Как получают щелочные и щелочноземельные металлы


Урок 9. Щелочные и щёлочноземельные металлы – HIMI4KA

У нас вышел новый курс, где всё объясняется ещё проще. Подробннее по ссылке

Щелочные металлы

Щелочные металлы — это элементы главной подгруппы I группы Периодической системы химических элементов Менделеева (ПСМ) (кроме водорода).

Задание 9.1. Назовите все щелочные металлы. Составьте схемы строения атомов натрия и калия. Укажите распределение их валентных электронов.

На внешнем уровне у атомов таких металлов находится по 1 электрону, но расстояние до ядра, а значит, и притяжение к нему, у этих электронов различно.

Вопрос. У какого элемента (натрия или калия) внешние электроны дальше от ядра?

Чем дальше электроны от ядра, тем слабее они притягиваются к нему, тем легче данный атом отдаёт электроны. А это означает, что металлические свойства выражены тем ярче, чем дальше валентные электроны от ядра (при прочих равных условиях). Поэтому сверху вниз в каждой главной подгруппе увеличивается число энергетических уровней в атомах, растёт металлическая активность элементов, т. е. способность их атомов отдавать электроны.

Вопрос. Какой металл более активный: натрий или калий?

Таким образом, активность щелочных металлов возрастает

Но поскольку на внешнем уровне любого щелочного металла находится один электрон, в любой химической реакции щелочные металлы могут отдать только один электрон. Значит, они имеют постоянную валентность I и образуют оксиды состава

Этот оксид растворяется в воде, реагирует с нею:

Полученное основание — щёлочь.

Вопрос. Что такое щёлочь? (См. урок 2.3.)

В подгруппе сверху вниз увеличивается и сила оснований, т. е. способность диссоциировать в водных растворах на ионы. Самой сильной щёлочью является CsOH.

Растворы щелочей мылкие на ощупь, разъедают кожу и ткани (щёлочи — едкие!), изменяют окраску индикаторов. Поскольку все металлы главной подгруппы I группы образуют щёлочи, — их называют «щелочные металлы».

Рассмотрим свойства щелочных металлов на примере натрия. При этом будем придерживаться схемы, изложенной начале второй части.

Строение атома Nа изображается схемой:

Имея один валентный электрон (…3s1), натрий является активным металлом с постоянной валентностью I:

Простое вещество «натрий» — очень лёгкий (легче воды) серебристо-белый металл, который легко режется ножом. Натрий активно реагирует с кислородом, водородом, неметаллами, водой:

Вопрос. Почему атом серы присоединил 2 электрона?

Задание 9.2. Составьте уравнения реакций натрия с хлором Cl2, азотом N2 и водой (при затруднениях см. пояснения в уроке 7).

Даже небольшие кусочки натрия (величиной с горошину) при попадании в воду вызывают оглушительный взрыв — это взрывается водород (см. урок 12). Тот же эффект будет, если натрий опустить в раствор кислоты или соли. Кроме того, здесь возможны более сложные побочные процессы. Поэтому составлять уравнения реакций для щелочных металлов в качестве примеров процессов

  • металл + раствор кислоты →
  • металл + раствор соли →

не рекомендуется.

Натрий образует основный оксид 2O, который реагирует с водой, с кислотами и кислотными оксидами (см. урок 2.1), например:

Задание 9.3. Составьте уравнения реакций оксида натрия с водой и с серной кислотой.

Гидроксид натрия NaOH (едкий натр, каустическая сода) проявляет все свойства щелочей: реагирует с кислотными оксидами, кислотами, растворами солей (см. урок 2.3), например:

Все соединения натрия окрашивают пламя в жёлтый цвет. Это качественная реакция на соединения натрия.

Задание 9.4. Составьте уравнения реакций гидроксида натрия с хлоридом железа III, фосфорной кислотой, оксидом серы IV. (При затруднениях см. урок 2.3.)

Задание 9.5. Опишите по разобранной схеме свойства калия и его соединений.

Многие соединения натрия нашли применение в быту и промышленности. Так, каустическая сода NаОН применяется для получения мыла, в производстве алюминия, искусственных волокон и др. Кальцинированная сода Na2CO3 также применяется при получении мыла, а также при варке стекла, стирке белья и др. Но в пищу эти «соды» не употребляются! При приготовлении пищи используют питьевую соду NaHCO3 и поваренную соль NaCl. Питьевая сода используется при лечении простуды, её кладут в печенье, пирожки. Без соли NaCl почти любая еда покажется невкусной, без неё невозможно законсервировать мясо, овощи, грибы. Эти вещества применяются и в технических целях.

