De metales alcalinotérreos

Metales alcalinotérreos
metales alcalinos ←    → grupo 3
Número de grupo IUPAC 2 Nombre de elemento grupo de berilio Nombre Trivial metales de tierras alcalinas Número de grupo CAS (US) IIA antiguo número IUPAC (Europea) IIA
↓ Período
2	Berilio (Be) 4
3	El magnesio (Mg) 12
4	El calcio (Ca) 20
5	Estroncio (Sr) 38
6	El bario (Ba) 56
7	Radio (Ra) 88
Leyenda De metales alcalinotérreos elemento primordial elemento natural radiactivo Número de color Atómica: negro = sólido

Los metales alcalinotérreos son una grupo de elementos químicos en la tabla periódica con propiedades muy similares. Todos ellos son brillantes, de color blanco plateado, algo metales reactivos en temperatura y presión estándar y fácilmente pierden su dos electrones más externos para formar cationes con carga +2. En el moderno Nomenclatura IUPAC, los metales de tierras alcalinas comprenden el grupo 2 elementos.

Los metales alcalinotérreos son berilio (Be), magnesio (Mg), calcio (Ca), estroncio (Sr), bario (Ba), y el radio (Ra). Este grupo se encuentra en el s-bloque de la tabla periódica como todos los metales alcalinotérreos tienen su electrón más exterior en una s-orbital.

Todos los metales de tierras alcalinas descubiertos se producen en la naturaleza. Se han realizado experimentos para intentar la síntesis de elemento 120, que es probable que sea el próximo miembro del grupo, pero todos ellos se han reunido con el fracaso. Sin embargo, el elemento 120 no puede ser un metal alcalinotérreo debido a efectos relativistas, que se predice que tienen una gran influencia sobre las propiedades químicas de elementos superpesados.

Características

Químico

Al igual que otros grupos, los miembros de esta familia muestran modelos en su configuración electrónica, especialmente las capas exteriores, dando lugar a las tendencias en el comportamiento químico:

La mayor parte de la química se ha observado sólo en los primeros cinco miembros del grupo. La química del radio no está bien establecida debido a su radiactividad; Por lo tanto, la presentación de sus propiedades aquí es limitado.

Los metales alcalinotérreos son todos, suave, de color plateado y tienen relativamente bajas densidades , puntos de fusión y puntos de ebullición . En términos químicos , todos los metales alcalinos reaccionan con los halógenos para formar los haluros de metales alcalinotérreos, todos los cuales son compuestos cristalinos iónicos (excepto cloruro de berilio, que es covalente). Todos los metales de tierras alcalinas, excepto berilio también reaccionan con agua para formar fuertemente alcalinas hidróxidos y por lo tanto deben manejarse con mucho cuidado. Los metales de tierras alcalinas pesados reaccionan con más fuerza que los más ligeros. Los metales alcalinos tienen la segunda más baja primero energías de ionización en sus respectivos periodos de la tabla periódica debido a su algo baja cargas nucleares eficaces y la capacidad de lograr un configuración completa cáscara externa al perder sólo dos electrones . La segunda energía de ionización de todos los metales alcalinos también es algo baja.

El berilio es una excepción: No reacciona con agua o vapor, y sus haluros son covalente. Si berilio hizo forman compuestos con un estado de ionización de 2, sería polarizar nubes de electrones que son cerca de ella muy fuertemente y causaría extensa solapamiento orbital, ya que el berilio tiene una alta densidad de carga. Todos los compuestos que incluyen berilio tienen un enlace covalente. 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.

Todos los metales de tierras alcalinas tienen dos electrones en su capa de valencia, por lo que el estado energéticamente preferido de lograr un llenado electrón cáscara es perder dos electrones para formar doblemente cargado positivos iones .

Los compuestos y reacciones

Los metales de tierras alcalinas todos reaccionan con los halógenos para formar haluros iónicos, tales como cloruro de calcio (CaCl _2), así como reaccionar con el oxígeno para formar óxidos tales como óxido de estroncio (SrO). El calcio, estroncio, y bario reaccionan con el agua para producir gas de hidrógeno y sus respectivos hidróxidos , y también se someten reacciones transmetalación a cambio ligandos.

