METAIS ALCALINOS TERROSOS (Berílio-Be, Magnésio-Mg, Cálcio-Ca, Estrôncio-Sr, Bário-Ba, Rádio-Ra)

OCORRÊNCIA E ABUNDÂNCIA

Os elementos químicos deste grupo (grupo II) mostram as mesmas tendências nas propriedades que foram observadas no Grupo I. Contudo, o berílio se afasta do restante do grupo, e difere dele muito mais do que o lítio difere do restante do grupo I. O principal motivo é fato de o átomo de berílio e o íon Be²⁺ serem ambos muito pequenos, e o aumento relativo de tamanho do Be²⁺ para o Mg²⁺ é quatro vezes maior do que a diferença entre o Li⁺ e o Na⁺. O berílio também mostra algumas semelhanças em diagonal com o alumínio , no Grupo III.

 

O berílio não muito familiar, em parte porque ele não é muito abundante (2ppm) e em parte porque ele é de difícil isolamento. É encontrado em pequenas quantidades em minerais do grupo dos silicatos, como berilo Be₃SiO₄.
O magnésio é o sexto elemento mais abundante na crosta terrestre (27.640 ppm ou 2,76%). Sais de magnésio ocorrem na água do mar em proporção de até 0,13%. Montanhas inteiras são constituídas pelo mineral dolomita [MgCO₃.CaCO₃]. A dolomita calcinada é usada para o revestimento refratário de altos fornos; a dolomita é usada também na construção de rodovias. O magnésio ocorre também em série de minerais do grupo dos silicatos, como olivina (Mg,Fe)₂SiO₄, talco Mg₃(OH)₂Si₄O₁₀, crisotilo Mg₃(OH)₄Si₂O₅ (asbesto) e micas, como K⁺[Mg₃(OH)₂(AlSi₃O₁₀)]^-.
O cálcio é o quinto elemento mais abundante na crosta terrestre (46.000 ppm ou 4,66%), ocorrendo por todo o mundo na forma de muitos minerais comuns. Há vastos depósitos sedimentares de CaCO₃ formando montanhas inteiras de calcário, mármore e greda (os penhascos brancos de Dover), incluindo também os corais. Estes se originam de conchas de animais marinhos. Embora o calcário seja essencialmente branco , em muitos lugares ele apresenta coloração amarela, laranja ou marrom, devido à presença de traços de ferro. Há duas formas cristalinas de CaCO₃, a calcita e a aragonita. A calcita é mais comum: apresenta cristais romboédricos incolores. A aragonita é ortorrômbica, geralmente de cor vemelha-castanha ou amarela, o que explica a cor da paisagem da região do Mar Vermelho, das Bahamas e dos rochedos da Flórida. O calcário é importante comercialmente como fonte de cal, CaO.
O cálcio também é encontrado na fluorapatita [3(Ca₃(PO₄)₂.CaF₂] é industrialmente importante como fonte de fosfato. O gesso CaSO₄.2H₂O e anidrita CaSO₄ são minerais abundantes.
O estrôncio (384 ppm) e o bário (390 ppm) são muito menos abundantes, mas bastante conhecidos, porque ocorrem como minérios concentrados que permitem fácil extração. O estrôncio é obtido como celestita SrSO₄ e estroncianita SrCO₃.
O bário é obtido como barita BaSO₄ sendo encontrado em todo o mundo.
O rádio é extremamente raro e radioativo. Foi isolado pela primeira vez por Pierre e Marie Curie processando várias toneladas do minério de urânio pechblenda. Antigamente era usado no tratamento radioterápico de câncer: hoje usam-se outras fontes de radiação para esta finalidade (⁶⁰Co, raios X, ou um acelerador linear). Marie Curie recebeu o Prêmio Nobel de Química em 1911 pelo isolamento e estudo do rádio e polônio.

OBTENÇÃO DOS METAIS

Os metais desse grupo não podem ser obtidos facilmente por redução química, porque eles próprios são fortes agentes redutores, reagindo com carbono para formar carbetos. Eles são fortemente eletropositivos e reagem com água; assim soluções aquosas não podem ser usadas no deslocamento de um metal por outro, ou na obtenção eletrolítica. A eletrólise de soluções aquosas pode ser efetuada usando um cátodo de mercúrio, mas a separação do metal da amálgama é difícil. Todos esses metais podem ser obtidos por eletrólise de seus cloretos fundidos, adicionando-se cloreto de sódio para baixar o ponto de fusão, embora o estrôncio e o bário mostrem tendência de formar uma suspensão coloidal.

BERÍLIO: O Be metálico é obtido convertendo o hidróxido em BeCl₂ por tratamento com C e Cl₂, e eletrolisando o BeCl₂ fundido. O Be também pode ser obtido reduzindo o BeF₂ com magnésio. O BeO é extraído do mineral berilo Be₂Al₂Si₆O₁₈ por tratamento térmico ou fusão alcalina, seguida de tratamento com ácido sulfúrico para formar BeSO₄ solúvel. A adição de NH₄OH fornece Be(OH)₂, que por aquecimento leva a BeO.

MAGNÉSIO: é o único metal do grupo II a ser produzido em larga escala. Atualmente o Mg é obtido por redução a alta temperatura, e por eletrólise. No processo de Pidgeon, o Mg é produzido reduzindo dolomita calcinada com ferrosilício a 1.150°C, à pressão reduzida.

