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Metal alcalinotérreo

Los metales alcalinotérreos son seis elementos químicos del grupo 2 de la tabla periódica . Son berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba) y radio (Ra). [1] Los elementos tienen propiedades muy similares: todos son metales brillantes, de color blanco plateado y algo reactivos a temperatura y presión estándar . [2]

Junto con el helio , estos elementos tienen en común un orbital s externo que está lleno, [2] [3] [4] es decir, este orbital contiene su complemento completo de dos electrones, que los metales alcalinotérreos pierden fácilmente para formar cationes con carga +2 y un estado de oxidación de +2. [5] El helio se agrupa con los gases nobles y no con los metales alcalinotérreos, pero se teoriza que tiene algunas similitudes con el berilio cuando se lo obliga a unirse y, en ocasiones, se ha sugerido que pertenece al grupo 2. [6] [7] [ 8]

Todos los metales alcalinotérreos descubiertos se encuentran en la naturaleza, aunque el radio sólo se produce a través de la cadena de desintegración del uranio y el torio y no como elemento primordial. [9] Ha habido experimentos, todos infructuosos, para intentar sintetizar el elemento 120 , el siguiente miembro potencial del grupo.

Características

Químico

Al igual que ocurre con otros grupos, los miembros de esta familia muestran patrones en su configuración electrónica , especialmente en las capas más externas, lo que resulta en tendencias en el comportamiento químico:

La mayor parte de la química se ha observado sólo entre los primeros cinco miembros del grupo. La química del radio no está bien establecida debido a su radiactividad ; [2] por lo tanto, la presentación aquí de sus propiedades es limitada.

Los metales alcalinotérreos son todos de color plateado y blandos, y tienen densidades , puntos de fusión y puntos de ebullición relativamente bajos . En términos químicos, todos los metales alcalinotérreos reaccionan con los halógenos para formar haluros de metales alcalinotérreos , todos los cuales son compuestos iónicos cristalinos (excepto el cloruro de berilio , el bromuro de berilio y el yoduro de berilio , que son covalentes ). Todos los metales alcalinotérreos, excepto el berilio, también reaccionan con el agua para formar hidróxidos fuertemente alcalinos y, por tanto, deben manipularse con mucho cuidado. Los metales alcalinotérreos más pesados ​​reaccionan con más fuerza que los más ligeros. [2] Los metales alcalinotérreos tienen la segunda energía de ionización más baja en sus respectivos períodos de la tabla periódica [4] debido a sus cargas nucleares efectivas algo bajas y a la capacidad de alcanzar una configuración de capa exterior completa perdiendo solo dos electrones . La segunda energía de ionización de todos los metales alcalinos también es algo baja. [2] [4]

El berilio es una excepción: no reacciona con agua o vapor a menos que sea a temperaturas muy altas, [10] y sus haluros son covalentes. Si el berilio formara compuestos con un estado de ionización de +2, polarizaría muy fuertemente las nubes de electrones que se encuentran cerca de él y provocaría un amplio solapamiento orbital , ya que el berilio tiene una alta densidad de carga. Todos los compuestos que incluyen berilio tienen un enlace covalente. [11] Incluso el compuesto fluoruro de berilio , que es el compuesto de berilio más iónico, tiene un punto de fusión bajo y una baja conductividad eléctrica cuando se funde. [12] [13] [14]

Todos los metales alcalinotérreos tienen dos electrones en su capa de valencia, por lo que el estado energético preferido para lograr una capa electrónica llena es perder dos electrones para formar iones positivos doblemente cargados .

Compuestos y reacciones

Todos los metales alcalinotérreos reaccionan con los halógenos para formar haluros iónicos, como el cloruro de calcio ( CaCl
2), además de reaccionar con el oxígeno para formar óxidos como el óxido de estroncio ( SrO ). El calcio, el estroncio y el bario reaccionan con el agua para producir gas hidrógeno y sus respectivos hidróxidos (el magnesio también reacciona, pero mucho más lentamente), y también sufren reacciones de transmetalación para intercambiar ligandos .