Física y atómica

La tabla siguiente es un resumen de las propiedades físicas y atómicas fundamentales de los metales alcalinotérreos.

De metales alcalinotérreos	Estándar peso atomico ( u)	Punto de fusion ( K )	Punto de fusion ( ° C )	Punto de ebullicion ( K )	Punto de ebullicion ( ° C )	Densidad (G / cm 3)	Electronegatividad ( Pauling)	Primero energía de ionización ( kJ · mol -1)	Radio covalente ( pm)	Prueba de color de llama
Berilio	9.012182 (3)	1560	1287	2742	2469	1.85	1.57	899.5	105	Blanco
Magnesio	24,3050 (6)	923	650	1363	1090	1,738	1.31	737.7	150	Blanco brillante
Calcio	40,078 (4)	1115	842	1757	1484	1.54	1.00	589.8	180	Ladrillo rojo
Estroncio	87,62 (1)	1050	777	1655	1382	2.64	0.95	549.5	200	Carmesí
Bario	137.327 (7)	1000	727	2170	1897	3,594	0.89	502,9	215	Verde manzana
Radio	[226]	973	700	2010	1737	5.5	0.9	509.3	221	Rojo carmesí

Estabilidad nuclear

Todos los metales de tierras alcalinas, excepto magnesio y estroncio tienen al menos una de origen natural radioisótopo: berilio-7, berilio-10, y calcio-41 se radioisótopos traza, calcio-48 y bario-130 tiene muy largas vidas medias y por lo tanto produce de forma natural, y todo isótopos de radio son radiactivo. Calcio-48 es el nucleido más ligero que someterse decaimiento beta doble.

El radioisótopo natural de calcio, calcio-48, constituye alrededor del 0,1874% de calcio natural, y por lo tanto de calcio natural es ligeramente radiactivo. El bario-130 constituye aproximadamente el 0,1062% de bario natural, y por lo tanto de bario es débilmente radiactivo también.

Historia

Etimología

Los metales alcalinotérreos son el nombre de su óxidos, las tierras alcalinas, cuyo anticuado nombres eran berilia, magnesia, lima, estroncio y barita. Estos óxidos son básicas (alcalinas) cuando se combina con agua. "Tierra" es un término antiguo aplicado por los primeros químicos que no metálico sustancias que son insolubles en agua y resistente a la calefacción-propiedades compartidas por estos óxidos. La comprensión de que estas tierras no eran los elementos excepto compuestos se atribuye al químico Antoine Lavoisier . En su Tratado elemental de química (elementos de la química) de 1789 los llamó elementos de tierras que forman sales. Más tarde, se sugirió que las tierras alcalinas pueden ser óxidos metálicos, pero admitió que se trataba de una mera conjetura. En 1808, actuando sobre la idea de Lavoisier, Humphry Davy se convirtió en el primero en obtener muestras de los metales por electrólisis de sus tierras fundidas, lo que apoya la hipótesis de Lavoisier y haciendo que el grupo que se nombrará los metales de tierras alcalinas.

Descubrimiento

El compuestos de calcio calcita y cal se han conocido y usado desde tiempos prehistóricos. Lo mismo es cierto para los compuestos de berilio berilo y esmeralda. Los otros compuestos de los metales de tierras alcalinas se descubrieron comenzando a principios del siglo 15. El compuesto de magnesio sulfato de magnesio fue descubierto en 1618 por el agricultor en Epsom en Inglaterra. Carbonato de estroncio fue descubierto en minerales en la localidad escocesa de Strontian en 1790. El último elemento fue el menos abundante radiactivo radio que se extrajo de uraninita en 1898.

Todos los elementos excepto el berilio se aislaron por electrólisis de compuestos fundidos. El magnesio, calcio y estroncio se produjeron por primera vez por Humphry Davy en 1808, mientras que el berilio era independiente aislado Friedrich Wöhler y Antoine Bussy en 1828 por la reacción de compuestos Berylium con potasio. En 1910, el radio se aisló como un metal puro por Curie y André-Louis Debierne también por electrólisis.

Berilio

Esmeralda, una variedad de berilo, el mineral en el que el berilio se conoció primero en estar en.