 

 

	calor		+Fe/Si
CaCO3.MgCO3	®	CaO.MgO	®	Mg	+	Ca2SiO4	+	Fe

 

 

A eletrólise pode ser efetuada com MgCl₂ fundido, ou com MgCl₂ parcialmente hidratado. O MgCl₂ é produzido de duas maneiras:

Processo Dow de água do mar

A água do mar contém cerca de 0,13% de íons de Mg²⁺, e a extração do magnésio depende do fato de ser o Mg(OH)₂ muito menos solúvel do que o Ca(OH)₂. Cal hidratada Ca(OH)₂ é adicionada à água do mar: os íons cálcio se dissolvem e precipita o Mg(OH)₂. Este é filtrado, tratado com HCl para formar o cloreto de magnésio, e eletrolisado.

Ca(OH)2	+	MgCl2	®	Mg(OH)2	+	CaCl2
cal hidratada		da água do mar		precipita
			calor
Mg(OH)2	+	2HCl	®	MgCl2	+	2H2O

Processo Dow da salmoura natural

Calcina-se dolomita MgCO₃.CaCO₃ (por aquecimento 900°C), com a obtenção de MgO.CaO (dolomita calcinada). Esta é tratada com HCl, o que leva a uma solução de CaCl₂ e MgCl₂. Ela é tratada com nova quantidade de dolomita calinada, borbulhando-se a seguir CO₂. O CaCO₃ precipita, deixando em solução o MgCl₂, que é a seguir eletrolisado.

CaCl2.MgCl2	+	CaO.MgO	+	2CO2	®	2MgCl2	+	2CaCO3
								precipita

 

CÁLCIO: O metal Ca é obtido por eletrólise do CaCl₂ fundido, obtido ou como subproduto do processo Solvay, ou a partir da reação entre CaCO₃ E HCl. As grandes fontes de cálcio são os minerais constituídos por CaCO₃.

Os outros minerais Sr e Ba, são produzidos em quantidades bem menores, por eletrólise dos cloretos fundidos, ou por redução de seus óxidos com alumínio (um processo termita, ou aluminotermia).

USOS DOS METAIS DO GRUPO II

BERÍLIO: O Be é usado na obtenção de ligas com outros metais. A adição de 2% de Be ao metal cobre aumenta sua resistência por um fator de 5 ou 6. Um liga de Be e Ni é utilizada na fabricação de molas e contatos elétricos. O Be apresenta uma seção transversal de captura (seção eficaz) muito baixa para a captura de nêutrons, e é usado na indústria da energia nuclear. Tanto o Be como o BeO (este tem propriedades cerâmicas) foram usados em reatores nucleares.

MAGNÉSIO: o magnésio é um metal estrutural leve extremamente importante por causa de sua baixa densidade (1,74 gcm^-3, comparado com o aço 7,8 gcm^-3 ou o alumínio 2,7 gcm^-3). O Mg forma muitas ligas binárias, frequentemente contendo até 9% de Al, 3% de Zn e 1% de Mn, traços dos lantanídeos praseodímio Pr e neodímio Nd, e traços de tório. O metal e suas ligas podem ser fundidos, trabalhados e soldados com facilidade. Ele é utilizado na fabricação de aeronaves, peças de avião e motores de automóveis. Bulbos fotográficos antigos continham magnésio em um ambiente de oxigênio; o magnésio era inflamado eletricamente. A adição usual de 5% de Mg ao alumínio melhora as qualidades deste. Do ponto vista químico, ele é importante em reagentes de Grignard, como por exemplo C₂H₅MgBr.

CÁLCIO: O cálcio é usado em larga escala como CaO (óxido de cálcio) - cal. É usado na indústria alimentícia, na indústria do papel, na construção civil, na indústria do vidro, na indústria do aço e obtido da calcinação do CaCO₃ no processo para fabricação do cimento portland. O metal Ca é usado na fabricação de ligas com Al para mancais. Ele é usado também na indústria do ferro e do aço para controlar o carbono no ferro fundido e para remoção de P, O e S. Outros usos são: como redutor na obtenção de outros metais - Zr, Cr, Th e U - e na remoção de traços de N₂ no argônio. Do ponto de vista químico, o CaH₂ é às vezes usado como fonte de hidrogênio.

ESTRÔNCIO: Compostos de Sr são utilizados em fogos de artifício e na sinalização vermelha das rodovias.

BÁRIO: O sulfato de bário é tão insolúvel que embora Ba²⁺ seja tóxico, o BaSO₄ pode ser ingerido sem perigo. Por esse fato e considerando que íons Ba²⁺ refletem fortemente os raios-x, BaSO₄ é aplicado na medicina em radiografias; estruturas interiores do corpo podem ser claramente caracterizadas porque o BaSO₄ é opaco aos raios-x.

RÁDIO: Antigamente era usado como emissor alfa no tratamento de câncer.

 

IMPORTÂNCIA BIOLÓGICA

Os íons Mg⁺² se concentram nas células animais, e os íons Ca²⁺ se concentram nos fluídos corpóreos fora da célula, de modo semelhante à concentração do K⁺ no interior da célula e do Na⁺ no seu exterior. Os íons Mg²⁺ formam um complexo com o ATP, e são constituintes dos fosfoidrolases e das fosfotransferases, que são enzimas para reações envolvendo o ATP e liberando energia. São também essenciais para a transmissão de impulsos ao longo de fibras nervosas. O Mg²⁺ é importante na clorofila, nas partes verdes das plantas. O Ca²⁺ é importante em ossos e dentes como a apatita, Ca₃(PO₄)₂, e no esmalte dos dentes, como fluorapatita, 3(Ca₃(PO₄)₂).CaF₂. Os íons Ca²⁺ são importantes na coagulação do sangue, e são necessários para dar início à contração dos músculos e para manter o batimento regular do coração.

 

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