1. Grupo 2: Berílio, Magnésio, Cálcio, Estrôncio, Bário e Rádio 1.1.Introdução O Grupo 2 da tabela periódica compreende o berílio (Be), o magnésio (Mg), o cálcio (Ca), o estrôncio (Sr), o bário (Ba) e o rádio (Ra). A configuração eletrônica dos chamados metais alcalino-terrosos em seu estado fundamental consiste em uma estrutura de gás nobre com dois elétrons no orbital s seguinte. Os metais alcalinoterrosos se assemelham aos metais alcalinos em muitas de suas propriedades. Não obstante, existem muitas diferenças entre os dois grupos devido ao distinto número de elétrons de valência de cada um. Os átomos dos elementos do Grupo 2 são menores que os átomos do metais alcalinos vizinhos em virtude do incremento da carga nuclear. Em conseqüência disso, os elementos do Grupo 2 são mais densos, possuem potenciais de ionização maiores, apresentam pontos de fusão e de ebulição mais elevados e são mais duros. Os dois elétrons de valência dos átomos dos elementos do Grupo 2 são facilmente perdidos por ação de agentes oxidantes. O processo desenvolve-se de acordo com a equação química geral: M M2 2e . A atividade redutora aumenta à medida que cresce o número atômico. Como conseqüência, o estrôncio e o bário devem ser conservados em querozene, ou, como o rádio, em tubos de vidro soldados, enquanto que os outros metais deste grupo (Be, Mg e Ca), por serem redutores mais fracos, podem ser guardados simplesmente em frascos fechados. 1.2. Propriedades dos Metais Alcalino-Terrosos As propriedades metálicas dos metais alcalino-terrosos como, por exemplo, as condutividades térmica e elétrica, são menos acentuadas que as dos respectivos metais alcalinos vizinhos. Este fato deve-se a uma maior interação entre os elétrons de valência e o núcleo atômico dos átomos dos elementos do Grupo 2. Logo, a mobilidade eletrônica é menor. O berílio e o magnésio possuem retículo cristalino do tipo hexagonal compacto; o cálcio e o estrôncio, cúbico de face centrada; e o bário, cúbico de corpo centrado. A capacidade redutora é menos pronunciada em comparação à dos elementos do Grupo 1. Isto se deve ao fato de os metais alcalino-terrosos apresentarem maior carga nuclear e conseqüentemente menor raio que os metais alcalinos. Na série eletroquímica, todos estes metais estão acima do hidrogênio. 1.3. Compostos e Espectros Os metais alcalino-terrosos, quando aquecidos ao ar ou em atmosfera de oxigênio, queimam com chama brilhante formando os seus respectivos óxidos: 1 M O2 MO . 2 Na prática, os óxidos destes metais são obtidos por decomposição térmica do carbonatos (Mg e Ca) ou nitratos (Sr e Ba) de acordo com as seguintes reações: CaCO 3 ( s) CaO ( s) CO 2 ( g ) o estrôncio e o bário reagem a frio. formando bicarbonatos de acordo com a seguinte reação: CaCO 3 ( s) CO 2 ( g ) H 2O(l ) Ca(HCO 3 ) 2 (aq) . Os carbonatos dissolvem-se pela ação do CO2 em solução aquosa. Os metais alcalino-terrosos são facilmente oxidados em soluções ácidas.4. os hidróxidos de berílio e magnésio são obtidos por reação dos sais com os álcalis. observa-se que sais voláteis de cálcio. na água. Com a água. ambos insolúveis. o cálcio. Na2CO3) formando um precipitado de carbonato de cálcio e carbonato de magnésio. e superior a 12. carmim e amarelo-esverdeado. muito dura. segundo a equação: M( s) 2H 2O(l ) M(OH) 2 (aq) H 2 ( g ) . (Devido à sua natureza anfótera. A solubilidade dos sulfatos diminui do berílio ao rádio: os sulfatos de berílio e magnésio são muito solúveis. 1. de 8 a 12. de 4 a 8. o CaSO4 é parcialmente solúvel. a) Procedimentos Experimentais Formação de Óxido e de Hidróxido de Magnésio . média. A água cuja dureza é inferior a 4 meq-g/litro denomina-se mole. Entre os sais insolúveis distinguem-se os carbonatos e ortofosfatos. A água natural que contém alto teor de sais de cálcio e magnésio dissolvidos denominase água dura. uma vez que os óxidos e hidróxidos são pouco solúveis em água. Estes compostos podem ser removidos com a fervura da água dura (segundo a reação abaixo) seguida da filtração para se remover o precipitado de carbonato de cálcio. Com ralação aos espectros. é expressa em miliequivalentes-grama (meq-g) de íons Ca2+ e Mg2+ por litro de