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

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

OCORRÊNCIA

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

calcita

dolomita

celestita barita fluoritas vermelha e verde

berilo

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;

OBTENÇÃO E APLICAÇÕES

M2+(MCl2) + 2e- → M(s)

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.

OBTENÇÃO E APLICAÇÕES

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 nos ossos, participa no

funcionamento de músculos e nervos.

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)

OBTENÇÃO E APLICAÇÕES

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

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

Metais alcalino-terrosos

SOLUBILIDADE E ENERGIA RETICULAR

as energias reticulares são muito maiores que as dos

correspondentes do grupo 1, por causa do efeito da carga:

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

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 CO3

2-(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

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

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 P3O10

5- ou edta =

etilenodiaminatetraacetato, que atuam como agentes quelatos

formando compostos de coordenação muito estáveis com os íons

Ca2+ e Mg2+ e solúveis em água:

Dureza da Água

ânion pirofosfato tripolifosfato de sódio

complexo com edta

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

Metais alcalino-terrosos