Metais alcalino terrosos (2)

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curso Química
disciplina Química Inorgânica I
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Elementos do Grupo 2
METAIS ALCALINOS TERROSOS
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disciplina Quimica Inorgânica I
Estrutura Eletrônica e Propriedades
Berílio – 	Be 	[He] 2s2
Magnésio – Mg 	[Ne] 3s2
Cálcio – 	Ca 	[Ar] 4s2
Estrôncio – Sr 	[Kr] 5s2
Bário – 	Ba	[Xe] 6s2
Rádio	 -	Ra	[Rn] 7s2
	 Mesmas tendências observadas para os metais do Grupo I;
	 Metais reativos, divalentes, formando compostos iônicos incolores;
	 Óxidos e hidróxidos básicos, mas menos básicos que os correspondentes do Grupo I;
	 O Be também apresenta um comportamento anômalo em relação aos demais elementos do Grupo.
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disciplina Quimica Inorgânica I
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	Ocorrência	Abundância
	Be	Berilo - Be3Al2(SiO3)6	51º.
	Mg	Dolomita - CaCO3.MgCO3
Magnesita - MgCO3	6º.
	Ca	Calcário – CaCO3
Gesso – CaSO4.2H2O	5º.
	Sr	Celestita - SrSO4
Estroncianita - SrCO3	15º.
	Ba	Barita - BaSO4
Viterita - BaCO3	14º.
	Ra	Minerais de urânio (plechblenda – U3O8)	-
Obtenção dos Metais
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	Não podem ser obtidos facilmente por redução química, porque eles próprios são fortes agentes redutores, reagindo 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, adicionando-se cloreto de sódio para baixar o ponto de fusão, embora o estrôncio e o bário mostrem tendência de formar uma suspensão coloidal.
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Be
	O BeO é extraído do mineral berilo Be2Al2Si6O18 por tratamento térmico ou fusão alcalina, seguida de tratamento com ácido sulfúrico para formar BeSO4 solúvel. A adição de NH4OH fornece Be(OH)2, que por aquecimento leva a BeO, o qual encontra aplicação como material cerâmico para reatores nucleares;
	O Be metálico é obtido convertendo o hidróxido em BeCl2 através do aquecimento em presença do C e do Cl2, e eletrolisando o BeCl2 fundido;
	O Be também pode ser obtido reduzindo o BeF2 com magnésio.
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	BeF2 + Mg		MgF2 + Be
Mg
	Único metal do grupo II a ser produzido em larga escala;
	Atualmente o Mg é obtido por redução a alta temperatura e por eletrólise;
	Redução a alta temperatura (processo de Pidgeon), o Mg é produzido reduzindo dolomita calcinada com ferrosilício a 1.150°C, à pressão reduzida;
	A eletrólise pode ser efetuada com MgCl2 fundido, ou com MgCl2 parcialmente hidratado;
	O MgCl2 é produzido de duas maneiras:
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	 	calor	 	+Fe/Si	 	 	 	 
	CaCO3.MgCO3		[CaO.MgO] 		Mg	+	Ca2SiO4	+	Fe
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.
Processo Dow da salmoura natural
Calcina-se dolomita MgCO3.CaCO3 (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 calinada, borbulhando-se a seguir CO2. O CaCO3 precipita, deixando em solução o MgCl2, que é a seguir eletrolisado.
prof. Cicero
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	Ca(OH)2	+	MgCl2		Mg(OH)2	+	CaCl2
	cal hidratada	 	da água do mar	 	precipita	 	 
	 	 	 	calor	 	 	 
	Mg(OH)2	+	2HCl		MgCl2	+	2H2O
	CaCl2.MgCl2	+	CaO.MgO	+	2CO2		2MgCl2	+	2CaCO3
	 	 	 	 	 	 	 	 	precipita
*
CÁLCIO: O metal Ca é obtido por eletrólise do CaCl2 fundido, obtido a partir da reação entre CaCO3 E HCl. As grandes fontes de cálcio são os minerais constituídos por CaCO3.
Os outros metais (Sr e Ba) são produzidos em quantidades bem menores, por eletrólise dos cloretos fundidos, ou por redução de seus óxidos com alumínio (um processo termita, ou aluminotermia).
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Tamanho Atômico (Ǻ)
Be 	0,89
Mg 	1,36
Ca 	1,74
Sr 	1,91
Ba	1,98
	 Menores que os correspondentes do Grupo 1;
	 Entalpias de atomização, eletronegatividade, temperaturas de fusão e ebulição, densidades maiores que correspondentes do Grupo 1;
	 Formam íons divalentes positivos;
	 Apresentam maior poder polarizante que os íons do Grupo 1.
