Compuestos del Grupo 2

Compuestos del grupo 2: significado y ejemplos

En primer lugar, respondamos a una pregunta básica: ¿qué son los compuestos del grupo 2?

Los elementosdel grupo 2 también se conocen como metales alcalinotérreos y forman parte del bloque s de la tabla periódica. Todos tienen dos electrones en su capa más externa.

Fig. 1: Diagrama de la tabla periódica, en el que se destacan los metales del grupo 2. Originales de StudySmarter

Cuando los átomos metálicos del grupo 2 reaccionan para formar iones, pierden sus dos electrones exteriores y forman cationes positivos con una carga de +2. Estos cationes pueden enlazarse con varios metales del grupo 1. Estos cationes pueden enlazarse con una serie de aniones negativos, formando compuestos con infinidad de propiedades y usos diferentes. Los aniones negativos de los compuestos del grupo 2 siempre tienen una carga total combinada de -2.

Aquí tienes ejemplos de compuestos del grupo 2. Hemos utilizado la letra M para representar un metal general del grupo 2:

• Hidróxidos, M(OH₎₂.
• Carbonatos, _MCO3.
• Sulfatos, _MSO4.
• Nitratos, M(_NO3)2.

Propiedades de los compuestos del grupo 2

Ya sabemos qué son los compuestos del grupo 2. Pero, ¿cómo se comportan y en qué se diferencian? Vamos a estudiarlo teniendo en cuenta sus propiedades y reacciones. Para empezar, veremos las propiedades de los compuestos del grupo 2, entre las que se incluyen:

• Solubilidad.
• Estabilidad térmica.

Solubilidad

Si alguna vez te han hecho una radiografía del tubo digestivo, probablemente hayas ingerido antes una ración de sulfato de bario (_BaSO4). Este compuesto blanco del grupo 2 es insoluble en agua y por eso aparece en la radiografía, ayudando a delinear las características de tu intestino. No podrías utilizar sulfato de magnesio (_MgSO4), otro compuesto del grupo 2, para este fin, ya que es mucho más soluble en agua. En su lugar, utilizamos sulfato de magnesio en sales de baño y acuarios marinos, para aumentar las concentraciones de ^Mg2+ acuoso. A continuación investigaremos la solubilidad de los compuestos del grupo 2, incluyendo las tendencias observables y su explicación.

Tendencia

Tal vez puedas adivinar por la información anterior que los sulfatos del grupo 2 se vuelven menos solubles a medida que desciendes por el grupo en la tabla periódica. Sin embargo, otros compuestos del grupo 2 muestran tendencias de solubilidad diferentes:

• Como hemos dicho, la solubilidad de los sulfatos del grupo 2 disminuye a medida que se desciende de grupo en la tabla periódica.
• En cambio, la solubilidad de los hidróxidos del grupo 2 aumenta a medida que se desciende en el grupo.

Por ejemplo, he aquí una ecuación que representa la disolución de un hidróxido soluble del grupo 2, el hidróxido de bario:

$$Ba(OH)_2(s)\Nen flecha recta Ba^{2+}(aq)+2OH^-(aq)$$

Hemos resumido esta información en una práctica tabla para ti:

Fig. 2: Tabla que muestra la tendencia de la solubilidad de los hidróxidos y sulfatos del grupo 2.StudySmarter Originals

Explicación

La solubilidad depende del cambio de entalpía de disolución del compuesto(_ΔHs°). Cuanto más positivo (más endotérmico ) sea el cambio de entalpía, menos soluble será el compuesto. El cambio de entalpía de la solución se ve afectado a su vez por la entalpía de red del compuesto(_ΔHL°) y el cambio total de entalpía de hidratación (_ΔHh°) de los iones del compuesto. Cuanto mayor sea la magnitud de la entalpía de red y menor la magnitud de los cambios de entalpía de hidratación combinados, más positivo será el cambio de entalpía global de la solución y, por tanto, menos soluble será el compuesto.

Consideremos la entalpía de solución de los sulfatos del grupo 2:

• La entalpía de red disminuye en magnitud a medida que se desciende en el grupo 2 de la tabla periódica. Esto se debe a que el tamaño del catión metálico del grupo 2 aumenta, pero su carga permanece igual, lo que reduce su densidad de carga global y su atracción por el anión sulfato.
• La entalpía de hidratación del catión metálico del grupo 2 también disminuye en magnitud a medida que se desciende en el grupo. Esto se debe de nuevo al tamaño relativo de los iones.
• Sin embargo, la entalpía de red disminuye en pasos relativamente pequeños. Esto se debe al gran tamaño de los iones sulfato en comparación con el tamaño de los cationes metálicos. Por otro lado, la entalpía de hidratación disminuye en pasos relativamente grandes. Esto significa que, en general, el cambio de entalpía de la solución aumenta(se hace más endotérmico) a medida que se desciende en el grupo de la tabla periódica. Por tanto, aumenta la solubilidad.

Fig. 3: Diagrama de entalpía que explica la tendencia de la solubilidad de los sulfatos del grupo 2.StudySmarter Originals

Principios similares se aplican a la solubilidad de los hidróxidos del grupo 2, pero con un resultado diferente:

• La entalpía de red vuelve a disminuir en magnitud a medida que se desciende por el grupo en la tabla periódica.
• La entalpía combinada de hidratación también disminuye en magnitud a medida que se desciende en el grupo.
• Sin embargo, las entalpías de red disminuyen en pasos mayores que las entalpías combinadas de hidratación debido al tamaño relativamente pequeño del ion hidróxido en comparación con el catión metálico positivo. Esto significa que, en general, el cambio de entalpía de la solución disminuye (se hace menos endotérmico) a medida que se desciende por el grupo en la tabla periódica. Por tanto, aumenta la solubilidad.

Fig. 4: Diagrama de entalpía que explica la tendencia de la solubilidad de los hidróxidos del grupo 2.StudySmarter Originals

Estabilidad térmica

A continuación, vamos a conocer las estabilidades térmicas de los compuestos del grupo 2.

Tendencia

Por suerte para ti, sólo tienes que recordar una tendencia para la estabilidad térmica tanto de los nitratos como de los carbonatos del grupo 2:

• La estabilidad térmica de los nitratos del grupo 2 aumenta a medida que desciendes por el grupo en la tabla periódica.
• Del mismo modo, la estabilidad térmica de los carbonatos del grupo 2 también aumenta a medida que se desciende en el grupo.

Esto significa que los nitratos y carbonatos del grupo 2 necesitan calentarse a temperaturas más altas antes de descomponerse, a medida que desciendes del magnesio al bario en la tabla periódica. Los nitratos del grupo 2 se descomponen térmicamente en óxidos metálicos (MO), dióxido de nitrógeno (_NO2) y oxígeno (_O2), mientras que los carbonatos del grupo 2 se descomponen térmicamente sólo en óxidos metálicos (MO) y dióxido de carbono (_CO2).

Por ejemplo, he aquí las ecuaciones que muestran la descomposición térmica del nitrato de magnesio (Mg(_NO3)2) y del carbonato de magensio (_MgCO3):

$$2Mg(NO_3)_2(s)\$ flecha recta 2MgO(s)+4NO_2(g)+O_2(g)$$

$$MgCO_3(s)$$ Flecha derecha MgO(s)+CO_2(g)$$

Una vez más, aquí tienes una tabla que resume la nueva información:

Fig. 5: Tabla que resume las tendencias de la estabilidad térmica de los nitratos y carbonatos del grupo 2.StudySmarter Originals

Explicación

La estabilidad térmica depende del cambio de entalpía de la reacción de descomposición (_ΔH°r). Cuanto más positivo sea el cambio de entalpía, más estable térmicamente será el compuesto, y mayor será la temperatura que necesite para descomponerse térmicamente. Pero, ¿cuál es la causa de las diferencias en el cambio de entalpía de la reacción de descomposición? Todo depende del tamaño del catión del grupo 2 y de su capacidad de polarización relativa. Veremos esto en términos de carbonatos del grupo 2, pero las mismas ideas se aplican a los nitratos del grupo 2.

• Cuando los carbonatos se descomponen térmicamente, uno de los enlaces C-O del ion carbonato ^CO32- se rompe, liberando_CO2.
• A medida que se desciende en el grupo 2 de la tabla periódica, aumenta el tamaño de los cationes metálicos.
• Sin embargo, todos los cationes metálicos del grupo 2 tienen la misma carga. Esto significa que a medida que desciendes en el grupo,la densidad de carga disminuye. En consecuencia, disminuye la capacidad polarizadora del ion.
• Los iones metálicos más pequeños polarizan mucho mejor a otras especies que los cationes metálicos más grandes. Así, los cationes más pequeños del grupo 2 son más capaces de polarizar el ion carbon ato que los cationes más grandes del grupo 2, debilitando uno de los enlaces C-O del ion carbonato. Esto hace que el enlace sea más fácil de romper.
• Como resultado, el ion carbonato se descompone térmicamente con mucha más facilidad.
• Por tanto, los carbonatos metálicos del grupo 2 con cationes metálicos más pequeños son mucho menos estables térmicamente que los que tienen cationes metálicos más grandes, por lo que la estabilidad térmica aumenta a medida que se desciende en el grupo.

Reacciones de los compuestos del grupo 2

¿Conoces las aplicaciones del compuesto del grupo 2 cloruro de calcio (_CaCl2)? Por ejemplo, incluso sólo en la industria alimentaria, se utiliza de diversas formas:

• Para ayudar a dar firmeza a la fruta en conserva y al tofu, una fuente común de proteínas de origen vegetal.
• En bebidas deportivas como electrolito.
• Gracias a su sabor salado, también se utiliza para dar sabor a los encurtidos sin aumentar su contenido en sodio.

El cloruro cálcico se fabrica haciendo reaccionar compuestos del grupo 2 con ácido clorhídrico diluido. Exploremos ahora más a fondo esta reacción, junto con otras reacciones de los compuestos del grupo 2. Veremos cómo reaccionan los óxidos (MO), los hidróxidos (M(OH)₂) y los carbonatos (_MCO3) del grupo 2 con el agua, el ácido clorhídrico y el ácido sulfúrico.

Reacción con el agua

Ya hemos visto cómo reaccionan los hidróxidos del grupo 2 con elagua: se disuelven con solubilidad variable. Pero aún no hemos visto las reacciones de los óxidos o carbonatos del grupo 2 con el agua:

• Los óxidosdel grupo 2 reaccionan con el agua para formar un hidróxido, M(OH)₂.
• Los hidróxidos del grupo 2 se disuelven en agua con solubilidad variable. La solubilidad aumenta a medida que se desciende por el grupo en la tabla periódica. Las soluciones también se vuelven cada vez más alcalinas, lo que da el nombre alternativo a los elementos del grupo 2: los metales alcalinos.
• Por otra parte, los carbonatos del grupo 2 son insolubles en agua: no reaccionan en absoluto.

He aquí una ecuación general para la reacción de un óxido del grupo 2 con el agua:

$$MO(s)+H_2O(l)\Nen flecha recta M(OH)_2(aq)$$

Reacción con el ácido clorhídrico

Los óxidos, hidróxidos y carbonatos del grupo 2 reaccionan con ácido clorhídrico diluido para formar una sal de cloruro (_MCl2), junto con otros productos:

• Los óxidos del grupo 2 reaccionan con el ácido clorhídrico diluido para formar una sal de cloruro y agua.
• Los hidróxidos del grupo 2 también reaccionan con el ácido clorhídrico diluido para formar una sal de cloruro y agua.
• Loscarbonatos del grupo 2 reaccionan con el ácido clorhídrico diluido para formar una sal de cloruro, agua y dióxido de carbono.

Los cloruros del grupo 2 son muy solubles, por lo que todos los compuestos se disuelven fácilmente en solución. He aquí la ecuación general para la reacción de un hidróxido del grupo 2 con ácido clorhídrico:

$$M(OH)_2(aq)+2HCl(aq)\Nen flecha recta MCl_2(aq)+2H_2O(l)$$

Reacción con ácido sulfúrico

Por último: ¿cómo reaccionan los óxidos, hidróxidos y carbonatos del grupo 2 con el ácido sulfúrico diluido? Es sencillo: producen sales de sulfato. Una vez más, los productos adicionales varían.

• Los ó xidos del grupo 2 reaccionan con el ácido sulfúrico diluido para formar una sal de sulfato y agua.
• Los hidróxidos del grupo 2 también reaccionan con el ácido sulfúrico diluido para formar una sal de sulfato y agua .
• Loscarbonatos del grupo 2 reaccionan con el ácido sulfúrico diluido para formar una sal de sulfato, agua y dióxido de carbono.

El alcance de la reacción depende de la solubilidad del sulfato formado y de si el reactivo es sólido o no. Si el sulfato metálico es insoluble, precipita fuera de la solución y sobre la superficie de cualquier reactante sólido. Esto impide que se produzca cualquier otra reacción. En cambio, si el sulfato formado es soluble, la reacción continúa.

He aquí cómo reaccionan los carbonatos del grupo 2 con el ácido sulfúrico para producir un sulfato soluble:

_$$MCO3(S)+H_2SO_4(aq)\Nen flecha recta MSO_4(aq)+H_2O(l)+CO_2(g)$$

Resumen

Para ayudarte a consolidar tu aprendizaje, hemos elaborado una práctica tabla que reúne las distintas reacciones de los compuestos del grupo 2:

Usos de los compuestos del grupo 2

Para terminar el artículo, vamos a hablar de algunos usos de los compuestos comunes del grupo 2. Sin embargo, recuerda que esta lista no es exhaustiva: ¡los compuestos del grupo 2 tienen cientos de aplicaciones diferentes! Abarcan todo tipo de industrias, desde la sanitaria y la farmacéutica hasta la agricultura y la construcción:

• Elóxido de magnesio (MgO) es un sólido blanco y puede utilizarse como cerámica resistente al calor para revestir hornos, debido a su altísima temperatura de fusión.
• El MgO se convierte en hidróxido de magnesio (Mg(OH)₂) cuando reacciona con el agua. Este compuesto insoluble es el ingrediente activo de la leche de magnesia, utilizada para aliviar la indigestión.
• Elhidróxido de calcio (Ca(OH)₂) se conoce normalmente como agua de cal. Se utiliza en agricultura para aumentar el pH del suelo.
• Por otraparte, elóxido de calcio (CaO) puede utilizarse para eliminar los contaminantes de dióxido de azufre (_SO2) de los gases de combustión. El _SO2 se forma cuando se queman combustibles fósiles para producir electricidad.
• Elsulfato de bario (_BaSO4) se utiliza en medicina por su insolubilidad. Absorbe fuertemente los rayos X y se utiliza para diagnosticar trastornos de los intestinos y el estómago. Al ser insoluble, no se absorbe en el torrente sanguíneo desde el intestino.
• Elcloruro de bario acidificado (_BaCl2) se utiliza para comprobar la presencia de iones sulfato. Para ello, se añade ácido clorhídrico diluido a la solución desconocida, seguido de cloruro de bario. Si se forma un precipitado blanco de sulfato de bario insoluble, sabemos que los iones sulfato están presentes.