Alcalino-terreux : présentation

Famille des alcalino-terreux

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

Seuls le béryllium et le strontium n’ont pas de dossier dédié.

Structure électronique, configuration de l'état fondamental

Tous les éléments de cette famille possèdent deux électrons sur le dernier niveau d’énergie. La structure électronique de la couche de valence se note ns2 (n représente la période et varie de 2 à 7 dans la classification).

 

Place dans la classification périodique

Cette famille se place dans la deuxième colonne de la classification périodique, dans le bloc s. Elle est située entre la colonne des alcalins ns1 et la colonne du bore, ns2np1, (pour n = 2 et 3) et la première colonne des éléments de transition ns2np6(n-1)d1 (scandium) pour n ≥ 4.

 

Abondance dans la nature

Le pourcentage massique dans la croûte terrestre de chaque élément de la famille est très variable :

Be (5.10-4), Mg (1,94), Ca (3,39), Sr (1.10-2), Ba (3.10-2), Ra (10-10).

 

Principaux minerais

Aucun de ces éléments n’existe à l’état pur dans la nature car ils sont très réactifs. Leurs minerais principaux sont des carbonates et des sulfates. Seul le béryllium est sous forme de silicate, le béryl (silicate de béryllium et d’aluminium Be3Al2Si6O18).

 

Propriétés chimiques, évolution dans la colonne

La structure électronique du dernier niveau d’énergie (ns)2 permet la formation d’ions divalents M2+ par perte des deux électrons (ns) et de 2 liaisons iono-covalentes MO.

Seul le béryllium, dont l’orbitale non occupée a une énergie trop élevée, ne forme pas de complexes.

Les alcalino-terreux sont des métaux à fort pouvoir réducteur.

 Le béryllium se distingue par le caractère partiellement covalent de ses composés comme l’oxyde de béryllium BeO. Ceci s’explique par la petite taille de l’ion Be2+.

Le magnésium est plus métallique que le béryllium (le caractère métallique augmente avec la période), les composés sont moins ioniques que ceux des éléments suivants.

Le calcium, le strontium et le baryum forment un ensemble parfois appelé « alcalino-terreux vrais » qui forment des composés ioniques.

 

Principales propriétés physicochimiques, évolution dans la colonne

 Pour en savoir plus :

Usuel de chimie générale et minérale par M. Bernard et F. Busnot éditeur DUNOD

Chimie des groupes principaux par Jacques Angenault éditeur VUIBERT

Chemistry of the elements par N. N. Greenwood et A. Earnshaw éditeur PERGAMON PRESS

  

Élément

Configuration électronique

Energie d’ionisation ΔE1U0

/kJmol-1

Energie d’ionisation ΔE2U0

/kJmol-1

Energie d’ionisation ΔE3U0

/kJmol-1

Électronégativité

(Pauling)

Rayon atomique

pm

Rapport

charge

/rayon

Béryllium

[He] 2s2

899

1757

14849

1,57

105

6,5

Magnésium

[Ne] 3s2

738

1451

7733

1,31

150

3,1

Calcium

[Ar] 4s2

590

1145

4912

1,00

180

2,0

Strontium

[Kr] 5s2

549

1064

4110

0,95

200

1,8

Baryum

[Xe] 6s2

503

965

-

0,89

215

1,5

Radium

[Rn] 7s2

509

979

-

0,90

-

1,3

 

 

 

 

 

 

 

Les énergies d’ionisation diminuent lorsque n augmente. La valeur très élevée de l’énergie de troisième ionisation justifie l’absence du nombre d’oxydation III pour les alcalino-terreux. L’absence du nombre d’oxydation I, malgré la faible énergie de première ionisation s’explique par sa dismutation : 2MI = M0 + MII

 Les valeurs des électronégativités sont supérieures à celles des éléments alcalins (voir tableau ci-dessous). Elles restent cependant assez faibles sauf pour le béryllium, ce qui explique le caractère partiellement covalent des composés du béryllium, alors que les composés des autres éléments de la famille des alcalino-terreux sont ioniques.

 

Elément

Structure électronique

Rayon atomique

(pm)

Electonégativité

Echelle de Pauling

Lithium

Sodium

Potassium

Rubidium

Césium

Francium

[He] 2s1

[Ne] 3s1

[Ar]   4s1

[Kr]   5s1

[Xe] 6s1

[Rn] 7s1

123

157

203

216

235

1,0

0,9

0,8

0,8

0,7

 

Comme dans la famille des alcalins, un tassement est noté dans la variation des rayons atomiques quand n augmente (voir tableau ci-dessus). Deux effets s’opposent :

- d’une part l’augmentation des rayons en descendant les colonnes

- d’autre part la contraction dans chaque période de la gauche vers la droite due à l’effet d’écran.

