Metais Alcalino-Terrosos - Departamento de Química

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Metais Alcalino-Terrosos
GRUPO 2
Produtos Químicos – Produção Mundial
Classificação
Produto Químico
Milhões de
toneladas
1
Cal
283
2
Ácido sulfúrico
200
3
Etileno
156
4
Uréia
151
5
Amônia
140
6
Propileno
80
7
Hidróxido de sódio
66
8
Ácido nítrico
60
9
Cloro
56
10
Carbonato de sódio
50
Fonte: The Essential Chemical Industry
OCORRÊNCIA
Be ocorre na forma de silicatos e aluminossilicatos como
o berilo – Be3Al2Si6O16 e a fenacita – Be2SiO4
Mg ocorre como carbonatos, sulfatos, cloretos e
hidroxissilicatos: ex: Dolomita MgCO3·CaCO3
berilo
calcita
dolomita
 A calcita (CaCO3), a hidroxiapatita
(Ca5(PO4)3(OH)), a fluorapatita e a
fluorita (CaF2) são os principais
minérios do cálcio
 Celestita e a Barita são sulfatos de estrôncio e de bário
celestita
barita
fluoritas vermelha e verde
OBTENÇÃO E APLICAÇÕES
 os metais desse grupo não podem ser obtidos facilmente por
redução química, porque eles próprios são fortes redutores, além de
reagirem com carbono formando carbetos
 são fortemente eletropositivos e reagem com água  os elementos
podem ser obtidos por eletrólise de seus cloretos fundidos;
M2+(MCl2) + 2e- → M(s)
OBTENÇÃO E APLICAÇÕES
BERÍLIO
 extraído dos silicatos por tratamento com HF, o que leva à formação
de Na2[BeF4]  Be(OH)2  BeO material cerâmico usado em reatores
nucleares;
berílio metálico é obtido pela eletrólise de BeCl2 fundido, obtido pelo
tratamento térmico de Be(OH)2 na presença de carbono e Cl2; Be
também pode ser obtido pela redução de BeF2 com Mg;
berílio é usado na obtenção de ligas. Be-Cu (2% de berílio aumenta a
resistência de 5 a 6 vezes). Be-Ni  usada na fabricação de molas
e contatos elétricos.
O berílio possui uma capacidade de absorção muito baixa,
sendo usado na fabricação de janelas dos tubos de raios-X.
Magnésio
 o magnésio é único elemento do grupo 2 produzido em larga escala e o
terceiro mais usado depois de ferro e alumínio;
 É um material estrutural de baixa densidade (1,74 g.cm-3 compare com
aço 7,8 e Al 2,7);
 usado na fabricação de ligas contendo Al, Zn, Mn, Pr, Nd e Th
 usado na fabricação de estruturas e peças de aeronaves
e motores de automóveis.
 o magnésio é importante em síntese orgânica, sendo usado na
preparação dos reagentes de Grignard, RMgBr.
Magnésio
magnésio pode ser obtido pela redução de dolomita calcinada
com liga ferrossilício a 1150 oC, à pressão reduzida: (Método
Pidgeon)
calor
Fe/Si
[CaCO3.MgCO3]  2(CaO.MgO)  2Mg + Ca2SiO4 + Fe
 magnésio também pode ser obtido por eletrólise de MgCl2
fundido ou parcialmente hidratado. O MgCl2 é obtido da
dolomita ou da água do mar que contém 0,13% de íons Mg2+
 Ca(OH)2(aq) + MgCl2(aq)  Mg(OH)2(s) + CaCl2(aq)
Mg(OH)2(s) + 2HCl(aq)  MgCl2(aq) + 2H2O(l)
Cálcio
o cálcio é obtido por eletrólise de CaCl2 fundido (obtido como
subproduto do processo Solvay ou a partir da reação entre CaCO3 e HCl).
o cálcio puro é usado para a produção de ligas com Al,
confecção de mancais, na indústria do aço para controlar a
quantidade de carbono. Também é usado como redutores na
obtenção de Zr, Cr, Th e U.