Físico y atómico

Estabilidad nuclear

Los isótopos de los seis metales alcalinotérreos están presentes en la corteza terrestre y el sistema solar en concentraciones variables, dependiendo de la vida media de los nucleidos y, por tanto, de su estabilidad nuclear. Los primeros cinco tienen uno , tres , cinco , cuatro y seis isótopos estables (u observacionalmente estables) respectivamente, para un total de 19 nucleidos estables, como se enumeran aquí: berilio-9; magnesio-24, -25, -26; calcio- 40 , -42, -43, -44, -46 ; estroncio - 84 , -86, -87, -88; bario- 132 , -134, -135, -136, -137, -138. La energía de desintegración de radionúclidos predice que los cuatro isótopos subrayados en la lista serán solo observacionalmente estables y se desintegrarán con vidas medias extremadamente largas a través de la desintegración doble beta , aunque aún no se han observado desintegraciones atribuidas definitivamente a estos isótopos hasta 2024. No tiene isótopos estables ni primordiales .

Además de las especies estables, el calcio y el bario tienen cada uno un radionúclido primordial y de vida extremadamente larga : calcio-48 y bario-130, con vidas medias de 5,6 × 10 19 y ~1,6 × 10 21 años, respectivamente. Ambos son mucho más largos que la edad actual del universo (4,7× y 117× mil millones de veces más largos, respectivamente) y menos de una parte por diez mil millones se ha desintegrado desde la formación de la Tierra . Los dos isótopos son estables a efectos prácticos.

Aparte de los veintiún isótopos estables/virtualmente estables, los seis elementos alcalinotérreos poseen cada uno un gran número de radioisótopos conocidos , cada uno con estabilidades nuclídicas muy diferentes. Ninguno de los isótopos, excepto los 21 antes mencionados, son primordiales : todos tienen vidas medias demasiado cortas para que incluso un solo átomo haya sobrevivido desde la formación del sistema solar, después de la siembra de núcleos pesados ​​por supernovas cercanas y colisiones entre estrellas de neutrones , y cualquier isótopo presente. se derivan de procesos naturales en curso. El berilio-7 , el berilio-10 y el calcio-41 son nucleidos traza , además de cosmogénicos , formados por el impacto de los rayos cósmicos con átomos atmosféricos o de la corteza terrestre. Las vidas medias más largas entre ellos son 1,387 millones de años para el Be-10, 99,4 mil años para el Ca-41, 1599 años para el Ra-226 (el isótopo de vida más larga del radio), 28,90 años para el Sr-90, 10,51 años para el Ba- 133 y 5,75 años para Ra-228. Todos los demás tienen vidas medias de menos de medio año y, sobre todo, mucho más cortas.

El calcio-48 y el bario-130, los dos isótopos primordiales y no estables, se desintegran sólo mediante doble emisión beta y tienen vidas medias extremadamente largas , en virtud de la probabilidad extremadamente baja de que ambas desintegraciones beta ocurran al mismo tiempo. Todos los isótopos del radio son altamente radiactivos y se generan principalmente mediante la desintegración de radionucleidos más pesados. El más longevo de ellos es el radio-226, un miembro de la cadena de desintegración del U-238 . [25] El estroncio-90 y el bario-140 son productos de fisión comunes del uranio en reactores nucleares, y representan el 5,73% y el 6,31% de los productos de fisión del uranio-235, respectivamente, cuando son bombardeados con neutrones térmicos. [26] Los dos isótopos tienen vidas medias cada una de 28,90 años y 12,7 días. El estroncio-90 se produce en cantidades apreciables en reactores nucleares en funcionamiento que funcionan con combustible U-235 o U-238, y también está presente una minúscula concentración de equilibrio secular debido a las raras desintegraciones naturales espontáneas de fisión del U-235 y el U-238 .

El calcio-48 es el nucleido más ligero que sufre una desintegración beta doble , ya que es un nucleido con números pares de protones y neutrones y, posteriormente, tiene prohibido energéticamente sufrir desintegraciones beta simples . [27] El calcio y el bario naturales son muy débilmente radiactivos: el calcio contiene aproximadamente un 0,1874% de calcio-48, [28] y el bario contiene aproximadamente un 0,1062% de bario-130. [29] En promedio, se producirá una desintegración doble beta del calcio-48 por segundo por cada 90 toneladas de calcio natural, o 230 toneladas de piedra caliza (carbonato de calcio). [30] A través del mismo mecanismo de desintegración, se producirá una desintegración de bario-130 por segundo por cada 16.000 toneladas de bario natural, o 27.000 toneladas de barita (sulfato de bario). [31]

