Metal alcalinotérreo

Metales alcalinotérreos
Hidrógeno Helio Litio Berilio Boro Carbón Nitrógeno Oxígeno Flúor Neón Sodio Magnesio Aluminio Silicio Fósforo Azufre Cloro Argón Potasio Calcio Escandio Titanio Vanadio Cromo Manganeso Hierro Cobalto Níquel Cobre Zinc Galio Germanio Arsénico Selenio Bromo Criptón Rubidio Estroncio Itrio Circonio Niobio Molibdeno Tecnecio Rutenio Rodio Paladio Plata Cadmio Indio Estaño Antimonio Telurio Yodo Xenón Cesio Bario Lantano Cerio Praseodimio Neodimio Prometeo Samario Europio Gadolinio Terbio Disprosio Holmio Erbio Tulio Iterbio Lutecio Hafnio Tantalio Tungsteno Renio Osmio Iridio Platino Oro Mercurio (elemento) Talio Dirigir Bismuto Polonio Astato Radón Francio Radio Actinio Torio Protactinio Uranio Neptunio Plutonio Americio Curio Berkelio Californio Einstenio Fermio Mendelevio Nobelio Lawrence Rutherfordio Dubnio Seaborgio Bohrio Hassio Meitnerio Darmstadtio Roentgenio Copérnico Nihonio Flerovio Moscovio Livermorio Tennessee Oganesón metales alcalinos ←   → grupo 3
Número de grupo IUPAC 2 Nombre por elemento grupo del berilio Nombre trivial metales alcalinotérreos Número de grupo CAS (EE. UU., patrón ABA) IIA antiguo número IUPAC (Europa, patrón AB) IIA
↓  Period
2	Berilio (Be) 4
3	Magnesio (Mg) 12
4	Calcio (Ca) 20
5	Estroncio (Sr) 38
6	Bario (Ba) 56
7	Radio (Ra) 88
Leyenda elemento primordial elemento por desintegración radiactiva

Los metales alcalinotérreos son seis elementos químicos del grupo 2 de la tabla periódica . Son el berilio (Be), el magnesio (Mg), el calcio (Ca), el estroncio (Sr), el bario (Ba) y el radio (Ra). ^[1] Los elementos tienen propiedades muy similares: todos son metales brillantes, de color blanco plateado y algo reactivos a temperatura y presión estándar . ^[2]

Junto con el helio , estos elementos tienen en común un orbital s externo que está lleno ^{[2] [3] [4]} —es decir, este orbital contiene su complemento completo de dos electrones, que los metales alcalinotérreos pierden fácilmente para formar cationes con carga +2, y un estado de oxidación de +2. ^[5] El helio se agrupa con los gases nobles y no con los metales alcalinotérreos, pero se teoriza que tiene algunas similitudes con el berilio cuando se le fuerza a unirse y a veces se ha sugerido que pertenece al grupo 2. ^{[6] [7] [8]}

Todos los metales alcalinotérreos descubiertos existen en la naturaleza, aunque el radio sólo se presenta a través de la cadena de desintegración del uranio y el torio y no como elemento primordial. ^[9] Se han realizado experimentos, todos infructuosos, para intentar sintetizar el elemento 120 , el siguiente miembro potencial del grupo.

Al igual que otros grupos, los miembros de esta familia muestran patrones en su configuración electrónica , especialmente en las capas más externas, lo que resulta en tendencias en el comportamiento químico:

La mayor parte de la química se ha observado solo en los primeros cinco miembros del grupo. La química del radio no está bien establecida debido a su radiactividad ; ^[2] por lo tanto, la presentación de sus propiedades aquí es limitada.

Los metales alcalinotérreos son todos de color plateado y blandos, y tienen densidades , puntos de fusión y puntos de ebullición relativamente bajos . En términos químicos, todos los metales alcalinotérreos reaccionan con los halógenos para formar los haluros de metales alcalinotérreos , todos los cuales son compuestos cristalinos iónicos (excepto el cloruro de berilio , el bromuro de berilio y el yoduro de berilio , que son covalentes ). Todos los metales alcalinotérreos excepto el berilio también reaccionan con el agua para formar hidróxidos fuertemente alcalinos y, por lo tanto, deben manipularse con mucho cuidado. Los metales alcalinotérreos más pesados ​​reaccionan más vigorosamente que los más ligeros. ^[2] Los metales alcalinotérreos tienen las segundas energías de primera ionización más bajas en sus respectivos períodos de la tabla periódica ^[4] debido a sus cargas nucleares efectivas algo bajas y la capacidad de alcanzar una configuración de capa externa completa perdiendo solo dos electrones . La segunda energía de ionización de todos los metales alcalinos también es algo baja. ^{[2] [4]}

