К щелочноземельным металлам относятся металлы IIa группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Отличаются легкостью, мягкостью и сильной реакционной способностью.
Общая характеристика
От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционная способность. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.
Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2:
- Be — 2s2
- Mg — 3s2
- Ca — 4s2
- Sr — 5s2
- Ba — 6s2
- Ra — 7s2
Природные соединения
В природе щелочноземельные металлы встречаются в виде следующих соединений:
- Be — BeO*Al2O3*6SiO2 — берилл
- Mg — MgCO3 — магнезит, MgO*Al2O3 — шпинель, 2MgO*SiO2 — оливин
- Ca — CaCO3 — мел, мрамор, известняк, кальцит, CaSO4*2H2O — гипс, CaF2 — флюорит
Получение
Это активные металлы, которые нельзя получить электролизом раствора. С целью их получения применяют электролиз расплавов, алюминотермию и вытеснением их из солей другими более активными металлами.
- MgCl2 → (t) Mg + Cl2 (электролиз расплава)
- CaO + Al → Al2O3 + Ca (алюминотермия — способ получения металлов путем восстановления их оксидов алюминием)
- MgBr2 + Ca → CaBr2 + Mg
Химические свойства
- Реакции с водой
- Реакции с кислотами
- Реакции с неметаллами
- Mg + O2 → MgO (оксид магния)
- Ca + I2 → CaI2 (йодид кальция)
- При нагревании реагируют с серой, азотом, водородом и углеродом.
- Mg + S → (t) MgS (сульфид магния)
- Ca + N2 → (t) Ca3N2 (нитрид кальция)
- Ca + H2 → (t) CaH2 (гидрид кальция)
- Ba + C → (t) BaC2 (карбид бария)
- С оксидами других металлов
Все щелочноземельные металлы (кроме бериллия и магния) реагируют с холодной водой с образованием соответствующих гидроксидов. Магний реагирует с водой только при нагревании. Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2↑ 
Щелочноземельные металлы — активные металлы, стоящие в ряду активности левее водорода, и, следовательно, способные вытеснить водород из кислот: Ba + HCl → BaCl2 + H2
Хорошо реагируют с неметаллами: кислородом, образуя оксиды состава RO, с галогенами (F, Cl, Br, I). Степень окисления у щелочноземельных металлов постоянная +2.
Ba + TiO2 → BaO + Ti (барий, как более активный металл, вытесняет титан)
Оксиды щелочноземельных металлов
Имеют общую формулу RO, например: MgO, CaO, BaO.
Получение
- Оксиды щелочноземельных металлов можно получить путем разложения карбонатов и нитратов:
- MgCO3 → (t) MgO + CO2
- Ca(NO3)2 → (t < 560°C) Ca(NO2)2 + O2
- Ca(NO3)2 → (t > 560°C) CaO + O2 + NO2
- Рекомендую взять на вооружение общую схему разложения нитратов:
Химические свойства
Проявляют преимущественно основные свойства, все кроме BeO — амфотерного оксида.
- Реакции с кислотами и кислотными оксидами
- BaO + HCl → BaCl2 + H2O
- CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O
- MgO + SO3 → MgSO4
- CaO + CO2 → CaCO3
- CaO + SiO2 → CaSiO3
- Реакция с водой
- В нее вступают все, кроме оксида бериллия.
- CaO + H2O → Ca(OH)2
- MgO + H2O → Mg(OH)2
- Амфотерный оксид бериллия
- BeO + HCl → BeCl2 + H2O
- BeO + NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] (тетрагидроксобериллат натрия)
- Если реакция проходит при высоких температурах (в расплаве) комплексная соль не образуется, так как происходит испарение воды:
- BeO + NaOH → Na2BeO2 + H2O (бериллат натрия)
- BeO + Na2O → Na2BeO2
Амфотерные свойства оксида бериллия требуют особого внимания. Этот оксид проявляет двойственные свойства: реагирует с кислотами с образованием солей, и с основаниями с образованием комплексных солей.
Гидроксиды щелочноземельных металлов
Проявляют основные свойства, за исключением гидроксида бериллия — амфотерного гидроксида.
Получение
Получают гидроксиды в реакции соответствующего оксида металла и воды (все кроме Be(OH)2)
CaO + H2O → Ca(OH)2
Химические свойства
- Основные свойства большинства гидроксидов располагают к реакциям с кислотами и кислотными оксидами.
- Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O
- Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca(HCO3)2
- Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O + CO2
- Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O
- Реакции с солями (и не только) идут в том случае, если соль растворимы и по итогам реакции выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода).
- Ba(OH)2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + NaOH
- Гидроксид бериллия относится к амфотерным: проявляет двойственные свойства, реагируя и с кислотами, и с основаниями.