El isótopo de radio de vida más larga es el radio-226 con una vida media de 1600 años; junto con el radio-223 , -224 y -228, se encuentran naturalmente en las cadenas de desintegración del torio y el uranio primordiales . El berilio-8 destaca por su ausencia, ya que se divide por la mitad prácticamente instantáneamente en dos partículas alfa cada vez que se forma. El proceso triple alfa en las estrellas sólo puede ocurrir a energías lo suficientemente altas como para que el berilio-8 se fusione con una tercera partícula alfa antes de que pueda desintegrarse, formando carbono-12 . Este cuello de botella que limita la velocidad termonuclear es la razón por la que la mayoría de las estrellas de la secuencia principal pasan miles de millones de años fusionando hidrógeno dentro de sus núcleos, y sólo en raras ocasiones logran fusionar carbono antes de colapsar en un remanente estelar, e incluso entonces solo durante una escala de tiempo de ~1000 años. [32] Los radioisótopos de los metales alcalinotérreos tienden a ser " buscadores de huesos ", ya que se comportan químicamente de manera similar al calcio, un componente integral de la hidroxiapatita en el hueso compacto , y se acumulan gradualmente en el esqueleto humano. Los radionucleidos incorporados provocan con el tiempo daños importantes en la médula ósea mediante la emisión de radiaciones ionizantes, principalmente partículas alfa . Esta propiedad se aprovecha de manera positiva en la radioterapia de ciertos cánceres de huesos , ya que las propiedades químicas de los radionucleidos hacen que se dirijan preferentemente a los crecimientos cancerosos en la materia ósea, dejando el resto del cuerpo relativamente ileso.

En comparación con sus vecinos de la tabla periódica, los metales alcalinotérreos tienden a tener una mayor cantidad de isótopos estables, ya que todos poseen un número par de protones , debido a su condición de elementos del período 2. Sus isótopos son generalmente más estables debido al apareamiento de nucleones . Esta estabilidad aumenta aún más si el isótopo también tiene un número par de neutrones, ya que ambos tipos de nucleones pueden participar en el apareamiento y contribuir a la estabilidad del núcleo.

Historia

Etimología

Los metales alcalinotérreos reciben el nombre de sus óxidos , los alcalinotérreos , cuyos nombres antiguos eran berilio , magnesia , cal , estrontia y baria . Estos óxidos son básicos (alcalinos) cuando se combinan con agua. "Tierra" fue un término aplicado por los primeros químicos a sustancias no metálicas que son insolubles en agua y resistentes al calentamiento, propiedades compartidas por estos óxidos. La constatación de que estas tierras no eran elementos sino compuestos se atribuye al químico Antoine Lavoisier . En su Traité Élémentaire de Chimie ( Elementos de química ) de 1789 los llamó elementos terrestres formadores de sal. Más tarde sugirió que las tierras alcalinas podrían ser óxidos metálicos, pero admitió que esto era mera conjetura. En 1808, siguiendo la idea de Lavoisier, Humphry Davy se convirtió en el primero en obtener muestras de los metales mediante electrólisis de sus tierras fundidas, [33] apoyando así la hipótesis de Lavoisier y provocando que el grupo se denominara metales alcalinotérreos .

Descubrimiento

Los compuestos de calcio, calcita y cal, se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos. [34] Lo mismo ocurre con los compuestos de berilio, berilo y esmeralda . [35] Los otros compuestos de los metales alcalinotérreos se descubrieron a principios del siglo XV. El compuesto de magnesio sulfato de magnesio fue descubierto por primera vez en 1618 por un granjero de Epsom , Inglaterra. El carbonato de estroncio fue descubierto en minerales en el pueblo escocés de Strontian en 1790. El último elemento es el menos abundante: el radio radiactivo , que se extrajo de la uraninita en 1898. [36] [37] [38]

Todos los elementos, excepto el berilio, se aislaron mediante electrólisis de compuestos fundidos. El magnesio, el calcio y el estroncio fueron producidos por primera vez por Humphry Davy en 1808, mientras que el berilio fue aislado de forma independiente por Friedrich Wöhler y Antoine Bussy en 1828 haciendo reaccionar compuestos de berilio con potasio. En 1910, Curie y André-Louis Debierne aislaron el radio como metal puro también mediante electrólisis. [36] [37] [38]

Berilio

La esmeralda es una forma de berilo, el principal mineral del berilio.

