METAIS ALCALINOS TERROSOS

METAIS ALCALINOS TERROSOS
INTRODUÇÃO OS METAIS ALCALINOS TERROSOS MOSTRAM AS MESMAS TENDÊNCIAS NAS PROPRIEDADES QUE FORAM OBSERVADAS NOS METAIS ALCALINOS. O Be (MUITO MAIS QUE O Li NO GRUPO 1) DIFERE DO RESTANTE DO GRUPO.

INTRODUÇÃO OS COMPOSTOS DE BERÍLIO TENDEM A SER COVALENTES. OS MAT SÃO MENOS REATIVOS QUE OS METAIS DO GRUPO 1 OS MAT GERALMENTE FORMAM COMPOSTOS IÔNICOS E INCOLORES E DIVALENTES.

SEMELHANÇAS DIAGONAIS NA TABELA PERIÓDICA Li Be B C Na Mg Al Si SEMELHANÇAS DIAGONAIS SÃO SEMELHANÇAS DE PROPRIEDADES ENTRE OS VIZINHOS DIAGONAIS.

SEMELHANÇAS DIAGONAIS NA TABELA PERIÓDICA VEREMOS POSTERIORMENTE QUE O BERÍLIO ESTÁ DIAGONALMENTE RELACIONADO COM O ALUMÍNIO, EM VEZ DE VERTICALMENTE RELACIONADO COM OS DEMAIS ELEMENTOS ABAIXO DELE NO GRUPO 2.

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA TODOS OS MAT TEM 2 ELÉTRONS “s” NO NÍVEL ELETRÔNICO MAIS EXTERNO. A CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA CONDENSADA É DO TIPO [GN] ns2

TABELA 1 SIGLA MAT 1ª EI 1EI →

CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA CONDENSADA
QUADRO 1 – CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA CONDENSADA DOS METAIS ALCALINOS TERROSOS ELEMENTO Z CONFIGURAÇÃO ELETRÔNICA CONDENSADA Be 4 [He] 2s2 Mg 12 [Ne] 3s2 Ca 20 [Ar] 4s2 Sr 38 [Kr] 5s2 Ba 56 [Xe] 6s2 Ra 88 [Rn] 7s2 .

ESTRUTURA CRISTALINA , DUREZA , PONTOS DE FUSÃO E EBULIÇÃO OS MAT TEM AS SEGUINTES ESTRUTURAS CRISTALINAS: Be e Mg → HEXAGONAL DE EMPACOTA-MENTO DENSO. Ca e Sr → CÚBICO DE FACE CENTRADA. Ba → CÚBICO DE CORPO CENTRADO.

ESTRUTURAS CRISTALINAS DE ALGUNS METAIS. Cúbico de corpo centrado: elementos do grupo 1 e bário Cúbico de face centrada: Cu, Ca e Sr Hexagonal denso: Be e Mg .

DUREZA, PONTO DE FUSÃO E PONTO DE EBULIÇÃO OS MAT POSSUEM 2 ELÉTRONS DE VALÊNCIA QUE PODEM PARTICIPAR DAS LIGAÇÕES METÁLICAS, ENQUANTO QUE OS MA POSSUEM UM ÚNICO ELÉTRON.

DUREZA, PONTO DE FUSÃO E PONTO DE EBULIÇÃO DEVIDO A ESTE FATO, OS MAT SÃO MAIS DUROS, SUAS ENERGIAS DE LIGAÇÃO SÃO MAIORES E SEUS PF E PE SÃO MUITO MAIS ELEVADOS QUE OS DOS METAIS ALCALINOS.

OS METAIS ALCALINOS TERROSOS
DENSIDADE OS METAIS ALCALINOS TERROSOS POSSUEM DENSIDADES MAIORES QUE OS METAIS ALCALINOS. NÃO SE PODE FAZER UMA RACIONALIZAÇÃO SIMPLES DA DENSIDADE ENQUANTO PROPRIEDADE PERIÓDICA, SOBRETUDO PORQUE OS MAT POSSUEM ESTRUTURAS CRISTALINAS DIFERENTES.