- Be(OH)2 + HCl → BeCl2 + H2O
- Be(OH)2 + NaOH → Na2[Be(OH)4]
Жесткость воды
Жесткостью воды называют совокупность свойств воды, зависящую от присутствия в ней преимущественно солей кальция и магния: гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов.
Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.
- Вероятно, вы часто устраняете жесткость воды у себя дома, осмелюсь предположить — каждый день. Временная жесткость воды устраняется обычным кипячением воды в чайнике, и известь на его стенках — CaCO3 — бесспорное доказательство устранения жесткости:
- Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O
- Также временную жесткость можно устранить, добавив Na2CO3 в воду:
- Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + NaHCO3
- С постоянной жесткостью бороться кипячением бесполезно: сульфаты и хлориды не выпадут в осадок при кипячении. Постоянную жесткость воды устраняют добавлением в воду Na2CO3:
- CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + NaCl
- MgSO4 + Na2CO3 + H2O → [Mg(OH)]2CO3↓ + CO2↑ + Na2SO4
Жесткость воды можно определить с помощью различных тестов. Чрезмерно высокая жесткость воды приводит к быстрому образованию накипи на стенках котлов, труб, чайника.
Щёлочноземельные металлы — основные свойства, характеристика и список элементов
Щёлочноземельные металлы получили свое название за счет своих оксидов, которые сообщают воде щелочные реакции. Изучая химию, очень часто приходится взаимодействовать со сложными и непонятными названиями. Но если разобраться и понять что к чему, то изучать предмет легко и интересно.
Однако при написании формул стоит быть внимательным, не забывая про коэффициенты и признаки реакций.
Положение в периодической системе Менделеева
Щелочноземельные металлы – это химические элементы второй группы периодической системы химических элементов таблицы Менделеева:
- бериллий Be;
- магний Mg;
- кальций Ca;
- стронций Sr;
- барий Ba;
- радий Ra.
Электронное строение и закономерности изменения свойств
Атомы данных металлов на внешнем энергетическом уровне имеют 2 s-электрона. Отсюда следует, что максимальная степень окисления +2.
- Также могут иметь нулевую степень окисления, но не отрицательную, так как металлы не могут иметь данную степень.
- Общая конфигурация внешнего энергетического уровня nS2:
В периоде от Be до Ra металлические свойства, восстановительные, электроотрицательные увеличиваются, а неметаллические, окислительные свойства и радиус атома уменьшается.
Физические свойства щелочноземельных металлов
- Физические свойства данной группы имеют следующие характеристики: светло-серый — темно-серый цвет, твердые вещества, не растворимые и нелетучие, без запаха, тепло-электропроводимые, имеют характерный металлический блеск.
- Показатели плотности и температуры плавления представлены в таблице:
Химические свойства
Оксиды и гидроксиды щёлочноземельных металлов усиливают основные свойства при движении вниз по второй группе. Следовательно, бериллий имеет меньшие основные свойства, чем радий.
- Эти вещества взаимодействуют с любыми растворами кислот от сильной до слабой, а также с образованием солей, образуя белый осадок.
- 4Ca + 5H2SO4 (конц) = 4CaSO4 + H2S + 4H2O.
- С кислородом образуют реакцию горения и оксид:
- 2Mg + O2 = 2MgO.
- Металлы, стоящие в главной подгруппе второй группы (кроме бериллия) реагируют с водой. При проведении данных реакций выделяется водород (H2):
- Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2,
- Вa + 2H2O = Вa(OH)2 + H2.
- Также реагируют с неметаллами:
- Bа + Cl2 = BаCl2 — хлорид бериллия;
- Ca + Br2 = CaBr2 — бромид кальция;
- Sr + H2 = SrH2 — гидрид стронция.
- Химические свойства щелочноземельных металлов показаны на картинке:
Нахождение в природе
Все металлы данного типа встречаются на земле, но не в чистом виде. Часто они представлены в виде минеральных солей. Самый распространённый считается кальций, магний немного уступает, затем идет барий и стронций.
Бериллий и радий являются самыми редкими, однако последний металл в больших количествах находится в урановых рудах.
Способ получения
- Магний, кальций и стронций получают электролизом расплавов солей.
- Барий получают с помощью восстановления оксида.
- При нагревании фторида бария получают сам металл.
Качественные реакции
- Одна из качественных реакций-окрашивание пламени.
- Список возможных цветов пламени при нагревании данных элементов:
- Ca — темно-оранжевый;
- Sr — насыщенный красный;
- Ba — светло-зеленый или классический зеленый.
Металлы данного типа при взаимодействии с щелочами, оксидами или растворами солей выпадают в белый осадок.
Применение щелочноземельных металлов
Бериллий из-за своей прочности добавляют в различные сплавы металлов, также препятствует коррозии. Используется в изготовлении рентгеновских аппаратов.
