Metal alcalino-terroso

Metais alcalino-terrosos
metais alcalinos ←    → grupo 3
Número do grupo IUPAC 2 Nome por elemento grupo de berílio Nome Trivial metais alcalino-terrosos Número do grupo CAS (US) IIA antigo número IUPAC (europeu) IIA
↓ Período
2	Berílio (Be) 4
3	O magnésio (Mg) 12
4	O cálcio (Ca) 20
5	Estrôncio (Sr) 38
6	Bário (Ba) 56
7	Radium (Ra) 88
Lenda Metal alcalino-terroso elemento primordial elemento natural radioativo Cor número atômico: preto sólido =

Os metais alcalino-terrosos são um grupo de elementos químicos na tabela periódica com propriedades muito semelhantes. Eles são todos brilhante, branco-prateado, um tanto metais reactivos na temperatura padrão e pressão e facilmente perdem o seu dois elétrons ultraperiféricas para formar cátions com carga +2. No moderno Nomenclatura IUPAC, os metais alcalino-terrosos compreende o grupo de dois elementos.

Os metais alcalino-terrosos são berílio (Be), magnésio (Mg), cálcio (Ca), estrôncio (Sr), bário (Ba) e rádio (Ra). Este encontra-se no grupo s-bloco da tabela periódica como todos os metais alcalino-terrosos têm o seu exterior de electrões numa s-orbital.

Todos os metais alcalino-terrosos descobertos ocorrem na natureza. Os experimentos foram realizados para tentar a síntese de elemento 120, que é provável que seja o próximo membro do grupo, mas todos eles têm em fracasso. No entanto, elemento 120 pode não ser um metal alcalino-terroso, devido à efeitos relativistas, que são previstas para ter uma grande influência sobre as propriedades químicas de elementos superpesados.

Características

Químico

À semelhança de outros grupos, os membros desta família mostrar padrões em sua configuração eletrônica, especialmente as camadas externas, resultando em tendências de comportamento química:

A maior parte da química foi observada apenas para os primeiros cinco membros do grupo. A química de rádio não está bem estabelecida, devido ao seu radioactividade; Assim, a apresentação das suas propriedades aqui é limitada.

Os metais alcalino-terrosos são, suave, e de cor prata têm relativamente baixas densidades , pontos de fusão e pontos de ebulição . Em termos químicos , todos os metais alcalinos reagem com os átomos de halogénio para formar os haletos de metais alcalino-terrosos, os quais são compostos cristalinos iónicos (excepto cloreto de berílio, que é covalente). Todos os metais alcalino-terrosos, exceto berílio também reagir com a água para formar fortemente alcalinas hidróxidos e, portanto, deve ser tratado com muito cuidado. Os mais pesados metais alcalino-terrosos reagir com mais vigor do que os mais leves. Os metais alcalinos tem a segunda mais baixa primeiro energias de ionização em seus respectivos períodos da tabela periódica por causa de seu pouco baixa encargos nucleares eficazes ea capacidade de atingir um configuração camada mais externa cheia por perder apenas dois elétrons . A segunda energia de ionização de todos os metais alcalinos é também um pouco baixo.

Berílio é uma excepção: Ele não reage com a água ou vapor, e os seus halogenetos são covalente. Se berílio fez formam compostos com um estado de ionização de duas, seria polarizar nuvens de elétrons que estão perto dele muito fortemente e causaria grande sobreposição orbital, desde berílio tem uma densidade de carga elevada. Todos os compostos que incluem o berílio tem uma ligação covalente. Mesmo o composto fluoreto de berílio, que é o composto mais berílio iónico, possui um ponto de fusão baixo e uma baixa condutividade eléctrica quando derretido.

Todos os metais alcalino-terrosos têm dois elétrons em sua camada de valência, de modo que o estado energicamente preferido de alcançar uma preenchida elétron shell é perder dois elétrons para formar duplamente cobrado positivos íons .

Os compostos e reacções

Os metais alcalino-terrosos reagem com todos os halogéneos para formar halogenetos iónicos, tais como cloreto de cálcio (CaCl _2), bem como a reacção com oxigénio para formar os óxidos, tais como óxido de estrôncio (SrO). O cálcio, estrôncio, bário e reagem com a água para produzir hidrogénio gasoso e os respectivos hidróxidos , e também sofrem reações de transmetalação para troca ligandos.