TAMANHO DOS ÁTOMOS E DOS ÍONS OS ÁTOMOS DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2 SÃO GRANDES, MAS MENORES QUE OS CORRESPONDENTES ELEMENTOS DO GRUPO 1, PORQUE A CARGA ADICIONAL DO NÚCLEO FAZ COM QUE A ATRAÇÃO SOBRE OS ELÉTRONS AUMENTE. ANALOGAMENTE, OS ÍONS SÃO GRANDES, MAS SÃO MENORES QUE OS DOS CORRESPONDENTES ELEMENTOS DO GRUPO 1.

ENERGIA DE IONIZAÇÃO OS ÁTOMOS DOS MAT SÃO MENORES QUE OS CORRESPONDENTES MA; OS ELÉTRONS ESTÃO MAIS FORTEMENTE LIGADOS E A 1ª EI DOS MAT É MAIOR QUE A DOS MA. RETIRADO O 1º ELÉTRON Zef CRESCE E OS ELÉTRONS REMANESCENTES ESTÃO AINDA MAIS FORTEMENTE LIGADOS.

ENERGIA DE IONIZAÇÃO RETIRADO O 1º ELÉTRON Zef CRESCE E OS ELÉTRONS REMANESCENTES ESTÃO AINDA MAIS FORTEMENTE LIGADOS. ASSIM A 2ª EI DOS MAT É QUASE O DOBRO DA 1ª . O FATO DE SE FORMAREM COMPOSTOS IÔNICOS SUGERE QUE U0 COMPENSA A ENERGIA NECESSÁRIA PARA PRODUZIR OS ÍONS.

METAIS ALCALINOS TERROSOS – ENERGIA DE IONIZAÇÃO

ENERGIA DE IONIZAÇÃO A 3ª EI É TÃO ALTA QUE OS ÍONS M3+ NUNCA SÃO FORMADOS. A EI DO Be2+ É ALTA, SENDO SEUS COMPOSTOS TIPICAMENTE COVALENTES. OS COMPOSTOS FORMADOS PELO Mg, Ca, Sr e Ba SÃO PREDOMINANTEMENTE IÔNICOS E OS METAIS SÃO ENCONTRADOS COMO ÍONS DIVALENTES.

ELETRONEGATIVIDADE AS ELETRONEGATIVIDADES DOS MAT SÃO BAIXAS. ENTRETANTO SÃO MAIORES DO QUE DOS METAIS ALCALINOS CORRESPONDENTES. QUANDO Mg, Ca, Sr e Ba REAGEM COM HALOGÊNIOS E OXIGÊNIO, A DIFERENÇA DE ELETRONEGATIVIDADE SERÁ GRANDE E OS COMPOSTOS FORMADOS SERÃO IÔNICOS.

ELETRONEGATIVIDADE QUANDO O Be REAGE COM OUTROS ÁTOMOS A DIFERENÇA DE ELETRONEGATIVIDADE É GERALMENTE PEQUENA → COMPOSTOS COVALENTES

ENERGIAS DE HIDRATAÇÃO AS ENERGIAS DE HIDRATAÇÃO DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2 SÃO DE 4 A 5 VEZES MAIORES QUE AS DOS CORRESPONDENTES ÍONS DO GRUPO 1.

ENERGIAS DE HIDRATAÇÃO ISSO SE DEVE PRINCIPALMENTE AO SEU MENOR TAMANHO E A SUA MAIOR CARGA, DE MODO QUE OS VALORES DE ∆H DE HIDRATAÇÃO DECRESCEM DE CIMA PARA BAIXO DENTRO DO GRUPO, À MEDIDA QUE O TAMANHO DOS ÍONS AUMENTA.

