QUÍMICA INORGÂNICA II (QUI146)
ELEMENTOS DO BLOCO S (GRUPO 2): METAIS
ALCALINOS TERROSOS
Prof. Odair Pastor Ferreira
Laboratório de Materiais Funcionais Avançados (LaMFA)
Departamento de Química
Universidade Estadual de Londrina
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Química Inorgânica II: Elementos do Bloco S (Grupo 2) - Metais Alcalinos Terrosos, Exercícios de Química Inorgânica
Os elementos do grupo 2 da tabela periódica, os metais alcalinos terrosos, com foco em suas propriedades, reatividade, usos e obtenção. Informações detalhadas sobre cada elemento, incluindo berílio, magnésio, cálcio, estrôncio, bário e rádio, explorando suas características químicas e aplicações em diversos campos, como indústria, medicina e agricultura.
Tipologia: Exercícios
2024
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QUÍMICA INORGÂNICA II (QUI146)
ELEMENTOS DO BLOCO S (GRUPO 2): METAIS
ALCALINOS TERROSOS
Prof. Odair Pastor Ferreira
Laboratório de Materiais Funcionais Avançados (LaMFA)
Departamento de Química
Universidade Estadual de Londrina
USOS DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2
BERÍLIO (Sais altamente tóxicos)
- O berílio metálico não reage com o ar devido a uma camada passivante de óxido inerte em sua superfície;
- Extremamente leve e não magnético, possui alta condutividade térmica e um ponto de fusão muito alto (1560 K);
- Seu elevado ponto de fusão e alta seção de choque para captura de nêutrons tornam o Be útil na indústria de
energia nuclear; moderador para reações nucleares (em que reduz a velocidade dos nêutrons rápidos através de
colisões inelásticas);
- Utilizado na manufatura de componentes dos chassis de aeronaves de alta velocidade e mísseis;
- Também usado ligas para suspensões automotivas, dispositivos eletromecânicos e nas molas dos teclados de
computadores e impressoras;
- O Be é um absorvente fraco de radiação eletromagnética e é empregado em janelas de tubos de raios X.
CÁLCIO
- Os usos dos compostos de cálcio superam em muito os do metal;
- Construção civil: o CaO é o principal componente de argamassas e cimentos e o CaSO 4 2H 2 O principal componente do
gesso;
- CaF 2 : Janelas óticas – é insolúvel e transparente a uma grande faixa de comprimentos de onda;
- Agricultura: Calcário.
USOS DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2
RÁDIO
- Para tratar tumores malignos;
- Tintas luminosas (antigamente) – ponteiro de relógio.
Cor da chama para o estrôncio
ESTRÔNCIO
- Produção de vidros da placa frontal de televisores em cores (bloquear as emissões de raios X do tubo de raios catódicos (TRC);
- As atuais demandas comerciais estão na pirotecnia, magnetos de ferrita (cerâmica), ligas e pigmentos.
USOS DOS ELEMENTOS DO GRUPO 2
BÁRIO
- Os compostos de bário, devido ao grande número de elétrons em cada íon Ba2+, são muito eficientes para absorver raios X: eles são usados como “contrastes de bário” para investigar o trato intestinal; O sulfato insolúvel é usado nessa aplicação;
- O carbonato de bário é usado na fabricação do vidro e como fundente para auxiliar no escoamento de esmaltes e vernizes e como veneno de rato;
- O sulfato de bário é usado como um padrão de referência na espectroscopia UV-visíveĺ por é um branco puro, não absorve na região do visível do espectro eletromagnético.
