Чем атомы щелочноземельных металлов отличаются друг от друга


Щелочноземельные металлы, подготовка к ЕГЭ по химии

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 ns 2:

  • 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
  • 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

  • Реакции с кислотами
  • Щелочноземельные металлы - активные металлы, стоящие в ряду активности левее водорода, и, следовательно, способные вытеснить водород из кислот:

    Ba + HCl → BaCl2 + H2

  • Реакции с неметаллами
  • Хорошо реагируют с неметаллами: кислородом, образуя оксиды состава RO, с галогенами (F, Cl, Br, I), серой. Степень окисления у щелочноземельных металлов постоянная +2.

    Mg + O2 → MgO (оксид магния)

    Ca + I2 → CaI2 (йодид кальция)

    Mg + S → MgS (сульфид магния)

    При нагревании реагируют с азотом, водородом и углеродом.

    Ca + N2 → (t) Ca3N2 (нитрид кальция)

    Ca + H2 → (t) CaH2 (гидрид кальция)

    Ba + C → (t) BaC2 (карбид бария)

  • С оксидами других металлов
  • 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) 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 → CaCO 3

    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
  • 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.

    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

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 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 + H2O

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O + CO2

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

Реакция 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, зависящая 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.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2020

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Определение и место в периодической таблице

Определение: что такое щелочноземельные металлы

Щелочноземельные металлы - это группа высокореактивных элементов, расположенных рядом с группой щелочных металлов. Хотя все щелочные металлы встречаются в природе, их высокая реакционная способность не позволяет им встречаться свободно или в чистом виде [1, 2] .

Где находятся щелочноземельные металлы в Периодической таблице

Они принадлежат к Группе 2 (следующей за группой щелочного металла) в периодической таблице, где все щелочные металлы находятся в s-блоке [3, 4] .

Щелочно-земельные металлы периодической таблицы

Примеры щелочноземельных металлов

Почему их называют щелочноземельными металлами

Щелочные металлы названы так потому, что при смешивании с водой они образуют растворы с pH выше 7 и «основными» или «щелочными» свойствами [5] . Кроме того, они находятся в земной коре и не подвержены воздействию огня или тепла [6] .

Общие свойства и характеристики щелочноземельных металлов

Физические свойства

  • Блестящий, серебристо-белый цвет
  • Низкая плотность
  • Низкие температуры кипения и плавления [1]

Химические свойства

  • Все щелочноземельные металлы обладают высокой реакционной способностью, хотя и не так сильно, как щелочные металлы [5] .
  • При контакте с водой все они сильно реагируют с образованием щелочных гидроксидов (исключение составляет бериллий, поскольку он не реагирует с водой).
  • Элементы группы 2 обычно образуют электровалентные или ионные связи в реакциях с другими элементами (опять же, Be является исключением, поскольку он образует ковалентные связи) [5]
  • Все они реагируют с галогенами и образуют галогенидные соединения [2]

Почему щелочноземельные металлы настолько реактивны

Энергия, необходимая для того, чтобы атом отдать электроны в своей внешней оболочке (валентные электроны), является энергией ионизации элемента.Чем ниже энергия ионизации, тем более реактивный элемент. Поскольку все щелочные металлы имеют только два валентных электрона, требуется небольшая энергия, чтобы заставить их отдать эти электроны с образованием катионов (2+), что приводит к высокой реакционной способности [7] .

Бериллий (Be) не реагирует с водой из-за своего небольшого атомного размера и относительно высокой энергии ионизации [8] .

Реакция с водой

Щелочные металлы реагируют с водой при комнатной температуре с образованием почти нерастворимых в воде гидроксидов вместе с ионами водорода с образованием основного раствора [8] .Вот как уравнение выглядит для реакции между кальцием и водой:

Ca + 2H 2 O ⟶ Ca (OH) 2 + H 2

Реакция с кислородом

Все шесть элементов группы 2 реагируют с кислородом с образованием оксидов, хотя и не так легко, как элементы группы 1. Реакция требует тепла. Следующее уравнение показывает, как магний (Mg) будет реагировать с кислородом (O 2 )

2Mg + O 2 ⟶ 2MgO

Щелочноземельных металлов используется

Be и Mg широко используются в производстве сплавов, используемых в промышленных конструкциях, включая жаропрочные заводские инструменты, а также детали автомобилей и самолетов.Ba находит применение в различных медицинских и диагностических процедурах, таких как рентген и МРТ (бариевая пища). Наиболее важное применение Sr - это производство фейерверков, поскольку он помогает создавать красочные вспышки. Помимо радия, щелочноземельные металлы также используются в лампах-вспышках и батареях.

