Metales del grupo II

Abundancia•Berilio : Be3Al2(Si6O18) (forma mineral berilio) •Magnesio: CaCo3∙MgCO3 (dolomita) , MgCO3 (magnesita), ((Mg,Fe)2∙SiO4) (olivino) •Calcio: CaCO3 (mármol, tiza y piedra caliza) , CaSO4∙2H2O (yeso)•Estroncio: SrSO4 (celestita) , SrCO3 (estroncianita) •Bario: BaSO4 (baritina)

Extracción

Del grupo 2, sólo el Mg es fabricado a gran escala. 2MgO + 2CaO + FeSi 1450 K 2Mg + Ca2SiO4 + Fe

L a extracción de Mg por electrólisis de MgCl2 fundido también es importante y es aplicado a la extracción de Mg del agua de mar.

El berilio es producido ya sea reduciendo BeF2 o por electrólisis de BeCl2 fusionado con NaCl.

La producción de Ca es por electrólisis de CaCl2 fusionado y CaF2

Sr y Ba se extraen por la reducción de los óxidos de Al, o por electrólisis de SrCl2 o BaCl2

UsosBe y los compuestos solubles de Ba son extremadamente tóxicos.• Be tiene una gran importancia industrial, es usado en la fabricación de partes de aeronaves de alta velocidad misiles y en satélites de comunicación. Por su baja densidad electrónica, es usado en las ventanas de los tubos de rayos X, y su alto punto de fusión hace que pueda ser utilizado en la industria de la energía nuclear.

• Las aleaciones de aluminio con magnesio son utilizadas en partes de aeronaves y automóviles así como en herramientas ligeras. Otros usos son bengalas, fuegos artificiales y flashes de cámaras fotográficas. También tiene aplicaciones médicas tales como polvos para la indigestión (leche de magnesia, Mg (OH)2) y como purgante. En sistemas biológicos, Mg2+ es un constituyente esencial de la clorofila en plantas.

• El calcio es utilizado en su forma de CaO como componente para la construcción, otros usos importantes son en la industria siderúrgica, en la fabricación de papel y en la extracción de Mg. El CaCO3 tiene gran demanda en la fabricación de acero, vidrio, cemento y concreto.

• El principal uso del estroncio (SrO)es como componente de en la placa frontal de cristal de las televisiones a color donde su función es detener las emisiones de rayos X del tubo de rayos catódicos.

• El principal uso de la baritina es como un material suplementario en los fluidos de ponderación de pozos de petróleo y gas.

Propiedades físicasPropiedad Be Mg Ca Sr Ba Ra

Número atómico 4 12 20 38 56 88

Configuración electrónica en el estado fundamental

[He]2s² [Ne]3s² [Ar]4s

²[Kr]5s

²[Xe]6s

²[Rn]7s²

Entalpía de atomización , 298K (KJ/mol)

324 146 178 164 178 130

Punto de fusión (K) 1560 923 1115 1040 1000 973

Punto de ebullición (K) ≈3040 1380 1757 1657 1913 1413

Entalpía de fusión estándar, 298K (KJ/mol)

7.9 8.5 8.5 7.4 7.1 -

Propiedad Be Mg Ca Sr Ba Ra1ᵃ energía de ionización (KJ/mol) 899.5 757.7 589.8 549.5 502.8 509.3

2ᵃ energía de ionización (KJ/mol) 1757 1451 1145 1064 965.2 979.0

3ᵃ energía de ionización (KJ/mol) 14850 7733 4912 4138 3619 3300

Radio metálico (pm) 112 160 197 215 224 -

Radio iónico (pm) 27 72 100 126 142 148

Entalpía de hidratación estándar de M2+, 298K (KJ/mol)

-2500 -1931 -1586 -1456 -1316 -

Entropía de hidratación estándar de M2+, 298K (KJ/mol)

-300 -320 -230 -220 -200 -

Energía de Gibbs de hidratación estándar de M2+

-2410 -1836 -1517 -1390 -1256 -

Potencial de reducción estándar E°Mᶧ/M (V)

-1.85 -2.37 -2.87 -2.89 -2.90 -2.92

La tendencia general en los valores decrecientes de EI₁ y EI₂ al bajar el grupo se rompe con el aumento de Ba a Ra, atribuido al efecto termodinámico del par inerte 6s.