El berilo , mineral que contiene berilio, se conoce desde la época del Reino Ptolemaico en Egipto. [35] Aunque originalmente se pensó que el berilo era un silicato de aluminio , [39] más tarde se descubrió que el berilo contenía un elemento entonces desconocido cuando, en 1797, Louis-Nicolas Vauquelin disolvió hidróxido de aluminio del berilo en un álcali. [40] En 1828, Friedrich Wöhler [41] y Antoine Bussy [42] aislaron de forma independiente este nuevo elemento, el berilio, mediante el mismo método, que implicaba una reacción de cloruro de berilio con potasio metálico ; Esta reacción no pudo producir grandes lingotes de berilio. [43] No fue hasta 1898, cuando Paul Lebeau realizó una electrólisis de una mezcla de fluoruro de berilio y fluoruro de sodio , que se produjeron grandes muestras puras de berilio. [43]

Magnesio

El magnesio fue producido por primera vez por Humphry Davy en Inglaterra en 1808 mediante electrólisis de una mezcla de magnesia y óxido de mercurio . [44] Antoine Bussy lo preparó en forma coherente en 1831. La primera sugerencia de Davy para un nombre fue magnio, [44] pero ahora se usa el nombre magnesio.

Calcio

La cal se ha utilizado como material de construcción desde el 7.000 al 14.000 a. C., [34] y los hornos utilizados para la cal datan del 2.500 a. C. en Khafaja , Mesopotamia . [45] [46] El calcio como material se conoce desde al menos el siglo I, ya que se sabía que los antiguos romanos utilizaban óxido de calcio preparándolo a partir de cal. Se sabe que el sulfato de calcio puede reparar huesos rotos desde el siglo X. El calcio en sí, sin embargo, no fue aislado hasta 1808, cuando Humphry Davy , en Inglaterra , utilizó la electrólisis sobre una mezcla de cal y óxido de mercurio , [47] después de enterarse de que Jöns Jakob Berzelius había preparado una amalgama de calcio a partir de la electrólisis de cal en mercurio. .

Estroncio

En 1790, el médico Adair Crawford descubrió minerales con propiedades distintivas, que fueron denominadas estrontites en 1793 por Thomas Charles Hope , profesor de química de la Universidad de Glasgow , [48] quien confirmó el descubrimiento de Crawford. El estroncio fue finalmente aislado en 1808 por Humphry Davy mediante electrólisis de una mezcla de cloruro de estroncio y óxido de mercurio . El descubrimiento fue anunciado por Davy el 30 de junio de 1808 en una conferencia ante la Royal Society. [49]

Bario

Barita, el material que se descubrió por primera vez que contenía bario.

La barita , un mineral que contiene bario, fue reconocido por primera vez como un nuevo elemento en 1774 por Carl Scheele , aunque solo pudo aislar óxido de bario . El óxido de bario fue aislado nuevamente dos años más tarde por Johan Gottlieb Gahn . Más tarde, en el siglo XVIII, William Withering notó un mineral pesado en las minas de plomo de Cumberland , que ahora se sabe que contienen bario. El bario fue finalmente aislado en 1808, cuando Humphry Davy utilizó la electrólisis con sales fundidas, y Davy nombró al elemento bario , en honor a barita . Posteriormente, Robert Bunsen y Augustus Matthiessen aislaron el bario puro mediante electrólisis de una mezcla de cloruro de bario y cloruro de amonio. [50] [51]

Radio

Mientras estudiaban la uraninita , el 21 de diciembre de 1898, Marie y Pierre Curie descubrieron que, incluso después de la desintegración del uranio, el material creado seguía siendo radiactivo. El material se comportó de forma algo similar a los compuestos de bario , aunque algunas propiedades, como el color de la prueba de llama y las líneas espectrales, eran muy diferentes. Anunciaron el descubrimiento de un nuevo elemento el 26 de diciembre de 1898 a la Academia de Ciencias de Francia . [52] El radio recibió su nombre en 1899 a partir de la palabra radio , que significa rayo , como energía emitida por el radio en forma de rayos. [53]

Ocurrencia

Serie de metales alcalinotérreos.