Щелочноземельные металлы

Металлы главной подгруппы II группы в отличие от щелочных металлов имеют довольно разные свойства.

Вопросы

  1. Сколько электронов на внешнем уровне атомов этих металлов?
  2. Какой металл более активен: натрий или магний? Почему?

Эти металлы имеют на внешнем уровне по 2 электрона, следовательно, они менее активны, чем их «соседи» — щелочные металлы, так как на отрыв двух электронов нужно затратить больше энергии, чем на отрыв одного электрона.

Вопрос. Как изменяется активность металлов в подгруппе сверху вниз? Почему?

В этой подгруппе, как и у щелочных металлов, сверху вниз увеличивается сила оснований, т. е. способность диссоциировать в водных растворах на ионы. Кроме того, увеличивается заряд иона, а значит, усиливается притяжение группы ОН в гидроксиде металла: ионы Na + и OH притягиваются слабее, чем Са2+ и ОН.

Поэтому первые два элемента этой подгруппы не образуют щелочей:

Кальций уже образует сильное основание — щёлочь, а стронцию и барию соответствуют ещё более сильные основания.

Запомните: Ca, Sr, Baщелочноземельные* металлы, так как их оксиды проявляют щелочные свойства.

* «Земли» — устаревшее название оксидов металлов, так как эти оксиды входят в состав земли (почвы).

Несмотря на эти различия, перечисленные элементы имеют много сходного в свойствах.

Вопрос. Какую валентность проявляют эти химические элементы в соединениях?

Главное сходство химических элементов главной подгруппы II группы заключается в том, что они проявляют в соединениях постоянную валентность II, так как на внешнем уровне имеют по два электрона, а на предвнешнем уровне нет незавершённых подуровней.

Рассмотрим свойства химических элементов главной подгруппы II группы на примере кальция. Строение атома кальция изображается схемой:

Имея два валентных электрона: …4s2, кальций является активным металлом, поскольку оба электрона расположены на внешнем уровне. Его постоянная валентность равна двум:

Простое вещество «кальций» — довольно прочный, серебристо-белый умеренно твёрдый металл. Активно реагирует с кислородом, водородом, неметаллами, водой, растворами кислот:

Рассмотрим как происходит взаимодействие кальция с азотом:

Вопрос. Почему атом азота присоединяет три электрона?

Задание 9.6. Составьте уравнения реакций кальция с кислородом, хлором (Cl2), серой, водой, соляной кислотой.

Оксид кальция CaO (негашёная известь) очень активно реагирует с водой с выделением такого большого количества теплоты, что вода закипает:

Этот процесс называется «гашением извести», а систему называют «кипелкой».

Вопрос. С какими ещё веществами может реагировать оксид кальция?

Как основный оксид CaO реагирует с кислотными оксидами и с кислотами:

  • CaO + SO2 → СаSO3
  • CaO + НNO3 → … (закончить уравнение этой реакции).

Гидроксид кальция Са(ОН)2 (гашёная известь) проявляет все свойства щелочей.

Вопрос. С какими веществами могут реагировать щелочи? (При затруднении см. урок 2.3.)

Задание 9.7. Составить уравнения реакций:

  • Са(ОН)2 + СO2
  • Са(ОН)2 + H3PO4
  • Са(ОН)2 + Na2CO3

Прозрачный раствор гидроксида кальция в воде называется известковой водой. Она мутнеет при пропускании через неё углекислого газа:

Этот эффект реакции считают качественным признаком того, что в данном растворе присутствуют ионы кальция. Убедиться в этом поможет также реакция с пламенем: все соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.

Задание 9.8. Опишите по предложенной схеме свойства магния и его соединений.

Многие соединения кальция играют заметную роль в нашей жизни. Достаточно сказать, что фосфат кальция, карбонат кальция составляют основу костей, зубов. Без ионов кальция не может свертываться кровь. Без соединений кальция невозможно построить дом, так как известь (гашёная и негашёная) обеспечивает скрепление строительных блоков друг с другом:

Образование в результате этих реакций прочных нерастворимых карбонатов и силикатов кальция надёжно скрепляет стены. Аналогичные реакции происходят при схватывании цемента.