Магний и кальций активно использует для лекарственных средств, поскольку данные металлы играют большую роль в жизнедеятельности организма. Также в медицине используют радий, но для облучения кожи и злокачественных образований.
Стронций и барий добавляют в различный сплавы, которые работают в агрессивной среде и имеют сверхсильную проводимость.
Данные металлы играют огромную роль в жизни человека, выполняют различные функции и имеют ряд определенных свойств. Они содержатся в земной коре, поэтому довольно широко используются. Однако это не говорит о том, что их нужно расходовать безгранично.
Щелочноземельные металлы – перечень, свойства и польза элементов
Этой группе металлов отдан весь второй столбец таблицы Менделеева. И атомщики, и ювелиры используют щелочноземельные металлы. С ними интересно экспериментировать, но требуется осторожность.
Что представляют собой
Щелочноземельные металлы – это вся вторая группа таблицы Менделеева.
К щёлочноземельным металлам относятся:
- бериллий,
Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент - магний,
Металлический магний - кальций.
Кальций в атмосфере аргона
Плюс:
- стронций,
- барий,
Барий металлический Ba 99,9% - радий.
Советский армейский компас. Жёлтая краска содержит радий
То есть «щелочноземельный» список насчитывает шесть позиций, которые обычно располагаются по возрастанию атомного номера – от бериллия к радию.
История
Двойное название группы – отражение природы и характеристик входящих в нее элементов:
- Они способны образовывать щелочи.
- Ряд свойств их оксидов близки окислам алюминия и железа. Такие вещества еще средневековые алхимики именовали «землями».
Сегодняшний состав щелочноземельной группы сформировался не сразу: бериллий и магний отсутствовали.
Это объяснялось отличием свойств данных элементов от остальных:
- По большинству характеристик они ближе к алюминию, чем к другим элементам группы.
- Их гидроксиды – не щелочи.
- Магний взаимодействует с водой в замедленном режиме, у бериллия реакция в таком растворе нулевая. Та же картина при контакте с неметаллами.
Однако специалисты Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) решили все-таки причислить бериллий и магний к щелочноземельной группе.
Формы нахождения в природе
Щёлочноземельным металлам присуща чрезмерная активность, поэтому в природе они как самостоятельный элемент отсутствуют.
Почти всегда это составляющая минералов либо руд:
- Самый распространенный элемент щелочноземельной группы – кальций (2,9-12,9% по массе). Его получают из известняков, им насыщены мрамор, гранит.
- Почти три процента забирает магний.
- В сто раз реже в литосфере представлены барий со стронцием.
- Содержание остальных элементов измеряется тысячными долями процента.
Самым редким на планете щёлочноземельным металлом является радий. Но найти его легче других: это обязательный компонент урановых рудников.
Физико-химические характеристики
Элементы группы наделены общими физическими свойствами:
- Серебристый с сероватостью цвет.
- Твердость в стандартных условиях, ножом режется только стронций.
- Металлический блеск.
- Тускнение на воздухе с разной скоростью вследствие образования оксидной пленки.
- Хорошая пропускная способность для тепла и электричества.
- Два электрона на внешнем слое атома у каждого элемента, степень окисления – всегда +2. Это отражают формулы соединений, образованных металлами группы.
Самая тяжелая «щелочная земля» – радий. Кубик вещества с ребром в 1 см весит 5,5 грамма.
Более интересны химические свойства «земель».
Есть общие и оригинальные:
- Покрытый пленкой-оксидом бериллий способен на реакцию только при 600+°С (кроме фтора).
- Окисленный магний при средней температуре не реагирует ни с чем. Получение соединений металла возможно при температуре от 645°C.
- Кальций окисляется неспешно и только если воздух влажный. При незначительном нагреве горит, растворяется водой.
- Осмотрительности требуют барий, стронций, радий. На открытом пространстве взаимодействие этих металлов с кислородом и азотом чревато взрывом. Их держат в герметичных контейнерах, залив керосином. Эта особенность объединяет щелочные и щелочноземельные металлы.
Общие свойства щёлочноземельных металлов – растворение в кислотах, образование солей, щелочей при взаимодействии с водой.
Химическая активность щелочноземельных металлов усиливается с увеличением габаритов атома – от бериллия к радию.
Где используются
Свойства металлов щелочноземельной группы обусловили применение каждого во всех сегментах – от авиастроения до медицины и ювелирного дела:
- Бериллий. Исходник при выплавке сплавов, включая «атомные», получения ракетного топлива. Компонент ювелирных минералов первого ряда – аквамарина, гелиодора, изумруда.
- Кальций. Базис большинства огнеупоров, строительных материалов. Металл задействован при производстве топлива, аптечных препаратов.
