Aula Metais alcalinos terrosos

introdução Apresentam as mesmas tendências em relação ao grupo I . Berílio é exceção nesse grupo . Difere muito mais do que o lítio em seu grupo.A justificativa é que o átomo de berílio e o íon Be2+ são muito pequenos em relação ao magnésio . Cerca de quatro vezes maior do que do lítio em relação ao sódio ( relativo ). Altamente reativos, mas menos reativos em relação aos metais alcalinos . São bivalentes e formam compostos iônicos incolores . Óxidos e hidróxidos são menos básicos que os correspondentes dos metais alcalinos . Magnésio é um importante elemento desse grupo . Usado em grandes quantidades .

Compostos utilizados em grande quantidade Calcário ( CaCO3 ), utilizado na preparação de cal, cimento e giz . CaSO4, gesso Fluorita ( CaF2 ) , utilizado na siderurgia, vidros, cerâmica, instrumentos ópticos . Magnesita ( MgCO3 ), utilizado em tintas de impressão, vidros, indústria farmacêutica . Barita ( BaSO4 ), 90% é utilizada em lamas de perfuração na industria petrolífera, tintas e papel

Ocorrência Berílio: encontrado em minerais do grupo dos silicatos . Berilo ( Be3Al2Si6O18 ) e fenacita (Be2SiO4). Magnésio : sais de magnésio dissolvidos na água do mar, 0,13% .Dolomita(MgCO3.CaCO3) . Magnesita (MgCO3 ), talco (Mg3(OH)2Si4O10) . Cálcio : calcário(mármore ) (CaCO3),gesso(CaSO4). Estrôncio : celestista (SrSO4 ), estroncianita (SrCO3). Bário : barita ( BaSO4 )

obtenção Não são obtidos facilmente por redução química . ( são fortes agentes redutores e em reação com carbono formam carbetos . Reagem com água, assim não pode ser usada Eletrólise em meio aquoso forma a amalgama que é difícil separar o metal. Podem ser obtidos por eletrólise ígnea (NaCl é usado para baixar o ponto de fusão do metal )

Ca + 2C CaC2 11000C CaO + 3C CaC2 + CO 2000oC Sólido cinza, que por tratamento fica incolor. Reação acontece em forno elétrico sem a presença de oxigênio, logo em atmosfera inerte. Em reação com água tanto o metal, quanto o óxido produzem o hidróxido, assim meio aquoso não pode ser usado no deslocamento dos mesmos por outro metal.

Obtenção do magnésio Único elemento produzido na forma metálica em grande escala. Metal leve, de baixa densidade (importância). 1,74g/cm3, o aço: 7,8g/cm3, Al: 2,7g/cm3. Forma muitas ligas (estrutura e peças de aviões e motores de automóveis )

O processo antigo utilizava MgO obtido pela decomposição térmica ( 840oC ) da magnesita (MgCO3) A redução na faixa de 2000oC em forno rotativo . O óxido de magnésio é reduzido pelo coque obtendo-se magnésio e CO no estado gasoso. A mistura é resfriada rápidamente , de modo a se obter o metal no estado sólido e também evitar o deslocamento em sentido contrário à reação.Durante o processo toma-se o cuidado com ar e umidade devido a possibilidade de reações paralelas.Um dos meios de se evitar as reações paralelas é o uso de um gás inerte.

MgCO3 MgO + CO2 ( 840oC ) . MgO + C Mg + CO ( 2000oC )

Processo Pidgeon Obtido pela redução de dolomita calcinada com liga de ferro/silício (ferrossilício) a 1150oC. a pressão reduzida ( importante, pois consegue-se trabalhar a temperatura mais baixa, o que é conveniente ). [CaCO3.MgCO3] CaO.MgO Mg + Ca2SiO4 + Fe . Temperatura de calcinação, entre 1400/1800oC

Ou , ( Ca,Mg )CO3 CaO.MgO(s) + CO2 , dolomita calcinada. ( Fe,Si )(s) + MgO(s) Fe(s) + SiO2 + Mg(g) CaO + SiO2 CaSiO3 O magnésio é recolhido por destilação à vácuo.

