Química del berilio atípica del Grupo 2
Cuando el berilio forma un ion 2+ pierde los 2 electrones del orbital 2s. Esto deja el nivel 2 completamente vacío.
Los orbitales del nivel 2 se reorganizan (hibridan) para formar cuatro orbitales iguales, cada uno de los cuales puede aceptar un par solitario de electrones de una molécula de agua. En el siguiente diagrama se han omitido los electrones 1s. No son relevantes para el enlace.
Cada molécula de agua, por supuesto, tiene dos pares de electrones solitarios. Sólo se muestra uno de ellos para no saturar el diagrama.
Nota que una vez que cuatro moléculas de agua se han unido de esta manera, no hay más espacio disponible en el nivel de enlace. Se están utilizando todos los orbitales vacíos del ion berilio original.
Las moléculas de agua se organizan para estar lo más separadas posible – lo que apunta hacia las esquinas de un tetraedro. Por lo tanto, el ion tiene una forma tetraédrica.
La hidratación del magnesio
Podría pensarse que el magnesio se comportaría igual, pero en el nivel 3 hay orbitales 3d disponibles, así como 3s y 3p.
Cuando se forma el ion magnesio, deja vacíos los orbitales 3s, 3p y 3d. Cuando ese ion se hidrata, utiliza el orbital 3s, los tres orbitales 3p y dos de los orbitales 3d. Estos se reorganizan para dejar un total de seis orbitales vacíos que luego se utilizan para la unión.
¿Por qué el magnesio se detiene en la unión de seis aguas? Por qué no utiliza también los orbitales 3d restantes? Físicamente no pueden caber más de seis moléculas de agua alrededor del magnesio – ocupan demasiado espacio.
¿Qué pasa con los otros iones del grupo 2?
A medida que los iones se hacen más grandes, hay menos tendencia a que formen enlaces de coordenadas adecuados con las moléculas de agua. Los iones se hacen tan grandes que no son lo suficientemente atractivos para los pares solitarios de las moléculas de agua como para formar enlaces formales – en su lugar, las moléculas de agua tienden a agruparse más libremente alrededor de los iones positivos.
Sin embargo, cuando formen enlaces de coordenadas con el agua, serán de 6 coordenadas al igual que el magnesio.
El hidróxido de berilio es anfótero
Amfótero significa que puede reaccionar tanto con ácidos como con bases para formar sales.
Los otros hidróxidos del grupo 2
Los otros hidróxidos de los metales del grupo 2 son todos básicos. Reaccionan con los ácidos para formar sales. Por ejemplo:
El hidróxido de calcio reacciona con el ácido clorhídrico diluido para dar cloruro de calcio y agua.
Hidróxido de berilio
El hidróxido de berilio reacciona con los ácidos, formando soluciones de sales de berilio. Por ejemplo:
Pero también reacciona con bases como la solución de hidróxido de sodio. El hidróxido de berilio reacciona con el hidróxido de sodio para dar una solución incolora de tetrahidroxoberilato de sodio.
Esta contiene el ion complejo, 2-. El nombre describe este ion. Tetra significa cuatro; hidroxo se refiere a los grupos OH; berilato muestra que el berilio está presente en un ion negativo. La terminación «ate» siempre muestra que el ion es negativo.
Veamos esto como un simple esquema de flujo, empezando por los iones de berilio en solución:
Esto muestra que si se añaden iones de hidróxido a los iones de berilio en solución, primero se obtiene un precipitado de hidróxido de berilio. Pero si se añaden más iones de hidróxido, el precipitado se disuelve de nuevo para dar una solución que contiene iones de tetrahidroxoberilato.
El hidróxido de berilio reacciona con una base (iones de hidróxido), por lo que debe tener propiedades ácidas.
Pero si se añade ácido a los iones de tetrahidroxoberilato, se vuelve a obtener el precipitado de hidróxido de berilio. Y si añades aún más ácido, vuelves a los iones de berilio originales en solución.
Debido a que el hidróxido de berilio reacciona con el ácido, debe tener propiedades básicas además de ácidas – es anfótero.
Una explicación sencilla de lo que ocurre
Necesitamos ver esto de nuevo, pero pensando en el ion berilio en solución con más detalle – en otras palabras como Be(H2O)42+.
El pequeñísimo ion berilio cargado positivamente en el centro del complejo atrae hacia sí los electrones de las moléculas de agua – decimos que tiene un fuerte efecto polarizador sobre las moléculas de agua.
El berilio tiene un efecto polarizador tan fuerte sobre las moléculas de agua que los iones de hidrógeno se desprenden muy fácilmente de ellas.
La solución de hidróxido de sodio contiene iones hidróxido que son potentes bases. Si se añade la cantidad justa de solución de hidróxido de sodio, se obtiene un precipitado de lo que normalmente se llama «hidróxido de berilio» – ¡pero que es estructuralmente un poco más complicado que eso!
El producto (aparte del agua) es un complejo neutro, y está unido covalentemente. Todo lo que le ha ocurrido al ion complejo original es que se han eliminado dos iones de hidrógeno de las moléculas de agua.
Se obtiene un precipitado del complejo neutro debido a la falta de carga en él. No hay suficiente atracción entre este complejo neutro y las moléculas de agua para llevarlo a la solución.
¿Qué ocurre si se añaden más iones hidróxido?
Si se añaden más iones de hidróxido al complejo neutro se extraen más iones de hidrógeno de las moléculas de agua para dar el ion tetrahidroxoberilato:
El hidróxido de berilio se disuelve porque el complejo neutro se convierte en un ion que será suficientemente atraído por las moléculas de agua.
¿Qué ocurre si se añade un ácido al precipitado de hidróxido de berilio (el complejo neutro)?
Los iones de hidrógeno que se eliminaron originalmente son simplemente reemplazados. El precipitado se disuelve a medida que el ion de berilio hidratado original se vuelve a formar.
Veamos esto de nuevo como un esquema de flujo para que puedas compararlo con el anterior:
El hidróxido de berilio (el complejo neutro) es anfótero porque puede reaccionar con una base y un ácido. En cada caso, todo lo que ocurre es que está quitando iones de hidrógeno de las moléculas de agua, o sustituyéndolos.
¿Por qué no ocurre esto con, por ejemplo, el hidróxido de calcio?
El hidróxido de calcio es verdaderamente iónico -y contiene iones de hidróxido simples, OH-. Estos reaccionan con los iones de hidrógeno de un ácido para formar agua – y así el hidróxido reacciona con los ácidos.
Sin embargo, no hay ningún equivalente al complejo neutro. Añadir más iones de hidróxido de una base no tiene ningún efecto porque no tienen nada con lo que reaccionar.