Beryl, un mineral que contiene berilio, ha sido conocido desde el momento de la Dinastía Ptolemaica en Egipto. Aunque se pensó en un principio que era un berilo silicato de aluminio, berilo fue encontrado más tarde para contener un elemento entonces desconocido cuando, en 1797, Louis-Nicolas Vauquelin disuelve hidróxido de aluminio de berilo en un álcali. En 1828, Friedrich Wöhler y Antoine Bussy aislado independientemente este nuevo elemento, berilio, por el mismo método, que implicaba una reacción de cloruro de berilio metálico con potasio ; esta reacción no fue capaz de producir grandes lingotes de berilio. No fue sino hasta 1898, cuando Paul Lebeau a cabo una electrólisis de una mezcla de fluoruro de berilio y fluoruro de sodio que se produjeron grandes muestras puras de berilio.

Magnesio

El magnesio se produjo por primera vez por Sir Humphry Davy en Inglaterra en 1808 mediante la electrólisis de una mezcla de magnesia y óxido de mercurio. Antoine Bussy preparó en forma coherente en 1831. La primera sugerencia de Davy para un nombre era magnium, pero el nombre de magnesio se utiliza ahora.

Calcio

Lime se ha utilizado como un material para la construcción de desde 7.000 a 14.000 BCE, y hornos utilizados para la cal han sido datados en 2500 aC en Khafaja, Mesopotamia . El calcio como material ha sido conocido por lo menos desde el siglo I, como los antiguos romanos eran conocidos por haber usado óxido de calcio mediante la preparación de la cal. El sulfato de calcio ha sido conocido por ser capaz de establecer los huesos rotos desde el siglo décimo. El calcio en sí, sin embargo, no fue aislado hasta 1808, cuando Humphry Davy , en Inglaterra , utiliza la electrólisis en una mezcla de cal y óxido de mercurio, después de escuchar que Jöns Jakob Berzelius había preparado una amalgama de calcio de la electrólisis de cal en el mercurio.

Estroncio

En 1790, el médico Adair Crawford, que había estado trabajando con bario, se dio cuenta de que los minerales de Strontian mostraron propiedades diferentes a otros supuestos minerales de bario. Por lo tanto, concluyó que estos minerales contenidos nuevos minerales, que fueron nombrados estronciana en 1793 por Thomas Charles Hope, un profesor de química en la Universidad de Glasgow, quien confirmó el descubrimiento de Crawford. Estroncio eventualmente fue aislado en 1808 por Sir Humphry Davy mediante electrólisis de una mezcla de cloruro de estroncio y óxido de mercurio. El descubrimiento fue anunciado por Davy en 30 de junio 1808 en una conferencia ante la Royal Society.

Bario

Barita, el material en el que el bario fue conocido para estar en.

Barita, un mineral que contiene bario, se reconoció por primera vez como que contiene un elemento nuevo en 1774 por Carl Scheele, a pesar de que sólo fue capaz de aislar óxido de bario. El óxido de bario fue aislado de nuevo dos años más tarde por Johan Gottlieb Gahn. Más tarde, en el siglo 18, William Withering notó un pesado mineral en el Minas de plomo de Cumberland, que ahora se sabe que contienen bario. Bario en sí fue finalmente aislado en 1808 cuando Sir Humphry Davy utiliza la electrólisis de sales fundidas, y Davy nombrado el elemento bario, después barita. Más tarde, Robert Bunsen y Augusto Matthiessen aislado de bario puro por electrólisis de una mezcla de cloruro de bario y cloruro de amonio.

Radio

Mientras estudiaba uraninita, el 21 de diciembre de 1898, Marie y Pierre Curie descubrió que incluso después de uranio había decaído, el material creado todavía era radiactivo. El material se comportó de manera similar a algo compuestos de bario, aunque algunas propiedades, tales como el color de la prueba de la llama y las líneas espectrales, eran muy diferentes. Ellos anunciaron el descubrimiento de un nuevo elemento el 26 de diciembre de 1898 hasta el Academia de Ciencias francés. Radium fue nombrado en 1899 de la palabra radio, lo que significa rayo, como el radio emite la energía en forma de rayos.

