuva ácida Monumentos são feitos de CaCO 3 CaCO 3 (s) + 2 H 3 O + (aq) Ca 2+ (aq) + 3 H 2 O (l) + CO 2 (g) Congonhas - MG Os Profetas (Aleijadinho) são feitos em pedra sabão

Sistema fechado

O cimento Portland tem como matéria prima o calcário (basicamente de carbonato de cálcio CaCO 3 ), argila (silicatos complexos contendo alumínio e ferro como cátions principais), minério de ferro, gesso e aditivos.

Principais Compostos CaO: cal viva, porque reage com a água rapidamente e exotérmicamente (capaz de incendiar madeiras ou papéis úmidos) CaO (s) + H 2 O (l) Ca(OH) 2 (aq) Composto pouco solúvel conhecido por cal extinta Utilizada na metalurgia, para retirar a impureza SiO 2 do mineral CaO (s) + SiO 2 (s) CaSiO 3 (s) Utilizada para a produção de acetileno, usado em maçaricos CaO (s) + 3 C (s) CaC 2 (s) + CO (g) CaC 2 (s) + 2 H 2 O (l) C 2 H 2 (g) + Ca(OH) 2 (aq)

Principais Compostos

diversas: cerâmica, graxas, tijolos sílica-cal, petróleo, couro, etanol, metalurgia do cobre, produtos farmacêuticos e alimentícios e biogás. Principais Compostos CaO: siderúrgicas: usadas na fabricação de aço nos fornos, regulador de ph em tratamento de águas; celulose e papel: para regenerar a soda caústica e para branquear as polpas de papel, junto com outros reagentes; açúcar: na remoção dos compostos fosfáticos, dos compostos orgânicos e no clareamento do açúcar; tintas: como pigmento e incorporante de tintas à base de cal; alumínio: como regeneradora da soda;

Principais Compostos CaO: tratamento de água na correção do ph, na coagulação do alume e dos sais metálicos, na remoção da sílica; estabilização de solos obtenção de argamassas de assentamento e revestimento como plastificante, retentor de água e de incorporação de agregados misturas asfálticas como neutralizador de acidez e reforçador de propriedades físicas (em geral, 1% das misturas); usos diversos: precipitação do SOx dos gases resultantes da queima de combustíveis ricos em enxofre; proteção às árvores; desinfetantes de fossas; proteção à estábulos e galinheiros.

Principais Compostos Ca(OH) 2 : usado para testar a presença de CO 2 Ca(OH) 2 (aq) + CO 2 (g) CaCO 3 (s) + H 2 O (l) Ca 5 (PO 4 ) 3 OH: hidroxiapatita, esmalte dos dentes. O estrago nos dentes é causado pelo ataque dos ácidos formados na digestão dos alimentos por bactérias. Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s) + 4 H 3 O + (aq) 5 Ca 2+ (aq) + 3HPO 4 2- (aq) + 5 H 2 O (l) Tratamento com Flúor forma uma cobertura mais resistente ao ataque: Ca 5 (PO 4 ) 3 OH (s) + F - (aq) Ca 5 (PO 4 ) 3 F (s) + OH - (aq) CaSO 4. 2H 2 O: gesso, usado em construções na argamassa e na decoração

Aplicações Industriais Compostos Organometálicos Be e Mg formam número considerável de compostos deste tipo. Reagente de Grignard (RMgBr), são utilizados na síntese de álcoois, aldeídos e cetonas, além da sua aplicação em QI para obtenção de outros compostos organometálicos.

Aplicações Industriais USA 2004

Aplicações Industriais Correção do ph do solo Ca(OH) 2 (s) + 2 H 3 O + (aq) Ca 2+ (aq) + 4 H 2 O (l)

Aplicações Industriais Celobar O medicamento, utilizado para destacar órgãos em exames radiológicos, pode ter causado a morte de pelo menos 21 pessoas no país. Sua matéria-prima é o sulfato de bário. No entanto, análise preliminar da Fiocruz (Fundação Oswaldo Cruz) aponta a presença de carbonato de bário, distribuído em diversos Estados pelo laboratório Enila, do Rio de Janeiro. O carbonato de bário é utilizado em venenos para rato. O Enila informa a ANVISA que os 600 kg de carbonato de bário foram usados para sintetizar 595 kg de sulfato de bário, matéria-prima do Celobar. BaCO 3 (s) + H 2 SO 4 (aq) BaSO 4 (s) + H 2 O (l) + CO 2 (g)

Aplicações Industriais Sr(NO 3 ) 2 : utilizado em pirotecnia ou como sinalizadores Vermelho SrCl 2.6H 2 O: adicionados a cremes dentais para reduzir a sensibilidade dos dentes ao quente e frio

Aplicações Industriais RaBr 2 foi utilizado junto com ZnS em relógios

Bibliografia Atkins, P., Jones, L., Princípios de Química - Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, 3 ed., Porto Alegre: Bookman, 2006. Shriver, D. F., Atkins, P., Química Inorgânica, Ed Artmed, 2003. Lee, J. D., Química Inorgânica Não Tão Concisa. Edgard Blucher Ltda, 3 a ed., São Paulo, 1980 Brent, R., The Golden book of Chemistry Experiments, Golden Press, New York,1960