- Магний. Самый легкий щелочноземельный металл. Как восстановитель нашел применение в металлургии. Без проблем куется, раскатывается. Чаще используется как «ингредиент» сплавов, снижающий их массивность, – материал корпусов и деталей ракет, самолетов, автомобилей, электроники. А также приборов для нужд оборонного комплекса и предприятий приборостроения.
Сегодня на первое место по использованию магниевых сплавов выходят смартфоны, планшеты, другие гаджеты.
- Стронций. Металлургами используется как лигатура сплавов, очиститель сталей, чугуна, меди от серы, других вредных примесей. Сырье закупают производители радиоэлектроники, химических источников тока, атомщики, пиротехники. Продукция «высокого сегмента» из металла – чистый уран, керамика-сверхпроводник, вакуумный инструментарий.
Стронций создает насыщенно-красные оттенки огней салюта. Изотопом вещества лечат онкологию.
- Барий. Используются соединения металла. Главный потребитель – атомщики. Ассортимент: вакуумные, пьезоэлектрические приборы, жидкий теплоноситель, линзы, стекло для урановых стержней, керамика-сверхпроводник. Нетоксичный сульфат используется рентгенологами как контрастное вещество.
На особом счету радий. Это самый редкий щелочноземельный металл: на планете его получено всего полтора килограмма.
Даже микродозы радиоактивного вещества смертельно опасны для человека. Однако это свойство используется исследователями ядерных процессов и для лечения онкологии.
Шкалы, стрелки компасов, бортовых приборов, изготовленных до 1970-х годов, покрыты краской, содержащей радий. Она светится в темноте, но с тех пор не используется как опасная для человека.
Значение щелочноземельных элементов разнообразно:
- Без кальция не формируется скелет, зубы, не сокращаются мышцы. Элемент «курирует» параметры крови.
- Магний – компонент биологических структур (к примеру, хлорофилла у растений). В организме человека содействует синтезу нуклеиновых кислот, работе ферментов, нервной системы.
- Микродозы стронция присутствуют в организме как аналог кальция. Особо важен щелочноземельный элемент для детей младше четырех лет.
Барий, радий, бериллий, их соединения ядовиты. Поэтому для биологических структур опасны.
Проверить совместимость мужчины и женщины по Знаку Зодиака
Щёлочноземельные металлы | это… Что такое Щёлочноземельные металлы?
Щё́лочноземе́льные мета́ллы — химические элементы 2-й группы[1] периодической таблицы элементов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий[2][3]. Названы так потому, что их оксиды — «земли» (по терминологии алхимиков) — сообщают в воде щелочную реакцию. Соли щёлочноземельных металлов, кроме радия, широко распространены в природе в виде минералов. Происхождение этого названия связано с тем, что их гидроксиды являются щелочами, а оксиды по тугоплавкости сходны с оксидами алюминия и железа, носившими ранее общее название «земли
Физические свойства
Все щёлочноземельные металлы — серые, твёрдые при комнатной температуре вещества. В отличие от щелочных металлов, они существенно более твёрдые, и ножом преимущественно не режутся (исключение — стронций).
Плотность щёлочноземельных металлов с порядковым номером растёт, хотя явно рост наблюдается только начиная с кальция, который имеет минимальную среди них плотность (ρ = 1,55 г/см³), самый тяжёлый — радий, плотность которого примерно равна плотности железа.
Химические свойства
Щёлочноземельные металлы имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns², и являются s-элементами, наряду с щелочными металлами. Имея два валентных электрона, щёлочноземельные металлы легко их отдают, и во всех соединениях имеют степень окисления +2 (очень редко +1).
Химическая активность щёлочноземельных металлов растёт с ростом порядкового номера.
Бериллий в компактном виде не реагирует ни с кислородом, ни с галогенами даже при температуре красного каления (до 600 °C, для реакции с кислородом и другими халькогенами нужна ещё более высокая температура, фтор — исключение).
Магний защищён оксидной плёнкой при комнатной температуре и более высоких (до 650 °C) температурах и не окисляется дальше.
Кальций медленно окисляется и при комнатной температуре вглубь (в присутствии водяных паров), и сгорает при небольшом нагревании в кислороде, но устойчив в сухом воздухе при комнатной температуре. Стронций, барий и радий быстро окисляются на воздухе, давая смесь оксидов и нитридов, поэтому их, так же и как щелочные металлы (и кальций), хранят под слоем керосина.