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Energias de Ionização - I
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	Elemento	1º.	2º.	3º.
	H	1312.0
	He	2372.3	5250.5
	Li	520.2	7298.1	11815.0
	Be	899.5	1757.1	14848.7
	B	800.6	2427.1	3659.7
	C	1086.5	2352.6	4620.5
	N	1402.3	2856	4578.1
	O	1313.9	3388.3	5300.5
	F	1681.0	3374.2	6050.4
	Ne	2080.7	3952.3	6122
	Na	495.8	4562	6910.3
	Mg	737.7	1450.7	7732.7
	Al	577.5	1816.7	2744.8
	Si	786.5	1577.1	3231.6
	P	1011.8	1907	2914.1
	S	999.6	2252	3357
	Cl	1251.2	2298	3822
	Ar	1520.6	2665.8	3931
	K	418.8	3052	4420
	Ca	589.8	1145.4	4912.4
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Entalpias de atomização (25 oC, kJmol-1)
Be 	324
Mg 	149
Ca 	177
Sr 	164
Ba	175
Li 	161
Na 	108
K 	90
Rb 	82
Cs	78
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Be, Mg – hexagonal compacta
Ca, Sr – Cúbica de face centrada
Ba - Cúbica de Corpo Centrado
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Li 	180 e 1.342
Na	98 e 883
K 	64 e 759
Rb 	39 e 688
Cs	29 e 671
Be 	1.287 e 2.500
Mg 	649 e 1.105
Ca 	839 e 1.494
Sr 	768 e 1.381
Ba	727 e 7850
Pontos de Fusão e Ebulição (oC)
PESQUISE OS VALORES DE DENSIDADE PARA OS METAIS ALCALINOS E ALCALINOS TERROSOS E JUSTIFIQUE A VARIAÇÃO DOS VALORES PARA ELEMENTOS DE UMA MESMA FAMÍLIA E DE UM MESMO PERÍODO.
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Li 	-519
Na	-406
K 	-322
Rb 	-293
Cs	-264
Be 	-2.494
Mg 	-1.921
Ca 	-1.577
Sr 	-1.443
Ba	-1.305
Energias de hidratação (Ǻ)
	 Maiores que os correspondentes do Grupo 1 (tamanho/carga);
	 Os compostos cristalinos dos Grupo 2 contêm mais moléculas de água de cristalização que os correspondentes do Grupo 1: NaCl, KCl; MgCl2.6H2O, CaCl2.6H2O (ver Tabela)
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Solubilidade
Muitos dos ânions que são solúveis como os elementos do grupo 1, serão insolúveis com os elementos do grupo 2. Isto se deve ao fato das energias reticulares serem maiores que os valores dos correspondentes do grupo 1. Assim ânions que apresentam carga 1- como cloreto e nitrato são solúveis enquanto que ânions com carga s maiores, tais como fosfato e carbonato são insolúveis. Vale ressaltar que os sulfatos ( carga 2-) mudam de solúvel para insolúvel quando se desce no grupo, entretanto, o comportamento se inverte quando se trata dos hidróxidos e fluoretos.
Energias reticulares (kJ/mol)
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	MO	MCO3	MF2	MI2
	Mg	- 3923	- 3178	- 2906	- 2292
	Ca	- 3517	- 2986	- 2610	- 2058
	Sr	- 3312	- 2718	- 2459
	Ba	- 3120	- 2614	- 2367
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Produto de solubilidade - Kps 
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	Ânions	Mg2+	Ca2+	Sr2+	Ba2+
	OH-	5,9x10-12	-	-	-
	CO32-	1,0x10-5	4,8x10-9	7,0x10-10	4,9x10-9
	C2O42-	8,6x10-5	2,3x10-9	5,6x10-8	2,3x10-8
	SO42-	-	6,1x10-5	2,8x10-7	1,0x10-10
	CrO42-	-	7,1x10-4	3,6x10-6	1,2x10-10
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·         Os sais dos metais alcalinos e de amônio são solúveis . 
·         Os nitratos (NO3-) e os acetatos (CH3-COO-) são solúveis . 
·         Os cloretos (Cl-), os brometos (Br-) e os iodetos (I-), em sua maioria, são solúveis .