eletrólise Obtido atualmente por eletrólise do cloreto de magnésio com adição de cloreto de sódio com intuito de baixar o ponto de fusão da célula eletrolítica ( vantagens descritas na aula de metais alcalinos ). Temperatura de processo 710oC O Mg fundido que se forma no cátodo sobe para a superfície do eletrólito fundido. O Cl se forma no ânodo e então coletado

Mg2+ + 2e- Mg 2Cl- Cl2 + 2e - Global : Mg+ + 2Cl- MgCl2

Produção do cloreto de magnésio para a eletrólise 1)Processo Dow de extração da água do mar Água do mar contém 0,13% de íon Mg2+ O Mg(OH)2 é menos solúvel que Ca(OH)2 Quando cal hidratada Ca(OH)2 é adicionada a água do mar, os íons Ca+ vão para a fase aquosa na forma de cloreto de cálcio Mg(OH)2 é precipitado.É filtrado, tratado com HCl formando o cloreto de magnésio

Ca(OH)2 + MgCl2 Mg(OH)2 + CaCl2 ( adicionado ) filtrado Mg(OH)2 + 2HCl MgCl2 + 2H2O ( adicionado )

2) Processo Dow de extração da salmoura natural (alemanha e no Brasil, na Bahia) dolomita calcinada ( MgO.CaO ) tratada com HCl forma o CaCl2 e MgCl2. Trata-se o meio reacional com CO2 de forma a tratar a dolomita calcinada remanescente obtendo carbonato de cálcio que vai precipitar ( íon Ca+ precipita na forma de CaCO3 ). CaCl2.MgCl2 + CaO.MgO + 2CO2 MgCl2 + 2CaCO3

O MgCl2 também é obtido à partir da magnesita. Por decomposição obtem-se o óxido de magnésio. Fazendo a redução com CO e tratando com cloro chega-se ao cloreto de magnésio MgO + CO + Cl2 MgCl2 + CO2 Obtenção por este método foi descartado. A redução forma o Mg metálico, com posterior reação com cloro, o que torna uma reação de risco e necessidade de grande controle operacional .

Carbonatos São sais de ácido fraco, H2CO3 e M(OH)2. São decompostos termicamente, a temperaturas elevadas.Todos são solúveis em ácido com desprendimento de CO2 . MCO3(s) + 2H+ M2+ + H2O + CO2 Na 1ª etapa forma-se o hidrogenocarbonato) do metal . MCO3(s) + H+(aq) M2+ (aq) + ( HCO3- ) (aq

Os carbonatos insolúveis na natureza (granito) se dissolvem em uma solução fracamente ácida . Combinação de água com CO2 Quando a solução de um hidrogenocarbonato de um metal alcalino-terroso é aquecida, a solubilidade do CO2 em água diminui, e os carbonatos insolúveis são precipitados. M(HCO3)2(aq) MCO3(s) + CO2 + H2O

Nas cavernas observamos as estalactites crescendo no teto e as estalagmites crescendo no solo. ( reação acima )

Dureza da água Água dura contém carbonatos, bicarbonatos, sulfatos de cálcio e magnésio. Água dura dificulta a formação de espuma ao se utilizar sabão. A água dura é formada pela dureza temporária e a dureza permanente. A dureza temporária é formada pelo hidroge- nocarbonato de cálcio e do hidrogenocarbonato de magnésio que são solúveis e que por aquecimento da água perdem CO2 e formam carbonatos insolúveis.

O carbonato de cálcio e o carbonato de magnésio que precipitam devido ao aquecimento da água se incrustam nas tubulações, caldeiras e equipamentos diversos o que prejudica o funcionamento diminuindo a eficiência e também aumenta o risco de acidentes. A dureza temporária pode ser eliminada por cal hidratada. Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + H2O

A dureza permanente é formada pelo MgSO4 e o CaSO4 A dureza permanente não é eliminada pela fervura da água. Antigamente a dureza permanente era eliminada pelo processo calcário – soda CaSO4 + Na2CO3 CaCO3 + Na2SO4 A destilação retira a dureza temporária. O carbonato fica retido no interior do destilador

Atualmente a dureza total é eliminada na indústria, pelos abrandadores de dureza. São equipamentos que possuem resinas catiônicas e aniônicas que trocam os íons cálcio e magnésio pelo íon sódio, deste modo diminuindo a incrustação em tubulações e caldeiras principalmente