Física e atômica

O quadro que se segue é um resumo das propriedades físicas e chaves atómicas dos metais alcalino-terrosos.

Metal alcalino-terroso	Padrão peso atômico ( u)	Ponto de fusão ( K )	Ponto de fusão ( ° C )	Ponto de ebulição ( K )	Ponto de ebulição ( ° C )	Densidade (G / cm 3)	Eletronegatividade ( Pauling)	Primeiro energia de ionização ( · kJ mol-1)	O raio de covalência ( pm)	Chama cor teste
Berílio	9.012182 (3)	1560	1287	2742	2469	1.85	1.57	899,5	105	Branco
Magnésio	24,3050 (6)	923	650	1363	1090	1.738	1.31	737,7	150	Branco brilhante
Cálcio	40,078 (4)	1115	842	1757	1484	1.54	1.00	589,8	180	Brick-vermelho
Estrôncio	87.62 (1)	1050	777	1655	1382	2.64	0.95	549,5	200	Carmesim
Bário	137,327 (7)	1000	727	2170	1897	3,594	0,89	502,9	215	Verde maçã
Rádio	[226]	973	700	2010	1737	5.5	0,9	509.3	221	Vermelho carmesim

Estabilidade nuclear

Todos os metais alcalino-terrosos, com excepção de magnésio e estrôncio têm, pelo menos, uma que ocorre naturalmente radioisótopo: berílio-7, berílio-10, e de cálcio-41 está radioisótopos traço, cálcio e 48- bário-130 tem muito longas semi-vidas e, assim, ocorrem naturalmente, e todos isótopos de rádio são radioactivo. Cálcio-48 é o nuclídeo mais leve se submeter decaimento beta duplo.

O radioisótopo natural de cálcio, cálcio-48, representa cerca de 0,1874% do cálcio natural, e cálcio, assim, natural é fracamente radioativa. Bário-130 compõe cerca de 0,1062% de bário natural, e, portanto, de bário é fracamente radioativa também.

História

Etimologia

Os metais alcalino-terrosos são nomeados após a sua óxidos, os terrosos, cujos nomes foram à moda antiga- beryllia, magnésia, Lima, strontia e baryta. Estes óxidos são básico (alcalino), quando combinado com água. "Terra" é um termo antigo aplicado pelos primeiros químicos a não-metálicos substâncias que são insolúveis em água e resistente a aquecimento e propriedades compartilhadas por esses óxidos. A constatação de que estes elementos não eram terras, mas compostos é atribuída ao químico Antoine Lavoisier . No seu Traité Básica de Chimie (Elementos de Química) de 1789 chamou-os elementos de terras de formação de sal. Mais tarde, ele sugeriu que os terrosos pode ser óxidos metálicos, mas admitiu que isso era mera conjectura. Em 1808, sob a idéia de Lavoisier, Humphry Davy tornou-se o primeiro a obter amostras dos metais por electrólise de suas terras de fundição, apoiando assim a hipótese de Lavoisier e fazendo com que o grupo para ser nomeado os metais alcalino-terrosos.

Descoberta

Os compostos de cálcio calcite e cal ter sido conhecida e utilizada desde tempos pré-históricos. O mesmo é verdadeiro para os compostos de berílio berilo e esmeralda. Os outros compostos de metais alcalino-terrosos foram descobertos a partir do início do século 15. O composto de magnésio sulfato de magnésio foi descoberto pela primeira vez em 1618 por agricultor, com Epsom, na Inglaterra. Carbonato de estrôncio foi descoberto em minerais na aldeia escocesa de Strontian em 1790. O último elemento radioativo era o menos abundante rádio que foi extraído a partir de uraninite em 1898.

Todos os elementos, exceto berílio foram isolados por eletrólise de compostos fundidos. Magnésio, cálcio e estrôncio foram os primeiros produzidos por Humphry Davy em 1808, enquanto o berílio era independente isolado Friedrich Wöhler e Antoine Bussy em 1828 por reacção de compostos berylium com potássio. Em 1910, o rádio foi isolado como um metal puro através de Curie e André-Louis Debierne também por electrólise.