Оксид кальция в больших количествах получают обжигом известняка:

Карбонат кальция СаСО3 составляет основу мела, мрамора, известняка. Из него состоят целые горы и пласты земной коры. Под действием воды и углекислого газа из воздуха карбонат кальция переходит в водорастворимое состояние — гидрокарбонат кальция:

Аналогичные процессы происходят и с карбонатами магния. В результате этих и других процессов в природной воде появляются ионы кальция и магния.

Вода, содержащая ионы кальция и магния, называется ЖЁСТКОЙ.

Этот термин возник из-за того, что некоторые овощи и плоды под действием такой воды становятся жёсткими: ионы кальция и магния вступают в реакцию с органическими компонентами плодов и овощей.

Чаще всего жёсткая вода приносит неприятности: долго развариваются продукты, плохо моет мыло (см. урок 24.4), на стенках котлов и труб появляется слой накипи, что может привести к авариям:

Накипь, конечно, можно растворить при помощи соляной кислоты:

Задание 9.10. Можно ли растворить накипь при помощи серной, азотной, фосфорной кислот? Ответ подтвердите ионно-молекулярными уравнениями реакций.

Но лучше всего в случаях, когда жёсткость воды повышена, а это нежелательно, умягчать воду. Для этого ионы кальция и магния нужно перевести в нерастворимое состояние.

Вопрос. Умягчается ли вода при кипячении?

Частично вода умягчается при кипячении, так как при этом растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты. Но некоторые соли кальция и магния (сульфаты, хлориды) при нагревании не изменяются. В этом случае в воду добавляют вещества, образующие с ионами кальция и магния осадки.

Задание 9.11. Какие из солей: кальцинированная сода, фосфат натрия, поваренная соль — устраняют жёсткость воды? Ответ подтвердить ионными уравнениями реакций, считая, что в состав воды входит сульфат кальция.

Чаще всего для умягчения воды используют кальцинированную соду Na2CO3:

Кальцинированная сода входит в состав стиральных порошков, которые также содержат и фосфаты. Эти вещества «автоматически» смягчают воду при стирке.

Выводы

Щелочные металлы — это простые вещества, которые образованы элементами главной подгруппы первой группы. Это очень активные металлы, которые образуют с водой сильные растворимые основания — щёлочи.

Щелочноземельные металлы — это простые вещества, которые образованы некоторыми элементами главной подгруппы второй группы Ca, Sr, Ba. Это очень активные металлы, которые образуют с водой щёлочи. Ионы кальция и магния делают воду жёсткой.

Хотите ещё проще? Мы создали новый курс, где максимум за 7 дней вы овладете химией с нуля. Подробннее по ссылке

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
.

Щелочные и щелочноземельные металлы

Элементы первой группы периодической таблицы (за исключением водорода - см. Ниже) известны как щелочные металлы , потому что они образуют щелочные растворы, когда реагируют с водой. В эту группу входят элементы литий , натрий , калий , рубидий , цезий и франций . Каждый из этих элементов имеет только один валентный электрон, что означает, что они образуют только слабые металлические связи.В результате они относительно мягкие и имеют низкие температуры плавления.

Электрон с одной валентностью легко теряется, что делает эти металлы очень реактивными. Они бурно реагируют как с воздухом, так и с водой - например, при контакте натрия с водой он бурно реагирует с образованием гидроксида натрия и водорода. Тепло реакции фактически воспламеняет водород! Щелочные металлы также легко соединяются с элементами семнадцатой группы ( хлор , фтор , бром и т. Д.) с образованием стабильных ионных соединений , таких как хлорид натрия.


Щелочные металлы (выделены) занимают первую группу в периодической таблице.


Вторая группа периодической таблицы включает элементы бериллий , магний , кальций , стронций , барий и радий .Элементы в этой группе, которые все блестящие и серебристо-белые на вид, известны как щелочноземельные металлы . Как и щелочные металлы, они образуют щелочные растворы при взаимодействии с водой. Термин «земля» исторический; это было общее название, используемое алхимиками для оксидов этих элементов (которые когда-то считались элементами сами по себе).

Все элементы второй группы имеют на своей внешней оболочке двух электронов.Таким образом, металлические связи в щелочноземельных металлах прочнее, чем в щелочных металлах, что приводит к более высоким температурам плавления, но они все еще довольно реактивны, потому что два внешних электрона легко теряются. В результате они не встречаются в природе в своем элементарном состоянии.