Principais exceções:
PbCl2, AgCl, CuCl e Hg2Cl2 ® insolúveis
PbBr2, AgBr, CuBr e Hg2Br2 ® insolúveis
PbI2, AgI, CuI, Hg2I2 e HgI2 ® insolúveis 
·         Os sulfatos (SO42-), em sua maioria, são solúveisna água.
Principais exceções:
CaSO4, SrSO4, BaSO4 e PbSO4 ® insolúveis 
·         Os sulfetos (S2-) e hidróxidos (OH-), em sua maioria, são insolúveis na água.
Principais exceções:
Sulfetos dos metais alcalinos e de amônio ® solúveis
Sulfetos dos metais alcalino-terrosos ® solúveis 
·         Os carbonatos (CO32-), os fosfatos (PO43-) e os sais dos outros ânions não mencionados anteriormente, em sua maior parte, são insolúveis na água. 
Regras de solubilidade em água
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Potenciais de redução
	 Todos os metais alcalinos terrosos são fortes agentes redutores;
	 São agentes redutores mais fracos que os correspondentes metais alcalinos
	 O Be é o que apresenta menor potencial de oxidação
Potencial padrão de eletrodo (E0, V)
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	Be2+|Be 	-1,85
	Mg2+|Mg	-2,37
	Ca2+|Ca	-2,87
	Sr2+|Sr	-2,89
	Ba2+|Ba	-2,91
Reação com H2O
	O Be não reage com a água;
	Mg reage com água aquecida;
	Ca, Sr e Ba reagem com água fria:
M(s) + H2O → M(OH)(aq) + H2
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Reação com ácidos e bases
Todos os metais reagem com ácidos não oxidantes fortes liberando hidrogênio:
M + 2HCl → MCl2 + H2
O Be é único elemento anfótero desta família e reage também com base para formar hidrogênio:
Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2
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Hidróxidos
	As propriedades básicas aumentam de cima para baixo;
	As soluções aquosas de Ca(OH)2 e Ba(OH)2 (água de cal e água de barita) são empregadas para detectar CO2:
Ca(OH)2 (aq) + CO2 (g) → CaCO3 (s) + H2O(l)
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Principais propriedades Químicas
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	Propriedade Química	Reação 
	A exceção do Be, os demais elementos da família 2 reagem com a água. 	M + 2H2O → M(OH)2 + H2 
	Todos os metais reagem com ácidos liberando hidrogênio;
O Be é anfótero e reage também com base para formar hidrogênio.	M + 2HCl → MCl2 + H2 
Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2 
	Todos os membros do grupo formam óxidos normais;
Em excesso de oxigênio, o Ba também forma peróxido. 	2M + O2 → 2MO 
Ba + O2 → BaO2 
 
MCO3 → MO + CO2
 ∆
	Todos os elementos queimam ao ar (temperaturas elevadas) formando uma mistura de óxido e de nitreto	Mg + ar → MgO + Mg3N2 
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	Todos os metais deste grupo reagem com os halogênios e formam os haletos respectivos 	M + X2 → MX2 
	Ca, Sr e Ba formam hidretos iônicos, enquanto Be e Mg formam hidretos intermediários	M + H2 → MH2
	Todos os metais desta família reagem com os demais elementos da família 16 (S, Se, Te) formando os respectivos: sulfetos, selenetos e teluretos.	M + S → MS
 M + Se → MSe
M + te → MTe
Dureza da água
Dureza da água é a propriedade relacionada com a presença de sais de Cálcio e Magnésio. Os íons Ca2+ e Mg2+ reagem com o estearato de sódio (do sabão) impossibilitando a formação de espumas:
2C17H35COONa + Ca2+ → (C17H35COO)2Ca + 2Na+
Também forma depósitos insolúvel em tubulações de água e caldeiras
Dureza Temporária
Dureza Permanente
Carbonatos e bicarbonatos e pode ser eliminada por meio de fervura da água ou adicionando cal hidratada:
2HCO3- ↔ CO3=↓+ CO2 + H2O
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ↔ 2CaCO3↓+ 2H2O
Cloretos, nitratos e sulfatos e não é suscetível à fervura. Coluna trocadora de cátions
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Problemas J. D. Lee
Porque os elementos do Grupo 2 são menores que os correspondentes elementos do Grupo 1?
Por que os metais do Grupo 2 são mais duros. Por que têm pontos de fusão mais elevados que os do Grupo 1?
Por que os compostos de Be são muito mais covalentes que os compostos dos demais elementos do Grupo 2?
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