Оксиды и гидроксиды щёлочноземельных металлов имеют тенденцию к усилению основных свойств с ростом порядкового номера: Be(OH)2 — амфотерный, нерастворимый в воде гидроксид, но растворим в кислотах (а также проявляет кислотные свойства в присутствии сильных щелочей), Mg(OH)2 — слабое основание, нерастворимое в воде, Ca(OH)2 — сильное, но малорастворимое в воде основание, Sr(OH)2 — лучше растворимо в воде, чем гидроксид кальция, сильное основание (щёлочь) при высоких температурах, близких к точке кипения воды (100 °C), Ba(OH)2 — сильное основание (щёлочь), по силе не уступающее KOH или NaOH, и Ra(OH)2 — одна из сильнейших щелочей, очень коррозионное вещество.
Нахождение в природе
Все щёлочноземельные металлы имеются (в разных количествах) в природе. Ввиду своей высокой химической активности все они в свободном состоянии не встречаются.
Самым распространённым щёлочноземельным металлом является кальций, количество которого равно 3,38 % (от массы земной коры). Немногим ему уступает магний, количество которого равно 2,35 % (от массы земной коры).
Распространены в природе также барий и стронций, которых соответственно 0,05 и 0,034 % от массы земной коры. Бериллий является редким элементом, количество которого составляет 6·10−4% от массы земной коры.
Что касается радия, который радиоактивен, то это самый редкий из всех щёлочноземельных металлов, но он в небольшом количестве всегда содержится в урановых рудах. В частности, он может быть выделен оттуда химическим путём. Его содержание равно 1·10−10% (от массы земной коры)[4].
См. также
Ссылки
- http://enc.mail.ru/article/74002900
Литература
II группа главная подгруппа Периодической таблицы Менделеева (щелочноземельные металлы)
- К щелочноземельным металлам относят химические элементы: двувалентные металлы, составляющие IIА группу:
- Бериллий Be
- магний Mg
- кальций Ca,
- стронций Sr,
- барий Ba и
- радий Ra.
- Хотя бериллий Be по свойствам больше похож на алюминий, а магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, но в целом отличается от них.
- Все щелочноземельные металлы — вещества серого цвета и гораздо более твердые, чем щелочные металлы.
Бериллий Be устойчив на воздухе. Магний и кальций (Mg и Ca) устойчивы в сухом воздухе. Стронций Sr и барий Ba хранят под слоем керосина.
От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение:
- атомного радиуса,
- металлических, основных, восстановительных свойств,
- реакционной способности.
Уменьшается
- электроотрицательность,
- энергия ионизация,
- сродство к электрону.
- Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 2 электрона на внешнем уровне ns2:
- Be — 2s2
- Mg —3s2
- Ca — 4s2
- Sr — 5s2
- Ba — 6s2
- Ra — 7s2
Как правило, щелочноземельные металлы в природе присутствуют в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов и др.
Основные минералы, в которых присутствуют щелочноземельные металлы:
Магний
- Магний получают электролизом солей, чаще всего хлоридов: расплавленного карналлита (KCl·MgCl26H2O) или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:
MgCl2 → Mg + Cl2
- восстановлением прокаленного доломита в электропечах при 1200–1300°С:
- 2(CaO · MgO) + Si → 2Mg + Ca2SiO4
- Кальций
- Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:
- CaCl2 → Ca + Cl2
- Барий
- Барий получают алюмотермическим способом — восстановление оксида бария алюминием в вакууме при 1200 °C:
- 4BaO+ 2Al → 3Ba + Ba(AlO2)2
Качественные реакции
- Окрашивание пламени солями щелочных металлов
Цвет пламени:
- Ca — кирпично-красный
- Sr — карминово-красный (алый)
- Ba — яблочно-зеленый
- Взаимодействие с веществами:
- С кислородом
- С кислородом взаимодействуют при нагревании с образованием оксидов
- 2Сa + O2 → 2CaO
- Видео Горение кальция
- С галогенами
- (F, Cl, Br, I)
- Щелочноземельные металлы реагируют с галогенамипри нагревании с образованием галогенидов .
- Сa + Cl2→ 2СaCl2
- С водородом
- Щелочноземельные металлы реагируют с водородом при нагревании с образованием гидридов:
- Сa + H2 СaH2
- Бериллий с водородом не взаимодействует.
- Магний реагирует только при повышенном давлении:
- Mg + H2 → MgH2
- С серой
- Щелочноземельные металлы при нагревании взаимодействуют с серой с образованием сульфидов сульфидов:
- Сa + S СaS
- Ca + 2C → CaC2 (карбиды)
- С азотом
- При комнатной температуре с азотом взаимодействует только магний с образованием нитрида:
- 6Mg + 2N2 → 2Mg3N2
- Остальные щелочноземельные металлы реагируют с азотом при нагревании.