Berílio

Emerald, uma variedade de berilo, o mineral em que o berílio era conhecido primeiro a estar dentro.

Berilo, um mineral que contém berílio, é conhecida desde o momento da Dinastia ptolomaica no Egito. Apesar de ter sido originalmente pensado que era um berilo silicato de alumínio, berilo mais tarde foi encontrado para conter um elemento então desconhecido quando, em 1797, Louis-Nicolas Vauquelin dissolvido hidróxido de alumínio a partir de berilo em um álcali. Em 1828, Friedrich Wöhler e Antoine Bussy isolado independentemente este novo elemento, berílio, pelo mesmo método, que envolve uma reacção de cloreto de berílio com metálico de potássio ; esta reacção não foi capaz de produzir grandes lingotes de berílio. Não foi até 1898, quando Paul Lebeau realizada uma electrólise de uma mistura de fluoreto de berílio e fluoreto de sódio que as grandes amostras puras de berílio foram produzidos.

Magnésio

O magnésio foi produzido pela primeira vez por Sir Humphry Davy , na Inglaterra, em 1808, usando eletrólise de uma mistura de magnésia e óxido de mercúrio. Antoine Bussy preparado lo em forma coerente em 1831. primeira sugestão de Davy para um nome era magnium, mas o nome de magnésio é usado agora.

Cálcio

Cal tem sido utilizado como um material para a construção de desde 7000 a 14.000 aC, e fornos utilizados para cal foram datados de 2500 aC em Khafaja, Mesopotâmia . Cálcio como um material é conhecido desde pelo menos o primeiro século, como os antigos romanos eram conhecidos por terem usado óxido de cálcio, preparando-o a partir de cal. Sulfato de cálcio tem sido conhecido por ser capaz de definir ossos quebrados desde o século décimo. Si de cálcio, no entanto, não foi isolado até 1808, quando Humphry Davy , em Inglaterra , utilizado electrólise sobre uma mistura de cal e óxido de mercúrio, depois de ouvir que Jöns Jakob Berzelius tinha preparado um amálgama de cálcio a partir da eletrólise da cal em mercúrio.

Estrôncio

Em 1790, o médico Adair Crawford, que tinha vindo a trabalhar com bário, percebi que minérios Strontian mostrou propriedades diferentes do que outros supostos minérios de bário. Por isso, ele concluiu que esses minérios contidos novos minerais, os quais foram nomeados strontites em 1793 por Thomas Charles Hope, um professor de química da Universidade de Glasgow, que confirmou a descoberta de Crawford. Estrôncio foi finalmente isolado em 1808 por Sir Humphry Davy por eletrólise de uma mistura de e cloreto de estrôncio óxido de mercúrio. A descoberta foi anunciada por Davy em 30 de junho de 1808 em uma palestra para a Royal Society.

Bário

A barita, o material em que bário foi conhecido em primeiro lugar para a.

Barita, um mineral que contém bário, foi reconhecida pela primeira vez como contendo um elemento novo em 1774 por Carl Scheele, embora ele só foi capaz de isolar óxido de bário. Óxido de bário foi isolado novamente dois anos depois por Johan Gottlieb Gahn. Mais tarde, no século 18, William Withering notado um mineral pesado no Minas de chumbo Cumberland, que agora é conhecido para conter bário. Bário em si foi finalmente isolada em 1808 quando Sir Humphry Davy usou eletrólise com sais fundidos, e Davy nomeado o bário elemento, após baryta. Mais tarde, Robert Bunsen e Augusto Matthiessen isolado de bário puro por electrólise de uma mistura de cloreto de bário e cloreto de amónio.

Rádio

Enquanto estudava uraninite, em 21 de Dezembro 1898, Marie e Pierre Curie descobriu que, mesmo depois de urânio tinha decaído, o material criado ainda era radioativo. O material comportou-se de forma semelhante a um pouco compostos de bário, embora algumas propriedades, tais como a cor do ensaio à chama e linhas espectrais, foram muito diferentes. Eles anunciaram a descoberta de um novo elemento em 26 de dezembro de 1898 até o Academia Francesa de Ciências. Radium foi nomeado, em 1899, a partir da palavra raio, o que significa ray, como rádio emitida energia na forma de raios.