água. enquanto que o berílio e o magnésio reagem a quente. Em laboratório emprega-se com freqüência a solução de hidróxido de cálcio (água de cal) ou a suspensão de hidróxido de cálcio sólido em solução saturada (leite de cal) assim como a solução de hidróxido de bário (água de barita). de bário e de rádio são praticamente insolúveis. Como produtos das reações.2Ba(NO 3 ) 2 ( s) 2BaO ( s) 4 NO 2 ( g ) O 2 ( g ) . por exemplo: M( s) 2H (aq) M 2 (aq) H 2 ( g ) . o berílio dissolve-se também em soluções alcalinas. de Ca(HCO3)2 e Mg(HCO3)2 dá origem à dureza temporária (ou removível). Os hidróxidos dos metais alcalinoterrosos também são obtidos pela reação de seus óxidos com água. A presença. e os sulfatos de estrôncio. segundo normas russas. formam-se os respectivos hidróxidos. Os cloretos e sulfatos de cálcio e de magnésio causam a dureza permanente e podem se removidos quimicamente através de uma reação de dupla troca com um carbonato solúvel (por exemplo. dura. A dureza da água. formando o íon hidroxiberilato: [Be(OH)4]2-). estrôncio e bário dão à chama não luminosa do bico de Bünsen uma colração vermelho-tijolo. Ca(HCO 3 ) 2 (aq) CaCO 3 ( s) CO 2 ( g ) H 2O(l ) . respectivamente. .. Ca(OH)2(aq).Após 5 minutos de aquecimento direto deixe o cadinho esfriar e teste a formação de óxido de cálcio – cal virgem – pela adição de água ao cadinho e posterior gotejamento de indicador fenolftaleína.Coloque o resíduo da reação em um tubo de ensaio contendo 3 mL de água destilada. é comumente usado. Filtre. Agite e goteje o indicador fenolftaleína.Explique as suas observações e escreva as reações envolvidas. Soprando com um canudo. Forma-se um precipitado que se dissolve em excesso de CO2. Abra a torneira até conseguir o fluxo desejado de CO2 (você deverá observar as bolhas de CO2 sobre o mármore). borbulhe CO2 no erlenmeyer durante 5 minutos.Aqueça. . Adicione 25 mL de HCl 6N no funil de separação (2).Borbulhe o CO2 formado no tubo de ensaio preparado previamente.Aqueça em um cadinho uma porção de mármore (contém CaCO3) em pó. b) Formação de Óxido e de Hidróxido de Cálcio .Coloque 25 g de mármore e 10 mL de água no Kitasato (1).Prepare um tubo de ensaio com 4 mL de água de cal. . não fixe o olhar na luz que se desprende).O dióxido de carbono (CO2) pode ser preparado pela reação de um ácido forte com um carbonato. . um pedaço pequeno de magnésio metálico em fita (Importante: a luz emitida na combustão do magnésio é rica em radiação fotoquimicamente ativa. com o auxílio de uma pinça metálica.Anote as observações feitas e escreva as equações das reações envilvidas. .Dureza temporária. Por isso.Escreva a equação química da reação que ocorre. Coloque 1 g de carbonato de cálcio em um erlenmeyer contendo 100 mL de água destilada.De que maneira se pode separar o precipitado de carbonato de cálcio (CaCO2) do bicarbonato (Ca(HCO3)2) formado em solução? d) d-1) Dureza da Água . O que se forma nesta reação? . . O carbonato de cálcio.Use a aprelhagem (gerador de CO2) segundo o esquema a seguir: . . c) Geração de CO2 e Formação de CaHCO3 . . .Escreva as equações das reações envolvidas. . que ocorre abundantemente na natureza. 2M ao erlenmeyer I sob agitação.Retire 20 mL desta solução para um erlenmeyer (I) e 20 mL para outro (II). . . Explique o que se observa e escreva a reação química que o corre entre cloreto de cálcio e sabão (pesquise!).Retire 40 mL do filtrado para um erlenmeyer (I) e 40 mL para outro erlenmeyer (II) (Numere os erlenmeyers).Dureza permanente. Escreva o que se observa e a reação que ocorre. .Aqueça o conteúdo do erlenmeyer I até a fervura e filtre. .Coloque um pequeno pedaço de sabão no filtrado do erlenmeyer I e no erlenmeyer II e agite vigorosamente. Explique o que se observa e escreva a reação química que o corre entre bicarbonato de cálcio e sabão (pesquise!).Filtre o conteúdo do erlenmeyer I. . Coloque 1 g de cloreto de cálcio em 100 mL de água destilada.O que se observa? Equacione a reação química que ocorre. Agite até a completa dissolução.d-2) . . . .Coloque um pequeno pedaço de sabão no filtrado do erlenmeyer I e no erlenmeyer II e agite vigorosamente. Acrescente 10 mL de carbonato de sódio 0.