El berilio es una excepción: no reacciona con agua o vapor a menos que se produzca a temperaturas muy altas, ^[10] y sus haluros son covalentes. Si el berilio formara compuestos con un estado de ionización de +2, polarizaría las nubes de electrones que están cerca de él muy fuertemente y causaría una superposición orbital extensa , ya que el berilio tiene una alta densidad de carga. Todos los compuestos que incluyen berilio tienen un enlace covalente. ^[11] Incluso el compuesto fluoruro de berilio , que es el compuesto de berilio más iónico, tiene un punto de fusión bajo y una conductividad eléctrica baja cuando se funde. ^{[12] [13] [14]}

Todos los metales alcalinotérreos tienen dos electrones en su capa de valencia, por lo que el estado energéticamente preferido para lograr una capa de electrones llena es perder dos electrones para formar iones positivos doblemente cargados .

Todos los metales alcalinotérreos reaccionan con los halógenos para formar haluros iónicos, como el cloruro de calcio ( CaCl
₂), además de reaccionar con el oxígeno para formar óxidos como el óxido de estroncio ( SrO ). El calcio, el estroncio y el bario reaccionan con el agua para producir gas hidrógeno y sus respectivos hidróxidos (el magnesio también reacciona, pero mucho más lentamente), y también experimentan reacciones de transmetalación para intercambiar ligandos .

Propiedades físicas y atómicas clave de los metales alcalinotérreos

Metal alcalinotérreo	Peso atómico estándar ( u ) [n 2] [20] [21]	Punto de fusión ( K )	Punto de fusión ( °C )	Punto de ebullición ( K ) [4]	Punto de ebullición ( °C ) [4]	Densidad (g/ cm3 )	Electronegatividad ( Pauling )	Primera energía de ionización ( kJ·mol −1 )	Radio covalente ( pm ) [22]	Prueba de color de llama
Berilio	9.012182(3)	1560	1287	2744	2471	1.848	1.57	899,5	105	Blanco [23]
Magnesio	24.3050(6)	923	650	1363	1090	1.738	1.31	737,7	150	Blanco brillante [2]
Calcio	40.078(4)	1115	842	1757	1484	1.54	1.00	589.8	180	Rojo ladrillo [2]
Estroncio	87.62(1)	1050	777	1655	1382	2.64	0,95	549,5	200	Carmesí [2]
Bario	137.327(7)	1000	727	2170	1897	3.62	0,89	502.9	215	Verde manzana [2]
Radio	[226] [n.º 3]	969	696	2010	1737	5.5	0.9	509.3	221	Rojo carmesí [n 4]

Los isótopos de los seis metales alcalinotérreos están presentes en la corteza terrestre y el sistema solar en concentraciones variables, dependiendo de las vidas medias de los nucleidos y, por lo tanto, de sus estabilidades nucleares. Los primeros cinco tienen uno , tres , cinco , cuatro y seis isótopos estables (u observablemente estables) respectivamente, para un total de 19 nucleidos estables, como se enumeran aquí: berilio-9; magnesio-24, -25, -26; calcio- 40 , -42, -43, -44, - 46 ; estroncio- 84 , -86, -87, -88; bario- 132 , -134, -135, -136, -137, -138. Los cuatro isótopos subrayados en la lista solo son estables según las predicciones de la energética de desintegración de radionúclidos y se desintegran con vidas medias extremadamente largas a través de la desintegración doble beta , aunque hasta 2024 no se han observado desintegraciones atribuidas definitivamente a estos isótopos. El radio no tiene isótopos estables ni primordiales .

Además de las especies estables, el calcio y el bario tienen cada uno un radionúclido primordial y de vida extremadamente larga : el calcio-48 y el bario-130, con vidas medias de5,6 × 10 ¹⁹ y1,6 × 10 ²¹ años, respectivamente. Ambos son mucho más largos que la edad actual del universo (4,7 y 117 mil millones de veces más, respectivamente) y menos de una parte por diez mil millones se ha desintegrado desde la formación de la Tierra . Los dos isótopos son estables a efectos prácticos.

