Comportamiento físico y químico

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Comportamiento físico y químico

Los elementos alcalinotérreos son muy metálicos y buenos conductores de la electricidad. Tienen un brillo blanco grisáceo cuando están recién cortados, pero se empañan fácilmente en el aire, especialmente los miembros más pesados del grupo. El berilio es lo suficientemente duro como para rayar el vidrio, pero el bario es sólo ligeramente más duro que el plomo. Los puntos de fusión (mp) y de ebullición (bp) del grupo son más altos que los de los metales alcalinos correspondientes; varían de forma irregular, teniendo el magnesio el más bajo (mp 650 °C y bp 1.090 °C ) y el berilio el más alto (mp 1.287 °C y bp unos 2.471 °C ). Los elementos cristalizan en una o más de las tres formas regulares de cristales metálicos muy compactos.

Químicamente, todos son fuertes agentes reductores. Los metales libres son solubles en amoníaco líquido, las soluciones de color azul oscuro de calcio, estroncio y bario despiertan un interés considerable porque se cree que contienen iones metálicos y las especies más inusuales, electrones solvatados, o electrones resultantes de la interacción del metal y el disolvente. Las soluciones muy concentradas de esos elementos tienen un aspecto metálico, parecido al del cobre, y la evaporación posterior produce residuos que contienen amoníaco (amoniatos), que corresponden a la fórmula general M(NH3)6. Con el tiempo, los amoniatos se descomponen para formar las amidas, M(NH2)2. Las soluciones son fuertes agentes reductores y son útiles en un número de procesos químicos.

Los átomos de los elementos alcalinotérreos tienen todos estructuras electrónicas similares, que consisten en un par de electrones (designados electrones s) en un orbital más externo, dentro del cual hay una configuración electrónica estable correspondiente a la de un gas noble. Los elementos de los gases nobles -helio (He), neón (Ne), argón (Ar), criptón (Kr), xenón (Xe) y radón (Rn)- tienen, por lo general, envolturas electrónicas completas. El estroncio tiene la configuración 1s22s22p63s23p63d104s24p65s2, que puede escribirse como 5s2. Asimismo, el berilio puede designarse como 2s2, el magnesio como 3s2, el calcio como 4s2, el bario como 6s2 y el radio como 7s2. Las líneas prominentes en los espectros atómicos de los elementos, que se obtienen cuando los elementos se calientan bajo ciertas condiciones, surgen de estados del átomo en los que uno de los dos electrones s ha sido promovido a un orbital de mayor energía.

Los electrones s se ionizan con relativa facilidad (se eliminan del átomo), y esta ionización es el rasgo característico de la química alcalina-tierra. La energía de ionización (la energía necesaria para desprender un electrón del átomo) desciende continuamente en la serie desde el berilio (9,32 electronvoltios) hasta el bario (5,21 eV); el radio, el más pesado del grupo, tiene una energía de ionización ligeramente superior (5,28 eV). Las pequeñas irregularidades observadas en el cambio, por lo demás suave, a medida que se desciende en el grupo tal y como aparece en la tabla periódica, se explican por el llenado desigual de las envolturas de los electrones en las sucesivas filas de la tabla. Los electrones s también pueden ser promovidos a orbitales p del mismo número cuántico principal (dentro de la misma cáscara) por energías similares a las requeridas para formar enlaces químicos; los átomos más ligeros son, por lo tanto, capaces de formar estructuras estables de enlaces covalentes, a diferencia del helio, que tiene la configuración electrónica análoga de 1s2.

En la mayoría de los casos la química de estos elementos está dominada por la formación y las propiedades de los iones M2+ doblemente cargados, en los que los electrones s más externos han sido despojados del átomo de metal. El ion resultante se estabiliza mediante la interacción electrostática con un disolvente, como el agua, que tiene una alta constante dieléctrica y una gran capacidad para absorber la carga eléctrica, o mediante la combinación con iones de carga opuesta en una red iónica como la que se encuentra en las sales. La energía extra necesaria para eliminar el segundo electrón s (la segunda energía de ionización es aproximadamente el doble de la primera) se compensa con creces por la energía de enlace extra presente en el ion doblemente cargado. La eliminación de un tercer electrón de un átomo alcalinotérreo, sin embargo, requeriría un gasto de energía mayor del que podría recuperarse de cualquier entorno químico conocido. Como resultado, los metales alcalinotérreos muestran un estado de oxidación no superior a +2 en sus compuestos.

Como corresponde al tamaño creciente de sus núcleos internos, los radios de los iones de los elementos alcalinotérreos aumentan constantemente desde el Be2+, que tiene un radio de 0,27 angstrom (Å; 1 Å = 10-8 cm) para un número de coordinación de 4 (es decir, con cuatro iones u otras moléculas unidas a él), hasta el Ra2+, con un radio de 1,48 Å y un número de coordinación de 8.

En la tabla se presentan algunas propiedades de los metales alcalinotérreos.