ELEMENTOS DO GRUPO 2 – OCORRÊNCIA E OBTENÇÃO
BERÍLIO
- Ocorrência natural: mineral berilo (Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 )- (OBS: este mineral é a base da “esmeralda” com uma pequena
substituição de Al3+^ por Cr3+) - e bertrandita (Be 4 Si 2 O 7 (OH);
- Para a obtenção berílio, o mineral berilo é aquecido com o Na 2 SiF 6 , produzindo o BeF 2 , o qual é posteriormente
reduzido com magnésio;
- Ocorrência natural: dolomita (CaCO 3 MgCO 3 ) e magnesita (MgCO 3 ) e na água do mar ( 1 g de Mg2+L-1);
- A obtenção através da água do mar se deve a diferença de solubilidades entre o Mg(OH) 2 (menos solúvel) e o
Ca(OH) 2. Adiciona-se cal (CaO) a água do mar e, posteriormente, HCl:
CaO(s)+ H 2 O(l) Ca2+(aq) +^ 2 OH-(aq)
Mg2+^ (aq) + 2 OH-^ (aq) Mg(OH)2(s)
Mg(OH)2(s) + 2 HCl(l) MgCl2(aq) + 2 H 2 O(l)
- O magnésio metálico é então obtido por eletrólise:
Cátodo: Mg2+(aq) + 2e-^ Mg(s) Anodo: 2 Cl-^ Cl 2 + 2e-
MAGNÉSIO
ELEMENTOS DO GRUPO 2 - OCORRÊNCIA E OBTENÇÃO
CÁLCIO
- O cálcio é o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre e sua reatividade é elevada com oxigênio e água;
- Ocorrência natural: calcita e aragonita (CaCO 3 ) e gipsita (CaSO 4 2H 2 O);
- Obtenção do cálcio metálico: eletrólise a partir do cloreto de cálcio fundido (subproduto do processo Solvey de
produção Na 2 CO 3 );
ESTRÔNCIO
- Ocorrência natural: Celestita (SrSO 4 ) e Estroncianita (SrCO 3 );
- O estrôncio metálico é obtido a partir da eletrólise do SrCl 2 fundido ou pela redução do SrO com alumínio:
6SrO(s) + 2 Al(s) 3Sr(s) + Sr 3 Al 2 O6(s)
- O metal reage violentamente com a água e, como pó finamente dividido, entra em ignição com o ar.
OLHANDO PARA A TABELA PERIÓDICA:
ELEMENTOS DO GRUPO 13
TABELA PERIÓDICA SBQ (PLUBISBQ): Quais informações podemos visualizar de cada elemento?
Configuração eletrônica grupo 13:
última camada [ns^2 np^1 ]
(ver também Tabela interativa:
Periodic Table – Royal Society of
Chemistry – www.rsc.org/ periodic-
table)
ELEMENTOS DO GRUPO 2
- São elementos mais duros, mais densos e menos reativos do que os elementos do Grupo 1.
- Todos os elementos são metais prateados, porém alguns aspectos do berílio são mais parecidos com um
semimetal;
- Configurações eletrônicas dos elementos do Grupo 2:
ELEMENTOS DO GRUPO 2 – TENDÊNCIAS DAS PROPRIEDADES
Primeira, segunda e energia total de ionização dos elementos do Grupo 2
- Porém, a reatividade (propriedades químicas) dos elementos do grupo 2, comparado ao Grupo 1, pode ser analisada frente aos raios atômicos e energias de ionização;
- Os raios atômicos dos elementos Grupo 2 são menores (do que do Grupo 1) e, consequentemente, apresentam maior energia de ionização (e maior densidade);
- Contudo, observa-se redução da energia de ionização ao descer no grupo, o que reflete na tendência dos potencias padrão de redução;
- Observa-se que o potencial padrão de redução dos elementos do grupo 2 são menores do que do grupo 1 (mesmo período), indicando sua menor reatividade também;
- Por outro lado, potencial padrão de redução torna-se mais negativo quando se desce no grupo, indicando que os elementos se oxidam mais facilmente.
ELEMENTOS DO GRUPO 2 – TENDÊNCIAS DAS PROPRIEDADES
- Reações com o oxigênio atmosférico:
1) Berílio: inerte em ar (devido passivação da superfície com BeO):
2) Magnésio e cálcio: escurecem ao ar devido à formação de uma camada de óxido, mas queimam
completamente formando óxidos e nitretos quando aquecidos;
3) Estrôncio e bário: inflamam ao ar na forma de pó, e devem são armazenados imersos em
hidrocarbonetos líquidos;
- Todos os elementos reagem com água, exceto o magnésio que só reage com água quente:
M(s)+ 2 H 2 O(l) 2 M(OH)2(s) + H2(g)
- Todos os metais reagem com ácidos gerando hidrogênio:
M(s)+ 2 HCl(l) MCl2(s) + H2(g)
- Todos os elementos ocorrem em seus compostos como M2+^ (consistente com as suas configurações
eletrônicas de valência ns^2 ).