Aparte de los 21 isótopos estables o casi estables, los seis elementos alcalinotérreos poseen cada uno un gran número de radioisótopos conocidos . Ninguno de los isótopos, excepto los 21 mencionados anteriormente, es primordial : todos tienen vidas medias demasiado cortas para que haya sobrevivido ni un solo átomo desde la formación del sistema solar, después de la siembra de núcleos pesados ​​por supernovas cercanas y colisiones entre estrellas de neutrones , y todos los presentes se derivan de procesos naturales en curso. El berilio-7 , el berilio-10 y el calcio-41 son nucleidos traza , así como cosmogénicos , formados por el impacto de los rayos cósmicos con átomos atmosféricos o de la corteza. Las vidas medias más largas entre ellos son 1,387 millones de años para el berilio-10, 99,4 mil años para el calcio-41, 1599 años para el radio-226 (el isótopo de radio con la vida más larga), 28,90 años para el estroncio-90 , 10,51 años para el bario-133 y 5,75 años para el radio-228. Todos los demás tienen vidas medias de menos de medio año, significativamente más cortas.

El calcio-48 y el bario-130, los dos isótopos primordiales y no estables, se desintegran únicamente mediante emisión beta doble ^{[n 5]} y tienen vidas medias extremadamente largas , en virtud de la probabilidad extremadamente baja de que ambas desintegraciones beta ocurran al mismo tiempo. Todos los isótopos del radio son altamente radiactivos y se generan principalmente a través de la desintegración de radionucleidos más pesados. El de vida más larga de ellos es el radio-226, un miembro de la cadena de desintegración del uranio-238 . ^[26] El estroncio-90 y el bario-140 son productos de fisión comunes del uranio en los reactores nucleares, representando el 5,73% y el 6,31% de los productos de fisión del uranio-235 respectivamente cuando son bombardeados por neutrones térmicos. ^[27] Los dos isótopos tienen vidas medias cada uno de 28,90 años y 12,7 días. El estroncio-90 se produce en cantidades apreciables en reactores nucleares en funcionamiento que funcionan con combustible de uranio-235 o plutonio-239 , y también existe una minúscula concentración de equilibrio secular debido a raras desintegraciones espontáneas por fisión en el uranio de origen natural.

El calcio-48 es el nucleido más ligero conocido que sufre desintegración beta doble . ^[28] El calcio y el bario naturales son muy débilmente radiactivos: el calcio contiene alrededor de 0,1874% de calcio-48, ^[29] y el bario contiene alrededor de 0,1062% de bario-130. ^[30] En promedio, se producirá una desintegración beta doble de calcio-48 por segundo por cada 90 toneladas de calcio natural, o 230 toneladas de piedra caliza (carbonato de calcio). ^[31] A través del mismo mecanismo de desintegración, se producirá una desintegración de bario-130 por segundo por cada 16.000 toneladas de bario natural, o 27.000 toneladas de barita (sulfato de bario). ^[32]

El isótopo de radio de vida más larga es el radio-226 con una vida media de 1600 años; junto con el radio-223 , -224 y -228 se encuentran de forma natural en las cadenas de desintegración del torio y el uranio primordiales . El berilio-8 es notable por su ausencia, ya que se divide por la mitad prácticamente instantáneamente en dos partículas alfa cada vez que se forma. El proceso de triple alfa en las estrellas solo puede ocurrir a energías lo suficientemente altas como para que el berilio-8 se fusione con una tercera partícula alfa antes de que pueda desintegrarse, formando carbono-12 . Este cuello de botella que limita la velocidad termonuclear es la razón por la que la mayoría de las estrellas de secuencia principal pasan miles de millones de años fusionando hidrógeno dentro de sus núcleos, y solo rara vez logran fusionar carbono antes de colapsar en un remanente estelar, e incluso entonces solo por una escala de tiempo de ~1000 años. ^[33] Los radioisótopos de los metales alcalinotérreos tienden a ser " buscadores de huesos ", ya que se comportan químicamente de manera similar al calcio, un componente integral de la hidroxiapatita en el hueso compacto , y se acumulan gradualmente en el esqueleto humano. Los radionucleidos incorporados infligen un daño significativo a la médula ósea con el tiempo a través de la emisión de radiación ionizante, principalmente partículas alfa . Esta propiedad se utiliza de manera positiva en la radioterapia de ciertos cánceres de hueso , ya que las propiedades químicas de los radionucleidos hacen que se dirijan preferentemente a los crecimientos cancerosos en la materia ósea, dejando el resto del cuerpo relativamente ileso.

En comparación con sus vecinos en la tabla periódica, los metales alcalinotérreos tienden a tener una mayor cantidad de isótopos estables, ya que todos poseen un número par de protones , debido a su condición de elementos del grupo 2. Sus isótopos son generalmente más estables debido al apareamiento de nucleones . Esta estabilidad se mejora aún más si el isótopo también tiene un número par de neutrones, ya que ambos tipos de nucleones pueden participar en el apareamiento y contribuir a la estabilidad de los núcleos.