Ocorrência

Série de metais alcalino-terrosos.

Berílio ocorre na crosta terrestre em uma concentração de 2-6 partes por milhão (ppm), muito do que é nos solos, onde tem uma concentração de seis ppm. Berílio é um dos elementos mais raros na água do mar, ainda mais raro do que elementos como o escândio , com uma concentração de 0,2 partes por trilhão. No entanto, em água doce, berílio é um pouco mais comum, com uma concentração de 0,1 partes por bilião.

Magnésio e cálcio são incrivelmente abundante na crosta terrestre, com o cálcio ser o quinto elemento mais abundante, e magnésio o oitavo. Embora nenhum dos metais alcalino-terrosos são já encontrado no seu estado elementar, de magnésio e de cálcio são encontradas em muitas rochas e minerais. O magnésio é frequentemente encontrada em carnellite, magnesite, e dolomita, enquanto o cálcio é frequentemente encontrada em giz, calcário, gesso , e anidrita.

Estrôncio também é incrivelmente comum na Terra, sendo o elemento mais abundante na crosta XV. Mais estrôncio na crosta é nos minerais celestite e strontianite. O bário é um pouco menos comum, e muito do que está no mineral barita.

Radium, sendo um produto de decaimento do urânio , é encontrada em todos os rolamento de urânio minérios. Devido à sua meia-vida relativamente curta, sem rádio que estava presente quando a Terra foi formada ainda é em torno de hoje, e em vez disso tem todos vêm da deterioração gradual do urânio.

Produção

Emerald, uma variedade de berilo, é um composto que ocorre naturalmente de berílio.

Mais berílio é extraído a partir de hidróxido de berílio. Uma maneira de criar esta substância é um método de sinterização, o que é feito através da mistura de berilo, silicofluoreto de sódio, e de sódio a temperaturas elevadas, a qual faz fluoroberiliato de sódio, óxido de alumínio e dióxido de silício . Uma solução de fluoroberiliato de sódio e hidróxido de sódio em água é, então, utilizado para formar hidróxido de berílio por precipitação. Um outro método utilizado é conhecido como o método de fusão. Nele, berilo é aquecido a altas temperaturas, enquanto na forma de pó, e é então arrefecido com água. É então novamente aquecida ligeiramente enquanto em ácido sulfúrico , obtendo-se, eventualmente, hidróxido de berílio. O hidróxido de berílio criado a partir de qualquer um dos métodos é então utilizado para criar fluoreto de berílio e cloreto de berílio através de um processo um tanto longo. A electrólise ou aquecimento de estes compostos podem então ser utilizados para se obter o berílio.

Carbonato de estrôncio é geralmente extraídos do mineral celestite. Isto pode ser feito por meio de dois métodos: a lixiviação com celestita carbonato de sódio, ou por um método mais complicado envolvendo carvão .

Bário pode ser produzido a partir de minério de barita. Uma vez que o minério foi extraído, ele tem de ser separado a partir de quartzo, por vezes, por métodos de flutuação de espuma, resultando em barita relativamente puro. de carbono é, em seguida, utilizados para reduzir a barita em sulfeto de bário. O sulfureto de bário, em seguida, pode ser dissolvido com outros elementos para formar outros compostos, tais como nitrato de bário, que por sua vez pode ser descomprimido termicamente em o óxido de bário, o que eventualmente pode originar bário puro, após uma reacção com o alumínio . O mais importante fornecedor de bário é China , que produz mais de 50% de bário do mundo.

Aplicações

Berílio é usado principalmente para aplicações militares, mas há outros usos de berílio bem. Em electrónica, berílio é usado como um tipo p- dopante em alguns semicondutores, e óxido de berílio é usado como uma alta resistência isolador eléctrico e condutor de calor. Devido ao seu peso leve e outras propriedades, berílio também é usado na mecânica quando rigidez, peso leve, e a estabilidade dimensional são necessários na gamas de temperatura.