Все щелочноземельные металлы, кроме одного, реагируют с галогенами ( хлор , фтор и т.д.) с образованием ионных соединений (за исключением хлорида бериллия, потому что связь ковалентная).Все щелочноземельные металлы, за исключением бериллия и магния, также реагируют с водой с образованием газообразного водорода и их соответствующих гидроксидов (однако магний будет реагировать с паром ). По сути, чем тяжелее щелочноземельный металл, тем интенсивнее он вступает в реакцию с водой.


Щелочноземельные металлы (выделены) занимают вторую группу в периодической таблице.


Магний является пятым по распространенности элементом на Земле, за ним следует кальций на восьмом месте - что тоже хорошо, поскольку и магний, и кальций жизненно важны для всех живых существ, включая людей! Магний участвует в огромном множестве биохимических реакций; помимо прочего, он необходим для здоровья костей и зубов.Кальций составляет примерно два процента от общей массы нашего тела, большая часть которого находится в наших зубах и костях.


.

Определение щелочного металла, расположение в периодической таблице, свойства

Определение: что такое щелочные металлы

Щелочные металлы, также известные как семейство щелочных металлов, представляют собой группу из шести элементов, характеризующихся общими физическими и химическими свойствами, схожей электронной конфигурацией и общими периодическими тенденциями. Все щелочные металлы встречаются в природе, но, поскольку они обладают высокой реакционной способностью, они не встречаются свободно в чистом виде [1] .

Пример щелочного металла Натрий

Где находятся щелочные металлы в Периодической таблице

Они находятся в группе 1 (первый столбец слева) периодической таблицы.Все щелочные металлы находятся в s-блоке, поскольку электрон на внешней оболочке их атома (валентный электрон) находится на s-орбитали [2, 3]

Щелочные металлы на первичном столе

Почему они называются щелочными металлами

Когда элементы группы 1 реагируют с водой, все они образуют щелочные растворы. Итак, это семейство называется семейством щелочных металлов [4] .

Общие свойства и характеристики щелочных металлов

Физические свойства

Общие металлические свойства

  • Серебристого цвета с блестящим внешним видом [2]
  • Хорошая тепло- и электропроводность

Необычные неметаллические свойства, разделяемые элементами группы 1

  • Достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать пластиковым ножом при комнатной температуре [5]
  • Низкие температуры плавления и кипения [6]
  • Низкая плотность (Li, Na и K, достаточно легкие, чтобы плавать в воде)

Химические свойства

  • Все щелочные металлы обладают высокой реакционной способностью
Почему щелочные металлы настолько реактивны

Наличие одного валентного электрона (электрона на внешней оболочке их атома) делает все щелочные металлы очень реактивными при комнатной температуре и стандартном давлении .Им требуется мало энергии, чтобы потерять электрон и образовать положительно заряженные ионы (катионы) с зарядом +1.

Электронная конфигурация щелочных металлов

Эти элементы легко вступают в реакцию даже с кислородом воздуха с образованием оксидов, из-за которых их блестящая поверхность становится бледно-серой в считанные секунды, если их оставить на открытом воздухе [7] .

Как щелочные металлы реагируют с водой

Когда щелочной металл, например натрий (Na) вступает в контакт с водой, единственный валентный электрон покидает атом натрия, и в результате реакции образуются гидроксид и ионы натрия вместе с водородом [5] :

Na 2 + 2H 2 O -> H 2 + 2Na + + 2OH -

Ионы Na + и OH - довольно нестабильны в водном растворе, поэтому они образуют гидроксид натрия [4].Окончательное уравнение выглядит следующим образом:

Na 2 + 2H 2 O -> H 2 + 2NaOH

Примеры реакции некоторых других щелочных металлов с водой:

2K + 2H 2 O -> H 2 + 2KOH

2Li + 2H 2 O -> H 2 + 2LiOH

2Rb + 2H 2 O -> H 2 + 2RbOH

Тепло, образующееся в результате реакции, воспламеняет образующиеся атомы водорода, вызывая значительный взрыв [8] .

