- 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
Grupo 2
A-Level Química · Tema 10
8:01
Grupo 2
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
Los metales del Grupo 2
Syllabus
Fuente: Plan de estudios Cambridge International
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.
Reacciones de los elementos
Con oxígeno, se queman formando un óxido:
$$2\text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{MgO}$$
Con agua, forman un hidróxido e hidrógeno. La reacción se acelera al bajar por el grupo:
$$\text{Ca} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Ca(OH)}_2 + \text{H}_2$$
El magnesio es lento con agua fría pero reacciona rápidamente con vapor de agua, dando $\text{MgO}$ y $\text{H}_2$.
Con ácido clorhídrico o sulfúrico diluido, forman una sal e hidrógeno:
$$\text{Mg} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + \text{H}_2 \qquad \text{Mg} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{MgSO}_4 + \text{H}_2$$
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:
$$\text{MgO} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Mg(OH)}_2 \qquad \text{Mg(OH)}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{MgCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O}$$
Los carbonatos 碳酸盐 reaccionan con ácidos diluidos para dar una sal, agua y dióxido de carbono:
$$\text{CaCO}_3 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{CaCl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$$
Descomposición térmica
La descomposición térmica 热分解 significa descomponer un compuesto calentándolo.
- los carbonatos se descomponen en el óxido y dióxido de carbono:
$$\text{CaCO}_3 \rightarrow \text{CaO} + \text{CO}_2$$
- los nitratos 硝酸盐 se descomponen en el óxido, gas dióxido de nitrógeno marrón y oxígeno:
$$2\text{Ca(NO}_3)_2 \rightarrow 2\text{CaO} + 4\text{NO}_2 + \text{O}_2$$
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.
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) |
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.
Explorar
Escalera de reactividad del grupo 2
Desciende por el Grupo 2 y observa por qué las reacciones se vuelven más vigorosas.
Explorar
Laboratorio de tendencias del Grupo 2
Comparar las tendencias de estabilidad térmica y solubilidad en el Grupo 2.
Vocabulario
Entrenar
| Inglés | Chino | Pinyin |
|---|---|---|
| group/ɡruːp/ | 族 | zú |
| reactivity/rɪəkˈtɪvɪti/ | 反应活性 | fǎn yìng huó xìng |
| sulfate/ˈsʌlfeɪt/ | 硫酸盐 | liú suān yán |
| oxide/ˈɒksaɪd/ | 氧化物 | yǎng huà wù |
| hydroxide/haɪˈdrɒksaɪd/ | 氢氧化物 | qīng yǎng huà wù |
| carbonate/ˈkɑːbəneɪt/ | 碳酸盐 | tàn suān yán |
| thermal decomposition/ˈθɜːml ˌdiːkɒmpəˈzɪʃn/ | 热分解 | rè fēn jiě |
| nitrate/ˈnaɪtreɪt/ | 硝酸盐 | xiāo suān yán |
| thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ | 热稳定性 | rè wěn dìng xìng |
| solubility/ˌsɒljuːˈbɪlɪti/ | 溶解度 | róng jiě dù |
10.1
Consejos para el examen
- 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).
Lecciones interactivas sobre este tema
Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.