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Metalli alcalino-terrosi


Proprietà generali. I metalli alcalino-terrosi hanno due soli elettroni di legame. Presentano maggior durezza, punti di fusione più alti e maggior densità rispetto ai metalli alcalini a causa del raddoppiato numero di elettroni di legame e della minor dimensione atomica. Ad eccezione del berillio formano facilmente ioni M2+ perché le pur notevoli energie richieste per espellere due elettroni sono compensate dalle energie di idratazione degli ioni in soluzione e delle energie reticolari nei solidi. Sempre eccettuando il berillio e, in qualche misuraq il magnesio, la chimica di questi elementi è quella degli ioni bi positivi il cui comportamento è molto simile e con regolari variazioni dovute al crescere delle dimensioni ioniche. Il termine alcalino-terroso sta a indicare che gli ossidi di questi elementi sono rappresentati da sostanza quasi insolubili in acqua, ovvero sostanze “terrose”, ma al contempo alcaline: le piccole quantità degli ossidi che si sciolgono in acqua danno i corrispondenti idrossidi. Detto M il metallo alcalino, l’ossido ha formula MO: la reazione tra MO e H2O dà come prodotto di reazione l’idrossido del metallo secondo la reazione:
MO + H2O→ M(OH)2

che impartisce il pH alcalino.

Berillio. Qquando fu isolato nel 1798 da Vauquelin fu chiamato Glucinio per il sapore dolce di alcuni dei suoi Sali. Il nome berillio fu introdotto da Friedrich Wohler nel 1828 dal nome del minerale Berillo. E’ un metallo duro di colore grigio e viene impiegato per la sua particolare capacità di assorbire calore oltre che nella costruzione di lampade fluorescenti e come refrattario. Nei suoi composti presenta numero di ossidazione +2 e manifesta una somiglianza con l’alluminio: l’idrossido di berillio Be(OH)2 presenta caratteristiche anfotere come l’idrossido di alluminio Al(OH)3. Il berillio forma grossi cristalli e le sue varietà più preziose, usate come gemme sono l’acqua marina e lo smeraldo.

Magnesio.  Il magnesio è un metallo leggero, di colore bianco e abbastanza duro. Il nome prende origine dalla parola greca che indica una prefettura della Tessaglia chiamata Magnesia. In passato gli alchimisti attribuivano tale nome anche ad altre sostanze chimicamente diverse, ma simili per consistenza e colore estratte nel territorio della città. Fu isolato per la prima volta da Sir Humphrey Davy nel 1808 da una miscela di magnesia e ossido di mercurio.  La polvere di questo metallo si scalda e brucia con fiamma bianca a contatto con l’aria. Si infiamma facilmente se disposto in strisce o filamenti sottili e per questa sua caratteristica veniva usato per le lampade fotografiche a flash (lampo al magnesio). Viene impiegato nelle miscele pirotecniche, bombe incendiarie e leghe superleggere a base di alluminio. Queste leghe, a causa delle loro ottime caratteristiche meccaniche e alla resistenza alla corrosione, trovano impiego in campo aeronautico, automobilistico e ferroviario.

Calcio. Fu isolato nel 1808 da Sir Humphrey Davy. E’ un metallo di colore argenteo ed è simile al piombo, ma la sua lucentezza scompare per ossidazione all’aria e perciò viene conservato sotto petrolio. E’ il quinto elemento per abbondanza nella crosta terrestre ed è presente anche sul Sole e nella composizione delle stelle. Il calcio metallico può essere ottenuto dall’elettrolisi del cloruro di calcio. Il calcio si trova in molti minerali calcarei quali calcite e aragonite sotto forma di carbonato di calcio CaCO3, nel gesso sotto forma di solfato di calcio CaSO4 e nella fluorite sotto forma di fluoruro di calcio CaF2. Il calcio si trova nell’acqua di mare e in molti silicati che costituiscono le rocce magmatiche e metamorfiche. Il calcio è un elemento indispensabile alla vita degli animali e dei vegetali ed è presente nell’organismo umano in una percentuale del 2.5%. Nel tessuto osseo si trova il 99% del calcio presente nell’organismo sotto forma di idrossiapatite Ca5(PO4)3OH. Il calcio è fondamentale per la contrazione muscolare e nella conduzione dell’impulso nervoso nel sistema nervoso centrale , è in grado di attivare molti enzimi ed entra nella composizione della vitamina D. Il calcio viene utilizzato per le sue proprietà riducenti, come desolforante e decarburante in vari acciai e leghe speciali, per ottenere metalli pregiati tramite riduzione dei loro ossidi.