Los elevados valores de EI₃ excluyen la formación de iones M3+.

No hay una explicación sencilla para la variación irregular en el grupo de propiedades como el punto de fusión y ΔH⁰ₐ.

Los valores de E° para el par M²ᶧ/M son bastantes constantes (a excepción de Be).

Ensayos a la llama

CaRojo anaranjado y verde claro a través de vidrio azul.

SrCarmesí, pero violeta a través de vidrio azul.

BaVerde manzana.

Isótopos radioactivos

El ⁹⁰Sr es un emisor β (t1/2= 29.1 años), producto de fisión de uranio.

El ²²⁶Ra es un emisor α (t1/2= 1622 años), producto de la serie de desintegración del uranio.

Relaciones diagonales

La densidad de carga de Li+ y Mg2+ es similar porque el aumento de carga esta compensado por el aumento en el tamaño del ión. Así mismo, la densidad de carga de Be2+ y Al3+ es similar.

Propiedades Propieda

dGrupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Li Na K Be Mg Ca B Al Ga

Radio metálico (pm)

157 191 235 112 160 197 - 143 1.53

Radio iónico (pm)

76 102 138 27 72 100 - 54 62

Electronegatividad de Pauling

1.0 0.9 0.8 1.6 1.3 1.0 2.0 1.6 1.8

ΔH°atom ,298 K (KJ/mol)

161 108 90 324 146 178 582 330 277

Litio y magnesio

Li + N₂ Li₃NMg + N₂ Mg₃N₂

Li + O₂ Li₂OMg + O₂ MgO

Forman óxidos en lugar de un peróxido.

Li₂CO₃ Li₂O + CO₂MgCO₃ MgO + CO₂

Al bajar en el grupo 1 los carbonatos se van haciendo más estables.

LiF y MgF₂ son moderadamente solubles en agua, los últimos fluoruros del grupo 1 son

solubles.

LiClO₄ es mucho más soluble en agua que lo percloratos de los otros metales alcalinos, al igual que Mg(ClO₄)₂ y los percloratos del grupo 2.

Los iones Li+ y Mg2+ están más fuertemente fuertemente

hidratados en disoluciones acuosas que los iones de los

últimos metales de los grupos 1 y 2.

Berilio y AluminioBe(OH)₂ y Al(OH)₃ son

anfóteros, los hidróxidos de los últimos metales del grupo

2 son básicos.

Tanto Be como Al reaccionan con álcali acuoso desprendiendo H₂.

El BeCl₂ y AlCl₃, despiden gases en aire húmedo,

reaccionando para formar HCl.

Ambos forman haluros complejos, de ahí la capacidad de los cloruros para actuar

como catalizadores de Friedel-Crafts.

Propiedades Químicas: Metales1.Apariencia

• Berilio y Magnesio son de color grisáceo. Mientras que los demás elementos del grupo son de color plateado.

• Son maleables, dúctiles y muy frágiles. Se empaña con facilidad al contacto con el aire.

2. Reactividad• El magnesio y el berilio son pasivos y, cinéticamente, inerte frente al agua y al oxígeno a temperatura ambiente.

Provoca una capa protectora del metal que no permite seguir oxidando. Reacción endotérmica.

• El hidróxido de magnesio sólo reacciona con ácidos, mientras que el hidróxido de berilio es un anfótero.

• El uso de este compuesto para obtener fertilizantes como el CaNCN (cianamiduro de calcio)

• Reacciones comunes entre los metales del grupo 2

Haluros de los metales del grupo II

Haluros de berilioNormalmente son

compuestos covalentes.Por ejemplo, el BeF₂.Aspecto físico: vidrioMal conductor de la electricidadAdopta una red cristalina y es soluble en agua.

