Chimia beriliului atipică pentru grupa 2

Când beriliul formează un ion 2+, pierde cei 2 electroni din orbitalul 2s. Acest lucru lasă nivelul 2 complet gol.

Orbitalele nivelului 2 se reorganizează (se hibridizează) pentru a forma patru orbitali egali, fiecare dintre aceștia putând accepta o pereche de electroni solitari de la o moleculă de apă. În următoarea diagramă, electronii 1s au fost omisi. Ei nu sunt relevanți pentru legătură.

Care moleculă de apă are, desigur, două perechi de electroni solitari. Doar una dintre ele este prezentată pentru a evita aglomerarea diagramei.

Rețineți că, odată ce patru molecule de apă s-au legat în acest fel, nu mai există spațiu disponibil la nivelul legăturii. Toți orbitalii goi de la ionul de beriliu inițial sunt folosiți.

Molculele de apă se aranjează pentru a se distanța cât mai mult posibil – ceea ce indică spre colțurile unui tetraedru. Prin urmare, ionul are o formă tetraedrică.

Hidratarea magneziului

Ați putea crede că magneziul s-ar comporta la fel, dar la nivelul 3 există orbitali 3d disponibili, precum și 3s și 3p.

Când se formează ionul de magneziu, acesta lasă orbitali 3s, 3p și 3d goi. Când acest ion este hidratat, el folosește orbitalul 3s, toți cei trei orbitali 3p și doi dintre orbitalii 3d. Aceștia sunt reorganizați pentru a lăsa un total de șase orbitali goi care sunt apoi folosiți pentru legare.

De ce se oprește magneziul la fixarea a șase ape? De ce nu folosește și orbitalii 3d rămași? Nu se pot potrivi fizic mai mult de șase molecule de apă în jurul magneziului – acestea ocupă prea mult spațiu.

Ce se întâmplă cu ceilalți ioni din grupa 2?

Cu cât ionii devin mai mari, există o tendință mai mică pentru ei de a forma legături coordonate adecvate cu moleculele de apă. Ionii devin atât de mari încât nu sunt suficient de atractivi pentru perechile singuratice de pe moleculele de apă pentru a forma legături formale – în schimb, moleculele de apă tind să se grupeze mai lejer în jurul ionilor pozitivi.

Dar acolo unde formează legături coordonate cu apa, totuși, vor fi coordinați 6, la fel ca magneziul.

Hidroxidul de beriliu este amfoteric

Amfoteric înseamnă că poate reacționa atât cu acizii cât și cu bazele pentru a forma săruri.

Celelalte hidroxizi din grupa 2

Celelalte hidroxizi ale metalelor din grupa 2 sunt toate bazice. Ele reacționează cu acizii pentru a forma săruri. De exemplu:

Hidroxidul de calciu reacționează cu acidul clorhidric diluat pentru a da clorură de calciu și apă.

Hidroxidul de beriliu

Hidroxidul de beriliu reacționează cu acizii, formând soluții de săruri de beriliu. De exemplu:

Dar reacționează și cu baze, cum ar fi soluția de hidroxid de sodiu. Hidroxidul de beriliu reacționează cu hidroxidul de sodiu pentru a da o soluție incoloră de tetrahidroxoberilat de sodiu.

Aceasta conține ionul complex, 2-. Denumirea descrie acest ion. Tetra înseamnă patru; hidroxo se referă la grupele OH; berilat arată că beriliul este prezent sub forma unui ion negativ. Terminația „ate” arată întotdeauna că ionul este negativ.

Să privim acest lucru ca pe o schemă de curgere simplă, pornind de la ionii de beriliu în soluție:

Aceasta arată că, dacă adăugați ioni de hidroxid la ionii de beriliu în soluție, obțineți mai întâi un precipitat de hidroxid de beriliu. Dar dacă adăugați mai mulți ioni de hidroxid, precipitatul se dizolvă din nou pentru a da o soluție care conține ioni de tetrahidroxoberilat.

Hidroxidul de beriliu reacționează cu o bază (ioni de hidroxid), și deci trebuie să aibă proprietăți acide.

Dar dacă adăugați acid la ionii de tetrahidroxoberilat, obțineți din nou precipitatul de hidroxid de beriliu. Și dacă adăugați și mai mult acid, vă întoarceți la ionii de beriliu originali în soluție.

Pentru că hidroxidul de beriliu reacționează cu acidul, trebuie să aibă proprietăți bazice, precum și proprietăți acide – este amfoteric.

O explicație simplă a ceea ce se întâmplă

Trebuie să ne uităm din nou la acest lucru, dar gândindu-ne la ionul de beriliu în soluție mai în detaliu – cu alte cuvinte ca Be(H2O)42+.

Ionul foarte mic de beriliu încărcat pozitiv din centrul complexului atrage electronii din moleculele de apă spre el însuși – spunem că are un efect polarizant puternic asupra moleculelor de apă.

Beriliul are un efect polarizant atât de puternic asupra moleculelor de apă încât ionii de hidrogen sunt eliminați foarte ușor din ele.

Soluția de hidroxid de sodiu conține ioni de hidroxid care sunt baze puternice. Dacă adăugați cantitatea potrivită de soluție de hidroxid de sodiu, obțineți un precipitat de ceea ce în mod normal se numește „hidroxid de beriliu” – dar care este structural puțin mai complicat decât atât!

Produsul (altul decât apa) este un complex neutru, și este legat covalent. Tot ceea ce s-a întâmplat cu ionul complex inițial este că doi ioni de hidrogen au fost îndepărtați din moleculele de apă.

Se obține un precipitat al complexului neutru din cauza lipsei de sarcină pe acesta. Nu există suficientă atracție între acest complex neutru și moleculele de apă pentru a-l aduce în soluție.

Ce se întâmplă dacă adăugați mai mulți ioni de hidroxid?

Adăugarea mai multor ioni de hidroxid la complexul neutru atrage mai mulți ioni de hidrogen de pe moleculele de apă pentru a da ionul tetrahidroxoberilat:

Hidroxidul de beriliu se dizolvă deoarece complexul neutru este transformat într-un ion care va fi suficient de atras de moleculele de apă.

Ce se întâmplă dacă adăugați un acid la precipitatul de hidroxid de beriliu (complexul neutru)?

Ionii de hidrogen care au fost eliminați inițial sunt pur și simplu înlocuiți. Precipitatul se dizolvă pe măsură ce ionul de beriliu hidratat inițial este reformat.

Să privim din nou acest lucru ca o schemă de curgere, astfel încât să o puteți compara cu cea de mai sus:

Hidroxidul de beriliu (complexul neutru) este amfoteric deoarece poate reacționa cu o bază și cu un acid. În fiecare caz, tot ceea ce se întâmplă este că fie îndepărtați ionii de hidrogen din moleculele de apă, fie îi înlocuiți.

De ce nu se întâmplă acest lucru cu, de exemplu, hidroxidul de calciu?

Hidroxidul de calciu este cu adevărat ionic – și conține ioni de hidroxid simplu, OH-. Aceștia reacționează cu ionii de hidrogen dintr-un acid pentru a forma apă – și astfel hidroxidul reacționează cu acizii.

Cu toate acestea, nu există un echivalent al complexului neutru. Adăugarea mai multor ioni de hidroxid de la o bază nu are niciun efect, deoarece aceștia nu au cu ce să reacționeze.

.