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METAIS ALCALINO-TERROSOS CQ-222
FSN
GRUPO 2 – METAIS ALCALINO-TERROSOS
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 – Be3Al2Si6O18 e a fenacita – Be2SiO4
Mg ocorre como carbonatos, sulfatos, cloretos e
hidroxissilicatos: ex: Dolomita CaMg(CO3)2
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
O íon de magnésio é o terceiro maior na água do mar; 1 km3
de água do mar contém 1 milhão de toneladas de Mg2+
Processo Dow de extração de magnésio da ar do mar:
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;
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
exibe elevada condutividade elétrica típica de um metal, porém
faz ligações covalentes em seus compostos
o berílio é muito pequeno, e as regras de Fajans estabelecem que
íons de alta densidade de carga tendem a formar compostos
covalentes; Compare Be2+ (1100 C/mm3) com Ba2+ (23 C/mm3);
berílio possui uma eletronegatividade relativamente elevada
quando reage com outros átomos, a diferença de eletronegatividade é
diminui favorece a formação de complexos covalentes. Exemplo:
BeCl2∙4H2O, que na realidade é [Be(OH2)4]2+∙2Cl-
BeO(s) + 2H3O+(aq) + H2O(l) [Be(OH2)4]
2+(aq)
outra propriedade típica dos “não metais” é
a habilidade para formar oxo- ou hidroxoanions:
BeO(s) + 2OH-(aq) + H2O(l) [Be(OH)4]2-(aq)
Mostra, portanto, caráter anfótero.
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 óxidos: MCO3(s) MO(s) + CO2(g), M = Mg ou Ca
Sulfatos: CaSO4·1/2H2O(s) Gesso; BaSO4(s) contraste radiológico
Haletos: CaF2; CaCl2 desidratante, derreter gelo rodovias
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 (fertilizante)
CaNCN(s) + 3H2O(l) CaCO3(s) + 2NH3(aq)
CaNCN(s) + H2SO4(aq) + H2O(l) H2NC(O)NH2(s) + CaSO4(s) uréia
Metais alcalino-terrosos
COMPOSTOS ORGANOMETÁLICOS
Be e Mg formam compostos com ligação covalente 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