El BeCl₂ forma cristales incoloros, y con cadenas infinitas.Se forma según la reacción:

2 BeO +CCl₄

2BeCl₂ + CO₂

Los haluros de berilio son normalmente ácidos de lewis, y el BeCl₂Actua como catalizador de Friedel-Crafs

Haluros de Mg, Ca, Sr, BaLos fluoruros de los metales anteriores son iónicos, tienen puntos de fusión altos y son moderadamente solubles.

Cloruro de magnesio

Cloruro de calcio

Normalmente los fluoruros de estos metales son insolubles, y los cloruros y bromuros más solubles.

Algunas de sus propiedades:

El MCl₂, MBr₂, MF₂Son higroscópicos.

Algunos agentes desecantes:CaCl₂, CaSO₄, Na₂SO₄, K₂CO₃

Otros agentes desecantes: El CaCL₂ es utilizado como agente desecante y para el deshielo de carreteras.

Su segundo uso principal es el control de polvo

Los óxidos de los metales del grupo 2 se preparan normalmente por descomposición térmica de un correspondiente carbonato

M = Mg T = 813 K Ca 1173 K

MCO3 MO + CO2 Sr 1563 k Ba 1633 k

BeO MgO CaO SrO BaO0

1000

2000

3000

4000Puntos de Fusión

en K La figura muestra la tendencia del punto de fusión de los oxidos del grupo MgO, BaO, CaO, SrO Y BeO esta disminución refleja la disminución de la en energia de red al aumentar el tamaño del catión. El elevado punto de fusión de MgO lo hace adecuado como material refractario

Óxidos e Hidróxidos:

Los óxidos de Ca, Sr y Ba reaccionan rápidamente y de forma exotérmica con agua y absorben CO2 de la atmósfera. La conversión de CaO en carburo de calcio y su hidrólisis posterior es importante industrialmente.

Todos los peróxidos son agentes oxidantes fuertes. El Peróxido de magnesio se utiliza en dentrificos el cual se fabrica haciendo reaccionar MgCO3 o MgO con H2O2. El peróxido de calcio se prepara por deshidratación cuidadosa de CaO2 * 8H2O

SrO2 + 2HCl SrCl2 + H2O2

HidróxidosEntre los metales del

grupo 2 que la mayoria son basicos en presencia de [OH]-

Pero el Be se comporta como un ácido de lewis, formando el ion complejo tetraédrico.

La solubilidad en agua de M(OH)2 M(M = Mg, Ca, Sr Ba) aumenta al bajar en el grupo, de la misma manera que la establidad térmica con respecto a la descomposición en MO y H2O.El hidróxido de magnesio actúa como una

base débil, mientras que Ca(OH)2, Sr(OH)2 y Ba(OH)2 son bases fuertes. La cal sodada es un amezcla de NaOH y Ca(OH)2 y se fabrica a partir de CaO y NaOH acuoso; es más fácil de manejar que el NaOH y está disponible comercialmente siendo utilizada, por ejemplo como absorbente de CO2 y en ensayos cualitativos para sales de [NH4]+

Sales de oxoácidos

El agua dura contiene iones Mg2+ y Ca2+ que forman complejos con los inoes estearato de los jabones, produciendo (espuma) insoluble en baños y fregaderos domésticos. La dureza temporal se debe a la presencia de sales de hidrogenocarbonato y puede solucionarse hirviendo lo que desplaza el equilibrio a la derecha provocando la precipitación de CaCO3 o MgCO3 o añadiendo una cantidad adecuada Ca(OH)2

Ca(HCO3)2(aq) CaCO3(S) + CO2(g) + H2O(l)

Ca(HCO3)2(aq) + Ca(OH)2(aq) 2CaCO3(S) +2H2O(I)

La dureza permanente está causada por otras sales de Mg2+ y Ca2+ . El proceso de ablandamiento del agua implica hacer pasar el agua dura a través de una resina de intercambio de cationes. Los detergentes para lavadoras contiene agentes antical que eliminan los iones Mg2+ y Ca2+ del agua de lavado

El carbonato de calcio se encuentra en la naturaleza en dos formas cristalinas , calcita y aragonito, metaestable en la calcita los iones Mg2+ y [CO3]2- están dispuestos de tal manera que cada ion Ca2+ tiene coordinación 6 en relación a los átomos de oxigeno del carbonatoMientras que el aragonito cada ion Ca2+ está rodeado por nueve átomos de oxigeno la aragonita se puede preparar en un laboratorio precipitando CaCO3 a partir de una disolución acuosa caliente.

