Metais Alcalino Terrosos

Aula: 10
Temática: Metais Alcalino Terrosos
Continuaremos com nosso estudo sobre os metais, agora com os
terrosos. Vamos lá!
METAIS ALCALINOS TERROSOS
Ocorrência, Estrutura, Métodos de Obtenção, Aplicações e Propriedades
Os alcalino-terrosos são os elementos químicos do grupo 2 (2 A) da tabela
periódica que forma uma família ou uma série química. Fazem parte desse
grupo os seguintes elementos: berílio ( Be ), magnésio (Mg), cálcio (Ca),
estrôncio (Sr), bário (Ba) e rádio (Ra). Este último apresenta um tempo de vida
média muito curto.
Possuem eletronegatividade ≤ 1,3, segundo a escala de Pauling, valor este que
tende a crescer no grupo de baixo para cima. São metais de baixa densidade,
coloridos e moles. Reagem com facilidade com halogênios para formar sais
iônicos e com a água (ainda que não tão rapidamente como os metais
alcalinos) para formar hidróxidos fortemente básicos. São todos sólidos e
possuem dois elétrons no subnível eletrônico mais externo.
Os elementos químicos deste grupo (grupo II) mostram as mesmas tendências
nas propriedades que foram observadas no Grupo I. Porém, o berílio se afasta
do restante do grupo, e difere dele muito mais do que o lítio difere do restante
do grupo I. O principal motivo é fato de o átomo de berílio e o íon Be2+ serem
ambos muito pequenos, e o aumento relativo de tamanho do Be2+ para o Mg2+
é quatro vezes maior do que a diferença entre o Li+ e o Na+. O berílio também
mostra algumas semelhanças em diagonal com o alumínio, no Grupo III.
QUÍMICA INORGÂNICA
O magnésio é o sexto elemento mais abundante na crosta terrestre (27.640
ppm ou 2,76%). Sais de magnésio ocorrem na água do mar em proporção de
até 0,13%. Montanhas inteiras são constituídas pelo mineral dolomita
[MgCO3.CaCO3]. A dolomita calcinada é usada para o revestimento refratário
de altos fornos e para a construção de rodovias. O magnésio ocorre também
em série de minerais do grupo dos silicatos, como olivina (Mg,Fe)2SiO4, talco
Mg3(OH)2Si4O10,
crisotilo
Mg3(OH)4Si2O5
(asbesto)
e
micas,
K+[Mg3(OH)2(AlSi3O10)]-.
O cálcio é o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre (46.000 ppm
ou 4,66%), ocorre por todo o mundo na forma de muitos minerais comuns. Há
vastos depósitos sedimentares de CaCO3 formando montanhas inteiras de
calcário, mármore e greda (os penhascos brancos de Dover), os corais também
são compostos de CaCo3. Estes se originam de conchas de animais marinhos.
Embora o calcário seja essencialmente branco, em muitos lugares ele
apresenta coloração amarela, laranja ou marrom, devido à presença de traços
de ferro. Há duas formas cristalinas de CaCO3, a calcita e a aragonita. A calcita
é mais comum: apresenta cristais romboédricos incolores. A aragonita é
ortorrômbica, geralmente de cor vemelha-acastanhada ou amarela, o que
explica a cor da paisagem da região do Mar Vermelho, das Bahamas e dos
rochedos da Flórida. O calcário é comercialmente importante como fonte de
cal, CaO.
O cálcio também é encontrado na fluorapatita [3(Ca3(PO4)2.CaF2] é
industrialmente importante como fonte de fosfato. O gesso CaSO4.2H2O e
anidrita CaSO4 são minerais abundantes.
O estrôncio (384 ppm) e o bário (390 ppm) são muito menos abundantes, mas
bastante conhecidos, porque ocorrem como minérios concentrados que
permitem fácil extração. O estrôncio é obtido como celestita SrSO4 e
estroncianita SrCO3.
QUÍMICA INORGÂNICA
O bário é obtido como barita BaSO4 encontrada em todo o mundo. O rádio é
extremamente raro e radioativo. Foi isolado pela primeira vez por Pierre e
Marie Curie que processaram várias toneladas do minério de urânio retirado do
mineral pechblenda (ver figura 1). Antigamente, era usado no tratamento
radioterápico de câncer, mas, hoje, usam-se outras fontes de radiação para
esta finalidade (60Co, raios X, ou um acelerador linear). Os metais desse grupo
não podem ser obtidos facilmente por redução química, porque eles próprios
são fortes agentes redutores que reagem com carbono para formar carbetos.
Eles são fortemente eletropositivos e reagem com água; assim soluções
aquosas não podem ser usadas no deslocamento de um metal por outro, ou na
obtenção eletrolítica. A eletrólise de soluções aquosas pode ser efetuada
usando um cátodo de mercúrio, mas a separação do metal da amálgama é
difícil. Todos esses metais podem ser obtidos por eletrólise de seus cloretos
fundidos, basta apenas adicionar cloreto de sódio para baixar o ponto de fusão,
embora o estrôncio e o bário mostrem tendência de formar uma suspensão
coloidal.
Figura 1 – Mineral pechblenda, de onde é
retirado o Urânio.
O Be metálico é obtido por meio da conversão do hidróxido em BeCl2 por
tratamento com C e Cl2, e eletrolisando o BeCl2 fundido. O Be também pode
ser obtido pela redução do BeF2 com magnésio. O BeO é extraído do mineral
berilo Be2Al2Si6O18 por tratamento térmico ou fusão alcalina seguida de
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tratamento com ácido sulfúrico para formar BeSO4 solúvel. A adição de NH4OH
fornece Be(OH)2, que, por aquecimento, leva a BeO.
O magnésio é o único metal do grupo II a ser produzido em larga escala.
Atualmente, o Mg é obtido por redução a alta temperatura e por eletrólise. No
processo de Pidgeon o Mg é produzido e reduz a dolomita calcinada com
ferrosilício a 1.150°C à pressão reduzida.
3CaCO3.MgCO3 + FeSi → CaO.MgO + 2Mg + Ca2SiO4 + Fe + 6CO2
(calor)
A eletrólise pode ser efetuada com MgCl2 fundido, ou com MgCl2 parcialmente
hidratado. O MgCl2 é produzido de duas maneiras:
Processo Dow de água do mar: A água do mar contém cerca de 0,13% de
íons de Mg2+, e a extração do magnésio depende do fato de ser o Mg(OH)2
muito menos solúvel do que o Ca(OH)2. Cal hidratada Ca(OH)2 é adicionada à
água do mar: os íons cálcio se dissolvem e precipita o Mg(OH)2. Este é filtrado,
tratado com HCl para formar o cloreto de magnésio, e eletrolisado.
Ca(OH)2 + MgCl2 → Mg(OH)2 + CaCl2
Mg(OH)2 + 2HCl →
MgCl2 + 2H2O
Processo Dow da salmoura natural: Calcina-se dolomita MgCO3.CaCO3 (por
aquecimento 900°C) com a obtenção de MgO.CaO (dolomita calcinada). Esta é
tratada com HCl, o que leva a uma solução de CaCl2 e MgCl2. Ela é tratada
com nova quantidade de dolomita calcinada, borbulhando-se a seguir CO2. O
CaCO3 precipita, deixa-o em solução o MgCl2 que é a seguir eletrolisada.
CaCl2.MgCl2 + CaO.MgO + 2CO2 → 2MgCl2 + 2CaCO3
O metal Ca é obtido por eletrólise do CaCl2 fundido, obtido como subproduto do
processo Solvay ou a partir da reação entre CaCO3 e HCl. As grandes fontes
de
cálcio
são
os
minerais
constituídos
QUÍMICA INORGÂNICA
por
CaCO3.
Os outros minerais Sr e Ba são produzidos em quantidades bem menores por
eletrólise dos cloretos fundidos ou por redução de seus óxidos com alumínio
por um processo chamado termita ou aluminotermia.
O Be apresenta uma seção transversal de captura (seção eficaz) muito baixa
para a captura de nêutrons, e é usado na indústria da energia nuclear. Tanto o
Be como o BeO (este tem propriedades cerâmicas) foram usados em reatores
nucleares.
O magnésio é um metal estrutural leve extremamente importante por causa de
sua baixa densidade (1,74 gcm-3, comparado com o aço 7,8 g.cm-3 ou o
alumínio 2,7 g.cm-3). O Mg forma muitas ligas binárias, freqüentemente
contendo até 9% de Al, 3% de Zn e 1% de Mn, traços dos lantanídeos
praseodímio Pr e neodímio Nd e traços de tório.
O metal e suas ligas podem ser fundidos, trabalhados e soldados com
facilidade. Ele é utilizado na fabricação de aeronaves, peças de avião e
motores de automóveis. Bulbos fotográficos antigos continham magnésio em
um ambiente de oxigênio; o magnésio era inflamado eletricamente. A adição
usual de 5% de Mg ao alumínio melhora as qualidades deste. Do ponto vista
químico, ele é importante em reagentes de Grignard, como C2H5MgBr.
O cálcio é usado em larga escala como CaO (óxido de cálcio) - cal. É usado na
indústria alimentícia, na indústria do papel, na construção civil, na indústria do
vidro, na indústria do aço e obtido da calcinação do CaCO3 no processo para
fabricação do cimento portland.
O metal Ca é usado na fabricação de ligas com Al para mancais. Ele é usado
também na indústria do ferro e do aço para controlar o carbono no ferro fundido
e para remoção de P, O e S. Outros usos são: como redutor na obtenção de
outros metais - Zr, Cr, Th e U - e na remoção de traços de N2 no argônio.
QUÍMICA INORGÂNICA
Vimos então os metais alcalinos, como eles são obtidos e sua
importância. Na próxima aula iremos conversar sobre os metais da família do
boro. Não deixe de participar de nossos fóruns e não hesite em compartilhar
suas dúvidas e experiências comigo e com os demais professores tutores!
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