Aparición

Series de metales alcalinotérreos.

El berilio se produce en la corteza terrestre en una concentración de cinco y cincuenta y ocho partes por millón (ppm), gran parte de la cual se encuentra en los suelos, en los que tiene una concentración de seis ppm. El berilio es uno de los elementos más raros en el agua de mar, incluso más raro que elementos como el escandio , con una concentración de 0.2 partes por billón. Sin embargo, en agua dulce, el berilio es algo más común, con una concentración de 0,1 partes por mil millones.

El magnesio y el calcio son increíblemente abundantes en la corteza terrestre, con el calcio es el quinto elemento más abundante, y el magnesio el octavo. Aunque ninguno de los metales de tierras alcalinas son que se ha encontrado en su estado elemental, magnesio y calcio se encuentran en muchas rocas y minerales. El magnesio se encuentra a menudo en carnellite, magnesita, y dolomita, mientras que el calcio se encuentra a menudo en tiza, piedra caliza, yeso , y anhidrita.

El estroncio es también muy comunes en la tierra, siendo el elemento más abundante en la corteza XV. La mayoría de estroncio en la corteza es en los minerales celestita y strontianite. El bario es un poco menos común, y gran parte de ella está en el mineral barita.

Radium, siendo un producto de la desintegración del uranio , se encuentra en todas las partidas sujetas uranio minerales. Debido a su vida media relativamente corta, sin el radio que estaba presente cuando se formó la tierra es aún hoy, y en su lugar tiene todos vienen de la desintegración gradual del uranio.

Producción

Esmeralda, una variedad de berilo, es un compuesto natural de berilio.

La mayoría de berilio se extrae de hidróxido de berilio. Una forma de crear esta sustancia es una método de sinterización, que se realiza mediante la mezcla de berilo, fluorosilicato de sodio, y la soda a altas temperaturas, que forma fluoroberilato de sodio, óxido de aluminio y dióxido de silicio . Una solución de fluoroberilato de sodio y de hidróxido de sodio en agua se utiliza entonces para formar hidróxido de berilio por precipitación. Otro método utilizado se conoce como el método de fusión. En ella, berilo se calienta a altas temperaturas, mientras que en una forma en polvo, y luego se enfría con agua. A continuación se calienta de nuevo ligeramente mientras que en ácido sulfúrico , con el tiempo produciendo hidróxido de berilio. El hidróxido de berilio creado a partir de cualquiera de los métodos se utiliza entonces para crear fluoruro de berilio y cloruro de berilio a través de un proceso algo largo. La electrólisis o calentamiento de estos compuestos se pueden utilizar para obtener berilio.

Carbonato de estroncio generalmente se extrae de la mineral celestina. Esto se puede hacer a través de dos métodos: o bien la lixiviación con celestina carbonato de sodio, o por un método más complicado que implica carbón .

El bario se puede producir a partir de mineral de barita. Una vez que el mineral ha sido extraído, que tiene que ser separado de cuarzo, a veces por métodos de flotación de espuma, lo que resulta en barita relativamente puro. Carbon se utiliza entonces para reducir la baryte en sulfuro de bario. El sulfuro de bario puede entonces ser disuelto con otros elementos para formar otros compuestos, tales como nitrato de bario, que a su vez puede ser térmicamente descomprimido en óxido de bario, que eventualmente puede producir de bario puro después de una reacción con aluminio . El proveedor más importante de bario es de China , que produce más del 50% de bario del mundo.

Aplicaciones

El berilio se utiliza sobre todo para aplicaciones militares, pero hay otros usos de berilio también. En electrónica, berilio se utiliza como una de tipo p dopante en algunos semiconductores, y óxido de berilio se utiliza como una alta resistencia aislante eléctrico y conductor de calor. Debido a su peso ligero y otras propiedades, berilio también se utiliza en la mecánica cuando la rigidez, peso ligero, y la estabilidad dimensional se requieren en intervalos amplios de temperatura.