Радий, являясь высокорадиоактивным элементом, в настоящее время не имеет промышленного применения. Ранее он использовался в светящихся красках и циферблатах часов [1, 9] .

Роль щелочноземельных металлов в биологических системах

Mg и Ca играют жизненно важную функциональную и структурную роль в физиологии растений и животных, причем Mg присутствует в молекулах хлорофилла, в то время как Ca является одним из основных компонентов костей.Кроме того, SR необходим для выживания ряда морских существ, в первую очередь различных твердых кораллов, поскольку этот элемент помогает формировать их экзоскелеты [1, 5] .

FAQ

Q 1. Какой щелочноземельный металл самый легкий?

Отв. Бериллий - самый легкий элемент в этом семействе, имеющий наименьший атомный радиус.

Q 2. Какой щелочноземельный металл самый тяжелый?

Отв. Радий - самый тяжелый щелочноземельный металл с наибольшим атомным радиусом [10]

3 квартал.Какие щелочноземельные металлы наиболее распространены?

Отв. Кальций и магний - самые распространенные щелочноземельные металлы

Q 4. Каковы основные различия между щелочноземельными металлами и щелочными металлами?

Отв. Щелочные и щелочноземельные металлы обладают некоторыми схожими физическими свойствами, но главное различие между ними - количество валентных электронов. Щелочноземельные металлы имеют два валентных электрона, тогда как щелочные металлы имеют только один.Это делает первый менее реактивным, чем второй [11] .

Интересные факты

  • Щелочноземельные металлы представляют собой семейство наиболее реактивных элементов после щелочных металлов [5] .
  • Первый и последний элементы группы 2, Be и Ra, токсичны для живых организмов [1] .
  • Все шесть элементов образуют цветное пламя при горении: ярко-белое для бериллия и магния, красный для кальция и радия, малиновый для стронция и зеленый для бария.
  • Известно, что четыре из шести щелочноземельных элементов были впервые выделены английским химиком сэром Хамфри Дэви [2] .

Артикул:

  1. Щелочноземельные металлы - Courses.lumenlearning.com
  2. Щелочноземельные металлы - Ducksters.com
  3. Элементы S-блока в Периодической таблице: свойства и обзор - Study.com
  4. Элементы группы 2: щелочноземельные металлы - Chem.libretexts.org
  5. Направление во вторую группу - Chem4kids.com
  6. Физические свойства щелочноземельных металлов - Classnotes.org.in
  7. Щелочноземельные металлы: определение, свойства и характеристики - Study.com
  8. Реакции элементов основной группы с водой - Chem.libretexts.org
  9. Повседневное использование щелочноземельных металлов - Schooledbyscience.com
  10. Самый тяжелый щелочноземельный металл - Guinnessworldrecords.com
  11. Щелочные и щелочноземельные металлы - Technologyuk.net
.

Щелочноземельные металлы

Щелочноземельные металлы - это 6 элементов, находящихся во втором столбце периодической таблицы. (Тодд Хелменстайн)

Щелочноземельные металлы или щелочноземельные металлы - это набор из шести элементов, находящихся во второй группе (столбце) периодической таблицы. Атомы каждого из этих элементов имеют по два электрона на внешней электронной оболочке. Обратите внимание на элементы этой группы и их общие свойства:

Список щелочноземельных металлов

Есть шесть щелочноземельных металлов.В порядке возрастания атомного номера они следующие:

Свойства щелочноземельного металла

Это кристаллы магния. Другие щелочноземельные металлы имеют аналогичный внешний вид и свойства. (Марк Фергус, CSIRO)

Поскольку каждый атом имеет два валентных электрона, элементы этой группы имеют несколько общих характеристик:

