Química do berílio atípico do Grupo 2
Quando o berílio forma um íon 2+ perde os 2 elétrons no orbital 2s. Isso deixa os 2 níveis completamente vazios.
Os 2 níveis orbitais reorganizam-se (hibridizar) para fazer quatro orbitais iguais, cada um dos quais pode aceitar um par único de electrões de uma molécula de água. No próximo diagrama, os elétrons 1s foram deixados de fora. Eles não são relevantes para a ligação.
Cada molécula de água, claro, tem dois pares solitários de elétrons. Apenas um deles é mostrado para evitar a aglomeração do diagrama.
Notem que uma vez que quatro moléculas de água se ligaram desta forma, não há mais espaço disponível no nível de ligação. Todas as orbitais vazias do íon berílio original estão sendo usadas.
As moléculas de água se organizam para se afastarem o máximo possível – o que está apontando para os cantos de um tetraedro. O íon portanto tem uma forma tetraédrica.
A hidratação do magnésio
Você pode pensar que o magnésio se comportaria da mesma forma, mas no nível 3 há orbitais 3d disponíveis assim como 3s e 3p.
Quando o íon de magnésio é formado, ele deixa orbitais 3s, 3p e 3d vazios. Quando esse íon é hidratado, ele usa as orbitais 3s, as três orbitais 3p e duas orbitais 3d. Estes são reorganizados para deixar um total de seis orbitais vazios que são então utilizados para colagem.
Por que o magnésio pára ao anexar seis águas? Por que não usa também as orbitais 3d restantes? Você não pode encaixar fisicamente mais de seis moléculas de água ao redor do magnésio – elas ocupam muito espaço.
E quanto aos outros íons do Grupo 2?
Como os íons ficam maiores, há menos tendência para eles formarem ligações coordenadas adequadas com as moléculas de água. Os iões tornam-se tão grandes que não são suficientemente atraentes para os pares solitários nas moléculas de água para formar ligações formais – em vez disso, as moléculas de água tendem a agrupar-se mais frouxamente em torno dos iões positivos.
Onde eles formam ligações coordenadas com a água, no entanto, eles serão 6-coordenados tal como o magnésio.
O hidróxido de berílio é anfotérico
Anfotérico significa que ele pode reagir com ácidos e bases para formar sais.
Os outros hidróxidos do Grupo 2
Os outros hidróxidos dos metais do Grupo 2 são todos básicos. Eles reagem com os ácidos para formar sais. Por exemplo:
O hidróxido de cálcio reage com ácido clorídrico diluído para dar cloreto de cálcio e água.
Hidróxido de berílio
O hidróxido de berílio reage com ácidos, formando soluções de sais de berílio. Por exemplo:
Mas também reage com bases como a solução de hidróxido de sódio. O hidróxido de berílio reage com o hidróxido de sódio para dar uma solução incolor de tetrahidroxoberilato de sódio.
Este contém o ião complexo, 2-. O nome descreve este íon. Tetra significa quatro; hidroxo refere-se aos grupos OH; berilato mostra que o berílio está presente em um íon negativo. O final “comido” mostra sempre que o íon é negativo.
Vejamos isto como um esquema de fluxo simples, começando pelos íons berílio em solução:
Isto mostra que se você adicionar íons hidróxido aos íons berílio em solução, você primeiro recebe um precipitado de hidróxido de berílio. Mas se você adicionar mais íons de hidróxido o precipitado se dissolve novamente para dar uma solução contendo íons tetrahidroxoberilato.
O hidróxido de berílio reage com uma base (íons de hidróxido), e assim deve ter propriedades ácidas.
Mas se você adicionar ácido aos íons tetrahidroxoberilato, você recebe o precipitado de hidróxido de berílio de volta. E se você adicionar ainda mais ácido, você volta para os íons berílio original em solução.
Porque o hidróxido de berílio reage com ácido, ele deve ter propriedades básicas bem como propriedades ácidas – é anfotérico.
Uma explicação simples do que está acontecendo
Precisamos olhar para isso novamente, mas pensando no íon berílio em solução com mais detalhes – em outras palavras, como Be(H2O)42+.
O ião berílio muito pequeno com carga positiva no centro do complexo puxa os electrões das moléculas de água para si mesmo – dizemos que tem um forte efeito polarizador nas moléculas de água.
O berílio tem um efeito tão fortemente polarizador nas moléculas de água que os iões de hidrogénio são muito facilmente removidos delas.
A solução de hidróxido de sódio contém iões de hidróxido que são bases poderosas. Se você adicionar apenas a quantidade certa de solução de hidróxido de sódio, você obtém um precipitado do que normalmente é chamado “hidróxido de berílio” – mas que é estruturalmente um pouco mais complicado que isso!
O produto (além da água) é um complexo neutro, e está covalentemente ligado. Tudo o que aconteceu com o íon complexo original é que dois íons de hidrogênio foram removidos das moléculas de água.
Você recebe um precipitado do complexo neutro por causa da falta de carga sobre ele. Não há atração suficiente entre este complexo neutro e as moléculas de água para levá-lo à solução.
O que acontece se você adicionar mais íons hidróxidos?
Adicionar mais iões de hidróxido ao complexo neutro retira mais iões de hidrogénio das moléculas de água para dar ao ião tetrahidroxoberilato:
O hidróxido de berílio dissolve-se porque o complexo neutro é convertido num ião que será suficientemente atraído pelas moléculas de água.
O que acontece se você adicionar um ácido ao precipitado de hidróxido de berílio (o complexo neutro)?
Os íons de hidrogênio que foram originalmente removidos são simplesmente substituídos. O precipitado dissolve-se à medida que o ião de berílio hidratado original é re-formado.
Vejamos isto novamente como um esquema de fluxo para que possa comparar com o acima:
O hidróxido de berílio (o complexo neutro) é anfotérico porque pode reagir com uma base e um ácido. Em cada caso, tudo o que está acontecendo é que você está retirando íons de hidrogênio das moléculas de água, ou substituindo-as.
Por que isso não acontece, por exemplo, com o hidróxido de cálcio?
O hidróxido de cálcio é verdadeiramente iônico – e contém íons de hidróxido simples, OH-. Estes reagem com íons de hidrogênio de um ácido para formar água – e assim o hidróxido reage com ácidos.
No entanto, não há nenhum equivalente ao complexo neutro. Adicionar mais íons de hidróxido de uma base não tem efeito porque eles não têm nada para reagir com.