Учебник по Химии.

Оглавление учебника

НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ. ЭЛЕМЕНТЫ И ИХ СОЕДИНЕНИЯ

12. Щелочноземельные металлы, бериллий, магний

Свойства элементов II A группы.

Свойства	4Be	12Mg	20Ca	38Sr	56Ba	88Ra
Атомная масса	9,012	24,305	40,80	87,62	137,34	226,025
Электронная конфигурация*
	0,113	0,160	0,190	0,213	0,225	0,235
	0,034	0,078	0,106	0,127	0,133	0,144
Энергия ионизации	9,32	7,644	6,111	5,692	5,21	5,28
Относительная электро- отрицательность	1,5	1,2	1,0	1,0	0,9	0,9
Возможные степени окисления	+2	+2	+2	+2	+2	+2
кларк, ат.% (распро- странненость в природе)	1*10^-3	1,4	1,5	8*10^-3	5*10^-3	8*10^-12
Агрегатное состояние (н. у.).	Т В Е Р Д Ы Е В Е Щ Е С Т В А
Цвет	Серо- стальной	Сереб- ристый	С Е Р Е Б Р И С Т О – Б Е Л Ы Й
	1283	649,5	850	770	710	700
	2970	1120	1487	1367	1637	1140
Плотность	1,86	1,741	1,540	2,67	3,67	6
Стандартный электродный потенциал	-1,73	-2,34	-2,83	-2,87	-2,92	-

*Приведены конфигурации внешних электронных уровней атомов соответствующих элементов. Конфигурации остальных электронных уровней совпадают с таковыми для благородных газов, завершающих предыдущий период и указанных в скобках.

Как следует из данных, приведенных в таблице, элементы IIA группы имеют низкие (но все же не самые низкие: сравни с IA гр.) величины энергии ионизации и относительной электроотрицательности, при чем эти величины уменьшаются от Be к Ba, что позволяет сделать вывод о том, что эти элементы – типичные металлы-восстановители, и Ba – более активен, чем Be.

Ве – проявляет, подобно алюминию, амфотерные свойства. Однако у Ве металлические свойства все же более ярко выражены, чем неметаллические. Бериллий реагирует в отличие от остальных элементов IIA группы со щелочами.

Химические связи в соединениях Ве в основном ковалентные, тогда как связи в соединениях всех остальные элементов (Mg - Ra) носят ионный характер. При этом, как и у элементов IA группы, связи с галогенами и кислородом весьма прочные, а с водородом, углеродом, азотом, фосфором и серой – легко гидролизуются.

Физические свойства. Это металлы серебристо-белого цвета, относительно легкие, мягкие (за исключением бериллия), пластичные, легкоплавкие (все, кроме бериллия), обладают хорошей электро- и теплопроводностью.

Практическое применение. Ве используется в атомной технике как замедлитель и поглотитель нейтронов. Сплавы бериллия с медью – бронзы – очень стойкие, а с никелем – обладают высокой химической устойчивостью, благодаря чему и используются в хирургии.

Mg, Ca – используются как хорошие восстановители в металлотермии.

Ca, Sr, Ba – достаточно легко реагируют с газами и используются как геттеры (поглотители из воздушной среды) в вакуумной технике.

Получение. Будучи высоко химически активными, щелочноземельные металлы не встречаются в природе в свободном состоянии, их получают электролизом расплавов галогенидов или металлотермией. В природе щелочноземельные элементы входят в состав следующих минералов: -берилл; - полевой шпат; - бишофит- используется в медицине и для получения магния путем электролиза. Для получения бериллия в металлургии используются фторбериллаты: .

Химические свойства. Щелочноземельные металлы легко реагируют с кислородом, галогенами, неметаллами, водой и кислотами, особенно при нагревании:

- особенно легко эта реакция протекает для кальция и бария, поэтому их хранят в особых условиях.

- персульфид бария BaS – люминофор.

- при гидролизе ацетиленидов образуется ацетилен:

Получить соединения Be и Mg с водородом прямым взаимодействием простых веществ не удалось: реакция не идет, тогда как идет достаточно легко. Образующиеся гидриды – сильные восстановители.

Металлы IIA группы по-разному взаимодействуют с водой:

реакция не идет, пассивация (сравни с Al).

- в случае с Са эта реакция идет очень бурно.

Взаимодействие с кислотами не окислителями:

Взаимодействие с кислотами окислителями:

пассивация, реакция не идет на холоду в независимости от концентрации кислоты;

продукты взаимодействий остальных металлов с кислотами-окислителями зависят от условий их протекания, так: , а при взаимодействии Mg с концентрированной азотной кислотой возможно образование помимо нитрата магния такжеи др.

Взаимодействие с основаниями: реакция не идет, т. к. эти металлы сильные восстановители;

- проявление амфотерности бериллия;

Оксиды щелочноземельных металлов. Оксиды щелочноземельных элементов находят широкое применение в строительстве. Их получают разложением солей: - СаО – негашеная известь.

В ряду оксидов от BeO до BaO слева направо растет растворимость оксидов в воде, их основные свойства и химическая активность, так: BeO – нерастворим в воде, амфотерен, MgO – мало растворим в воде, а CaO, SrO, BaO – хорошо растворяются в воде с образованием гидроксидов Me(OH): .

Температуры плавления оксидов понижаются в ряду BeO ® BaO. Температуры плавления оксидов BeO и MgO » 2500 ° C, что позволяет использовать их как огнеупорные материалы.

Гидроксиды щелочноземельных металлов. В ряду Be(OH)₂ ® Ba(OH)₂ растет радиус ионов Ме²⁺, и, как следствие, увеличивается вероятность проявления основных свойств гидроксидов, их растворимость в воде: Ве(ОН)₂ – мало растворим в воде, вследствие своей амфотерности проявляет слабые кислотные и основные свойства, а Ва(ОН)₂ – хорошо растворим в воде и по своей силе может сравнится с таким сильным основанием как NaOH.

Амфотерность гидроксида бериллия можно проиллюстрировать следующими реакциями:

Соли щелочноземельных металлов. Растворимые соли Be и Ba – токсичны, ядовиты! СaF₂ – малорастворимая соль, встречается в природе как флюорит или плавиковый шпат, находит применение в оптике. СaCl₂, MgCl₂ – хорошо растворимы в воде, находят применение в медицине и химическом синтезе в качестве осушителей. Карбонаты также находят широкое применение в строительстве: СaCО_3ЧMgCО₃ – доломит – используется в строительстве и для получения Vg и Ca. СaCО₃ – кальцит, мел, мрамор, исландский шпат, MgCО₃– магнезит. Содержание растворимых карбонатов в природной воде определяет ее жесткость: . Сульфаты также являются широко распространенными природными соединениями щелочноземельных металлов: СaSO_4Ч 2H₂O – гипс – широко используется в строительстве. MgSO_4Ч 7H₂O – эпсомит, “английская горькая соль”, ВaSO₄ – находит применеие с рентгеноскопии. Фосфаты: Са₃(РО₄)₂ – фосфорит, Са(Н₂РО₄)₂, СаНРО₄ – преципитат – используются для производства удобрений, Са₅(РО₄)_3Ч(ОН^-, F^-, Cl^-) – аппатит – природный минерал Са, NH₄Mg(PО₄) – мало растворимое соединение. Известны и другие соли: Са(NО₃)_2Ч2Н₂O – норвежская селитра, Mg(ClО₄)₂ – ангидрон – очень хороший осушитель.