3 Introdução Os elementos metais alcalinos terrosos Os elementos do grupo 2 da tabela periódica, mais conhecidos como metais alcalinos terrosos, formam uma série bem comportada de metais altamente reativos, mas menos reativos que os metais alcalinos. Geralmente, são divalentes e formam compostos iônicos incolores. Os óxidos e hidróxidos são menos básicos que os metais alcalinos; portanto seus oxossais (carbonato, sulfatos e nitratos) são mais susceptíveis ao calor. O magnésio é um importante metal estrutural, sendo usado em grandes quantidades (303.000 toneladas em 1993). Diversos compostos são utilizados em grandes quantidades: calcário (CaCO 3 ) é utilizado para a preparação de cal virgem ( CaO: 127,9 milhões de toneladas em 1993) e cimento (1.396 milhões de toneladas em 1993), além de 14,2 milhões de toneladas de giz. Outros compostos usados em grandes quantidades incluem o gesso CaSO 4 (88,2 milhões de toneladas em 1992), fluorita, CaF2(3,6 milhões de toneladas em 1992), magnésia; MgCO 3 (10,8 milhões de toneladas em 1992) e barita, BaSO 4 (4,9 milhões de toneladas em 1992). Mg 2+ e Ca 2+ são íons essenciais ao ser humano; Mg 2+ é um importante constituinte de clorofila. Estrutura eletrônica Todos os elementos do grupo dois possuem dois elétrons s no nível eletrônico mais externo. Ignorando os níveis internos
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
3
Introdução
Os elementos metais alcalinos terrosos
Os elementos do grupo 2 da tabela periódica, mais conhecidos como metais
alcalinos terrosos, formam uma série bem comportada de metais altamente
reativos, mas menos reativos que os metais alcalinos. Geralmente, são divalentes e
formam compostos iônicos incolores. Os óxidos e hidróxidos são menos básicos que
os metais alcalinos; portanto seus oxossais (carbonato, sulfatos e nitratos) são mais
susceptíveis ao calor. O magnésio é um importante metal estrutural, sendo usado
em grandes quantidades (303.000 toneladas em 1993). Diversos compostos são
utilizados em grandes quantidades: calcário (CaCO3) é utilizado para a preparação
de cal virgem ( CaO: 127,9 milhões de toneladas em 1993) e cimento (1.396 milhões
de toneladas em 1993), além de 14,2 milhões de toneladas de giz. Outros
compostos usados em grandes quantidades incluem o gesso CaSO4 (88,2 milhões
de toneladas em 1992), fluorita, CaF2(3,6 milhões de toneladas em 1992),
magnésia; MgCO3 (10,8 milhões de toneladas em 1992) e barita, BaSO4 (4,9 milhões
de toneladas em 1992).
Mg2+ e Ca2+ são íons essenciais ao ser humano; Mg2+ é um importante constituinte
de clorofila.
Estrutura eletrônica
Todos os elementos do grupo dois possuem dois elétrons s no nível eletrônico mais
externo. Ignorando os níveis internos preenchidos, as suas estruturas eletrônicas
podem ser representadas como 2s2, 3 s2 , 4s2, 5 s2, 6 s2 e 7 s2 .
Ocorrência e abundancia:
O berílio não é muito comum, em parte porque ele não é muito abundante (2 ppm)
e em parte por causa de sua difícil extração. É encontrado em pequenas
quantidades em minerais do grupo dos silicatos, como berílio Be3Al2Si6O18 e fenacita
Be2SiO4. A pedra preciosa esmeralda tem a mesma formula mínima do berílo, mas
contem pequenas quantidades de cromo responsável por sua coloração verde.
4
O magnésio é o sexto elemento mais abundante da crosta terrestre (27.640 ppm
ou 2,76%). Sais de magnésio estão dissolvidos na água do mar, na proporção de até
013%.
Montanhas inteiras (por exemplo, as dolomitas na Itália) são constituídas pelo
mineral dolomita [Mgco3. CaCO3]. A dolomita é utilizada na construção de rodovias.
Quando calcinada se transforma num material refratário, usado no revestimento
interno de altos fornos.
O Mg também está presentes em diversos minerais do grupo dos silicatos, por
exemplo a olivina (Mg, Fe)2 ,talco Mg3(oH)2Si4O10, crisotilo Mg3(OH)4Si2O5 (asbesto) e
micas, tais como K+[Mg3(OH)2 (AlSI3O10)]-.