  • Атомы имеют полную внешнюю электронную оболочку s (2 электрона), что означает, что эти элементы образуют катионы с 2+ и степень окисления 2+.
  • Атомы имеют низкое сродство к электрону и низкую электроотрицательность.
  • Все щелочноземельные металлы - блестящие металлы серебристого цвета при обычных температурах и давлении.
  • Эти металлы ковкие и пластичные.
  • Щелочноземельные металлы обычно мягкие, с относительно низкими плотностями, температурами плавления и кипения металлов. Температуры плавления и кипения по-прежнему намного выше, чем у неметаллов. Хотя эти элементы мягкие, они тверже, чем элементы группы щелочных металлов.
  • Элементы этой группы умеренно реакционноспособны, причем реакционная способность возрастает по мере продвижения вниз по таблице Менделеева (т.е. стронций более реактивен, чем кальций).
  • Щелочноземельные металлы находятся в соединениях, но не в свободном виде.
  • Щелочноземельные металлы легко реагируют с галогенами (Cl, Br и т. Д.) С образованием галогенидов. Они также реагируют с кислородом с образованием оксидов.
  • Хотя это и не свойство само по себе, стоит отметить, что все щелочноземельные элементы названы в честь своих оксидов (щелочноземельных элементов), которые имеют названия бериллий, магнезия, известь, стронция и барита.

Связанные должности

.

щелочноземельных металлов - учебный материал для IIT JEE

 


Группа 2 периодической таблицы состоит из шести металлических элементов.Это бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) и радий (Ra). Название щелочноземельных металлов было дано магнию, кальцию, барию и стронцию, поскольку их оксиды были щелочными по своей природе, и эти оксиды не подвергались воздействию тепла или огня и существовали в земле.

Итак, металлы группы 2 называются щелочноземельными металлами, потому что их гидроксиды являются сильными щелочами (как и гидроксиды щелочных металлов), плюс все они находятся в земной коре.

Появление щелочноземельных металлов


Подобно щелочным металлам, щелочноземельные металлы также обладают высокой реакционной способностью и, следовательно, не встречаются в свободном состоянии, но, вероятно, распространяются в природе в комбинированном состоянии в виде силикатов, карбонатов, сульфатов и фосфатов.

Элементы

Обилие

Основные минералы

Использует

Бериллий

от 2,8 до 10-3%

Впервые обнаружен в 1798 году в драгоценных камнях берилле и изумруде (Be 3 Al 2 Si 6 O 1 )

Используется в коррозионно-стойких сплавах.

Магний

2,33%,

7-й по содержанию элемент в земной коре

Чистый магний, впервые полученный в 1800 году, назван в честь района магнезии в Фессалии, Греция, где обнаружены большие месторождения этого минерала.

Легированный алюминием Mg широко используется в качестве конструкционных материалов из-за его высокой прочности, низкой плотности и простоты обработки.

Кальций

4,15%, 5-й по содержанию элемент в земной коре.

CaCO 3 .2H 2 O, полученный в чистом виде в 1808 году, кальций происходит от латинского слова calx, что означает «известь»

В качестве легирующего агента для повышения твердости соединений алюминия. Кальций - основная составляющая зубов и костей.

Стронций

0,038%

Обнаружен в 1787 году и назван в честь небольшого городка Стронтион (Шотландия)

SrCO 3 используется для производства стекла для кинескопов цветных телевизоров.

Барий

0.042%

Обнаружен в минералах витерит (BaCO 3 ) и барит (BaSO 4 ), в честь которых назван.

BaSO 4 используется в медицине как контрастное вещество для желудка и кишечника

Рентген

Радий

Следы

Выделено в виде хлорида в 1898 г. из минеральной настурановой обманки

Используется в радиотерапии рака

Группа IIA (щелочноземельные металлы) и группы IIB (Zn, Cd, Hg) Mg действует как мостик между IIA и IIB.

S. No.

Недвижимость

IIA (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra)

IIB (Zn, Cd, Hg)

1

Электронная конфигурация

[Инертный газ] ns 2

[Инертный газ] (n - 1) d 10 ns 2

2.