El berilio se encuentra en la corteza terrestre en una concentración de dos a seis partes por millón (ppm), [54] gran parte del cual se encuentra en los suelos, donde tiene una concentración de seis ppm. El berilio es uno de los elementos más raros del agua de mar, incluso más raro que elementos como el escandio , con una concentración de 0,2 partes por billón. [55] [56] Sin embargo, en agua dulce, el berilio es algo más común, con una concentración de 0,1 partes por mil millones. [57]

El magnesio y el calcio son muy comunes en la corteza terrestre, siendo respectivamente el quinto y octavo elemento más abundante. Ninguno de los metales alcalinotérreos se encuentra en su estado elemental. Los minerales comunes que contienen magnesio son la carnalita , la magnesita y la dolomita . Los minerales comunes que contienen calcio son la tiza , la piedra caliza , el yeso y la anhidrita . [2]

El estroncio es el decimoquinto elemento más abundante en la corteza terrestre. Los principales minerales son celestita y estroncianita . [58] El bario es un poco menos común y gran parte se encuentra en el mineral barita . [59]

El radio, al ser un producto de la desintegración del uranio , se encuentra en todos los minerales que contienen uranio . [60] Debido a su vida media relativamente corta, [61] el radio de la historia temprana de la Tierra se ha desintegrado, y todas las muestras actuales provienen de la desintegración mucho más lenta del uranio. [60]

Producción

La esmeralda , de color verde con trazas de cromo , es una variedad del mineral berilo , que es silicato de berilio y aluminio.

La mayor parte del berilio se extrae del hidróxido de berilio. Un método de producción es la sinterización , que se realiza mezclando berilo , fluorosilicato de sodio y soda a altas temperaturas para formar fluoroberilato de sodio, óxido de aluminio y dióxido de silicio . Luego se utiliza una solución de fluoroberilato de sodio e hidróxido de sodio en agua para formar hidróxido de berilio por precipitación. Alternativamente, en el método de fusión, el berilo en polvo se calienta a alta temperatura, se enfría con agua y luego se calienta nuevamente ligeramente en ácido sulfúrico , lo que finalmente produce hidróxido de berilio. El hidróxido de berilio de cualquiera de los métodos produce fluoruro de berilio y cloruro de berilio mediante un proceso algo largo. La electrólisis o el calentamiento de estos compuestos pueden producir berilio. [11]

En general, el carbonato de estroncio se extrae del mineral celestita mediante dos métodos: lixiviando la celestita con carbonato de sodio , o de una forma más complicada involucrando carbón . [62]

Para producir bario, la barita (sulfato de bario impuro) se convierte en sulfuro de bario mediante reducción carbotérmica (como con coque ). El sulfuro es soluble en agua y reacciona fácilmente para formar sulfato de bario puro, utilizado para pigmentos comerciales, u otros compuestos, como el nitrato de bario . Éstos, a su vez, se calcinan para obtener óxido de bario , que eventualmente produce bario puro después de la reducción con aluminio . [59] El proveedor más importante de bario es China , que produce más del 50% del suministro mundial. [63]

Aplicaciones

El berilio se utiliza principalmente en aplicaciones militares, [64] pero existen usos no militares. En electrónica, el berilio se utiliza como dopante tipo p en algunos semiconductores, [65] y el óxido de berilio se utiliza como aislante eléctrico y conductor de calor de alta resistencia . [66] Las aleaciones de berilio se utilizan para piezas mecánicas cuando se requiere rigidez, peso ligero y estabilidad dimensional en un amplio rango de temperaturas. [67] [68] El berilio-9 se utiliza en fuentes de neutrones a pequeña escala que utilizan la reacción 9 Be + 4 He (α) → 12 C + 1 n , la reacción utilizada por James Chadwick cuando descubrió el neutrón . Su bajo peso atómico y su baja sección transversal de absorción de neutrones harían que el berilio fuera adecuado como moderador de neutrones , pero su alto precio y las alternativas fácilmente disponibles, como el agua, el agua pesada y el grafito nuclear , lo han limitado a aplicaciones específicas. En el eutéctico FLiBe utilizado en reactores de sales fundidas , el papel del berilio como moderador es más incidental que la propiedad deseada que conduce a su uso.

