Chimie du béryllium atypique du groupe 2

Lorsque le béryllium forme un ion 2+, il perd les 2 électrons de l’orbitale 2s. Cela laisse le niveau 2 complètement vide.

Les orbitales du niveau 2 se réorganisent (s’hybrident) pour former quatre orbitales égales, chacune pouvant accepter une paire d’électrons solitaires d’une molécule d’eau. Dans le schéma suivant, les électrons 1s ont été laissés de côté. Ils ne sont pas pertinents pour la liaison.

Chaque molécule d’eau, bien sûr, possède deux paires d’électrons solitaires. Une seule d’entre elles est représentée pour ne pas encombrer le diagramme.

Notez qu’une fois que quatre molécules d’eau se sont liées de cette façon, il n’y a plus d’espace disponible au niveau de la liaison. Toutes les orbitales vides de l’ion béryllium d’origine sont utilisées.

Les molécules d’eau s’arrangent pour s’éloigner le plus possible – ce qui pointe vers les coins d’un tétraèdre. L’ion a donc une forme tétraédrique.

L’hydratation du magnésium

On pourrait penser que le magnésium se comporterait de la même façon, mais au niveau 3, il y a des orbitales 3d disponibles ainsi que 3s et 3p.

Lorsque l’ion magnésium est formé, il laisse des orbitales 3s, 3p et 3d vides. Lorsque cet ion est hydraté, il utilise l’orbitale 3s, les trois orbitales 3p et deux des orbitales 3d. Celles-ci sont réorganisées pour laisser un total de six orbitales vides qui sont alors utilisées pour la liaison.

Pourquoi le magnésium s’arrête-t-il à la fixation de six eaux ? Pourquoi n’utilise-t-il pas aussi les orbitales 3d restantes ? Vous ne pouvez pas physiquement faire tenir plus de six molécules d’eau autour du magnésium – elles prennent trop de place.

Qu’en est-il des autres ions du groupe 2 ?

Lorsque les ions deviennent plus grands, ils ont moins tendance à former des liaisons de coordination appropriées avec les molécules d’eau. Les ions deviennent si gros qu’ils ne sont pas suffisamment attirés par les paires solitaires des molécules d’eau pour former des liaisons formelles – au lieu de cela, les molécules d’eau ont tendance à se regrouper de façon plus lâche autour des ions positifs.

Lorsqu’ils forment des liaisons de coordination avec l’eau, cependant, ils seront de coordination 6 tout comme le magnésium.

L’hydroxyde de béryllium est amphotère

Amphotère signifie qu’il peut réagir avec les acides et les bases pour former des sels.

Les autres hydroxydes du groupe 2

Les autres hydroxydes des métaux du groupe 2 sont tous basiques. Ils réagissent avec les acides pour former des sels. Par exemple:

L’hydroxyde de calcium réagit avec l’acide chlorhydrique dilué pour donner du chlorure de calcium et de l’eau.

L’hydroxyde de béryllium

L’hydroxyde de béryllium réagit avec les acides, formant des solutions de sels de béryllium. Par exemple :

Mais il réagit également avec les bases telles que la solution d’hydroxyde de sodium. L’hydroxyde de béryllium réagit avec l’hydroxyde de sodium pour donner une solution incolore de tétrahydroxoberyllate de sodium.

Ceci contient l’ion complexe, 2-. Le nom décrit cet ion. Tétra signifie quatre ; hydroxo fait référence aux groupes OH ; beryllate montre que le béryllium est présent dans un ion négatif. La terminaison « ate » montre toujours que l’ion est négatif.

Regardons cela comme un schéma d’écoulement simple, en partant des ions béryllium en solution:

Ceci montre que si vous ajoutez des ions hydroxyde aux ions béryllium en solution, vous obtenez d’abord un précipité d’hydroxyde de béryllium. Mais si on ajoute plus d’ions hydroxyde, le précipité se dissout à nouveau pour donner une solution contenant des ions tétrahydroxoberyllate.

L’hydroxyde de béryllium réagit avec une base (les ions hydroxyde), et doit donc avoir des propriétés acides.

Mais si on ajoute de l’acide aux ions tétrahydroxoberyllate, on obtient à nouveau le précipité d’hydroxyde de béryllium. Et si vous ajoutez encore plus d’acide, vous revenez aux ions béryllium originaux en solution.

Parce que l’hydroxyde de béryllium réagit avec l’acide, il doit avoir des propriétés basiques ainsi que des propriétés acides – il est amphotère.

Une explication simple de ce qui se passe

Nous devons regarder à nouveau ceci, mais en pensant à l’ion béryllium en solution de façon plus détaillée – en d’autres termes comme Be(H2O)42+.

Le très petit ion béryllium chargé positivement au centre du complexe attire les électrons des molécules d’eau vers lui – on dit qu’il a un effet polarisant fort sur les molécules d’eau.

Le béryllium a un effet polarisant si fort sur les molécules d’eau que les ions hydrogène en sont très facilement éliminés.

La solution d’hydroxyde de sodium contient des ions hydroxyde qui sont des bases puissantes. Si vous ajoutez juste la bonne quantité de solution d’hydroxyde de sodium, vous obtenez un précipité de ce qui est normalement appelé « hydroxyde de béryllium » – mais qui est structurellement un peu plus compliqué que cela !

Le produit (autre que l’eau) est un complexe neutre, et il est lié de manière covalente. Tout ce qui est arrivé à l’ion complexe d’origine est que deux ions hydrogène ont été retirés des molécules d’eau.

On obtient un précipité du complexe neutre en raison de l’absence de charge sur celui-ci. Il n’y a pas assez d’attraction entre ce complexe neutre et les molécules d’eau pour l’amener en solution.

Que se passe-t-il si vous ajoutez plus d’ions hydroxyde ?

L’ajout d’ions hydroxyde au complexe neutre tire plus d’ions hydrogène des molécules d’eau pour donner l’ion tétrahydroxoberyllate :

L’hydroxyde de béryllium se dissout car le complexe neutre est transformé en un ion qui sera suffisamment attiré par les molécules d’eau.

Que se passe-t-il si l’on ajoute un acide au précipité d’hydroxyde de béryllium (le complexe neutre) ?

Les ions hydrogène qui avaient été initialement retirés sont simplement remplacés. Le précipité se dissout alors que l’ion béryllium hydraté d’origine se reforme.

Regardons à nouveau ce schéma d’écoulement afin de pouvoir le comparer à celui qui précède :

L’hydroxyde de béryllium (le complexe neutre) est amphotère car il peut réagir avec une base et un acide. Dans chaque cas, tout ce qui se passe, c’est que vous enlevez des ions hydrogène des molécules d’eau, ou que vous les remplacez.

Pourquoi cela ne se produit-il pas avec, par exemple, l’hydroxyde de calcium ?

L’hydroxyde de calcium est véritablement ionique – et contient des ions hydroxydes simples, OH-. Ceux-ci réagissent avec les ions hydrogène d’un acide pour former de l’eau – et donc l’hydroxyde réagit avec les acides.

Cependant, il n’y a pas d’équivalent au complexe neutre. Ajouter plus d’ions hydroxydes d’une base n’a aucun effet car ils n’ont rien avec quoi réagir.