Los metales alcalinotérreos reciben su nombre de sus óxidos , las tierras alcalinas , cuyos nombres antiguos eran berilia , magnesia , cal , estroncio y baria . Estos óxidos son básicos (alcalinos) cuando se combinan con agua. "Tierra" era un término aplicado por los primeros químicos a las sustancias no metálicas que son insolubles en agua y resistentes al calor, propiedades que comparten estos óxidos. La constatación de que estas tierras no eran elementos sino compuestos se atribuye al químico Antoine Lavoisier . En su Traité Élémentaire de Chimie ( Elementos de química ) de 1789 los llamó elementos de tierras formadoras de sales. Más tarde, sugirió que las tierras alcalinas podrían ser óxidos metálicos, pero admitió que esto era mera conjetura. En 1808, siguiendo la idea de Lavoisier, Humphry Davy se convirtió en el primero en obtener muestras de los metales mediante electrólisis de sus tierras fundidas, ^[34] apoyando así la hipótesis de Lavoisier y haciendo que el grupo se denominara metales alcalinotérreos .

Los compuestos de calcio calcita y cal se conocen y utilizan desde tiempos prehistóricos. ^[35] Lo mismo ocurre con los compuestos de berilio berilo y esmeralda . ^[36] Los demás compuestos de los metales alcalinotérreos se descubrieron a principios del siglo XV. El compuesto de magnesio sulfato de magnesio fue descubierto por primera vez en 1618 por un granjero de Epsom en Inglaterra. El carbonato de estroncio se descubrió en minerales en el pueblo escocés de Strontian en 1790. El último elemento es el menos abundante: el radio radiactivo , que se extrajo de la uraninita en 1898. ^{[37] [38] [39]}

Todos los elementos, excepto el berilio, se aislaron mediante electrólisis de compuestos fundidos. El magnesio, el calcio y el estroncio fueron producidos por primera vez por Humphry Davy en 1808, mientras que el berilio fue aislado independientemente por Friedrich Wöhler y Antoine Bussy en 1828 mediante la reacción de compuestos de berilio con potasio. En 1910, Curie y André-Louis Debierne aislaron el radio como metal puro también mediante electrólisis. ^{[37] [38] [39]}

El berilo , un mineral que contiene berilio, se conoce desde la época del Reino Ptolemaico en Egipto. ^[36] Aunque originalmente se pensó que el berilo era un silicato de aluminio , ^[40] más tarde se descubrió que el berilo contenía un elemento entonces desconocido cuando, en 1797, Louis-Nicolas Vauquelin disolvió hidróxido de aluminio de berilo en un álcali. ^[41] En 1828, Friedrich Wöhler ^[42] y Antoine Bussy ^[43] aislaron independientemente este nuevo elemento, el berilio, mediante el mismo método, que implicaba una reacción de cloruro de berilio con potasio metálico ; esta reacción no fue capaz de producir grandes lingotes de berilio. ^[44] No fue hasta 1898, cuando Paul Lebeau realizó una electrólisis de una mezcla de fluoruro de berilio y fluoruro de sodio , que se produjeron grandes muestras puras de berilio. ^[44]

El magnesio fue producido por primera vez por Humphry Davy en Inglaterra en 1808 mediante electrólisis de una mezcla de magnesia y óxido de mercurio . ^[45] Antoine Bussy lo preparó en forma coherente en 1831. La primera sugerencia de Davy para un nombre fue magnium, ^[45] pero ahora se usa el nombre magnesio.

La cal se ha utilizado como material de construcción desde el 7000 al 14 000 a. C., ^[35] y los hornos utilizados para cal se han datado en el 2500 a. C. en Khafaja , Mesopotamia . ^{[46] [47]} El calcio como material se conoce desde al menos el siglo I, ya que se sabe que los antiguos romanos usaban óxido de calcio preparándolo a partir de cal. Se sabe que el sulfato de calcio puede reparar huesos rotos desde el siglo X. Sin embargo, el calcio en sí no se aisló hasta 1808, cuando Humphry Davy , en Inglaterra , utilizó la electrólisis en una mezcla de cal y óxido de mercurio , ^[48] después de escuchar que Jöns Jakob Berzelius había preparado una amalgama de calcio a partir de la electrólisis de cal en mercurio.

