Antes de una radiografía de estómago, se pide al paciente que beba un líquido blanco espeso. Está lleno de bario —y los iones de bario son tóxicos. Tragar una sal soluble de bario…
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10.1
The Group 2 metals · Los metales del Grupo 2
Syllabus
English
describe, and write equations for, the reactions of the elements with oxygen, water and dilute hydrochloric and sulfuric acids
describe, and write equations for, the reactions of the oxides, hydroxides and carbonates with water and dilute hydrochloric and sulfuric acids
describe, and write equations for, the thermal decomposition of the nitrates and carbonates, to include the trend in thermal stabilities
describe, and make predictions from, the trends in physical and chemical properties of the elements involved in the reactions in 10.1.1 and the compounds involved in 10.1.2, 10.1.3 and 10.1.5
state the variation in the solubilities of the hydroxides and sulfates
Español
describir, y escribir ecuaciones para, las reacciones de los elementos con oxígeno, agua y ácidos clorhídrico y sulfúrico diluidos
describir, y escribir ecuaciones para, las reacciones de los óxidos, hidróxidos y carbonatos con agua y ácidos clorhídrico y sulfúrico diluidos
describir, y escribir ecuaciones para, la descomposición térmica de los nitratos y carbonatos, incluyendo la tendencia en las estabilidades térmicas
describir, y hacer predicciones basadas en, las tendencias en las propiedades físicas y químicas de los elementos implicados en las reacciones de 10.1.1 y los compuestos implicados en 10.1.2, 10.1.3 y 10.1.5
indicar la variación en las solubilidades de los hidróxidos y sulfatos
Source: Cambridge International syllabus · Fuente: Plan de estudios Cambridge International
English
Group 族 2 holds the metals magnesium, calcium, strontium and barium. They all have two outer electrons, which they lose to form $2+$ ions. Going down the group, the atoms get larger and the outer electrons are easier to lose, so the metals get more reactive — their reactivity 反应活性 increases down the group.
The thermal stability 热稳定性 of both the carbonates and the nitrates increases down the group. A larger metal ion pulls less on the carbonate or nitrate ion, so the compound is harder to break apart — it needs a higher temperature. So magnesium carbonate decomposes most easily, and barium carbonate is the hardest.
Trends in solubility
Compound
Trend in solubility 溶解度 down the group
hydroxides
increase (Mg(OH)$_2$ almost insoluble; Ba(OH)$_2$ soluble)
sulfates
decrease (MgSO$_4$ soluble; BaSO$_4$ insoluble)
From these trends you can predict the properties of the next element down, radium, and of its compounds.
Worked example.$\text{MgCO}_3$ decomposes at about $540\ °\text{C}$ and $\text{BaCO}_3$ at about $1360\ °\text{C}$. Explain the trend and predict where $\text{CaCO}_3$ sits. Going down Group 2 the cation gets larger, so its charge is spread over a bigger surface and its polarising power falls. A less polarising cation distorts the carbonate ion less, so the $\text{C-O}$ bond is weakened less and more heat is needed to break it. Thermal stability therefore increases down the group, and $\text{CaCO}_3$, lying between Mg and Ba, decomposes at an intermediate temperature of about $900\ °\text{C}$. Argue the whole chain - cation size, then polarising power, then distortion of the anion; "it is more reactive" explains nothing here.
Español
La piedra caliza es carbonato de calcio — un compuesto del metal del Grupo 2, el calcio.
El Grupo 族 2 contiene los metales magnesio, calcio, estroncio y bario. Todos tienen dos electrones en su capa externa, que pierden para formar $2+$ iones. Al bajar por el grupo, los átomos se hacen más grandes y los electrones externos son más fáciles de perder, por lo que los metales se vuelven más reactivos — su reactividad 反应活性 aumenta al descender por el grupo.
La reactividad aumenta al bajar por el Grupo 2: los átomos más grandes mantienen sus dos electrones externos con menos fuerza, por lo que se pierden con mayor facilidad.