Блок

S - блок

д - квартал

3.

Степень окисления

+2

+2, ртуть также образует димер Hg 2 +2

4.

Природа оксида

BeO амфотерный, остальные оксиды - основные.

ZnO - амфотерный, CdO и MgO - основные

5.

Природа галогенидов

Электронно-дефицитный BeX2, остальные (MX2) ионные:

MgCl 2 2 2 2

ZnCl 2 , CdCl 2 ионные, но менее IIA, HgCl 2 ковалентные.

6.

Природа сульфатов

Менее растворим в воде и растворимость снижается по группе BeSO 4 > MgSO 4 > CaSO 4 > SrSO 4 > BaSO 4

Более растворим, чем IIA

7.

Природа гидроксидов

Растворимость гидроксидов увеличивается по мере продвижения вниз по группе.

Растворимость гидроксидов уменьшается по мере продвижения вниз по группе.

8.

Природа сульфидов

Растворимый

ZnS, CdS, HgS нерастворимы и выпадают в осадок при солевом анализе.

9.

Реакционная способность

Увеличивается по мере продвижения вниз по группе Be

Уменьшается при движении вниз по группе Zn> Cd> Hg


Электронная конфигурация

Общая электронная конфигурация щелочноземельных металлов - ns 2 .

Элементы

Электронная конфигурация

Be

1 с 2 2 с 2

мг

1s 2 2s 2 sp 6 3s 2

Ca

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

Sr

[Kr] 5s 2

Ba

[Xe] 6s 2

Ra

[Rn] 7s 2


Физические свойства элементов II группы


Атомный и ионный радиусы

Атомные радиусы, а также ионные радиусы членов этого семейства меньше, чем соответствующие члены щелочных металлов.


Энергия ионизации

Щелочноземельные металлы из-за большого размера атомов имеют довольно низкие значения энергии ионизации по сравнению с элементами p-блока. Однако с в группе энергия ионизации уменьшается с увеличением атомного номера. Это происходит из-за увеличения размера атома из-за добавления новых оболочек и увеличения величины экранирующего эффекта электронов во внутренних оболочках. Поскольку их (IE) 1 больше, чем у их соседей из щелочных металлов, металлы группы IIA имеют тенденцию к несколько меньшей реакционной способности, чем щелочные металлы.

Общий тренд реакционной способности: Ba> Sr> Ca> Mg> Be.

Состояние окисления

Щелочноземельный металл имеет два электрона в валентной оболочке, и, теряя эти электроны, эти атомы приобретают стабильную конфигурацию благородного газа. Таким образом, в отличие от щелочных металлов, щелочноземельные металлы в своих соединениях проявляют степень окисления +2.

М → М +2 + 2e -

[благородный газ]

Плотность щелочноземельных металлов

Атомный вес увеличивается от Be до Ba в группе, и объем также увеличивается, но увеличение атомного веса больше по сравнению с атомным объемом.Следовательно, плотность увеличивается от Be до Ba.

Исключение: Плотность Mg больше, чем у Ca.

Порядок: Ca


Точки плавления и кипения

Щелочноземельные металлы имеют более высокие температуры плавления и кипения по сравнению с щелочными металлами, что объясняется их малым размером и более плотноупакованной кристаллической решеткой по сравнению с щелочными металлами и наличием двух валентных электронов.


Теплота гидратации

Теплоты гидратации M 2+ уменьшаются с увеличением их ионного размера, и их значения больше, чем у ионов щелочных металлов.

Ионы щелочноземельных металлов, из-за их большего отношения заряда к размеру, оказывают гораздо более сильное электростатическое притяжение на кислород молекулы воды, окружающей их.

Поскольку щелочноземельные металлы (кроме Be) имеют тенденцию легко терять свои валентные электроны, они действуют как сильные восстановители, как указано в красных значениях E 0 .Особенно менее отрицательное значение для Be возникает из-за большой энергии гидратации, связанной с небольшим размером Be2 + и относительно большим значением теплоты сублимации.


Растворимость

Основная природа оксидов увеличивается вниз по группе, но растворимость сульфатов и карбонатов уменьшается с увеличением размера ионов.