En 1790, el médico Adair Crawford descubrió minerales con propiedades distintivas, que fueron denominados estrontitas en 1793 por Thomas Charles Hope , profesor de química de la Universidad de Glasgow , ^[49] quien confirmó el descubrimiento de Crawford. El estroncio fue finalmente aislado en 1808 por Humphry Davy mediante electrólisis de una mezcla de cloruro de estroncio y óxido de mercurio . El descubrimiento fue anunciado por Davy el 30 de junio de 1808 en una conferencia ante la Royal Society. ^[50]

La barita , un mineral que contiene bario, fue reconocida por primera vez como un nuevo elemento en 1774 por Carl Scheele , aunque solo pudo aislar óxido de bario . El óxido de bario fue aislado nuevamente dos años después por Johan Gottlieb Gahn . Más tarde, en el siglo XVIII, William Withering notó un mineral pesado en las minas de plomo de Cumberland , que ahora se sabe que contienen bario. El bario en sí fue finalmente aislado en 1808 cuando Humphry Davy utilizó la electrólisis con sales fundidas, y Davy nombró al elemento bario , en honor a la barita . Más tarde, Robert Bunsen y Augustus Matthiessen aislaron el bario puro mediante la electrólisis de una mezcla de cloruro de bario y cloruro de amonio . ^{[51] [52]}

El 21 de diciembre de 1898, mientras estudiaban la uraninita , Marie y Pierre Curie descubrieron que, incluso después de la desintegración del uranio, el material creado seguía siendo radiactivo. El material se comportaba de forma algo similar a los compuestos de bario , aunque algunas propiedades, como el color de la llama y las líneas espectrales, eran muy diferentes. Anunciaron el descubrimiento de un nuevo elemento el 26 de diciembre de 1898 a la Academia Francesa de Ciencias . ^[53] El radio recibió su nombre en 1899 a partir de la palabra radio , que significa rayo , ya que el radio emitía energía en forma de rayos. ^[54]

El berilio se encuentra en la corteza terrestre en una concentración de dos a seis partes por millón (ppm), ^[55] gran parte de la cual se encuentra en los suelos, donde tiene una concentración de seis ppm. El berilio es uno de los elementos más raros en el agua de mar, incluso más raro que elementos como el escandio , con una concentración de 0,2 partes por billón. ^{[56] [57]} Sin embargo, en agua dulce, el berilio es algo más común, con una concentración de 0,1 partes por billón. ^[58]

El magnesio y el calcio son muy comunes en la corteza terrestre, siendo respectivamente el quinto y octavo elemento más abundante. Ninguno de los metales alcalinotérreos se encuentra en su estado elemental. Los minerales comunes que contienen magnesio son la carnalita , la magnesita y la dolomita . Los minerales comunes que contienen calcio son la tiza , la caliza , el yeso y la anhidrita . ^[2]

El estroncio es el decimoquinto elemento más abundante en la corteza terrestre. Los principales minerales son la celestita y la estroncianita . ^[59] El bario es un poco menos común, y se encuentra en gran parte en el mineral barita . ^[60]

El radio, al ser un producto de la desintegración del uranio , se encuentra en todos los minerales que contienen uranio . ^[61] Debido a su vida media relativamente corta, ^[62] el radio de la historia temprana de la Tierra se ha desintegrado, y las muestras actuales provienen todas de la desintegración mucho más lenta del uranio. ^[61]

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La mayor parte del berilio se extrae del hidróxido de berilio. Un método de producción es la sinterización , que se realiza mezclando berilo , fluorosilicato de sodio y sosa a altas temperaturas para formar fluoroberilato de sodio, óxido de aluminio y dióxido de silicio . Luego se utiliza una solución de fluoroberilato de sodio e hidróxido de sodio en agua para formar hidróxido de berilio por precipitación. Alternativamente, en el método de fusión, el berilo en polvo se calienta a alta temperatura, se enfría con agua y luego se calienta nuevamente ligeramente en ácido sulfúrico , lo que finalmente produce hidróxido de berilio. El hidróxido de berilio de cualquiera de los métodos produce fluoruro de berilio y cloruro de berilio a través de un proceso algo largo. La electrólisis o el calentamiento de estos compuestos pueden luego producir berilio. ^[11]

En general, el carbonato de estroncio se extrae del mineral celestita a través de dos métodos: lixiviando la celestita con carbonato de sodio , o de una manera más complicada que involucra carbón . ^[63]