Ce phénomène explique en partie les analogies observées entre le lithium et le magnésium et entre le béryllium et l’aluminium.

 Corps simples

Les masses volumiques sont très supérieures à celles des métaux alcalins, la structure est plus compacte (coordinence 12 du béryllium au strontium) que celle des métaux alcalins (coordinence 8).

 

Élément 

Masse atomique

relative

Masse volumique 

(kg.m-3)

 Élément 

Masse volumique 

(kg.m-3)

Béryllium

9,012

1 850

Lithium

540

Magnésium

24,305

1 738

Sodium

970

Calcium

40,078

1 550

Potassium

860

Strontium

87,62

2 640

Rubidium

1530

Baryum

137,33

3 510

Césium

1870

Radium

(226)

(5 500)

 

 

 

Les températures de fusion sont considérablement supérieures à celles des alcalins, ce qui s’explique par les valeurs de l’énergie de cohésion. Dans la famille des alcalino-terreux, la variation de la température de fusion suit l’évolution de l’énergie de cohésion sauf pour le baryum. Ce phénomène s’explique en partie car seul le baryum ne présente pas d’empilement compact à 298K.

 

alcalins

Li

Na

K

Rb

Cs

Ec /

kJ.mol-1

-161

-109

-90

-86

-79

Température

de fusion

/ °C

181

98

63

39

28

Alcalino-terreux

Be

Mg

Ca

Sr

Ba

Ec /

kJ.mol-1

-324

-148

-177

-164

-180

Température

de fusion

/ °C

1287

650

842

777

727

 

 Importance industrielle et économique

 Pour le magnésium et le calcium

Consulter le site de la SCF les Données sur les principaux produits chimiques, métaux et matériaux, Auteurs : J-L Vignes, G. André, F. Kapala

http://www.societechimiquedefrance.fr/extras/Donnees/acc.htm

Pour le béryllium consulter le site de l’INRS http://www.inrs.fr/inrs-pub/inrs01.nsf/IntranetObject-accesParReference/Dossier%20Beryllium/$File/Visu.html

Un dossier très complet sur l’utilisation du béryllium et sur sa toxicité.

 

Toxicité - importance biologique

Le béryllium est irritant, allergisant, toxique et cancérogène.

Pour en savoir plus

http://www.lenntech.fr/francais/data-perio/be.htm

Le magnésium et le calcium sont indispensables aux êtres vivants. Le magnésium a un rôle fonctionnel (cofacteur de très nombreuses enzymes, réactions de l’ATP, régulation du sodium et du potassium) et le calcium a essentiellement un rôle structurel (os, coquilles …). Le strontium n’est pas considéré comme toxique.

Pour en savoir plus

http://www.pharmacorama.com/Rubriques/Output/Calcium5.php

http://www.lenntech.fr/francais/data-perio/sr.htm

 Le radium est radioactif (voir dossier radium) et radiotoxique

 

Histoire, Date de la mise en évidence 

Le béryllium a été découvert par Vauquelin en 1797, isolé par Wöhler en 1828 et obtenu pur par Lebeau en 1898.

Le magnésium, le calcium, le strontium et le baryum ont été obtenus par Davy en 1808 par électrolyse.

Le radium a été découvert par Marie Curie.

Pour en savoir plus :

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1911/

The Nobel Prize in Chemistry 1911 was awarded to Marie Curie "in recognition of her services to the advancement of chemistry by the discovery of the elements radium and polonium, by the isolation of radium and the study of the nature and compounds of this remarkable element".

 

Origine du nom et du symbole

Le terme « alcalino terreux » apparaît au XIXème siècle pour désigner des éléments dont les propriétés sont intermédiaires entre les « alcalis » (les alcalins de nos jours) et les « terres » dont les oxydes sont insolubles dans l’eau.

Béryllium, du grec beryllos, vert, ou émeraude (béryl).

Magnésium, de la région de Magnesia (Thessalie), riche en oxyde de magnésium MgO

Calcium, du latin calx, oxyde de chaux

Baryum, du grec barus, lourd (le plus dense des alcalino-terreux)

Radium, du latin radius, rayon (radioactivité)

  

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