Растворимость большинства солей снижается с увеличением атомной массы, хотя обычная тенденция меняется на противоположную с фторидами и гидроксидами в этой группе.

Имущество

Элементы

Be

мг

Ca

Sr

Ba

Ra

Атомный номер

4

12

20

38

56

88

Атомная масса

9.01

24,31

40,08

87,62

137,33

226,03

Металлический радиус / пм

112

160

197

215

222

Ионный радиус / пм

51

72

100

118

135

148

Энтальпия ионизации (кДж моль - 1 )

я

899

737

590

549

503

509

II

1757

1450

1146

1064

965

979

Энтальпия гидратации ионов M 2+ (кДж моль - 1 )

–2494

-1921

-1577

-1443

-1305

Электроотрицательность

(шкала Полинга)

1.57

1,31

1,00

0,95

0,89

0,9

Плотность / г моль - при 298 К

1,85

1.74

1,55

2,63

3,62

5,5

Точка плавления / K

1562

924

1124

1062

1002

973

Точка кипения / K

2745

1363

1767

1655

2078

(1973)

(неточно)

E ° (В) при 298 K для

M 2+ (водн.) + 2e - → M (с)

-1.97

-2,37

-2,87

-2,89

-2,90

-2,92

Происхождение в литосфере

2 *

2.76 **

4,6 **

384 *

390 *

10 10 **

* ppm (частей на миллион) ** Массовый процент

Реакционная способность и электродный потенциал

Все щелочноземельные металлы являются элементами с высокой реакционной способностью, поскольку они имеют сильную тенденцию терять s-электроны двух валентностей с образованием соответствующих дипозитивных ионов, имеющих конфигурацию инертного газа.Высокая реакционная способность возникает из-за их низкой энергии ионизации и высоких отрицательных значений их стандартных электродных потенциалов. Кроме того, химическая реакционная способность щелочноземельных металлов увеличивается при перемещении вниз по группе, потому что I.E. уменьшается, а электродные потенциалы становятся все более и более отрицательными с увеличением атомного номера от Be до Ra. Таким образом, бериллий является наименее химически активным элементом, в то время как Ba (или Ra) является наиболее активным элементом. Кроме того, поскольку энергии ионизации щелочноземельных металлов выше, а их электродный потенциал менее отрицательный, чем у соответствующих щелочных металлов.Они менее реактивны, чем соответствующие щелочные металлы.


Уменьшающий знак

Щелочноземельные металлы являются более слабыми восстановителями, чем щелочные металлы. Как и у щелочных металлов, их восстанавливающий характер также возрастает по группе. Это связано с тем, что щелочноземельные металлы имеют большую тенденцию терять электроны, поэтому они действуют как восстановитель, но поскольку их I.E. выше, а их электродные потенциалы менее отрицательны, чем у соответствующих щелочных металлов, поэтому щелочноземельные металлы являются более слабыми восстановителями, чем щелочные металлы.Сульфаты устойчивы к нагреванию, тогда как карбонаты разлагаются с образованием MO и CO2, причем температура разложения увеличивается от Mg до Ba. BeCO3 удерживается в атмосфере CO2, чтобы предотвратить его разложение.

BeCO 3

MgCO 3

CaCO 3

SrCO 3

BaCO 3

<100 ° С

540 ° С

900 ° С

1290 ° С

1360 ° С


Испытание на пламя

Ba и Mg не придают никакой окраски i.е. они не проводят испытания на пламя. Это связано с их очень маленькими размерами. Ca, Sr и Ba придают пламени кирпично-красный, кроваво-красный и яблочно-зеленый цвета соответственно.

См. Следующее видео для проверки пламенем щелочных металлов

Решенные примеры

Вопрос 1:

Щелочноземельные металлы показывают степень окисления +2 i.е. они всегда образуют двухвалентные катионы (M2 +). Объясни.

Решение:

Если бы энергия ионизации была единственным вовлеченным фактором, то элементы группы II должны были бы образовывать одновалентные ионы, то есть Mg +, Ca + и т. Д., А не Mg2 +, Ca + 2 и т. Д.