Para producir bario, la barita (sulfato de bario impuro) se convierte en sulfuro de bario mediante reducción carbotérmica (como con coque ). El sulfuro es soluble en agua y reacciona fácilmente para formar sulfato de bario puro, utilizado para pigmentos comerciales, u otros compuestos, como el nitrato de bario . Estos a su vez se calcinan en óxido de bario , que finalmente produce bario puro después de la reducción con aluminio . ^[60] El proveedor más importante de bario es China , que produce más del 50% del suministro mundial. ^[64]

El berilio se utiliza principalmente en aplicaciones militares, ^[65] pero existen usos no militares. En electrónica, el berilio se utiliza como dopante de tipo p en algunos semiconductores, ^[66] y el óxido de berilio se utiliza como aislante eléctrico de alta resistencia y conductor de calor . ^[67] Las aleaciones de berilio se utilizan para piezas mecánicas cuando se requiere rigidez, peso ligero y estabilidad dimensional en un amplio rango de temperaturas. ^{[68] [69] El berilio-9 se utiliza en} fuentes de neutrones a pequeña escala que utilizan la reacción ⁹ Be + ⁴ He (α) → ¹² C + ¹ n , la reacción utilizada por James Chadwick cuando descubrió el neutrón . Su bajo peso atómico y baja sección transversal de absorción de neutrones harían que el berilio fuera adecuado como moderador de neutrones , pero su alto precio y las alternativas fácilmente disponibles, como el agua, el agua pesada y el grafito nuclear , lo han limitado a aplicaciones de nicho. En el eutéctico FLiBe utilizado en reactores de sales fundidas , el papel del berilio como moderador es más incidental que la propiedad deseada que lleva a su uso.

El magnesio tiene muchos usos. Ofrece ventajas sobre otros materiales estructurales como el aluminio , pero su uso se ve obstaculizado por su inflamabilidad. ^{[70] El magnesio se} alea a menudo con aluminio, zinc y manganeso para aumentar su resistencia y resistencia a la corrosión. ^[71] El magnesio tiene muchas otras aplicaciones industriales, como su papel en la producción de hierro y acero , ^{[ se necesita más explicación ]} y en el proceso Kroll para la producción de titanio . ^[72]

El calcio se utiliza como agente reductor en la separación de otros metales, como el uranio , del mineral. Es un componente importante de muchas aleaciones, especialmente de aluminio y cobre , y también se utiliza para desoxidar aleaciones. El calcio tiene funciones en la fabricación de queso , morteros y cemento . ^[73]

El estroncio y el bario tienen menos aplicaciones que los metales alcalinotérreos más ligeros. El carbonato de estroncio se utiliza en la fabricación de fuegos artificiales rojos . ^[74] El estroncio puro se utiliza en el estudio de la liberación de neurotransmisores en las neuronas. ^{[75] [76]} El estroncio-90 radiactivo encuentra algún uso en RTG , ^{[77] [78]} que utilizan su calor de desintegración . El bario se utiliza en tubos de vacío como absorbente para eliminar gases. ^[60] El sulfato de bario tiene muchos usos en la industria del petróleo , ^{[4] [79]} y otras industrias. ^{[4] [60] [80]}

El radio tenía muchas aplicaciones anteriores basadas en su radiactividad, pero su uso ya no es común debido a los efectos adversos para la salud y su larga vida media. El radio se usaba con frecuencia en pinturas luminosas , ^[81] aunque este uso se detuvo después de que enfermara a los trabajadores. ^[82] La charlatanería nuclear que alegaba beneficios para la salud del radio anteriormente llevó a su adición al agua potable , la pasta de dientes y muchos otros productos. ^[70] El radio ya no se usa incluso cuando se desean sus propiedades radiactivas porque su larga vida media dificulta la eliminación segura. Por ejemplo, en braquiterapia , generalmente se usan alternativas de vida media corta como el iridio-192 . ^{[83] [84]}

Reacción con halógenos

Ca + _Cl2 → _CaCl2

El cloruro de calcio anhidro es una sustancia higroscópica que se utiliza como desecante. Al exponerse al aire, absorberá vapor de agua del aire y formará una solución. Esta propiedad se conoce como deliquescencia .

Reacción con oxígeno

Ca+1/2O2 _→ CaO

Mg+1/2O2 _→ MgO

Reacción con azufre

Ca+1/8S8 _→ CaS

Reacción con el carbono

Con el carbono se forman directamente acetiluros. El berilio forma carburo.

2Be + C → Be ₂ C

CaO + 3C → CaC ₂ + CO (a 2500 °C en el horno)

CaC2 + _{2H2O →} Ca( _OH ) ₂ + _C2H2

Mg2C3 + _4H2O → 2Mg ₍ OH _{) 2} + _C3H4​

Reacción con nitrógeno

Sólo el Be y el Mg forman nitruros directamente.

