elementos do bloco “s” metais alcalinos...
TRANSCRIPT
18/01/2014
1
Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri
Instituto de Ciência e Tecnologia
Diamantina - MG
Elementos do Bloco “s” Metais Alcalinos Terrosos
Profa. Dra. Flaviana Tavares Vieira
Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri
Bacharelado em Ciência e Tecnologia
Diamantina - MG
3
I. Elementos do Grupo 2A
II. Propriedades dos Metais Alcalinos Terrosos
III. Compostos de Be, Mg e Ca
4
5
Por que eles têm esse nome?
6
-São encontrados na terra;
-Possuem propriedades básicas (alcalinas).
18/01/2014
2
7
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.
8
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 M2+ + 2e-
Mg(s) + Cl2(g) MgCl2(s)
2Mg(s) + O2(g) 2MgO(s)
-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: 2s2, 3s2, 4s2, 5s2, 6s2,7s2
9 10
11
-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.
-Be: não é muito comum (2ppm)
-difícil extração
-encontrado em minerais do grupo dos silicatos
12
Berilo Be3Al2Si6O18
Fenacita Be2SiO4
18/01/2014
3
* A pedra preciosa esmeralda tema mesma fórmula
mínima do berilo, mas contém pequenas
quantidades de cromo (responsável pela cor
verde).
13 Esmeralda bruta Esmeralda polida
14
•Fogos de artifício.
•Lâmpadas “flash” – brancas.
•A falta no organismo, pode provocar
“delirium tremens”
-Mg: 6o 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
15
Dolomitas – Itália
MgCO3.CaCO3
Magnesita
MgCO3
Epsomita
MgSO4. 7H2O
16
-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.
17
-Gesso, mármore e na cal;
-Essencial ao organismo: ossos
18
Reações envolvendo o cálcio
18/01/2014
4
-Ca: constituinte de diversos minerais
-montanhas de calcário e mármore
19
Penhasco branco
Dover - Inglaterra
-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.
Montanha de mármore
Toscânia - Itália
-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.
20
Aragonita – CaCO3
Estrutura ortorrômbica
Calcita – CaCO3
Estrutura romboédrica
-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.
21 22
-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
23
Celestita
SrSO4
Estroncianita
SrCO3
-O BaSO4 é tão insolúvel que embora Ba2+ seja tóxico,
o BaSO4 pode ser ingerido sem perigo.
-Por esse fato e, considerando que íons Ba2+ 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.
-Nos exames de raio X de estômago e
intestinos, é usado seu sulfato.
18/01/2014
5
-Ba:
-menos abundante
-obtido como barita
25
Barita
BaSO4
Composto usado em pintura de telas
26
-Radioativo.
-A mistura de brometo de rádio com
sulfeto de zinco é usada em relógios e
tintas fluorescentes.
-Ra:
-raro
-radiativo
-isolado pela 1a vez por Pierre e Marie Curie
-já foi usado no tratamento radioterápico do câncer
27
Pechblenda – minério de urânio
de onde o rádio é extraído Pierre e Marie Curie
Características Gerais -O Be difere dos demais elementos do grupo, pois o
átomo e o íon são bastante pequenos, sendo o
aumento relativo do Be2+ para o Mg2+, 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):
Ca(s) + 2H2O(l) Ca(OH)2(aq) + H2(g)
29
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.
30
18/01/2014
6
Algumas Propriedades dos Metais
Alcalinos Terrosos
32
-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.
33
Obtenção do Mg -Antigamente o Mg era preparado aquecendo-se MgO
com C a 2000oC.
-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
34
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 1150oC, 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
35
-A água do mar contém cerca de 0,13% de íons Mg2+ 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 Ca2+ 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
18/01/2014
7
37
-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.
38
-Metais do grupo 2 possuem 2 elétrons de valência que
podem participar de ligações metálicas, os metais alcalinos
possuem apenas 1.
-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 oC P.e. oC Grupo 1 P.f oC P.e. oC
Be 1287 2500 Li 181 1347
Mg 649 1105 Na 98 881
Ca 839 1494 K 63 766
39
-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.
-Os compostos formados pelo Mg, Ca, Sr e Ba são
predominantemente iônicos.
-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 1. 40
-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.
-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 Δhhid 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.
18/01/2014
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.
43
3. 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
-Na realidade, moléculas lineares só existem na fase gasosa,
pois o arranjo eletrônico não preenche o nível eletrônico
mais externo.
-No estado sólido o Be sempre se encontra com nox=4.
NC = 4
-Moléculas BeX2 podem polimerizar-se, formando cadeias
contendo átomos de halogênios em ponte, por exemplo
(BeF2)n, (BeCl2)n.
-Cada átomo de halogênio forma uma ligação covalente
normal e utiliza um par de elétrons livres para formar uma
ligação coordenada.
-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 energia de hidratação também diminui à medida que
os íons metálicos se tornam maiores.
-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
18/01/2014
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.
49
-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)
50
-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.
51
-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.
52
-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.
-Os íons Ca2+ e Mg2+ 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. 53 54
-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.
2HCO3- ↔ CO2-3 + CO2 + H2O
-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.
18/01/2014
10
55
-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
56
-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 Ca2+
e Mg2+ 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.
57
-Todos os elementos desse grupo queimam em
atmosfera de O2 formando óxidos.
-O metal Be é relativamente inerte, não reagindo abaixo
de 600oC
-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
58
-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 500oC.
-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.
59
-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.
60
18/01/2014
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)
63
-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.
64
-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.
65
-Os sulfatos de Ca, Sr e Ba são insolúveis e os
carbonatos, oxalatos, cromatos e fluoretos de
todos os elementos deste grupo são insolúveis.
66
18/01/2014
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 67 68
-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, 2011.
-LEE, J. D. Química inorgânica não tão concisa. 5.ed.
São Paulo: Edgard Blucher, 1999.
-ATKINS, P.W.; JONES, L. Princípios de Química. 3ª
ed. Porto Alegre: Bookman, 2007.
-Algumas figuras foram retiradas do www.google.com.br/imagens