  1. Это можно объяснить следующим образом:

  2. Двухвалентные катионы щелочноземельных металлов приобретают стабильную конфигурацию инертного газа.

  3. Двухвалентные катионы образуют более прочную решетку, чем одновалентные катионы, и, следовательно, большую энергию, называемую энергией решетки, высвобождают при образовании двухвалентных катионов, чем одновалентный катион, что компенсирует высокую энергию второй ионизации.

  4. Наличие двухвалентных ионов в водном растворе связано с большей гидратацией двухвалентных ионов, что уравновешивает высокое значение второй энергии ионизации.

Теплота гидратации (энергия гидратации) щелочноземельных металлов примерно в четыре раза выше, чем у щелочных металлов сопоставимого размера. например

ΔH hyd для Na + (размер 102 мкм) = -397 кДжмоль - 1

ΔH hyd для Ca +2 (размер 100 мкм) = -1650 кДжмоль - 1

Большая энергия гидратации связана с тем, что ионы щелочноземельных металлов из-за их гораздо большего отношения заряда к размеру оказывают гораздо более сильное электростатическое притяжение к кислороду молекулы воды.

_____________________________

Вопрос 2:

Вторая энергия ионизации элементов I группы выше, чем у элементов II группы. Объясни.

Решение:

Второй электрон в случае щелочного металла должен быть удален из катиона (унипозиционного иона), который уже приобрел конфигурацию благородного газа, тогда как в случае щелочноземельных металлов второй электрон должен быть удален из катиона, который еще не приобретают стабильную конфигурацию благородного газа, поэтому удаление 2-го электрона в случае щелочноземельных металлов требует гораздо меньше энергии, чем в случае щелочных металлов.

Резкое увеличение энергии третьей ионизации из-за стабильной конфигурации инертного газа из m +2 ионов. Это объясняет верхний предел степени окисления +2 для элементов.


Разница между щелочноземельными металлами и щелочными металлами

И щелочноземельные, и щелочные металлы являются элементами s-блока, поскольку последний электрон входит на ns-орбиталь. Они похожи друг на друга в некоторых отношениях, но все же есть определенные различия в их свойствах из-за разного количества электронов в валентной оболочке, меньшего атомного радиуса, высокого потенциала ионизации, большей электроотрицательности и т. Д.

Недвижимость

Металлы щелочноземельные

Щелочные металлы

1.

Электронная конфигурация

В валентности присутствует два электрона.Конфигурация ns2 (бивалентная)

В валентной оболочке присутствует один электрон. Конфигурация ns1 (одновалентная) более электроположительная

2.

Валентность

Бивалент

Моновалентный

3.

Электроположительный характер

Менее электроположительный

Более электроположительный

4.

Гидроксиды

Слабые основания, менее растворимы и разлагаются при нагревании.

Прочные основания, хорошо растворимые и устойчивые к нагреванию.

5.

Бикарбонаты

В свободном состоянии они не известны. Существуют только в растворе.

Известны в твердом состоянии.

6.

Карбонаты

Нерастворим в воде.Разлагаются при нагревании.

Растворим в воде. Не разлагается при нагревании (за исключением LiCO3)

7.

Действие азота

Непосредственно соединяется с азотом с образованием нитридов

Не смешивать напрямую с азотом, кроме лития

8.

Действие углерода

Непосредственно соединяется с углеродом и образует карбиды

Не комбинировать напрямую с углеродом

9.

Нитраты

Разлагается при нагревании с образованием смеси NO2 и кислорода

Разлагается при нагревании с выделением только кислорода

10.

Растворимость солей

Сульфаты, фториды фосфатов, хроматы, оксалаты и т. Д. Нерастворимы в воде

Сульфаты, фосфаты, эт.

.

Структуры и стабильность нанокластеров оксидов щелочноземельных металлов: исследование DFT

Порядки устойчивости ряда изомеров кластеров оксидов щелочноземельных металлов, M = Mg, Ca, Sr, Ba, были определены с помощью исследований теории функционала плотности с использованием функционал LDA-PWC. Было обнаружено, что среди структур-кандидатов изомеры на основе гексагонального кольца и формы плит демонстрируют сходную стабильность. Стеки гексагональных колец (MO) 3 оказались несколько предпочтительной стратегией роста среди изомеров (MgO) 6 .Напротив, пластинчатые структуры несколько предпочтительнее для других кластеров оксида щелочного металла (МО) 6 . Было предложено объяснение, основанное на аргументах упаковки и ароматичности. Это исследование может иметь важное значение для моделирования и понимания начальных закономерностей роста малых наноструктур щелочноземельных металлов.