Elemento
essencial
á
vida,
presente
funcionamento de músculos e nervos.
nos
ossos,
participa
no
OBTENÇÃO E APLICAÇÕES
ESTRÔNCIO E BÁRIO
o estrôncio e bário metálicos são produzidos em quantidades bem
menores, por eletrólise dos cloretos fundidos ou pela redução de
seus óxidos com alumínio (reação termita ou aluminotermina):
M2+(MCl2) + 2e-  M(s)
6MO(s) + 2Al(s) + calor  3M(s) + M3Al2O6 (M = Sr ou Ba)
Metais alcalinos versus alcalino-terrosos
Raio
metal
Å
Raio
iônico
Å
PF oC
1a E.I.
kJ.
mol-1
2a E.I.
kJ.
mol-1
DH hid
kJ mol-1
d
g.cm-3
Li
1,52
0,76
181
520
7296
-544
0,54
Na
1,86
1,02
98
496
4563
-435
0,97
K
2,27
1,38
63
419
3069
-352
0,86
Rb
2,48
1,52
39
403
2650
-326
1,53
Cs
2,65
1,67
29
376
2420
-293
1,90
Be
1,12
0,31
1287
899
1757
-2494
1,85
Mg
1,60
0,72
649
737
1450
-1921
1,74
Ca
1,97
1,00
839
590
1145
-1577
1,55
Sr
2,15
1,18
768
549
1064
-1443
2,63
Ba
2,22
1,35
727
503
965
-1305
3,62
Metais alcalino-terrosos
 os metais do grupo 2 têm cor prateada; possuem dois elétrons
de valência que podem participar de ligações metálicas;
 os átomos são menores que os elementos do grupo 1 devido ao
aumento da carga nuclear efetiva  são mais densos;
 os íons M2+ são mais duros, possuem maior relação carga/raio;
as energias de ligação e os pontos de ebulição são muito mais
elevados que os dos metais do grupo 1;
 os pontos de fusão não variam de modo regular, porque os
metais assumem diferentes estruturas cristalinas;
Metais alcalino-terrosos
 1aEI + 2aEI é quase quatro a cinco vezes maior que a energia
necessária para formar um íon M+ a partir dos elementos do grupo 1
 a energia liberada na formação do retículo cristalino é muito
grande para estabilizar os íons M2+
 a terceira energia de ionização (EI) é tão elevada que os íons M3+
nunca são formados;
 a EI do berílio é muito alta  forma compostos covalentes;
 compostos formados por Mg, Ca, Sr e Ba são predominantemente
iônicos
Metais alcalino-terrosos
Energias de hidratação
os valores de são 4 a 5 vezes maior que as dos correspondentes
íons do grupo 1. Isto se deve principalmente ao menor tamanho e
maior carga;
 as energias de hidratação decrescem de cima para baixo dentro do
grupo, com o aumento do raio;
 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, CaCl2·H2O e BaCl2·2H2O
Metais alcalino-terrosos
O COMPORTAMENTO ANÔMALO DO BERÍLIO
O berílio difere dos demais elementos do grupo por três motivos:
o berílio é muito pequeno, e as regras de Fajans estabelecem que
íons pequenos de carga elevada tendem a formar compostos
covalentes;
berílio possui uma eletronegatividade relativamente elevada 
quando reage com outros átomos, a diferença de eletronegatividade é
diminui  favorece a formação de complexos covalentes;
os orbitais disponíveis para ligação são 2s e 2p  o Berílio forma no
máximo quatro ligações  número de coordenação máximo = 4;
moléculas lineares só existem na fase gasosa;
Metais alcalino-terrosos
SOLUBILIDADE E ENERGIA RETICULAR
as energias reticulares são muito maiores que
correspondentes do grupo 1, por causa do efeito da carga:
as
dos
U a z+z-/ro
a solubilidade depende da energia reticular do sólido e da energia de
hidratação dos íons;
descendo pelo grupo  os raios aumentam  energias de
hidratação e reticular diminuem;
energia reticular baixa favorece a solubilização, porém, energia de
hidratação baixa não favorece a dissolução  os fatores variam em
sentidos opostos;
 na maioria dos casos, a energia de hidratação decresce mais rápido
que a energia reticular  compostos pouco solúveis a medida que o
raio aumenta.
Metais alcalino-terrosos
SOLUBILIDADE E ENERGIA RETICULAR
energia reticular baixa favorece a solubilização, porém, energia de
hidratação baixa não favorece a dissolução  os fatores variam em
sentidos opostos;
 na maioria dos casos, a energia de hidratação decresce mais rápido
que a energia reticular  compostos pouco solúveis a medida que o
raio aumenta.