El magnesio tiene muchos usos. Ofrece ventajas sobre otros materiales estructurales como el aluminio , pero el uso del magnesio se ve obstaculizado por su inflamabilidad. [69] El magnesio a menudo se alea con aluminio, zinc y manganeso para aumentar su resistencia y resistencia a la corrosión. [70] El magnesio tiene muchas otras aplicaciones industriales, como su papel en la producción de hierro y acero [ se necesita más explicación ] y en el proceso Kroll para la producción de titanio . [71]

El calcio se utiliza como agente reductor en la separación de otros metales como el uranio del mineral. Es un componente importante de muchas aleaciones, especialmente de aluminio y cobre , y también se utiliza para desoxidar aleaciones. El calcio desempeña funciones en la elaboración de queso , morteros y cemento . [72]

El estroncio y el bario tienen menos aplicaciones que los metales alcalinotérreos más ligeros. El carbonato de estroncio se utiliza en la fabricación de fuegos artificiales rojos . [73] El estroncio puro se utiliza en el estudio de la liberación de neurotransmisores en las neuronas. [74] [75] El estroncio-90 radiactivo encuentra algún uso en RTG , [76] [77] que utilizan su calor de desintegración . El bario se utiliza en tubos de vacío como captador para eliminar gases. [59] El sulfato de bario tiene muchos usos en la industria petrolera , [4] y otras industrias. [4] [59] [78]

El radio tiene muchas aplicaciones anteriores basadas en su radiactividad, pero su uso ya no es común debido a los efectos adversos para la salud y su larga vida media. El radio se utilizaba frecuentemente en pinturas luminosas , [79] aunque este uso se suspendió después de que enfermara a los trabajadores. [80] La charlatanería nuclear que alegaba los beneficios del radio para la salud condujo anteriormente a su adición al agua potable , la pasta de dientes y muchos otros productos. [69] El radio ya no se utiliza incluso cuando se desean sus propiedades radiactivas porque su larga vida media dificulta su eliminación segura. Por ejemplo, en braquiterapia se suelen utilizar alternativas de vida media corta como el iridio-192 . [81] [82]

Reacciones representativas de metales alcalinotérreos.

Reacción con halógenos

Ca + Cl 2 → CaCl 2

El cloruro de calcio anhidro es una sustancia higroscópica que se utiliza como desecante. Expuesto al aire, absorberá vapor de agua del aire, formando una solución. Esta propiedad se conoce como delicuescencia .

Reacción con oxígeno

Ca + 1/2O 2 → CaO
Mg + 1/2O 2 → MgO

Reacción con azufre

Ca + 1/8S 8 → CaS

Reacción con el carbono

Con el carbono se forman directamente acetiluros. El berilio forma carburo.

2Be + C → Ser 2 C
CaO + 3C → CaC 2 + CO (a 2500 °C en horno)
CaC 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + C 2 H 2
Mg2C3 + 4H2O → 2Mg ( OH ) 2 + C3H4​

Reacción con nitrógeno

Sólo el Be y el Mg forman nitruros directamente.

3Be + norte 2 → ser 3 norte 2
3Mg + norte 2 → magnesio 3 norte 2

Reacción con hidrógeno

Los metales alcalinotérreos reaccionan con el hidrógeno para generar hidruro salino que son inestables en el agua.

Ca + H 2 → CaH 2

Reacción con agua

Ca Sr y Ba reaccionan fácilmente con agua para formar hidróxido e hidrógeno gaseoso. El Be y el Mg están pasivados por una capa impermeable de óxido. Sin embargo, el magnesio amalgamado reaccionará con el vapor de agua.

Mg + H2O → MgO + H2

Reacción con óxidos ácidos.

Los metales alcalinotérreos reducen el no metal de su óxido.

2Mg + SiO 2 → 2MgO + Si
2Mg + CO 2 → 2MgO + C (en dióxido de carbono sólido )

Reacción con ácidos

Mg + 2HCl → MgCl 2 + H 2
Ser + 2HCl → BeCl 2 + H 2

Reacción con bases

Exhibe propiedades anfóteras . Se disuelve en hidróxido de sodio concentrado .