- С углеродом
- Щелочноземельные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов:
- Ca + 2C → CaC2
- Бериллий при нагревании с углеродом с образует карбид — метанид:
- 2Be + C → Be2C
- С фосфором
- Щелочноземельные металлы при нагревании взаимодействуют с фосфором с образованием фосфидов:
- 3Сa + 2P Сa3 P2
Взаимодействие со сложными веществами
- С водой
- Кальций, стронций и барий взаимодействуют с водой при комнатной температуре с образованием щелочи и водорода:
- Sr + 2H2O → Sr(OH)2 + H2↑,
- Магний реагирует с водой при кипячении, а бериллий с водой не реагирует.
- С кислотами
- С растворами HCl, H2SO4, H3PO4 щелочноземельные металлы взаимодействуют с образованием соли и выделением водорода:Са + H2SO4(разб)= СаSO4 + H2
- С кислотами-окислителями (HNO3 и конц. H2SO4):
- с концентрированной серной:
- 4Ca + 10H2SO4(конц) → 4CaSO4 + H2S↑ + 5H2O;
- с разбавленной и концентрированной азотной:
- 4Sr + 10HNO3(конц) → 4Sr(NO3)2 + N2O +5H2O
- С водными растворами щелочей
- В водных растворах щелочей растворяется только бериллий:
- Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2
- С солями
- В расплаве щелочноземельные металлы могут взаимодействовать с некоторыми солями:
- Ca + CuCl2 → CaCl2 + Cu
Запомните! В растворе щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой, а не с солями других металлов.
- С оксидами
- Щелочноземельные металлы могут восстанавливать из оксидов такие неметаллы как кремний, бор, углерод:
- 2Ca + SiO2 → 2CaO + Si
- Магний сгорает в атмосфере углекислого газа с образованием оксида магния и сажи (С):
- 2Mg + CO2 → 2MgO + C
Erdalkalimetalle – Wikipedia
| Место в периодической таблице |
| группа | 2 |
| период | |
| 2 | 4 Be |
| 3 | 12 мг |
| 4-й | Около 20 |
| 5 | 38 Sr |
| 6-е | 56 Ba |
| 7-е | 88 Ra |
Когда щелочноземельные металлы являются химические элементы бериллий , магний , кальций , стронций , барий и радий из 2 — й основной группы в Периодической таблице упоминается.
Это блестящие химически активные металлы , в валентной оболочке которых находятся два электрона . Радий — радиоактивный промежуточный продукт ряда естественных распадов .
Название происходит от двух соседних основных групп: щелочных металлов , с которыми они образуют общие сильные основания , и земных металлов , с которыми они связаны, которые плохо растворимы в воде .
характеристики
Типичные щелочноземельные металлы — это кальций , стронций и барий . Бериллий очень мало похож на другие щелочноземельные металлы, поэтому бериллий также относится к группе цинка . Щелочноземельные металлы — это легкие металлы с металлическим блеском. Блеск исчезает быстро в воздухе , потому что металл окисляется . Бериллий и магний довольно устойчивы в сухом воздухе . Магний реагирует с азотом воздуха аналогично литию . Вот почему говорят о косвенном отношении к элементу литию. Щелочноземельные металлы проводят в электрический ток , и каждый имеет два внешних электрона . В соединениях они встречаются почти исключительно в виде двухвалентных катионов .
Типичные щелочноземельные металлы и их соли имеют определенный цвет пламени :
- Кальций и его соли окрашивают пламя в оранжево-красный цвет (622 и 553 нм).
- Стронций и его соли окрашивают пламя в красный цвет (675 и 606 нм).
- Барий и его соли окрашивают пламя в зеленый цвет (524 и 514 нм).
Из-за этого цвета пламени для фейерверков используются соединения щелочноземельных металлов .
Физические свойства
С увеличением атомного числа , атомная масса , атомный радиус и ионный радиус растут .
Кальций имеет самую низкую плотность — 1550 кг / м³. Он увеличивается вверх и особенно вниз, при этом максимальное значение радия достигает 5500 кг / м³.
Твердости Мооса бериллия находится в среднем диапазоне 5,5. Остальные элементы 2-й основной группы имеют низкую твердость, которая уменьшается с увеличением атомного номера.
Первые три щелочноземельных металла, особенно бериллий и кальций, являются очень хорошими электрическими проводниками . Хотя другие элементы этой основной группы отнюдь не плохие лидеры, разница значительна.
Энергия первой ионизации падает с увеличением атомного номера с 9,322 эВ для бериллия до 5,212 эВ для бария. Радий снова имеет немного более высокое значение — 5,279 эВ.