_3Be + _N2 → _Be3N2​

3Mg _{+ N2} → _Mg3N2​

Reacción con hidrógeno

Los metales alcalinotérreos reaccionan con el hidrógeno para generar hidruro salino que es inestable en el agua.

Ca + _H2 → _CaH2

Reacción con agua

El CaSr y el Ba reaccionan fácilmente con el agua para formar hidróxido y gas hidrógeno . El Be y el Mg quedan pasivados por una capa impermeable de óxido. Sin embargo, el magnesio amalgamado reaccionará con el vapor de agua.

Mg + H2O _→ MgO + _H2

Reacción con óxidos ácidos

Los metales alcalinotérreos reducen el no metal a partir de su óxido.

2Mg + SiO2 _→ 2MgO + Si

2Mg + CO ₂ → 2MgO + C (en dióxido de carbono sólido )

Reacción con ácidos

Mg + 2HCl → _MgCl2 + _H2

Be + 2HCl → _BeCl2 + _H2

Reacción con bases

Presenta propiedades anfóteras . Se disuelve en hidróxido de sodio concentrado .

Ser + NaOH + 2H ₂ O → Na[Be(OH) ₃ ] + H ₂

Reacción con haluros de alquilo

El magnesio reacciona con haluros de alquilo a través de una reacción de inserción para generar reactivos de Grignard .

RX + Mg → RMgX (en éter anhidro)

La prueba de la llama

La siguiente tabla ^[85] presenta los colores observados cuando la llama de un mechero Bunsen se expone a sales de metales alcalinotérreos. Be y Mg no imparten color a la llama debido a su pequeño tamaño. ^[86]

En solución

Mg2 ⁺

El fosfato disódico es un reactivo muy selectivo para los iones magnesio y, en presencia de sales de amonio y amoníaco, forma un precipitado blanco de fosfato de amonio y magnesio.

Mg ²⁺ + NH ₃ + Na ₂ HPO ₄ → (NH ₄ )MgPO ₄ + 2Na ⁺

Ca2 ⁺

El Ca ²⁺ forma un precipitado blanco con oxalato de amonio. El oxalato de calcio es insoluble en agua, pero es soluble en ácidos minerales.

Ca ²⁺ + (COO) ₂ (NH ₄ ) ₂ → (COO) ₂ Ca + NH ₄ ⁺

Sr ²⁺

Los iones de estroncio precipitan con sales de sulfato solubles.

Sr ²⁺ + Na ₂ SO ₄ → SrSO ₄ + 2Na ⁺

Todos los iones de metales alcalinotérreos forman un precipitado blanco con carbonato de amonio en presencia de cloruro de amonio y amoníaco.

Óxidos

Los óxidos de metales alcalinotérreos se forman a partir de la descomposición térmica de los carbonatos correspondientes .

CaCO ₃ → CaO + CO ₂ (a aprox. 900 °C)

En el laboratorio se obtienen a partir de hidróxidos:

Mg( OH ) ₂ → MgO + _H2O

o nitratos:

Ca(NO3 ₎ 2 _→ CaO+2NO2 ₊ 1/ _2O2

Los óxidos presentan un carácter básico: tiñen de rojo la fenolftaleína y de azul el tornasol . Reaccionan con el agua para formar hidróxidos en una reacción exotérmica.

CaO + H2O _→ Ca(OH) ₂ + Q

El óxido de calcio reacciona con el carbono para formar acetiluro.

CaO + 3C → CaC ₂ + CO (a 2500 °C)

CaC2 + _{N2 →} CaCN2 ₊ C

CaCN2 + _H2SO4 → _CaSO4 + _H2N — _CN​​

H ₂ N—CN + H ₂ O → (H ₂ N) ₂ CO ( urea )

CaCN2 + _2H2O → _CaCO3 + _NH3​

Hidróxidos

Se generan a partir de los óxidos correspondientes en reacción con el agua. Presentan un carácter básico: tiñen de rosa la fenolftaleína y de azul el tornasol . El hidróxido de berilio es una excepción, ya que presenta un carácter anfótero .