Ser + NaOH + 2H 2 O → Na[Be(OH) 3 ] + H 2

Reacción con haluros de alquilo

El magnesio reacciona con haluros de alquilo mediante una reacción de inserción para generar reactivos de Grignard .

RX + Mg → RMgX (en éter anhidro)

Identificación de cationes alcalinotérreos.

La prueba de la llama

La siguiente tabla [83] presenta los colores observados cuando la llama de un mechero Bunsen se expone a sales de metales alcalinotérreos. Be y Mg no imparten color a la llama debido a su pequeño tamaño. [84]

En solución

magnesio 2+

El fosfato disódico es un reactivo muy selectivo para los iones de magnesio y, en presencia de sales de amonio y amoníaco, forma un precipitado blanco de fosfato de amonio y magnesio.

Mg 2+ + NH 3 + Na 2 HPO 4 → (NH 4 )MgPO 4 + 2Na +

ca 2+

Ca 2+ forma un precipitado blanco con oxalato de amonio. El oxalato de calcio es insoluble en agua, pero soluble en ácidos minerales.

Ca 2+ + (COO) 2 (NH 4 ) 2 → (COO) 2 Ca + NH 4 +

Señor 2+

Los iones de estroncio precipitan con sales de sulfato solubles.

Sr 2+ + Na 2 SO 4 → SrSO 4 + 2Na +

Todos los iones de metales alcalinotérreos forman un precipitado blanco con carbonato de amonio en presencia de cloruro de amonio y amoníaco.

Compuestos de metales alcalinotérreos.

Óxidos

Los óxidos de metales alcalinotérreos se forman a partir de la descomposición térmica de los correspondientes carbonatos .

CaCO 3 → CaO + CO 2 (a aprox. 900°C)

En laboratorio se obtienen a partir de hidróxidos:

Mg(OH) 2 → MgO + H2O

o nitratos:

Ca(NO 3 ) 2 → CaO + 2NO 2 + 1/2O 2

Los óxidos presentan un carácter básico: tornan rojo la fenolftaleína y azul el tornasol . Reaccionan con el agua para formar hidróxidos en una reacción exotérmica.

CaO + H2O → Ca(OH) 2 + Q

El óxido de calcio reacciona con el carbono para formar acetiluro.

CaO + 3C → CaC 2 + CO (a 2500°C)
CaC 2 + N 2 → CaCN 2 + C
CaCN 2 + H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 N—CN
H 2 N—CN + H 2 O → (H 2 N) 2 CO ( urea )
CaCN 2 + 2H 2 O → CaCO 3 + NH 3

Hidróxidos

Se generan a partir de los óxidos correspondientes al reaccionar con el agua. Exhiben un carácter básico: se vuelven rosa la fenolftaleína y azul el tornasol . El hidróxido de berilio es una excepción ya que presenta un carácter anfótero .

Be(OH) 2 + 2HCl → BeCl 2 + 2 H 2 O
Ser(OH) 2 + NaOH → Na[Be(OH) 3 ]

Sales

Ca y Mg se encuentran en la naturaleza en muchos compuestos como la dolomita , la aragonita y la magnesita (rocas carbonatadas). Los iones de calcio y magnesio se encuentran en el agua dura . El agua dura representa un problema múltiple. Es de gran interés eliminar estos iones, ablandando así el agua. Este procedimiento se puede realizar utilizando reactivos como hidróxido de calcio , carbonato de sodio o fosfato de sodio . Un método más común es utilizar aluminosilicatos de intercambio iónico o resinas de intercambio iónico que atrapan Ca 2+ y Mg 2+ y liberan Na + en su lugar:

Na 2 O·Al 2 O 3 ·6SiO 2 + Ca 2+ → CaO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 + 2Na +

Papel biológico y precauciones.

El magnesio y el calcio son omnipresentes y esenciales para todos los organismos vivos conocidos. Están involucrados en más de una función; por ejemplo, las bombas de iones de magnesio o calcio desempeñan un papel en algunos procesos celulares, el magnesio funciona como centro activo en algunas enzimas y las sales de calcio desempeñan un papel estructural, sobre todo en los huesos.