O Cálcio é o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre (46.000 ppm ou
4,66%), sendo um dos constituintes de diversos minerais bastante comuns,
disseminados por todo o planeta. Há vastos depósitos sedimentares de
CaCO3.formando montanhas inteiras de calcário, mármore de greda( os penhascos
brancos de Dover), e também na forma de corais . Estes elementos se originam no
acumulo de conchas de animais marinhos. Embora o calcário seja tipicamente
branco em muitos locais ele apresenta coloração amarela, laranja ou marrom devido
à presença de quantidades traço de ferro.
O estrôncio (384 ppm) e o bário (390 ppm) são muito menos abundantes, mas
bem conhecidos, porque ocorrem na forma de minérios concentrados, que permitem
fácil extração. O estrôncio é minerado como celestita, SrSO4 e estroncianita, SrCO3.
O Ba é obtido como barita, BaSO4.
O radio é extremamente raro e radioativo. Já foi usado no tratamento radioterápico
do câncer. Atualmente outras fontes de radiação são utilizadas para essa finalidade
(60Co, raios X ou um acelerador linear).
Obtenção dos metais:
Os metais alcalinos terrosos não podem ser obtidos facilmente por redução
química, porque eles próprios são fortes agentes redutores, alem de reagirem com
carbono formando carbetos. São fortemente eletropositivos e reagem com água.
Assim, soluções aquosas não podem ser usadas nos deslocamentos dos mesmos
por outro metal, ou na obtenção por via eletrolítica. A eletrolise de soluções aquosas
pode ser efetuada usando um cátodo de mercúrio, mas a separação do metal da
5
amalgama é difícil. Todos os metais podem ser obtidos por eletrolise de seus
cloretos fundidos, embora o estrôncio e o bário tenham a tendência de formar uma
suspensão coloidal.
Tamanho dos átomos e dos íons:
Os átomos dos elementos do grupo 2 são grandes, mas menores do que do grupo
1, principalmente porque a retirada de dois elétrons aumenta ainda mais a carga
nuclear efetiva, pois a carga adicional do núcleo faz com que esta atraia mais
fortemente os elétrons. Logo esses elementos possuem densidades maiores que os
metais do grupo um.
ElementosRaio metálico
(Ă)
Raio iônico
Mg2+ (Ă)
Hexacoordenado
Densidade
(g cm-3)
Be 1,12 0,31 1,85
Mg 1,60 0,72 1,74
Ca 1,97 1,00 1,55
Sr 2,15 1,18 2,63
Ba 2,22 1,35 3,62
Ra 1,48 5,50
Tabela A: Tamanho e densidade dos átomos dos metais alcalinos terrosos.
Os metais alcalinos terrosos têm a cor branca prateada. Eles possuem dois elétrons
de valência que podem participar de ligações metálicas, enquanto que os metais
alcalinos possuem apenas um elétron. Em conseqüência, os metais alcalinos
terrosos são mais duros, suas energias de ligação são maiores e seus pontos de
fusão e de ebulição são muito mais elevados que os dos metais alcalinos (ver tabela
2), mas os metais são relativamente moles. Os pontos de fusão não variam de modo
regular, principalmente porque os metais assumem diferentes estruturas cristalinas.
Elementos Pontos de Pontos de Elementos Pontos de Pontos de
6
fusão
(⁰C)
ebulição
(⁰C)
fusão
(⁰C)
ebulição
(⁰C)
Be 1.287 (2.500) Li 181 1.347
Mg 649 1.105 Na 98 881
Ca 839 1.494 K 63 766
Sr 768 1.381 Rb 39 688
Ba 727 (1, 850) Cs 28,5 705
Ra (700) (1.700)
Tabela B: Pontos de fusão e Pontos de ebulição dos elementos dos grupos 1 e 2.
Energia de ionização:
A terceira energia de ionização é tão elevada que os íons M3+ nunca são formados.
A energia de ionização do Be2+ é alta, sendo seus compostos tipicamente
covalentes.
O Mg também forma alguns compostos covalentes contudo, os compostos
formados pelo Mg, Ca, Sr e Ba são predominantemente iônicos e os metais se
encontram em forma divalentes. Visto que os átomos são menores que o dos
correspondentes elementos 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 dos metais alcalinos.