Be(OH) ₂ + 2HCl → BeCl2 ₊ 2 _H2O

Ser(OH) ₂ + NaOH → Na[Be(OH) ₃ ]

Sales

El Ca y el Mg se encuentran en la naturaleza en muchos compuestos como la dolomita , la aragonita y la magnesita (rocas carbonatadas). Los iones de calcio y magnesio se encuentran en el agua dura . El agua dura representa un problema múltiple. Es de gran interés eliminar estos iones, ablandando así el agua. Este procedimiento se puede realizar utilizando reactivos como el hidróxido de calcio , el carbonato de sodio o el fosfato de sodio . Un método más común es utilizar aluminosilicatos de intercambio iónico o resinas de intercambio iónico que atrapan el Ca ²⁺ y el Mg ²⁺ y liberan Na ⁺ en su lugar:

Na ₂ O·Al ₂ O ₃ ·6SiO ₂ + Ca ²⁺ → CaO·Al ₂ O ₃ ·6SiO ₂ + 2Na ⁺

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El magnesio y el calcio son elementos ubicuos y esenciales para todos los organismos vivos conocidos. Intervienen en más de una función: por ejemplo, las bombas de iones de magnesio o calcio desempeñan un papel en algunos procesos celulares, el magnesio funciona como centro activo en algunas enzimas y las sales de calcio desempeñan un papel estructural, sobre todo en los huesos.

El estroncio desempeña un papel importante en la vida acuática marina, especialmente en los corales duros, que lo utilizan para construir sus exoesqueletos . Este metal y el bario tienen algunos usos en medicina, por ejemplo, las " harinas de bario " en las imágenes radiográficas, mientras que los compuestos de estroncio se emplean en algunas pastas de dientes . Las cantidades excesivas de estroncio-90 son tóxicas debido a su radiactividad y el estroncio-90 imita al calcio (es decir, se comporta como un " buscador de huesos ") donde se bioacumula con una vida media biológica significativa . Si bien los huesos en sí mismos tienen una mayor tolerancia a la radiación que otros tejidos, la médula ósea , que se divide rápidamente , no la tiene y, por lo tanto, puede resultar significativamente dañada por el Sr-90. El efecto de la radiación ionizante en la médula ósea también es la razón por la que el síndrome de radiación aguda puede tener síntomas similares a la anemia y por la que la donación de glóbulos rojos puede aumentar la capacidad de supervivencia.

Sin embargo, el berilio y el radio son tóxicos. La baja solubilidad acuosa del berilio significa que rara vez está disponible para los sistemas biológicos; no tiene ninguna función conocida en los organismos vivos y, cuando entran en contacto con ellos, suele ser muy tóxico. ^[11] El radio tiene una baja disponibilidad y es altamente radiactivo, lo que lo hace tóxico para la vida.

Se cree que el siguiente metal alcalinotérreo después del radio es el elemento 120 , aunque esto puede no ser cierto debido a los efectos relativistas . ^[87] La ​​síntesis del elemento 120 se intentó por primera vez en marzo de 2007, cuando un equipo del Laboratorio Flerov de Reacciones Nucleares en Dubna bombardeó plutonio -244 con iones de hierro -58; sin embargo, no se produjeron átomos, lo que llevó a un límite de 400 fb para la sección transversal en la energía estudiada. ^[88] En abril de 2007, un equipo del GSI intentó crear el elemento 120 bombardeando uranio -238 con níquel -64, aunque no se detectaron átomos, lo que llevó a un límite de 1,6 pb para la reacción. La síntesis se intentó de nuevo a sensibilidades más altas, aunque no se detectaron átomos. Se han intentado otras reacciones, aunque todas han fracasado. ^[89]

Se predice que la química del elemento 120 es más parecida a la del calcio o el estroncio ^[90] en lugar de la del bario o el radio . Esto contrasta notablemente con las tendencias periódicas , que predecirían que el elemento 120 sería más reactivo que el bario y el radio. Esta reactividad reducida se debe a las energías esperadas de los electrones de valencia del elemento 120, que aumentan la energía de ionización del elemento 120 y disminuyen los radios metálicos e iónicos . ^[90]

No se ha predicho con certeza cuál será el siguiente metal alcalinotérreo después del elemento 120. Aunque una simple extrapolación utilizando el principio de Aufbau sugeriría que el elemento 170 es un congénere del 120, los efectos relativistas pueden invalidar dicha extrapolación. Se ha predicho que el siguiente elemento con propiedades similares a los metales alcalinotérreos será el elemento 166, aunque debido a la superposición de orbitales y a la menor brecha de energía por debajo de la subcapa 9s, el elemento 166 puede ubicarse en cambio en el grupo 12 , por debajo del copernicio . ^{[91] [92]}

• Complejos de octacarbonilo alcalinotérreos

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• Petrucci RH, Harwood WS y Herring FG, Química general (8.ª edición, Prentice-Hall, 2002)
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