El estroncio juega un papel importante en la vida acuática marina, especialmente en los corales duros, que utilizan estroncio para construir sus exoesqueletos . Este y el bario tienen algunos usos en medicina, por ejemplo, " harinas de bario " en imágenes radiográficas, mientras que los compuestos de estroncio se emplean en algunas pastas de dientes . Cantidades excesivas de estroncio-90 son tóxicas debido a su radioactividad y el estroncio-90 imita al calcio (es decir, se comporta como un " buscador de huesos ") donde se bioacumula con una vida media biológica significativa . Si bien los huesos mismos tienen una mayor tolerancia a la radiación que otros tejidos, la médula ósea que se divide rápidamente no la tiene y, por lo tanto, el Sr-90 puede dañarla significativamente. El efecto de la radiación ionizante sobre la médula ósea es también la razón por la que el síndrome de radiación aguda puede provocar síntomas similares a los de la anemia y por la que la donación de glóbulos rojos puede aumentar la capacidad de supervivencia.

El berilio y el radio, sin embargo, son tóxicos. La baja solubilidad acuosa del berilio significa que rara vez está disponible para los sistemas biológicos; no tiene ningún papel conocido en los organismos vivos y, cuando estos lo encuentran, suele ser muy tóxico. [11] El radio tiene baja disponibilidad y es altamente radiactivo, lo que lo hace tóxico para la vida.

Extensiones

Se cree que el siguiente metal alcalinotérreo después del radio es el elemento 120 , aunque esto puede no ser cierto debido a efectos relativistas . [85] La síntesis del elemento 120 se intentó por primera vez en marzo de 2007, cuando un equipo del Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares en Dubna bombardeó plutonio -244 con iones de hierro -58; sin embargo, no se produjeron átomos, lo que llevó a un límite de 400 fb para la sección transversal a la energía estudiada. [86] En abril de 2007, un equipo del GSI intentó crear el elemento 120 bombardeando uranio -238 con níquel -64, aunque no se detectaron átomos, lo que llevó a un límite de 1,6 pb para la reacción. Se intentó nuevamente la síntesis a sensibilidades más altas, aunque no se detectaron átomos. Se han intentado otras reacciones, aunque todas han fracasado. [87]

Se predice que la química del elemento 120 será más cercana a la del calcio o el estroncio [88] en lugar de la del bario o el radio . Esto contrasta notablemente con las tendencias periódicas , que predecirían que el elemento 120 sería más reactivo que el bario y el radio. Esta reactividad reducida se debe a las energías esperadas de los electrones de valencia del elemento 120, lo que aumenta la energía de ionización del elemento 120 y disminuye los radios metálicos e iónicos . [88]

No se ha predicho con certeza cuál será el siguiente metal alcalinotérreo después del elemento 120. Aunque una simple extrapolación utilizando el principio de Aufbau sugeriría que el elemento 170 es un congénere del 120, los efectos relativistas pueden invalidar dicha extrapolación. Se ha predicho que el siguiente elemento con propiedades similares a los metales alcalinotérreos será el elemento 166, aunque debido a la superposición de orbitales y la menor brecha de energía debajo de la subcapa 9s, el elemento 166 puede ubicarse en el grupo 12 , debajo del copernicio . [89] [90]

Ver también

Notas explicatorias

  1. ^ La notación de gases nobles se utiliza por motivos de concisión; Primero se escribe el gas noble más cercano que precede al elemento en cuestión y luego la configuración electrónica continúa a partir de ese punto.
  2. ^ El número entre paréntesis se refiere a la incertidumbre de la medición . Esta incertidumbre se aplica a las cifras menos significativas del número anterior al valor entre paréntesis (es decir, contando desde el dígito más a la derecha hacia la izquierda). Por ejemplo,1.007 94 (7) significa1,007 94 ± 0,000 07 , mientras que1.007 94 (72) significa1,007 94 ± 0,000 72 . [19]
  3. ^ El elemento no tiene nucleidos estables y un valor entre paréntesis indica el número de masa del isótopo de vida más larga del elemento. [20] [21]
  4. ^ Nunca se ha observado el color de la prueba de llama de radio puro; el color rojo carmesí es una extrapolación del color de la prueba de llama de sus compuestos. [24]

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Bibliografía

Otras lecturas