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. MgCl2. 6H2O e CaCl2. 6H2O → HEXAIDRATADOS O NÚMERO DE MOLÉCULAS DE ÁGUA DE CRISTALIZAÇÃO DIMINUI À MEDIDA QUE OS ÍONS SE TORNAM MAIORES.

COR DOS COMPOSTOS E PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DADO QUE OS ÍONS DIVALENTES POSSUEM UMA ESTRUTURA DE GÁS NOBRE, SEM ELÉTRONS DESEMPARELHADOS, TODOS OS SEUS COMPOSTOS SÃO DIAMAGNÉTICOS E INCOLORES, A NÃO SER QUE O ÂNION SEJA COLORIDO.

SOLUBILIDADE E ENERGIA RETICULAR A SOLUBILIDADE DA MAIORIA DOS SAIS DIMINUI COM O AUMENTO DE “Z”. A SOLUBILIDADE DEPENDE DA ENERGIA RETICULAR DO SÓLIDO E DA ENERGIA DE HIDRATAÇÃO DOS ÍONS. AS ENERGIAS RETICULARES SÃO MUITO MAIORES QUE A DOS CORRESPONDENTES COMPOSTOS DO GRUPO 1, DEVIDO AO AUMENTO DA CARGA.

METAIS ALCALINOS TERROSOS EQUAÇÃO DE BORN-LANDÉ

ALTAS ENERGIAS RETICULARES SÃO FAVORECIDAS POR PEQUENAS DISTÂNCIAS INTERIÔNICAS E ÍONS COM CARGAS ELEVADAS. CONSIDERANDO-SE UM ÍON NEGATIVO QUALQUER, A ENERGIA RETICULAR DECRESCE À MEDIDA QUE AUMENTA O TAMANHO DO METAL. A ENERGIA DE HIDRATAÇÃO TAMBÉM DIMINUI A MEDIDA QUE OS ÍONS METÁLICOS TORNAM-SE MAIORES.

PARA QUE UMA SUBSTÂNCIA SEJA SOLÚVEL, A ENERGIA DE HIDRATAÇÃO DEVE SER MAIOR QUE A ENERGIA RETICULAR. CONSIDERE UM GRUPO DE COMPOSTOS CORRELATOS, POR EXEMPLO OS CLORETOS DE TODOS OS METAIS DO GRUPO 2. DESCENDO NO GRUPO OS ÍONS METÁLICOS CRESCEM E A ENERGIA RETICULAR E A ENERGIA DE HIDRAÇÃO DIMINUEM.

UMA DIMINUIÇÃO DA ENERGIA RETICULAR FAVORECE O AUMENTO DA SOLUBILIDADE, MAS A DIMINUIÇÃO DA ENERGIA DE HIDRATAÇÃO FAVORECE UM DECRÉSCIMO DA SOLUBILIDADE. NA MAIORIA DOS CASOS, A ENERGIA DE HIDRATAÇÃO DIMINUI MAIS RAPIDAMENTE QUE A ENERGIA RETICULAR, PORTANTO OS COMPOSTOS FICAM MENOS SOLÚVEIS À MEDIDA QUE O MAT AUMENTA DE TAMANHO.

OBTENÇÃO Metais são obtidos a partir de seus minérios com o uso de um agente redutor a altas temperaturas ou por eletrólise MgO(s) C(s) ∆ Mg(l) CO(g) Nesta reação o carbono é utilizado como agente redutor.