Con ácido sulfúrico, la reacción disminuye al bajar por el grupo, porque las sulfatos 硫酸盐 formados (como $\text{BaSO}_4$) son insolubles y recubren el metal.
Reacciones de los compuestos
Los óxidos 氧化物 y los hidróxidos 氢氧化物 son básicos. Reaccionan con agua y con ácidos diluidos:
La estabilidad térmica 热稳定性 de los carbonatos y de los nitratos aumenta al descender por el grupo. Un ion metálico más grande ejerce menos atracción sobre el ion carbonato o nitrato, por lo que el compuesto es más difícil de descomponer — necesita una temperatura más alta. Así, el carbonato de magnesio se descompone con mayor facilidad, mientras que el carbonato de bario es el más difícil de descomponer.
La estabilidad térmica aumenta al descender por el grupo: un catión pequeño polariza (distorsiona) más al ion carbonato, debilitándolo para que se descomponga con mayor facilidad
Tendencias en la solubilidad
Compuesto
Tendencia de la solubilidad 溶解度 al descender por el grupo
hidróxidos
aumenta (Mg(OH)$_2$ casi insoluble; Ba(OH)$_2$ soluble)
sulfatos
disminuye (MgSO$_4$ soluble; BaSO$_4$ insoluble)
Al descender por el Grupo 2, los hidróxidos se vuelven más solubles mientras que los sulfatos se vuelven menos solubles (observar la escala logarítmica)
A partir de estas tendencias se pueden predecir las propiedades del siguiente elemento hacia abajo, el radio, y sus compuestos.
Ejemplo resuelto.$\text{MgCO}_3$ se descompone a unos $540\ °\text{C}$ y $\text{BaCO}_3$ a unos $1360\ °\text{C}$. Explique la tendencia y prediga dónde se sitúa $\text{CaCO}_3$. Al ir hacia abajo en el Grupo 2, el catión se hace más grande, por lo que su carga se distribuye sobre una superficie mayor y su poder polarizante disminuye. Un catión menos polarizante distorsiona menos al ion carbonato, por lo que el enlace $\text{C-O}$ se debilita menos y se necesita más calor para romperlo. Por tanto, la estabilidad térmica aumenta al descender por el grupo, y $\text{CaCO}_3$, situado entre Mg y Ba, se descompone a una temperatura intermedia de aproximadamente $900\ °\text{C}$. Argumente toda la cadena —tamaño del catión, luego poder polarizante, luego distorsión del anión—; "es más reactivo" no explica nada aquí.
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Escalera de reactividad del grupo 2
Desciende por el Grupo 2 y observa por qué las reacciones se vuelven más vigorosas.
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Laboratorio de tendencias del Grupo 2
Comparar las tendencias de estabilidad térmica y solubilidad en el Grupo 2.
Reactivity increases down Group 2: ionisation energy falls as atoms get larger, so electrons are lost more easily.
Reactions with water become more vigorous down the group; Mg reacts slowly with cold water but fast with steam (→ MgO).
Hydroxides get more soluble down the group; sulfates get less soluble ($\text{BaSO}_4$ insoluble — the basis of the sulfate test).
Write equations with the correct $+2$ ion and state the observations (fizzing, dissolving).
Español
La reactividad aumenta hacia abajo en el Grupo 2: la energía de ionización disminuye a medida que los átomos crecen, por lo que los electrones se pierden con mayor facilidad.
Las reacciones con el agua se vuelven más vigorosas al descender por el grupo; el Mg reacciona lentamente con agua fría pero rápidamente con vapor (→ MgO).
Los hidróxidos se vuelven más solubles al descender por el grupo; los sulfatos se vuelven menos solubles ($\text{BaSO}_4$ insoluble — base de la prueba de sulfatos).
Escriba ecuaciones con el ion correcto $+2$ y mencione las observaciones (efervescencia, disolución).
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