Stronzio. Fu scoperto nel 1789 da Adair Crawford e isolato per via elettrochimica nel 1808 da Sir Humphrey Davy . Il suo nome deriva da quello del minerale stronzianite presente nella miniera di Strontiam in Scozia, da cui fu isolato. E’ un metallo tenero, di colore giallo-argenteo e si ottiene per estrazione da minerali quali la celestina SrSO4 e la stronzianite SrCO3. Il composto più noto dello stronzio è il nitrato di stronzio Sr(NO3)2 usato nella fabbricazione di fuochi d’artificio alla cui luce impartisce una colorazione rosso brillante. Lo stronzio metallico si può ottenere per elettrolisi di una miscela di cloruro di stronzio e cloruro di potassio fusa. A causa della sua reattività all’aria e all’acqua, questo elemento in natura si trova sempre combinato con altri. Ridotto in polvere fine, prende fuoco spontaneamente in presenza di aria per produrre sia ossido di stronzio SrO che nitruro di stronzio Sr3N2. Reagisce con l’acqua per dare idrossido di stronzio e idrogeno gassoso secondo la reazione Sr + 2 H2O →Sr(OH)2 + H2. Attualmente un sale dello stronzio, il ranelato di stronzio C12H6N2O8SSr2 viene usato come farmaco nel trattamento dell’osteoporosi.

Bario. Fu scoperto per la prima volta nel 1744 da Carl Scheele ed estratto nel 1808 da da Sir Humphrey Davy . E’ un metallo argenteo, abbastanza tenero, duttile e malleabile. E’ un elemento molto reattivo elettropositivo e quindi riducente. Il bario metallico ha poche applicazioni pratiche sebbene sia talvolta impiegato per ricoprire i conduttori elettrici in apparati elettronici e nei sistemi di accensione delle automobili. Reagisce con l’acqua e l’ammoniaca, con l’ossigeno, lo zolfo, l’azoto, il carbonio, l’idrogeno e con quasi tutti i non metalli. Il metodo più conveniente per preparare il bario metallico è quello della riduzione dell’ossido di bario con alluminio o silicio a 1000-1500 °C sotto vuoto secondo la reazione: 4 BaO + 2 Al → BaAl2O4 + 3 Ba. Lo ione bario è un potente veleno per l’organismo e già pochi centigrammi possono provocare gravi intossicazioni. Il solfato di bario impiegato in radiologia come mezzo di contrasto grazie alla sua opacità ai raggi X , tuttavia, è atossico in quanto è un sale praticamente insolubile.

Radio. Il radio è un elemento radioattivo di cui si conoscono 13 isotopi di cui quattro naturali e nove artificiali. In natura è presente nei minerali di uranio e, in particolar modo nella pechblenda. I coniugi Curie notarono che che la pechblenda emetteva radiazioni più intense di quelle dell’uranio allo stato puro. Alla conclusione di un lavoro particolarmente impegnativo i coniugi Curie riuscirono a estrarre da tale minerale due elementi radioattivi il radio che ha una radioattività 400 volte più radioattiva dell’uranio e il polonio. Il radio fu separato per la prima volte sotto forma di cloruro nel 1898 e solo nel 1910 allo stato puro. L’isotopo più stabile del radio è il radio-226 che ha un tempo di dimezzamento di 1601 anni. A causa della sua grande instabilità, il radio è luminescente, e emette una radiazione di un azzurro tenue. L’inalazione e l’esposizione al radio possono causare gravi malattie e cancro.

Un quadro del comportamento dei metalli appartenenti a questo gruppo può essere desunto da un esame comparato dei dati riportati in tabella:

Nome Berillio Magnesio Calcio Stronzio Bario Radio
Simbolo Be Mg Ca Sr Ba Ra
Numero atomico 4 12 20 38 56 88
Configurazione elettronica [He] 2s2 [Ne]3s2 [Ar]4s2 [Kr]5s2 [Xe]6s2 [Rn]7s2
Peso atomico 9.01 24.30 40.08 87.62 137.34 226
Potenziale di I ionizzazione (eV) 9.32 7.65 6.11 5.69 5.21 5.28
Potenziale di II ionizzazione (eV) 18.21 15.03 11.87 11.03 10.0 10.15
 Forma cristallina ec* ec cfc* cfc ccc* ccc
Raggio metallico Å 1.12 1.60 1.97 2.13 2.17 ~ 2.3
Raggio ionico M2+ Å 0.35 0.65 0.99 1.13 1.35 1.43
Potenziale di riduzione(V) -1.85 -2.37 -2.87 -2.89 -2.91 -2.92
Punto di fusione 1287 °C 649 °C 839 °C 768 °C 727 °C 700 °C
Punto di ebollizione ~ 2500 °C 1105 °C 1494 °C 1381 °C 1849 °C 1700 °C
Densità g/mL 1.85 1.74 1.55 2.6 3.8 5.5

ec = reticolo esagonale compatto

cfc = reticolo cubico a facce centrate

ccc = reticolo cubico a corpo centrato

Autore: Chimicamo

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