0BTENÇÃO Principais fonte naturais e métodos de obtenção de alguns metais do grupo 2 METAL FONTE NATURAL MÉTODO DE RECUPERAÇÃO Berílio Berilo Eletrólise do BeCl2 fundido Magnésio Dolomita Redução química Cálcio Pedra calcária Eletrólise do CaCl2 fundido

Berilo = Be3Al2Si6O18 Os átomos de sílicio e oxigênio alternados formam um anel de doze membros (ciclohexametasilicato) Dolomita = CaMg(CO3)2 Pedra calcárea = CaCO3

Cálcio e estrôncio metálicos são obtidos industrialmente pela eletrólise de seus cloretos, aos quais se adiciona KCl para diminuir o ponto de fusão. O bário também é produzido por eletrólise, mas é usualmente preparado pela redução a alta temperatura do óxido de bário pelo alumínio sob vácuo 2Al(s) + 3BaO(s) →3Ba(l) + Al2O3(s)

PROPRIEDADES QUÍMICAS OS MAT QUASE SEMPRE REAGEM FORMANDO COMPOSTOS NOS QUAIS O METAL APRESENTA O ESTADO DE OXIDAÇÃO +2. OS METAIS ALCALINOS TERROSOS SÃO AGENTES REDUTORES PODEROSOS, COMO SE PODE OBSERVAR PELOS SEUS POTENCIAIS DE REDUÇÃO. DE FATO, COM EXCEÇÃO DO Be e DO Mg, ESSES ELEMENTOS SÃO AGENTES REDUTORES TÃO BONS QUANTO OS METAIS ALCALINOS.

. POTENCIAIS DE REDUÇÃO PARA OS METAIS ALCALINOS TERROSOS (εo volts) Be e- → Be(s) ,69 v Mg e- → Mg(s) ,37 v Ca e- → Ca(s) ,87 v Sr e- → Sr(s) ,89 v Ba e- → Ba(s) ,91 v Ra e- → Ra(s) ,92 v

A TABELA INDICA QUE O Be É MUITO MENOS ELETROPOSITIVO E NÃO REAGE COM A ÁGUA. M(s) + 2H2O(l) → M2+(aq) + H2(g) + 2OH(aq) Ca(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) H2(g) Ca, Sr e Ba têm potenciais de redução semelhantes aqueles dos correspondentes metais do grupo 1, e se situam em posições no topo da série eletroquímica.

Ca, Sr E Ba REAGEM FACILMENTE COM A ÁGUA FRIA, LIBERANDO HIDROGÊNIO E FORMANDO OS HIDRÓXIDOS. Ca(s) + 2H2O(l) → Ca(OH)2(aq) H2(g) O Mg REAGE COM A ÁGUA QUENTE Mg (s) H2O(l) → MgO(aq) + H2(g) ou Mg(s) + 2H2O(l) → Mg(OH)2(aq) H2(g)

O Mg FORMA UMA CAMADA PROTETORA DE ÓXIDO. ASSIM APESAR DE SEU POTENCIAL DE REDUÇÃO FAVORÁVEL, O Mg NÃO REAGE FACILMENTE A NÃO SER QUE A CAMADA DE ÓXIDO SEJA REMOVIDA POR AMALGAMAÇÃO COM MERCÚRIO.

ALGUMAS REAÇÕES DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2 REAÇÃO OBSERVAÇÃO M H2O → M(OH)2 Mg reage com água quente; Ca, Sr e Ba com água fria. M HCl → MCl2 + H2 Todos os metais reagem com ácidos liberando H2 Be + 2NaOH H2O → Na2[Be(OH)4] H2 Be é anfótero 2M + O2 → 2MO Todos os membros do grupo formam óxidos normais

ALGUMAS REAÇÕES DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2 REAÇÃO OBSERVAÇÃO Ba + O2 → BaO2 Com excesso de O2 o Ba também forma peróxido. M H2→ MH2 Ca, Sr e Ba formam a altas temperaturas hidretos iônicos 3M + N2 → M3N2 Todos os elementos do grupo formam nitretos a temperatu-ras elevadas

ALGUMAS REAÇÕES DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2 REAÇÃO OBSERVAÇÃO 3M P → M3P2 Todos os metais do grupo formam fosfe-tos a temperaturas elevadas 8M + S8 → 8MS Todos os metais formam sulfetos M Se → MSe Todos os metais formam selenetos. M + Te → MTe Todos os metais formam teluretos