Depois de removido um elétron, a relação entre cargas do núcleo e dos elétrons
circundantes aumenta de modo que os elétrons remanescentes estão ainda mais
firmemente ligados. Assim, a energia necessária para remover o segundo elétron é
quase o dobro daquela necessária para remover o primeiro. A energia total
requerida para obter os íons divalentes gasosos dos elementos dos metais alcalinos
terrosos (primeira energia de ionização + segunda energia de ionização) é mais de
quatro vezes maior que a energia necessária para formar um íon M+ a partir dos
correspondentes elementos metais alcalinos. O fato de se formarem compostos
iônicos, sugere que a energia liberada quando se forma o retículo cristalino mais que
compensa a energia necessária para produzir os íons.
Eletronegatividade
7
Os valores de eletronegatividade dos metais alcalinos terrosos são baixos, mas
maiores do que do grupo dos metais alcalinos. Quando Mg, Ca, Sr e Ba reagem com
elementos tais como halogênios e o oxigênio, situados a direita da tabela periódica ,
a diferença de eletronegatividade será grande e os compostos formados serão
iônicos.
A eletronegatividade do Be é maior do que os demais elementos. O BeF2 exibe a
maior diferença de eletronegatividade de todos os compostos de berílio com o maior
caráter iônico.
Todavia, o BeF2 fundido apresenta uma baixíssima condutividade,sendo considerado
um composto covalente.
Metais alcalinos
terrosos
Energias de ionização (KJ mol-1)Eletronegatividade de
Pauling1º 2º 3 º
Be 899 1.757 14.847 1,5
Mg 737 1.450 7.731 1,2
Ca 590 1.145 4.910 1,0
Sr 549 1.064 1,0
Ba 503 965 0,9
Ra 509 979 (3.281)
Tabela C - Energias de ionização e eletronegatividade
Energias de hidratação
As energias de hidratação dos íons dos elementos metais alcalinos terrosos são 4
a 5 vezes maiores que a dos metais alcalinos. Isso se deve principalmente ao seu
menor tamanho e sua maior carga, de modo que os valores de ΔH hid. decrescem de
cima para baixo dentro do grupo, a medida que o tamanho dos íons aumenta. No
caso do Be existe um fator adicional que é a formação de um íon complexo muito
estável: o [Be (H2O4)]2+. Os compostos cristalinos dos metais alcalinos terrosos
contem mais moléculas de água de cristalização do que os metais alcalinos. Por
exemplo, NaCl e KCl são anidros, mas o MgCl2.6H2O, CaCl2. 6H2O e BaCl2.2 H2O
possuem águas de cristalização. Note que o numero de moléculas de água de
cristalização diminui á medida que os íons se tornam maiores.
8
Solubilidade e Energia Reticular
Solubilidade da maioria dos sais diminui com o aumento de seu peso atômico,
embora se observe a tendência inversa no caso dos fluoretos e hidróxidos deste
grupo. A solubilidade depende da energia reticular de um solido e da energia de
hidratação dos íons, como explicando abaixo.
Metais alcalinos terrosos MO MCO3 MF2 MI2
Mg -3.923 -3.178 -2.906 -2.292
Ca -3.517 -2.986 -2.610 -2.058
Sr -3.312 -2.718 -2.459
Ba -3.120 -2.614 -2.367
Tabela D - Energias reticulares para alguns compostos (KJ mol-1)
Metais alcalinos terrosos ΔH (KJ mol-1)
Be2+ -2.494
Mg2+ -1.921
Ca2+ -1.577
Sr2+ -1.443
Ba2+ -1.305
Tabela E - entalpias de hidratação
As energias reticulares são muito maiores do que dos metais alcalinos por causa
do efeito do aumento da carga na equação de Born- Landé. Considerando-se um íon
negativo qualquer, a energia reticular decresce á medida que aumenta o tamanho do
metal.
A energia de hidratação também diminui á medida que os íons metálicos se tornam
maiores. Para uma substancia ser 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 alcalinos terrosos. Descendo pelo grupo dos íons
metálicos se tornam maiores, de modo que tanto a energia de hidratação quanto a
energia reticular se tornam cada vez menores. Um decréscimo na energia reticular
favorece um aumento de solubilidade.
9
Os dois fatores portando variam em sentidos opostos, e o efeito global depende do
qual dos dois apresenta uma variação relativa maior. Na maioria dos casos,
considerando-se os casos dos elementos formados pelos metais alcalinos terrosos,
a energia de hidratação decresce mais rapidamente que a energia reticular, portanto
os compostos se tornam menos solúveis a medida o metal aumenta de tamanho.
Contudo 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.
Propriedades químicas
Reação com água:
O potencial de redução do berílio é muito menor que aqueles dos demais
elementos dos metais alcalinos terrosos (potencial padrão do eletrodo, E ⁰, do