El magnesio tiene muchos usos diferentes. Uno de sus usos más comunes era en la industria, donde tiene muchas ventajas estructurales con respecto a otros materiales como el aluminio , aunque este uso ha caído en desgracia recientemente debido a la inflamabilidad de magnesio. El magnesio también es a menudo aleado con aluminio o zinc para formar materiales con propiedades más deseables que cualquier metal puro. El magnesio tiene muchos otros usos en aplicaciones industriales, tales como tener un papel en la producción de hierro y acero , y la producción de titanio .

El calcio también tiene muchos usos. Uno de sus usos es como una agente de reducción en la separación de otros metales forman mineral, tales como el uranio . También se utiliza en la producción de las aleaciones de muchos metales, tales como aluminio y cobre aleaciones, y también se utiliza para desoxidar aleaciones también. El calcio también tiene un papel en la fabricación de queso , morteros, y cemento.

Estroncio y bario no tienen tantas aplicaciones como los metales de tierras alcalinas más ligeros, pero todavía tienen usos. Carbonato de estroncio se utiliza a menudo en la fabricación de rojo fuegos artificiales, y de estroncio puro se utiliza en el estudio de la liberación de neurotransmisores en las neuronas. El bario tiene alguna utilidad en tubos de vacío para eliminar los gases, y sulfato de bario tiene muchos usos en el petróleo industria, así como otras industrias.

Debido a su radiactividad, radio ya no tiene muchas aplicaciones, pero que solía tener muchos. Radium utilizado para ser utilizado a menudo en pinturas luminosas, aunque este uso fue detenido después de los trabajadores se enfermaron. Como la gente solía pensar que la radiactividad era una buena cosa, el radio utiliza para ser añadido a agua potable , pasta de dientes, y muchos otros productos, aunque también ya no se utilizan debido a sus efectos sobre la salud. Radium ya no es aún utilizado por sus propiedades radiactivas, ya que no son emisores más potentes y más seguro que el radio.

Papel biológico y precauciones

El magnesio y el calcio son ubicuos y esencial para todos los organismos vivos conocidos. Están involucrados en más de una función, con, por ejemplo, magnesio o calcio ion bombas de jugar un papel en algunos procesos celulares, el funcionamiento de magnesio como el centro activo de alguna enzimas, y sales de calcio que tienen un papel estructural, especialmente en los huesos.

El estroncio tiene un papel importante en la vida acuática marina, corales especialmente duras, que utilizan estroncio para construir su exoesqueletos. Es y bario tiene algunos usos en la medicina, por ejemplo " comidas bario "en las imágenes radiográficas, mientras que los compuestos de estroncio se emplean en algunos pastas de dientes. Las cantidades excesivas de estroncio-90 son tóxicos debido a su radiactividad.

Berilio y el radio, sin embargo, son tóxicos. Baja solubilidad acuosa de berilio significa que rara vez está disponible para los sistemas biológicos; no tiene ningún papel conocido en los organismos vivos, y cuando se encuentran por ellos, es por lo general altamente tóxicos. Radium tiene una disponibilidad baja y es altamente radiactivo, por lo que es tóxico para la vida.

Extensiones

La próxima metal alcalinotérreo después de radio se piensa que es elemento 120, aunque esto puede no ser cierto debido a efectos relativistas. La síntesis del elemento 120 como intentó por primera vez en marzo de 2007, cuando un equipo de la Flerov Laboratorio de Reacciones Nucleares en Dubna bombardeado plutonio -244 con hierro -58 iones; sin embargo, no se produjeron átomos, que lleva a un límite de 400 fb para la sección transversal en la energía estudió. En abril de 2007, un equipo de la GSI intentó crear elemento 120 bombardeando uranio -238 con níquel -64, aunque no se detectaron átomos, lo que lleva a un límite de 1,6 pb para la reacción. Síntesis se intentó de nuevo a sensibilidades más altas, aunque no se detectaron átomos. Otras reacciones se han intentado, aunque todos se han reunido con el fracaso.

La química del elemento 120 se prevé que sea cercana a la de calcio o de estroncio en lugar de bario o el radio . Esto es inusual como tendencias periódicas se predicen elemento 120 para ser más reactivo que el bario y el radio. Este rebajado la reactividad se debe a las energías esperados de electrones de valencia del elemento 120, aumentando de 120 elementos energía de ionización y la disminución de la metálica y radios iónicos.