Elementos del grupo 2: metales alcalinotérreos

El berilio, el magnesio, el calcio, el bario, el estroncio y el radio son metales alcalinotérreos del Grupo 2, que son metales plateados blandos con una calidad metálica menor que los metales alcalinos del Grupo 1. Aunque los metales más pesados, como Ca, Sr, Ba y Ra, comparten muchas características con los metales alcalinos del Grupo 1, son prácticamente igual de reactivos. Las capas de valencia de todos los elementos del Grupo 2 tienen dos electrones, lo que les da un estado de oxidación de +2.

Elementos del grupo 2: metales alcalinotérreos

Los metales alcalinotérreos son un conjunto de seis elementos químicos del grupo 2 de la tabla periódica. El berilio (Be), el magnesio (Mg), el calcio (Ca), el estroncio (Sr), el bario (Ba) y el radio (Ra) son los elementos involucrados (Ra). A temperatura y presión estándar, los elementos tienen propiedades extremadamente similares: todos son metales lustrosos, de color blanco plateado y moderadamente reactivos. Todos los metales alcalinotérreos conocidos se encuentran en la naturaleza, aunque el radio solo se encuentra como un subproducto de la descomposición del uranio y el torio, en lugar de ser un elemento primordial.

Debido a que las capas de valencia de los metales alcalinotérreos tienen un orbital s completamente lleno, rápidamente arrojan dos electrones para formar cationes con una carga de +2. Como resultado, el estado de oxidación más común de los metales alcalinotérreos es +2. También se les conoce como metales del grupo dos ya que se encuentran en la segunda columna de la tabla periódica.

La configuración electrónica general de estos elementos es ns ² .

Propiedades físicas de los metales alcalinotérreos

• Radios atómicos y iónicos

Tanto el radio iónico como el atómico disminuyen en la columna de la tabla periódica debido a la carga y la adición de un electrón al mismo nivel de energía, haciéndolos más pequeños que los metales alcalinos y más grandes que otros átomos del mismo período. En los elementos alcalinotérreos, se pueden perder ambos electrones s, lo que los convierte en catiónicos doblemente positivos. El radio de un átomo catiónico es menor que el de un átomo neutro. Los radios iónicos continúan aumentando a medida que avanza por la columna.

Be ⁺² ˂ Mg ⁺² ˂ Ca ⁺² ˂ Sr ⁺² ˂ Ba ⁺²

• Densidad

Debido a que el radio de los átomos es menor, el volumen de los átomos también es menor. Además, los átomos tienen enlaces metálicos más fuertes debido a la presencia de dos electrones de valencia. Por lo tanto, los metales alcalinotérreos son más densos y resistentes que los metales alcalinos. La densidad de los metales alcalinotérreos generalmente aumenta de magnesio a radio, siendo el calcio el que tiene la densidad más baja.

• Energía de ionización

Los elementos alcalinotérreos pueden transferir sus dos electrones de valencia para formar una configuración de octeto de gas noble. Tienen dos energías de ionización como resultado:

La primera energía de ionización de los metales alcalinotérreos es la energía necesaria para arrancar el primer electrón de un átomo neutro. Es más grande que el átomo de metal alcalino debido a los radios más pequeños y a que los electrones se mantienen apretados por la carga nuclear más alta, así como a los electrones que se extraen de una subcapa completamente llena y estable.

La segunda energía de ionización requerida para el segundo electrón del catión en los metales alcalinotérreos será mayor que la primera energía de ionización del átomo, pero menor que la segunda energía de ionización de cualquier metal alcalino. A pesar de la mayor energía de ionización, ambos electrones pueden eliminarse porque el átomo asume una configuración de gas noble, y el tamaño más pequeño y la carga más alta ayudan a superar la energía de ionización más alta al generar una energía de red más alta debido al empaquetamiento compacto de átomos o iones en sólidos. Además, debido a la mayor solvatación, los líquidos tienen mayor energía de hidratación.

• Solubilidad

El ion de berilio es el ion de metal alcalinotérreo más soluble en agua y su solubilidad disminuye con el aumento de tamaño, lo que hace que el ion de bario sea el menos soluble en agua. La solubilidad de una sustancia en agua se ve afectada por su composición iónica y tamaño. Los iones más pequeños tienen una mayor densidad de carga y pueden ser disueltos por más moléculas de agua. Esto aumenta la entalpía de hidratación y hace que los iones hidratados sean más estables.

Solubilidad de Be ⁺² > Solubilidad de Mg ⁺² > Solubilidad de Ca ⁺² > Solubilidad de Sr ⁺² > Solubilidad de Ba ⁺²

• Reactividad

La energía de ionización es inversamente proporcional a la capacidad reductora. Del berilio al bario, se prevé que la característica reductora crezca a medida que la energía de ionización disminuya a lo largo de la columna. Del berilio al bario, el potencial de reducción cae, lo que indica una mayor capacidad de reducción. Los metales alcalinotérreos son agentes reductores más pobres que los metales alcalinos debido a su mayor energía de ionización.