M2+
Kps
Sulfato
Kps
hidróxido
Mg
solúvel
8,9x10-12
Ca
2,4x10-5
1,3x10-6
Sr
7,6x10-7
3,4x10-4
Ba
1,5x10-10
5,0x10-3
Dureza da Água
Dureza da Água
água dura contém bicarbonatos e/ou sulfatos de magnésio e cálcio
dissolvidos
Classificação da Dureza:
Temporária e Permanente
Temporária: devido-se à presença de Mg(HCO3)2 e Ca(HCO3)2
Pode ser eliminada pela fervura:
2HCO3-(aq) + calor  CO32-(aq) + CO2(g) + H2O(l)
CO32-(aq) + Ca2+(aq)  CaCO3(s)
 pode ser eliminada pela adição de cal hidratada:
Ca(HCO3)2(aq) + Ca(OH)2(aq)  2CaCO3(s) + 2H2O(l)
Dureza da Água
Dureza Permanente:
Ocorre pela presença de sulfatos de magnésio e/ou cálcio;
Não pode ser eliminada pela fervura;
A eliminação requer a adição de carbonato de sódio
CO32-(aq) + Ca2+(aq)  CaCO3(s)
 Se houver muito Mg2+, pode haver a precipitação na forma de
hidróxido:
CO32-(aq) + H2O(l)  HCO3-(aq) + OH-(aq)
Mg2+(aq) + 2OH-(aq)  Mg(OH)2(s)
Dureza da Água
 A dureza também pode ser tratada por destilação e passagem por
coluna de troca iônica, onde Ca2+ e Mg2+ são substituídos por Na+
Dureza da Água – tratamento por troca iônica
 A dureza também pode ser tratada por destilação e passagem por
coluna de troca iônica, onde Ca2+ e Mg2+ são substituídos por Na+
Dureza da Água – tratamento por osmose reversa
Dureza da Água – tratamento por osmose reversa
Dureza da Água – tratamento por osmose reversa
Dureza da Água
Água dura reduz a eficiência da limpeza;
Ca2+ e Mg2+ reagem com o sabão (estearato de sódio) = H3C(CH2)16-COO-Na+
e precipitam, prejudicando a formação de micelas;
Dureza da Água
 A dureza pode ainda ser tratada pela adição de complexantes
como fosfatos inorgânicos, P2O74- ou P3O105- ou edta =
etilenodiaminatetraacetato, que atuam como agentes quelatos
formando compostos de coordenação muito estáveis com os íons
Ca2+ e Mg2+ e solúveis em água:
ânion pirofosfato
tripolifosfato de sódio
complexo com edta
Metais alcalino-terrosos
COMPOSTOS IMPORTANTES
Carbonatos e bicarbonatos: CaCO3(s)  CaO(s) + CO2(g)
Sulfatos: CaSO4·1/2H2O(s) Gesso; BaSO4(s) contraste
Haletos: CaF2(s) Fluorita
Carbetos: CaO(s) + 3C(s) + calor  CaC2(s) + CO(g)
CaC2(s) + 2H2O(l)  Ca(OH)2 + C2H2(g)
CaC2(s) + N2(g) + calor  CaNCN(s) + C(s)
cianamida cálcica
CaNCN(s) + H2O(l)  CaCO3(s) + 2NH4OH(aq)
CaNCN(s) + H2SO4(aq) + H2O(l)  H2NC(O)NH2(s)
uréia
Metais alcalino-terrosos
COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS
Be e Mg formam compostos com ligação M-C;
Vitor Grignard (químico francês) recebeu o Prêmio Novel de
Química em 1912 por seus trabalhos pioneiros com os
compostos organometálicos de Mg;
os reagentes de Grignard são obtidos pela reação de um haleto de
alquila ou arila com Mg em éter seco:
Mg + RBr  RMgBr
todos os reagentes de Grignard são hidrolisados gerando
hidrocarbonetos:
2RMgBr + 2H2O  2RH + Mg(OH)2 + MgBr2
Outras reações típicas dos reagentes de Grignard:
RMgBr + CO2 + ácido  RCOOH
RMgBr + R2C=O  R3COH
RMgBr + RCHO  R2CHOH
RMgBr + O2 + ácido  ROH
RMgBr + S8  RSH e R2S
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