Электроотрицательность падает от 1,57 бериллия до 0,9 для радия.
| Температура плавления (1013 гПа) | 1560 К (1287 ° С) |
923 К (650 ° С) |
1115 К (842 ° С) |
1050 К (777 ° С) |
1000 К (727 ° С) |
973 тыс. (700 ° С) |
| Температура кипения (1013 гПа) | 3243 К (2969 ° С) |
1383 К (1110 ° С) |
1760 К (1487 ° С) |
1653 К (1380 ° С) |
1910 К (1637 ° С) |
2010 К (1737 ° С) |
| Плотность (20 ° C, 1013 гПа) | 1,848 г / см 3 | 1,738 г / см³ | 1,55 г / см 3 | 2,63 г / см 3 | 3,62 г / см 3 | 5,5 г / см³ |
| Твердость по Моосу | 5.5 | 2,5 | 1,75 | 1.5 | 1,25 | |
| Электрическая проводимость | 25 х 10 6 См / м | 22,7 х 10 6 См / м | 29,4 х 10 6 См / м | 7,41 х 10 6 См / м | 2,94 х 10 6 См / м | 1 х 10 6 См / м |
| Атомная масса | 9,012 ед. | 24 305 ю | 40 078 ю | 87,62 ед. | 137 327 u | 226,025 ед. |
| Электроотрицательность | 1,57 | 1,31 | 1,00 | 0,95 | 0,89 | 0,9 |
| состав | ||||||
| Кристаллическая система | шестиугольный | шестиугольный | Кубическая площадь с центром | Кубическая площадь с центром | объемно-центрированная кубическая | объемно-центрированная кубическая |
Электронная конфигурация
Электронная конфигурация является [ Х ] у с ². Х обозначает электронную конфигурацию с благородным газом , который является одним периода выше , и периода , в котором элемент расположен должны быть использован для у .
Электронные конфигурации для отдельных элементов:
- Бериллий: [ He ] 2s²
- Магний: [ Ne ] 3s²
- Кальций: [ Ar ] 4s²
- Стронций: [ Kr ] 5s²
- Барий: [ Xe ] 6s²
- Радий: [ Rn ] 7s²
Степень окисления +2, так как два электрона во внешней оболочке могут быть легко отданы. Ионы Me 2+ имеют конфигурацию благородного газа .
Реакции
Щелочноземельные металлы достигают конфигурации благородного газа, высвобождая два своих внешних электрона .
Однако по сравнению со щелочными металлами они менее реактивны, потому что для отщепления двух внешних электронов требуется более высокая энергия ионизации, чем одного, как в случае со щелочными металлами.
Это может быть оправдано тем фактом, что щелочноземельные металлы имеют более высокий заряд ядра и, соответственно, меньшие атомные радиусы, чем щелочные металлы.
В группе щелочноземельных металлов реакционная способность увеличивается сверху вниз, потому что между внешними электронами и ядром атома появляется все больше и больше полных электронных оболочек, и поэтому расстояние между внешними электронами и ядром увеличивается. Это означает, что они менее сильно притягиваются к ядру атома и поэтому могут легче отщепляться.
Щелочноземельные металлы легко испускают свои два внешних электрона , образуя дважды положительно заряженные ионы , и поэтому являются основными металлами , которые окисляются на воздухе . Однако бериллий и магний образуют стабильные оксидные слои и, таким образом, пассивируются, то есть окисляется только их поверхность.
Эта пассивация также означает, что вода очень медленно атакует бериллий и магний. С другой стороны, кальций , стронций и барий реагируют с водой с образованием гидроксидов с образованием водорода . Как и щелочные металлы , щелочноземельные металлы также являются образующими основания .
В противном случае щелочноземельные металлы хорошо реагируют с неметаллами , например Б. с кислородом или с галогенами .
В следующих уравнениях реакции Me обозначает щелочноземельный металл.
2Мне+О2⟶2MeO{ Displaystyle { ce {2Me + O2 -> 2MeO}}}
Барий также образует перекись бария .
Мне+ЧАС2⟶MeH2{ displaystyle { ce {Me + H2 -> MeH2}}}
Образующиеся гидриды имеют ионную структуру.
Мне+2ЧАС2О⟶Мне(ОЙ)2+ЧАС2{ Displaystyle { ce {Me + 2H2O -> Me (OH) 2 + H2}}}
- Реакция с галогенами (на примере хлора ):
Мне+Cl2⟶MeCl2{ Displaystyle { ce {Me + Cl2 -> MeCl2}}}
Реакционная способность , которая увеличивается с атомным номером, может быть четко прослежена в поведении реакции:
ссылки
Бериллий — единственный щелочноземельный металл, который образует преимущественно ковалентные связи. Остальные элементы 2-й основной группы встречаются почти исключительно в виде ионов Me 2+ . В таблице представлен приблизительный обзор наиболее важных подключений:
Другие
BaO2+ЧАС2ТАК4-й⟶BaSO4-й+ЧАС2О2{ displaystyle { ce {BaO2 + H2SO4 -> BaSO4 + H2O2}}}
Жесткость воды
Растворенные ионы кальция и магния в основном определяют жесткость воды . Например, водорастворимый гидрокарбонат кальция (Ca (HCO 3 ) 2 ) превращается в малорастворимое соединение карбонат кальция (CaCO 3 ), которое также известно как « накипь »:
Приблизительно(HCO3)2⟶CaCO3+CO2↑+ЧАС2О{ Displaystyle { ce {Ca (HCO3) 2 -> CaCO3 + CO2 (^) + H2O}}}
Обратной реакции препятствует улетучивание диоксида углерода из раствора , накипь оседает в кастрюлях и т. Д. Таким образом, гидрокарбонат кальция относится к категории временной жесткости воды.