O magnésio tem muitos usos diferentes. Um de seus usos mais comuns foi na indústria, onde tem muitas vantagens estruturais em relação a outros materiais como alumínio , embora este uso tenha caído em desuso recentemente devido a inflamabilidade de magnésio. O magnésio também é muitas vezes misturado com alumínio ou zinco , para formar materiais com propriedades mais desejáveis do que qualquer metal puro. O magnésio tem muitas outras utilizações em aplicações industriais, tais como tendo um papel na produção de ferro e aço , bem como a produção de titânio .

O cálcio também tem muitos usos. Uma das suas utilizações é como um agente redutor na separação de outros metais de minério de formar, tais como urânio . É também usado na produção de ligas de muitos metais, tais como alumínio e cobre ligas, e também é utilizado para desoxidar ligas bem. O cálcio também tem um papel na fabricação de queijo , argamassas, e cimento.

Estrôncio e bário não ter tantas como as aplicações mais leves metais alcalino-terrosos, mas ainda têm usos. Carbonato de estrôncio é muitas vezes usado no fabrico de vermelho fogos, e estrôncio puro é usado no estudo de liberação de neurotransmissores nos neurônios. Bário tem alguma utilidade em tubos de vácuo para remover gases e sulfato de bário tem muitos usos na petróleo indústria, assim como outras indústrias.

Devido à sua radioactividade, o rádio já não tem muitas aplicações, mas costumava ter muitos. Radium usado para ser usado com frequência em tintas luminosas, embora este uso foi interrompido depois que os trabalhadores adoeceram. Como as pessoas costumavam pensar que a radioatividade era uma coisa boa, o rádio usado para ser adicionado à água potável , pasta de dentes, e muitos outros produtos, embora eles também não são mais utilizados devido aos seus efeitos na saúde. Radium não é mais usado até mesmo por suas propriedades radioativas, como existem emissores mais potentes e mais seguros do que o rádio.

Papel biológico e precauções

Magnésio e cálcio são onipresentes e essenciais para todos os organismos vivos conhecidos. Eles estão envolvidos em mais do que uma função, com, por exemplo, magnésio ou cálcio ião bombas que joga um papel importante em alguns processos celulares, o funcionamento de magnésio como o centro activo em alguns enzimas, e os sais de cálcio, tendo um papel estrutural, mais notavelmente nos ossos.

Estrôncio desempenha um papel importante na vida aquática marinha, corais especialmente duros, que usam estrôncio para construir a sua exoesqueletos. É de bário e têm algumas utilizações em medicina, por exemplo " refeições de bário "em imagens radiográficas, enquanto compostos de estrôncio são empregadas em alguns dentífricos. Quantidades excessivas de estrôncio-90 são tóxicos devido à sua radioactividade.

Berílio e rádio, no entanto, são tóxicos. Baixa solubilidade aquosa de berílio significa que é raramente disponível para sistemas biológicos; que não tem um papel conhecido em organismos vivos, e, quando encontradas por eles, é geralmente altamente tóxicos. Radium tem uma baixa disponibilidade e é altamente radioativo, tornando-se tóxico para a vida.

Extensões

A próxima de metal alcalino-terroso após rádio é pensado para ser elemento 120, embora isso possa não ser verdade devido a efeitos relativísticos. A síntese do elemento 120 tentada em primeiro lugar em Março de 2007, quando uma equipe da Flerov Laboratório de reações nucleares em Dubna bombardeados plutónio -244 com ferro -58 íons; no entanto, não há átomos foram produzidos, levando a um limite de 400 fb para a seção transversal na energia estudado. Em abril de 2007, uma equipe da GSI tentou criar elemento 120 bombardeando urânio -238 com níquel -64, embora não foram detectados átomos, levando a um limite de 1,6 pb para a reação. A síntese foi novamente tentada com sensibilidades elevadas, embora não foram detectados átomos. Outras reações têm sido tentadas, embora todos foram atendidos com o fracasso.

A química do elemento 120 está previsto para ser mais estreita que a de cálcio ou estrôncio em vez de bário ou rádio . Isto é incomum como tendências periódicas poderia prever elemento 120 para ser mais reativo do que bário e rádio. Este reduzido reatividade é devida às energias esperados do elemento 120 de elétrons de valência, aumentando 120 elementos de energia de ionização e diminuindo a e metálico raios iônicos.