METAIS ALCALINOS TERROSOS

1. METAIS ALCALINOS TERROSOS

Os metais alcalinos terrosos compreendem os metais do Grupo 2 da tabela periódica: berílio (Be), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e radônio (Ra). O adjetivo “alcalino” é porque a reação desses metais com água forma álcalis (bases fortes) e o termo “terroso” é porque a maioria deles é encontrada na crosta terrestre.

1. Aplicações

Devido à sua raridade, o berílio possui poucas aplicações práticas. Esse elemento ocorre principalmente como Be3Al2Si6O18, uma gema que, com as impurezas apropriadas, pode ser água marinha (azul) ou esmeralda (verde). Visto que Be é transparente a raios-X, “janelas” de tubos de raios X (Figura 1) são feitas de berílio. Berílio metálico é utilizado na obtenção de ligas com outros metais. A adição de apenas 2% de Be ao cobre metálico aumenta sua resistência por um fator de 5-6. Ligas de Be e Ni são utilizadas na fabricação de molas e contatos elétricos. Os compostos de berílio são relativamente tóxicos.

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Figura 1. À esquerda, um tubo de raios X e à direita uma vista aproximada de uma de suas janelas. As janelas são feitas de berílio.

O magnésio metálico é o único elemento do grupo 2 que é produzido em escala industrial. Esse elemento queima quando exposto ao ar, liberando luz branca brilhante que é usada em acessórios de flash fotográfico. Esse metal é muito leve e é usado atualmente em muitas ligas para materiais de construção de estrutura de aeronaves, peças de avião e motores de automóveis. O metal e suas ligas podem ser moldados, torneados e soldados com bastante facilidade. Similar ao alumínio, o magnésio metálico forma um camada de óxido impermeável que protege contra posterior oxidação.

Cálcio e seus compostos são usados amplamente. O elemento é usado como agente redutor na metalurgia do urânio, tório, e outros metais. É utilizado também como “scavenger”^[1] para remover impurezas dissolvidas, como oxigênio, enxofre, e carbono em metais fundidos e para remover gases residuais em tubos de vácuo. É um componente de muitas ligas metálicas.

As aplicações dos compostos de cálcio superam aquelas do metal, com uma produção mundial de CaO, Ca(OH)2, CaO·MgO, Ca(OH)·2MgO and Ca(OH)2·Mg(OH)2 de 118 000 Mt em 2000. Óxido de cálcio (cal) é produzido pela calcinação do calcário, e sua principal aplicação é como componente de argamassa de construção. Misturas de areia seca e cal podem ser armazenadas e transportadas; no momento em que se adiciona água, e como CO2 é absorvido, a argamassa sedimenta como CaCO3 sólido. Areia na argamassa é o agente aglomerante. Outras aplicações importantes estão na indústria do aço, papel e celulose e extração de magnésio. No processo de fabricação do aço, a cal é utilizada para remover impurezas e o produto (da reação entre as impurezas e a cal) é chamada de escória.

Sais de estrôncio são usados em fogos de artifício, que exibem o brilho avermelhado característico do estrôncio na chama. Cloreto de estrôncio é usado em alguns cremes dentais para pessoas com dentes sensíveis. O metal por si só não tem aplicações práticas.

Bário é um constituinte de ligas que são usadas para velas de ignição por causa da facilidade com que esse elemento emite elétrons quando aquecido. É usado como agente de degaseificação em tubos de vácuo. Uma suspensão de sulfato de bário finamente dividido, BaSO4, é usado pra revestir o trato gastrointestinal em preparação de chapas de raios X, porque os absorve muito bem. Esse composto é tão insolúvel que não é venenoso. No entanto, sais solúveis de bário são muito tóxicos.

1. Propriedades físicas

Os metais alcalinos terrosos são branco-prateados, maleáveis, dúcteis e um pouco mais duros do que os vizinhos no grupo 1. A atividade aumenta de cima para baixo (ao longo do grupo), com Ca, Sr e Ba sendo considerados muito ativos. Cada um possui dois elétrons na última camada eletrônica. Ambos os elétrons são perdidos durante a formação de compostos iônicos, embora não tão facilmente quanto os elétrons da última camada de um metal alcalino. Comparemos as energias de ionização na Tabela 1 da aula “Metais do grupo 1: alcalinos” com a Tabela 1 dessa aula.

Tabela 1. Propriedades dos metais alcalinos. Os termos em inglês: “outer electrons” significa “elétrons da camada mais externa”, “melting point” significa “ponto de fusão”, “boiling point” significa “ponto de ebulição”, “density” significa “densidade”, “atomic radius” significa “raio atômico”, “eletronegativity” significa “eletronegatividade”, “ionization energies” significa “energias de ionização”.

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Na ligação metálica, cada átomo contribui com 2 elétrons, ou seja, o dobro da quantidade dos metais do grupo 1, o que quer dizer que nos metais alcalinos terrosos a ligação metálica é mais forte, fazendo com que esse metais apresentem elevados pontos de fusão e ebulição e maior dureza.

Os núcleos do grupo 2 possuem mais prótons do que os respectivos elementos do grupo 1, o que faz com que a carga nuclear seja maior, atraindo mais fortemente os elétrons. De modo similar, os íons são grandes, mas são menores do que os do grupo 1 principalmente porque a retirada de dois elétrons aumenta ainda mais a carga nuclear efetiva. Logo esses elementos possuem densidades maiores.

A maioria dos compostos do grupo 2 são iônicos, exceto os compostos de Be exibem grande dose de caráter covalente (compare a eletronegatividade do Be com as dos demais elementos). Os elementos desse grupo exibem número de oxidação +2 em todos os seus compostos. A tendência de formar íons aumenta do Be para o Ra.

A energia de ionização do Be2+ é alta, sendo seus compostos em geral covalentes. No entanto, os compostos formados por Mg, Ca, Sr e Ba são predominantemente iônicos e os metais encontram-se na forma de íons divalentes. Visto que os átomos são menores do que os dos correspondentes elementos do grupo 1, os elétrons estão mais fortemente ligados, de modo que, tanto a primeira quanto a segunda energia de ionização serão maiores do que as dos elementos do grupo 1.

Os valores de eletronegatividade do grupo 2 são maiores do que os dos respectivos elementos do grupo 1. Assim, quando Mg, Ca, Sr e Ba reagirem com elementos do lado direito da tabela periódica, como halogênios e oxigênio, a diferença de eletronegatividade será grande e os compostos formados serão iônicos. A eletronegatividade do Be é maior do que a dos outros elementos. E o composto formado com elementos do lado direito da tabela periódica que resultaria na maior diferença de eletronegatividade seria o BeF2, e teoricamente deveria apresentar caráter iônico. No entanto, esse composto, quando fundido, conduz muito mal corrente elétrica.