Другое свойство ионов щелочноземельных металлов, но особенно Ca 2+ и Mg 2+ , заключается в образовании нерастворимых соединений с мылом . Поскольку мыла с химической точки зрения являются солями , они состоят из катионов и анионов .
Анионы всегда представляют собой высшие жирные кислоты , а в качестве катионов обычно используются ионы щелочных металлов .
Ионы щелочноземельных металлов заменяют их и, таким образом, образуют нерастворимые соединения, которые обобщены термином « известковое мыло ».
Вхождение
Щелочноземельные металлы участвуют в структуре земной коры, включая воздушную и водную оболочку, следующим образом (данные в% по массе):
- 2,7 · 10 −4 % бериллия
- 2,0 х 10 0 % магния
- 3,4 х 10 0 % кальция
- 3,6 · 10 -2 % стронция
- 4,0 · 10 -2 % бария
- 1,0 х 10-10 % радия
Щелочноземельные металлы никогда не встречаются в природе и в основном связаны в виде силикатов , карбонатов или сульфатов .
Бериллийсодержащие драгоценные камни
Хотя бериллий встречается очень редко, он содержится в 30 различных минералах . К наиболее известным относятся:
доказательство
Щелочноземельные металлы обнаруживаются в основном спектральным анализом на основе характерных спектральных линий . Влажные химические методы, такие как осаждение в виде карбонатов , сульфатов или гидроксидов , теперь используются только в демонстрационных целях.
| нет | Be (OH) 2 осаждается | BeCO 3 растворим | BeSO 4 растворим | BeC 2 O 4 осаждается | BeCrO 4 растворим |
| нет | Mg (OH) 2 осаждается | MgCO 3 осаждается | MgSO 4 растворим | MgC 2 O 4 растворим | MgCrO 4 растворим |
| кирпично красный | Ca (OH) 2 осаждается | CaCO 3 осаждается | CaSO 4 осаждается | CaC 2 O 4 осаждается | CaCrO 4 осаждается |
| интенсивно красный | Sr (OH) 2 осаждается | SrCO 3 осаждается | SrSO 4 осаждается | SrC 2 O 4 растворим | SrCrO 4 осаждается |
| желтый зеленый | Ba (OH) 2 растворим | BaCO 3 осаждается | BaSO 4 осаждается | BaC 2 O 4 растворим | BaCrO 4 осаждается |
| кармин | Ra (OH) 2 растворим | RaCO 3 терпит неудачу | Расо 4 выпадает в осадок | RaC 2 O 4 осаждается | RaCrO 4 осаждается |
Инструкции по технике безопасности
На воздухе стабильны только бериллий и магний. Остальные элементы этой основной группы должны храниться в парафиновом масле или инертном газе . Хранение в спирте возможно только для бериллия, магния и кальция, так как барий уже отщепляет от них водород и вступает в реакцию с алкоголем .
Ба+2Р.-ОЙ⟶Ба2+ (Р.-О-)2+ЧАС2↑{ Displaystyle { ce {Ba + 2 R-OH -> Ba2 + (RO ^ -) _ 2 + H2 (^)}}}
В мелкодисперсной форме магний легко воспламеняется; Порошки кальция, стронция и бария могут самовоспламеняться на воздухе. Сжигание щелочноземельных металлов не должны никогда быть погашен с водой!
Щелочноземельные металлы являются сильными восстановителями, способными даже выделять щелочные металлы из своих соединений. Эти реакции сильно экзотермичны ; при определенных обстоятельствах это может даже привести к взрыву .
Бериллий — яд для легких , хотя механизм действия до сих пор в значительной степени неизвестен. Его соединения также являются канцерогенными.
Соединения бария очень токсичны, если они легко растворяются в воде. 1 грамм может быть смертельным.
Радий чрезвычайно вреден для здоровья из-за своей радиоактивности, но до 1931 года вода с добавлением радия продавалась для питья под торговым названием Radithor . Число раненых или погибших, которые, как стальной магнат Эбен Байерс , поглотили Радитор , неизвестно.
веб ссылки
литература
- Ганс Брейер: dtv-Atlas Chemie (Том 1: Общая и неорганическая химия) (2000), ISBN 3-423-03217-0 , стр. 94-113.
Загрузка...