Периодические тенденции щелочных металлов

В нижнюю группу 1 периодической таблицы, которую вы перемещаете, для щелочных металлов очевидны следующие тенденции:

  • Понижение температуры плавления и кипения [4]
  • Увеличивающаяся плотность и вес , где Li - самый легкий, а Fr - самый тяжелый (хотя натрий и калий являются исключением, поскольку последний менее плотный, чем первый) [2]
  • Увеличение атомного радиуса
  • Повышение реакционной способности (из-за увеличения атомного радиуса легче выбить валентный электрон в элементах, расположенных ниже по группе, что делает Li наименее реактивным, а франций - наиболее реактивным щелочным металлом) [2]

Видео: реакционная способность и периодические тенденции щелочных металлов

Какие щелочные металлы используются для

Три верхних элемента группы, Li, Na и K, наряду с Cs, находят различное применение в различных отраслях промышленности, включая производство стекла, фотографию, производство оружия и взрывчатых веществ, а также аккумуляторы. Соединения натрия находят повседневное применение в пищевой промышленности. .Rb в основном используется в исследовательских целях [10] . Fr не имеет постоянного применения, так как редко встречается в природе [5] .

FAQ

1. Почему щелочные металлы хранятся в масле?

Отв. Поскольку щелочные металлы в чистом виде обладают высокой реакционной способностью, их необходимо хранить в масле, чтобы они не вступали в контакт с воздухом и водой [2] .

2. Какие щелочные металлы наиболее распространены?

Отв. Натрий и калий - самые распространенные щелочные металлы.

3. Почему водород не считается щелочным металлом?

Отв. Несмотря на наличие единственного электрона во внешней оболочке, водород (H) не считается щелочным металлом, потому что:

  • H не металл, это газ.
  • Он также гораздо менее реактивен, ему требуется больше энергии для высвобождения этого единственного электрона для образования положительно заряженных ионов.
  • H может также получить электрон, чтобы образовать отрицательно заряженные ионы, как элементы в галогенной группе [17] .

4. Чем отличаются щелочные металлы от щелочноземельных металлов?

Отв. Щелочноземельные металлы - это элементы 2 группы в периодической таблице. Несмотря на некоторое сходство в своих физических свойствах, они помещены в разные группы в основном потому, что щелочноземельные металлы имеют два электрона на внешней оболочке их атома. Поскольку потеря 2 электронов требует больше энергии, чем потеря одного, щелочноземельные металлы менее реактивны, чем щелочные металлы [13] .

5. Почему галогены и щелочные металлы могут образовывать ионы?

Отв. Имея 1 валентный электрон, щелочные металлы пытаются избавиться от него для достижения стабильности, в то время как галогены (например, хлор, бром, фтор и т. Д.) Имеют семь валентных электронов, то есть они пытаются получить еще 1 электрон, чтобы стать стабильными. В результате вместе они реагируют с образованием ионных соединений, таких как хлорид натрия (NaCl) и хлорид калия (Kcl) [14] .

6.Чем щелочные металлы отличаются от благородных газов?

Отв. Щелочные металлы имеют один электрон на своей внешней оболочке, в то время как все благородные газы (элементы 8 группы в периодической таблице, включая гелий, неон, аргон) имеют полную валентную зону без неспаренного электрона, который мог бы вызвать реакцию с другими молекулами [15] .

Интересные факты

  • Название группы щелочных металлов происходит от арабского слова «аль-кали», что означает «из пепла».Он был назван так потому, что большинство соединений Na и K были первоначально получены из древесной золы [16] .
  • Элементы этой группы имеют самую низкую энергию первой ионизации (минимальную энергию, необходимую для того, чтобы атом отдал электрон) в каждый период [12] .

Артикул:

  1. Определение щелочного металла (химия) - Thoughtco.com
  2. Щелочные металлы - Courses.LumenLearning.com
  3. Таблица Менделеева - ModelScience.com
  4. Группа 1 - Щелочные металлы ―BBC.com
  5. Элементы из щелочных металлов: свойства, характеристики и реакции - Study.com
  6. Точки плавления и кипения щелочных металлов - Embibe.com
  7. Объекты группы 1 - BBC.co.uk
  8. Информация о щелочных металлах - EHS.Stanford.edu
  9. Повседневное использование щелочных металлов - SchooledbyScience.com
  10. Щелочные металлы - ScienceClarified.com
  11. Щелочные металлы - Open.edu
  12. Щелочные металлы - Tutorvista.com
  13. Щелочные и щелочноземельные металлы - TechnologyUK.net
  14. Щелочные металлы - Hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
  15. Объясните, чем щелочные металлы отличаются от благородных газов? - Study.com
  16. Групповые тенденции: активные металлы - Mikeblaber.org
  17. Сходство водорода со щелочными металлами - Embibe.com
.

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.

.

Смотрите также