PROPRIEDADES ANÔMALAS DO BERÍLIO
- O tamanho pequeno dos íons Be2+^ (raio iônico 27 pm) e sua consequente elevada densidade de carga e poder polarizante fazem com que os compostos de Be sejam significativamente covalentes; o íon é um ácido de Lewis forte;
- O número de coordenação observado com mais frequência para esse pequeno átomo é 4 e a geometria local tetraédrica (os demais elementos do grupo geralmente possuem número de coordenação 6 ou mais);
- Desta forma:
- os haletos de berílio BeCl 2 , BeBr 2 e BeI 2 e no hidreto BeH 2 as ligações são preponderantemente covalentes;
- Maior tendência de formar complexos e compostos moleculares, como o Be 4 O(O 2 CCH 3 ) 6 ;
- Hidrólise (desprotonação) dos sais de berílio em solução aquosa, formando soluções ácidas e espécies como o [Be(OH 2 ) 3 OH]+: BeCl 2 + 4H 2 O [Be(OH 2 ) 3 OH]+^ + H+^ + 2Cl-
- Os sais hidratados de berílio tendem a sofrer decomposição por reações de hidrólise, formando sais de berílio contendo oxi- ânions ou hidróxido, em vez da simples perda de água;
- Os óxidos e outros calcogenetos de Be adotam estruturas sólidas com coordenação 4:4, que são mais direcionais;
- O berílio forma muitos compostos organometálicos estáveis como, por exemplo, o meƟlberílio (Be(CH3) 2 ), eƟlberílio, t-buƟlberílio e o beriloceno ((C 5 H 5 ) 2 Be);
Be 4 O(O 2 CCH 3 ) 6
O Be
COMPOSTOS SIMPLES DOS ELEMENTOS DO BLOCO 2
COMPOSTOS SIMPLES DOS ELEMENTOS DO BLOCO 2 - HIDRETOS
- Todos os elementos formam hidretos salinos iônicos (compostos que contém a espécie H-), com exceção do berílio que forma hidretos covalentes poliméricos;
- Os hidretos metálicos do Grupo 2 podem ser preparados pela reação direta entre o metal e o hidrogênio, exceção para o BeH 2 que é preparado a partir de um alquilberílio e hidrogênio);
- Todos os hidretos mais pesados reagem violentamente com água: MgH2(s) + 2 H 2 O(l) Mg(OH)2(s) + 2 H2(g)
- O hidreto de cálcio é usado como um dessecante para solventes aminados, removendo a água por meio da formação de Ca(OH) 2 e gás hidrogênio.
Be
H
Cadeia “polimérica” do BeH 2 Estrutura do BeH 2.
COMPOSTOS SIMPLES DOS ELEMENTOS DO BLOCO 2
HALETOS
- Comentário Geral: Os haletos de berílio são covalentes; todos os fluoretos, exceto o BeF 2 são insolúveis em água, e todos os demais haletos são solúveis.
- BeF 2 : sólido vítreo que apresenta várias fases cristalinas a depender da temperatura. Solúvel em água formando o [Be(H 2 O) 4 ]2+. Preparado a partir da decomposição térmica do (NH 4 ) 2 BeF 4 ;
- BeCl 2 : obtido a partir do óxido BeO (OBS: comporta-se como um ácido de Lewis): BeO(s) + C(s) + Cl2(g) BeCl2(s) + CO(g)
- Também pode ser obtido pela reação direta dos elementos Be e Cl 2 a alta temperatura. Os demais haletos de berílio também são obtido pela reação do metal com o halogeneto (BeBr 2 e BeI 2 );
- BeCl 2 em fase sólida: