Metalli alcalino-terrosi (gruppo 2): calcio, magnesio e gli altri

Un gradino a destra dei metalli alcalini si trovano i metalli alcalino-terrosi del gruppo 2: berillio, magnesio, calcio, stronzio, bario e radio. Sono ancora metalli reattivi, ma con due elettroni di valenza invece di uno: più duri, più densi e un po’ meno «esplosivi» dei cugini del gruppo 1. Tra loro spiccano due protagonisti della vita e dell’industria: calcio e magnesio.

Vediamo la configurazione che li definisce, perché sono più duri degli alcalini, come reagiscono con l’acqua e l’ossigeno e quale ruolo hanno calcio e magnesio.

Due elettroni di valenza: la configurazione ns2

Il tratto comune del gruppo 2 è avere due elettroni nel guscio più esterno, oltre il nocciolo del gas nobile precedente: la configurazione di valenza ns².

Be [He]2s² · Mg [Ne]3s² · Ca [Ar]4s² → configurazione di valenza ns²

Cedendo entrambi gli elettroni di valenza, questi metalli raggiungono la configurazione stabile del gas nobile e formano ioni con carica +2 (Mg²⁺, Ca²⁺). È questa la valenza tipica e praticamente unica del gruppo. Servono due ionizzazioni invece di una, quindi gli alcalino-terrosi sono un po’ meno avidi di reagire degli alcalini, ma restano comunque metalli decisamente reattivi.

Perché sono più duri e densi degli alcalini

Rispetto agli alcalini, gli alcalino-terrosi sono più duri, più densi e fondono a temperature più alte. La ragione sta nel legame metallico: con due elettroni di valenza ceduti al «mare» di elettroni invece di uno, e con cationi più piccoli e più carichi, la coesione del reticolo metallico è maggiore. Più elettroni di legame e attrazioni più forti significano un metallo più compatto e resistente.

Reattività con acqua e ossigeno

Anche il gruppo 2 reagisce con l’acqua formando l’idrossido e liberando idrogeno, ma in modo più graduale rispetto al gruppo 1. La reattività cresce scendendo nel gruppo, man mano che l’energia di ionizzazione cala: il berillio non reagisce praticamente con l’acqua, il magnesio reagisce lentamente (a caldo con il vapore), il calcio reagisce visibilmente a freddo, e bario e stronzio in modo ancora più vivace.

Ca(s) + 2 H₂O(l) → Ca(OH)₂(aq) + H₂(g) ↑

Con l’ossigeno questi metalli formano ossidi e all’aria si ricoprono di una patina protettiva. Il magnesio è celebre per la fiamma bianca accecante con cui brucia (un tempo usata nei flash fotografici e tuttora nei razzi di segnalazione); il calcio, lo stronzio e il bario danno alla fiamma colori caratteristici — rosso mattone, rosso vivo e verde — sfruttati nei fuochi d’artificio.

Calcio e magnesio: i protagonisti

Calcio e magnesio sono i due elementi del gruppo che dominano applicazioni e biologia. Il calcio è ovunque nel mondo dei materiali da costruzione: il carbonato di calcio è il calcare e il marmo, da cui si ricava la calce e quindi il cemento; il solfato di calcio è il gesso. Nel corpo umano il calcio è il minerale di ossa e denti e regola la contrazione muscolare. Il magnesio è un metallo strutturale leggerissimo, usato in leghe per l’industria aerospaziale e automobilistica dove conta risparmiare peso, ed è il cuore della clorofilla, la molecola con cui le piante catturano la luce.

La «durezza» dell’acqua, infine, è dovuta proprio agli ioni calcio e magnesio disciolti: sono loro che formano il calcare negli elettrodomestici e rendono più difficile fare la schiuma con il sapone. Conoscere il gruppo 2 aiuta quindi a capire fenomeni quotidiani tanto quanto processi industriali.

Gli alcalino-terrosi a confronto

La tabella mostra la progressione delle proprietà e gli usi principali dei membri più importanti del gruppo:

Anche qui la posizione nel gruppo è un’ottima guida: nota la riga, si prevedono reattività, durezza e perfino il colore della fiamma.

Domande frequenti

Quali sono i metalli alcalino-terrosi?

Sono gli elementi del gruppo 2 della tavola periodica: berillio, magnesio, calcio, stronzio, bario e radio. Hanno due elettroni nel guscio più esterno (configurazione ns²) e formano ioni con carica +2. Sono metalli reattivi, ma più duri e meno violenti degli alcalini.

Perché gli alcalino-terrosi formano ioni +2?

Perché cedendo entrambi gli elettroni di valenza raggiungono la configurazione stabile del gas nobile precedente. La carica +2 è quindi la valenza tipica e praticamente unica del gruppo, da cui derivano composti come l’ossido di calcio (CaO) o il cloruro di magnesio (MgCl₂).

Perché sono più duri dei metalli alcalini?

Perché nel legame metallico ogni atomo cede due elettroni al «mare» di elettroni invece di uno, e i cationi sono più piccoli e più carichi. Il reticolo metallico è quindi tenuto insieme da attrazioni più forti, e questo si traduce in maggiore durezza, densità e punti di fusione più alti.

Come reagiscono con l’acqua?

Formano l’idrossido del metallo e liberano idrogeno, come gli alcalini, ma in modo più graduale. La reattività cresce scendendo nel gruppo: il berillio non reagisce, il magnesio reagisce lentamente (a caldo con il vapore), il calcio reagisce visibilmente a freddo, e bario e stronzio sono più vivaci.

Perché calcio e magnesio sono così importanti?

Il calcio è alla base di calcare, marmo, calce, gesso e cemento, ed è il minerale di ossa e denti. Il magnesio è un metallo strutturale leggerissimo per leghe aerospaziali e automobilistiche, ed è il centro della clorofilla. Insieme sono anche responsabili della durezza dell’acqua e del calcare domestico.