El sulfato de calcio hidratado (CaSO4 * 2H2O yeso) se encuentra en la naturaleza y es también un producto en el proceso de desulfuración que implica Ca(OH)2 o CaCO3. Los cristales de yeso se parten con facilidad debido a la presencia de capas que se mantienen juntas mediante enlaces de hidrógeno

Berilio:Algunos datos curiosos:

La fuente más importante de exposición de Berilio en la

población general es el hábito de fumar. El humo de un cigarrillo

puede contener hasta 0.074μg de Be. Suponiendo que se inhale todo el humo, un fumador que consuma en promedio 10 cigarrillos diarios,

inhalaría aproximadamente 0.74μg de este metal cada día.

La exposición prolongada de berilio puede provocar Beriliosis

(enfermedad pulmonar crónica).

Magnesio:Los gránulos del metal, pueden explotar o incendiarse en contacto con aire, produciendo gases irritantes o tóxicos.

Sin embargo, el magnesio que proviene de los alimentos, es un tranquilizante natural que mantiene el equilibrio energético en las neuronas y actúa sobre la transmisión nerviosa, es recomendado para los tratamientos anti estrés y anti depresión.

Calcio:

El calcio afecta la función de transporte de las membranas celulares, actuando como un estabilizador de membrana. También influye en las neurotransmisiones.El ion Ca2+ interviene en la contracción de los músculos.Se requiere calcio en la trasmisión nerviosa y en la regulación de los latidos cardiacos. El equilibrio adecuado de los iones de calcio, sodio, potasio y magnesio mantiene el tono muscular y controla la irritabilidad nerviosa.

Bario:El sulfato de bario hidratado se introducen en forma líquida en el intestino y se puede detectar desde gastritis hasta cáncer de colon mediante manchas que se producen en la radiografía. A este procedimiento se le llama edema de Bario.

Radio:• El radio se usó en algunos

alimentos para mejorar el sabor y como un conservador, pero también expuso a muchas personas a la radiación.

• También fue usado en productos como pasta de dientes, cremas para el cabello, e incluso los alimentos debido a sus supuestos poderes curativos. Estos productos pronto pasaron de moda y quedaron prohibidos por las autoridades en muchos países, después de que se descubrió que podría tener graves efectos adversos para la salud.

• Algunos spas, como los de Misasa, Tottori, Japón, con agua rica en radio se siguen promocionando como beneficiosos.

1.¿Cuál es la razón por la cual existen relaciones diagonales entre algunos compuestos del grupo 2 y otros elementos?

2.Tres tipos de reacciones en las que se parecen las propiedades químicas entre el Ca, Sr, Ba

3.¿Con qué elementos el grupo 2 sostiene relaciones diagonales?

4.Menciona algunas características generales del grupo 2.

Cuestionario:

5. Qué propiedad de los óxidos del grupo 2 refleja la disminución de la energía de red al aumentar el tamaño del catión?

6. En que formas se puede encontrar el carbonato de calcio en la naturaleza, cual es la forma más favorecida termodinámicamente y porque?

7. ¿Cuál es el único elemento del grupo 2 que es fabricado a gran escala?

8. ¿Qué elementos del grupo 2 son extremadamente tóxicos?

9. ¿Por qué los haluros de Berilio son covalentes y no ionicos?

10. Menciona dos usos que se le dan al CaCl₂, ¿Qué propiedad de los haluros de metales del grupo 2 hace que pueda ser usado de esta manera?