ALGUMAS REAÇÕES DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2 REAÇÃO OBSERVAÇÃO M X2 → MX2 Todos os metais formam haletos. X=F, Cl, Br e I M NH3 → M(NH2)2 + H2 Todos os metais do grupo formam amidetos a altas temperaturas

DIFERENÇAS ENTRE O BERILIO E OS DEMAIS ELEMENTOS DO GRUPO O Be apresenta propriedades diferentes daquelas dos demais metais do grupo 2 e se assemelha diagonalmente com o alumínio no grupo 13. Citamos a seguir algumas diferenças entre o Be e os demais MAT. 1-Todos os haletos de Be são solúveis em solventes orgânicos

2-O Be é muito pequeno e tem uma densidade de carga elevada apresentando uma grande tendência a covalência. Como consequência os PF de seus compostos são mais baixos. Os demais haletos dos elementos do grupo 2 são iônicos. BeF2 – composto covalente – PF= 552 0C CaF2 – composto iônico – PF = C SrF2 – composto iônico – PF= C

3- O hidreto de Be é deficiente em elétrons, polimérico e forma ligações multicentradas. 4-Os hidróxidos de metais alcalinos terrosos são bases fortes entretanto o hidróxido de berílio é anfótero. 5-O Be é passivado quando tratado com ácido nítrico concentrado 6- O Be forma muitos complexos o que não é comum no caso dos elementos dos grupos 1 e 2.

SEMELHANÇAS DIAGONAIS ENTRE O BERÍLIO E O ALUMÍNIO 1-O Be forma um carbeto incomum Be2C que como o Al4C3 , libera metano ao se hidrolisar. 2-O Be e o Al são passivados quando reagem com o HNO3 concentrado. 3-O BeCl2 geralmente forma cadeias, mas pode formar o dímero. O AlCl3 é um dímero.

4-O potencial padrão de eletrodo do Be se assemelha mais ao do Al. ε0 Al3+/Al =-1,66v ε0 Be2+/Be =-1,69v 5-O Be(OH)2 como o Al(OH)3 é anfótero. 6-O hidreto de berílio é deficiente em elétrons e polimérico e forma ligações multicentradas, tal como o hidreto de alumínio.

CONDUTIVIDADE ELÉTRICA E TEMPERATURA A condutividade elétrica de um metal decresce com o aumento da temperatura. Por outro lado a condutividade elétrica de um semicondutor cresce com o aumento da temperatura DUREZA DA ÁGUA A água dura contém carbonatos, bicarbonatos ou sulfatos de cálcio e magnésio dissolvidos.

A água dura dificulta a formação de espuma ao se utilizar sabões. Os íons Ca2+ e Mg2+ reagem com o íon estearato do sabão gerando um precipitado de estearato de cálcio antes da formação de qualquer espuma. 2C17H35COO-Na CaSO4 → (C17H35COO-)2Ca + Na2SO4

Só após a remoção dos íons divalentes de Ca2+ e Mg2+ é que se pode obter uma espuma abundante. Para a obtenção de espuma com uma água dura temos que usar uma grande quantidade de sabão. Quanto mais dura for a água mais sabão será utilizado. A dureza da água pode ser temporária ou permanente.

DUREZA TEMPORÁRIA A dureza temporária é decorrente da presença de Mg(HCO3)2 e Ca(HCO3)2. A dureza temporária pode ser eliminada pela fervura. A fervura expulsa o CO2 e desloca o equilíbrio: 2HCO CO CO H2O

Desta maneira os íons bicarbonatos decompõem-se em carbonatos e os íons metálicos precipitarão sobre a forma de carbonatos. Removendo-se o CaCO3 por filtração ou sedimentação a água estará livre da dureza. A dureza temporária também pode ser eliminada adicionando-se cal hidratada para precipitar o carbonato de cálcio. Este processo é denominado “depuração com cal”.

