Chimica del berillio atipica del gruppo 2
Quando il berillio forma uno ione 2+ perde i 2 elettroni nell’orbitale 2s. Questo lascia il livello 2 completamente vuoto.
Gli orbitali del livello 2 si riorganizzano (si ibridano) per fare quattro orbitali uguali, ognuno dei quali può accettare una coppia solitaria di elettroni da una molecola d’acqua. Nel prossimo diagramma gli elettroni 1s sono stati lasciati fuori. Non sono rilevanti per il legame.
Ogni molecola d’acqua, naturalmente, ha due coppie solitarie di elettroni. Solo una di esse è mostrata per evitare di ingombrare il diagramma.
Nota che una volta che quattro molecole d’acqua si sono legate in questo modo, non c’è più spazio disponibile a livello di legame. Tutti gli orbitali vuoti dello ione berillio originale vengono utilizzati.
Le molecole d’acqua si dispongono per allontanarsi il più possibile – il che significa puntare verso gli angoli di un tetraedro. Lo ione ha quindi una forma tetraedrica.
L’idratazione del magnesio
Potresti pensare che il magnesio si comporti allo stesso modo, ma al livello 3 ci sono orbitali 3d disponibili oltre a 3s e 3p.
Quando lo ione magnesio è formato, lascia orbitali 3s, 3p e 3d vuoti. Quando questo ione è idratato, utilizza l’orbitale 3s, tutti e tre gli orbitali 3p e due degli orbitali 3d. Questi vengono riorganizzati per lasciare un totale di sei orbitali vuoti che vengono poi utilizzati per il legame.
Perché il magnesio si ferma a legare sei acque? Perché non usa anche i rimanenti orbitali 3d? Non si possono fisicamente inserire più di sei molecole d’acqua intorno al magnesio – occupano troppo spazio.
E gli altri ioni del gruppo 2?
Quando gli ioni diventano più grandi, c’è meno tendenza a formare legami coordinati adeguati con le molecole d’acqua. Gli ioni diventano così grandi che non sono sufficientemente attraenti per le coppie solitarie sulle molecole d’acqua per formare legami formali – invece le molecole d’acqua tendono a raggrupparsi più liberamente intorno agli ioni positivi.
Dove formano legami di coordinate con l’acqua, tuttavia, saranno 6-coordinati proprio come il magnesio.
L’idrossido di berillio è anfotero
Infotero significa che può reagire sia con acidi che con basi per formare sali.
Gli altri idrossidi del gruppo 2
Gli altri idrossidi dei metalli del gruppo 2 sono tutti basici. Reagiscono con gli acidi per formare sali. Per esempio:
L’idrossido di calcio reagisce con acido cloridrico diluito per dare cloruro di calcio e acqua.
L’idrossido di berillio
L’idrossido di berillio reagisce con acidi, formando soluzioni di sali di berillio. Per esempio:
Ma reagisce anche con le basi come la soluzione di idrossido di sodio. L’idrossido di berillio reagisce con l’idrossido di sodio per dare una soluzione incolore di tetraidroxoberilato di sodio.
Questo contiene lo ione complesso, 2-. Il nome descrive questo ione. Tetra significa quattro; hydroxo si riferisce ai gruppi OH; berillato mostra che il berillio è presente in uno ione negativo. La terminazione “ate” mostra sempre che lo ione è negativo.
Guardiamo questo come un semplice schema di flusso, partendo dagli ioni berillio in soluzione:
Questo mostra che se si aggiungono ioni idrossido agli ioni berillio in soluzione, si ottiene prima un precipitato di idrossido di berillio. Ma se si aggiungono altri ioni idrossido il precipitato si dissolve di nuovo per dare una soluzione contenente ioni tetraidrossiberilato.
L’idrossido di berillio reagisce con una base (ioni idrossido), e quindi deve avere proprietà acide.
Ma se si aggiunge acido agli ioni tetraidrossiberilato, si ottiene nuovamente il precipitato di idrossido di berillio. E se si aggiunge ancora più acido, si torna agli ioni di berillio originali in soluzione.
Perché l’idrossido di berillio reagisce con l’acido, deve avere proprietà basiche così come proprietà acide – è anfotero.
Una semplice spiegazione di ciò che sta accadendo
Abbiamo bisogno di guardare ancora questo, ma pensando allo ione berillio in soluzione in modo più dettagliato – in altre parole come Be(H2O)42+.
Il piccolissimo ione berillio caricato positivamente al centro del complesso tira gli elettroni delle molecole d’acqua verso di sé – diciamo che ha un forte effetto polarizzante sulle molecole d’acqua.
Il berillio ha un effetto così fortemente polarizzante sulle molecole d’acqua che gli ioni idrogeno sono molto facilmente rimossi da esse.
La soluzione di idrossido di sodio contiene ioni idrossido che sono potenti basi. Se si aggiunge la giusta quantità di soluzione di idrossido di sodio, si ottiene un precipitato di quello che viene normalmente chiamato “idrossido di berillio” – ma che strutturalmente è un po’ più complicato di così!
Il prodotto (oltre all’acqua) è un complesso neutro, ed è legato covalentemente. Tutto ciò che è successo allo ione complesso originale è che due ioni idrogeno sono stati rimossi dalle molecole d’acqua.
Si ottiene un precipitato del complesso neutro a causa della mancanza di carica su di esso. Non c’è abbastanza attrazione tra questo complesso neutro e le molecole d’acqua per portarlo in soluzione.
Cosa succede se si aggiungono altri ioni idrossido?
L’aggiunta di più ioni idrossido al complesso neutro strappa più ioni idrogeno dalle molecole d’acqua per dare lo ione tetraidrossiberilato:
L’idrossido di berillio si dissolve perché il complesso neutro si trasforma in uno ione che sarà sufficientemente attratto dalle molecole d’acqua.
Cosa succede se si aggiunge un acido al precipitato di idrossido di berillio (il complesso neutro)?
Gli ioni idrogeno che erano stati originariamente rimossi vengono semplicemente sostituiti. Il precipitato si dissolve mentre lo ione berillio idrato originale viene riformato.
Guardiamo di nuovo questo come schema di flusso in modo da poterlo confrontare con quello sopra:
L’idrossido di berillio (il complesso neutro) è anfotero perché può reagire con una base e un acido. In ogni caso, tutto ciò che sta accadendo è che si stanno togliendo ioni idrogeno dalle molecole d’acqua, o sostituendoli.
Perché questo non accade con, per esempio, l’idrossido di calcio?
L’idrossido di calcio è veramente ionico – e contiene ioni idrossido semplici, OH-. Questi reagiscono con gli ioni idrogeno di un acido per formare acqua – e così l’idrossido reagisce con gli acidi.
Tuttavia, non c’è nessun equivalente al complesso neutro. Aggiungere più ioni idrossido da una base non ha alcun effetto perché non hanno nulla con cui reagire.