• Puntos de fusión y ebullición

Las temperaturas de fusión y ebullición de los metales alcalinotérreos son más altas que las de los metales alcalinos debido a su tamaño más pequeño y a sus fuertes enlaces metálicos en una estructura compacta. A excepción del magnesio, las temperaturas de fusión y ebullición de los metales alcalinotérreos caen en orden desde el berilio hasta el bario.

Propiedades químicas de los metales alcalinotérreos

• hidruros

El berilio no reacciona inmediatamente con el hidrógeno. La reducción de cloruro de berilio con hidruro de litio y aluminio produce hidruro de berilio. El berilio y el magnesio producen hidruros covalentes, que tienen dos átomos metálicos unidos a cada hidrógeno. Banana Bond es un ejemplo de una molécula con tres centros que comparten solo dos electrones.

• Reacción con agua

Incluso a temperaturas más altas, el berilio no reacciona con el agua. El magnesio solo forma hidrrusts y libera hidrógeno cuando reacciona con agua caliente. El magnesio recibe una cubierta protectora de su rust, que lo protege de más ataques de moléculas de agua. Otros metales alcalinotérreos producen hidrógeno cuando reaccionan incluso con agua fría.

• sulfatos

A diferencia de los sulfatos de metales alcalinos, el sulfato de berilio es soluble en agua. La energía de hidratación del sulfato de berilio aumenta a medida que disminuye su tamaño y densidad de carga, lo que da como resultado una mayor solubilidad. La solubilidad de otros sulfatos cae de BeSO ₄ a BaSO ₄ cuando aumenta la energía reticular y se reduce la energía de hidratación (debido al aumento de tamaño).

Comportamiento anómalo del berilio

Debido a su pequeño tamaño, mayor energía de ionización, alta naturaleza electropositiva y mayor naturaleza polarizante, el berilio tiene un carácter covalente más fuerte. Las características del berilio lo distinguen de otros metales alcalinotérreos.

• Entre los metales alcalinotérreos, es el más duro.
• Incluso a temperaturas extremadamente altas, no reacciona con el agua.
• El berilio tiene los puntos de fusión y ebullición más altos.
• No crea hidruro cuando entra en contacto con el hidrógeno.
• Debido a su mayor potencial de electrodo, no libera hidrógeno del ácido como otros metales alcalinotérreos. El ácido nítrico concentrado forma una capa de rust que lo vuelve inactivo.
• Rust e hidrrust de berilio anfótero Forma sales cuando se disuelve en ácidos y berilato cuando se disuelve en bases.
• El berilio genera un carburo con una fórmula distinta cuando reacciona con el agua, produciendo metano en lugar de acetileno como otros metales.
• El nitruro de berilio es un material inflamable.
• No reacciona con el nitrógeno o el oxígeno del aire.

Relación diagonal del berilio con el aluminio

• Ambos no se ven afectados por el oxígeno y el nitrógeno del ambiente.
• Incluso a altas temperaturas, ninguno de ellos reacciona con el agua.
• No dejan salir hidrógeno del ácido. Se vuelven pasivos después de ser tratados con ácido nítrico fuerte.
• Ambos producen hidruros con puentes covalentes polivalentes.
• Ambos tienen haluros puente polivalentes con puntos de fusión bajos. Los ácidos de Lewis son haluros.
• Ambos nitruros son hidrolizados por agua, liberando amoníaco.
• Los rusts e hidrrusts de Be y Al son anfóteros. Como resultado, reaccionan tanto con el ácido como con la base.
• Ambos producen carburo, que se hidroliza para producir metano.
• Los carbonatos de aluminio y berilio son inestables.

Ejemplos de preguntas

Pregunta 1: Nombre los elementos que se denominan metales alcalinotérreos.

Responder:

El berilio (Be), el magnesio (Mg), el calcio (Ca), el estroncio (Sr), el bario (Ba) y el radio (Ra) son metales alcalinotérreos (Ra).

Pregunta 2: ¿Por qué los metales alcalinotérreos son más duros que los metales alcalinos?

Responder:

Debido a que el radio de los átomos es menor, el volumen de los átomos también es menor. Además, los átomos tienen enlaces metálicos más fuertes debido a la existencia de dos electrones de valencia. Como resultado, los metales alcalinotérreos son más densos y resistentes que los metales alcalinos.

Pregunta 3: ¿Por qué el punto de fusión y ebullición de los metales alcalinotérreos es mayor que el de los metales alcalinos?

Responder:

Las temperaturas de fusión y ebullición de los metales alcalinotérreos son más altas que las de los metales alcalinos debido a su tamaño más pequeño y a sus fuertes enlaces metálicos en una estructura compacta.

Pregunta 4: ¿Cómo reaccionan los metales alcalinotérreos con el agua?

Responder:

Incluso a temperaturas más altas, el berilio no reacciona con el agua. El magnesio solo reacciona con agua caliente para formar hidrrusts y emitir hidrógeno. El magnesio recibe una capa protectora de rust, que evita un mayor ataque de las moléculas de agua. Otros metales alcalinotérreos liberan hidrógeno cuando reaccionan incluso con agua fría.

Pregunta 5: ¿Qué es un bono bananero?

Responder:

El berilio y el magnesio se combinan para formar hidruros covalentes, en los que cada hidrógeno está unido a dos átomos metálicos. Esto se conoce como un bono de plátano.