Elevando-se o pH da água até 10,5 a dureza temporária devida ao HCO3- pode ser quase que completamente eliminada. Ca(HCO3)2 + Ca(OH) CaCO3 + 2H2O DUREZA PERMANENTE A dureza permanente não pode ser eliminada pela fervura.

A dureza permanente decorre principalmente 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 Ca2+ e Mg2+ são substituídos por Na+.

DUREZA PERMANENTE Os íons Na+ não afetam a capacidade dos sabões de produzir espuma. Os métodos de troca-iônica são largamente empregados na indústria. {Resina.nH}(s) + Ca 2+(aq) → {Resina(n-2)H.Ca}(s) H+(aq)

DUREZA PERMANENTE A remoção dos íons Ca2+ e Mg2+ da água dura é denominada abrandamento da água. A dureza da água também pode ser eliminada, adicionando-se vários fosfatos, tais como o fosfato de sódio, o pirofosfato de sódio, o tripolifosfato de sódio ou o sal de Graham. Esses fosfatos formam um complexo com os íons Ca2+ Mg2+.

USOS DOS METAIS ALCALINOS TERROSOS E SEUS COMPOSTOS Berílio e Seus Compostos O Be é raro, caro e tóxico, por isso ele e seus compostos apresentam uso limitado. O Be puro é transparente aos raios X e assim é usado janelas de alguns tubos de raio X.

USOS DOS METAIS ALCALINOS TERROSOS E SEUS COMPOSTOS Berílio e Seus Compostos Ligas de Be e Cu são tão duras como alguns aços e são utilizadas na fabricação de ferramental que são úteis quando há perigo de explosão.

USOS DOS METAIS ALCALINOS TERROSOS E SEUS COMPOSTOS Berílio e Seus Compostos O óxido de Berílio é muito refratário (PF=2670) e é empregado na construção de isolantes elétricos para altas temperaturas.

Magnésio e Seus Compostos O Magnésio é extensivamente usado na fabricação de ligas brilhantes e fortes que são particularmente utilizadas na indústria aeronáutica. O Mg é um importante metal estrutural. O Mg é usado na fabricação de ligas leves, para aviões, ferramentas e máquinas.

Magnésio e Seus Compostos O Mg é empregado para fins militares (sinalizadores e bombas incendiárias) O Mg é utilizado em sínteses industriais de muitos compostos orgânicos.

Magnésio e Seus Compostos O hidróxido de magnésio é um dos componentes dos dentifrícios. O sulfato de magnésio (sal de Epson) é um laxante.

Cálcio e Seus Compostos A reatividade do cálcio com o oxigênio e água dificulta muito o uso do metal na forma livre. O metal Ca é usado para a obtenção de ligas com o Al, utilizadas na confecção de mancais. O Ca é empregado como redutor na obtenção de outros metais como Zr, Cr, Th e U.

Cálcio e Seus Compostos O Ca é usado na indústria do Fe e aço para controlar a quantidade de carbono no ferro fundido e na remoção de P, O e S. O calcário é utilizado para a preparação do cal virgem , cimento e giz.

Estrôncio e Seus Compostos Os compostos de estrôncio são utilizados em fogos de artifício e na sinalização das rodovias.

Bário e Seus Compostos O BaSO4 e tão insolúvel que embora o Ba2+ seja tóxico, o BaSO4 pode ser ingerido por via oral. Face ao exposto e considerando que íons Ba2+ refletem fortemente os raios X o BaSO4 é usado como contraste em radiografias.

Bário e Seus Compostos As estruturas interiores do corpo podem ser caracterizadas porque o sulfato de bário é opaco aos raios X. 0 BaSO4 é utilizado como material de carga na manufatura de tintas e papel.

Rádio e Seus Compostos O Ra é um emissor de partículas alfa. O Ra já foi usado no tratamento radioterápico do câncer. Atualmente outras fontes de radiação são utilizadas para esta finalidade. Ex: 60Co

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