1. Введение

В последние несколько лет значительные усилия были направлены на понимание металлических и полупроводниковых кластеров.Кластеры представляют собой совокупности атомов или молекул, промежуточные по размеру между отдельными атомами и объемным веществом, и их исследования предоставляют интересный способ разработки материалов с различными свойствами путем изменения размера и формы. Таким образом, исследования свойств кластеров в зависимости от размера получили известность в последние годы. Хотя большой прогресс был достигнут в области кластеров металлов и полупроводников, частицы оксидов металлов часто рассматриваются как объемные фрагменты. Однако в небольших кластерах их структура и свойства могут быть совершенно разными [1–4].

В данной работе мы провели сравнительное исследование структуры, устойчивости и свойств некоторых оксидов щелочноземельных металлов (,, и). Оксид магния кристаллизуется в структуре каменной соли и обладает некоторыми типичными полупроводниковыми свойствами, такими как широкая валентная зона (~ 6 эВ), большая диэлектрическая проницаемость (9,8) и малая энергия связи экситона (<0,1 эВ). Для объемного MgO экспериментальное значение ширины запрещенной зоны составляет 7,8 эВ [5]. Он близок к идеальному изолирующему ионному твердому телу со структурой валентной зоны, в которой преобладает сильный потенциал ионных остовов.Исследования электронных свойств MgO мотивированы его технологическими применениями, такими как катализ, микроэлектроника и электрохимия. Объемный MgO относительно инертен, но его реакционная способность значительно увеличивается в наномасштабе. Большая площадь поверхности и высокая реакционная способность поверхности нанокристаллов MgO делают эти материалы особенно эффективными в качестве адсорбентов [6]. Фактически, они были названы «деструктивными адсорбентами» из-за их тенденции адсорбировать и одновременно разрушать посредством процессов разрыва связей ряд токсичных химических веществ [6–9].

Интересно изучить подобную систему, такую ​​как оксид кальция, чтобы оценить, являются ли эти тенденции общей характеристикой кластеров оксидов щелочноземельных металлов или нет. С теоретической точки зрения Ca 2+ больше, чем Mg 2+ , поэтому мы можем ожидать, что ионные размерные эффекты будут играть важную роль в определении структурных различий. Кроме того, Ca 2+ примерно в шесть раз поляризуем, чем Mg 2+ , и поляризуемость оксидных анионов также больше в CaO, потому что связь слабее, чем в MgO.Оксид кальция также кристаллизуется в плотноупакованной структуре «каменной соли» и представляет собой в первую очередь ионный материал с некоторой степенью ковалентности в его связях. С теоретической точки зрения он считается прототипом оксида с широкой запрещенной зоной (7,1 эВ) [10] и высокой диэлектрической проницаемостью (11,8). Кроме того, расчеты зонной структуры приближения локальной плотности предсказали основное состояние полуметаллического ферромагнетика для CaO [11]. Нанокристаллический CaO используется в качестве абсорбента для удаления ХПК из сточных вод бумажной фабрики [12].

Оксид бария - это оксид с интересными электронными и структурными свойствами. Он также является предшественником сегнетоэлектрического оксида перовскита BaTiO 3 и входит в состав земной мантии. Углеродные нанотрубки, покрытые оксидом бария-стронция, служат в качестве полевых эмиттеров [13].

Теоретические работы по ионным материалам были сосредоточены в основном на семействе галогенидов щелочных металлов, а исследования кластеров оксидов металлов были сравнительно немногочисленными, несмотря на их важность во многих областях физики поверхности, таких как гетерогенный катализ или коррозия.Приводятся масс-спектры и данные о фрагментации, индуцированной столкновениями, для стехиометрических и кластерных ионов [14, 15]. Масс-спектры

.

Смотрите также