С чем взаимодействуют щелочноземельные металлы


Щелочноземельные металлы и их соединения

Элементы II группы главной подгруппы

1. Положение в Периодической системе химических элементов
2. Электронное строение и закономерности изменения свойств
3. Физические свойства
 4. Нахождение в природе
 5. Способы получения
 6. Качественные реакции
 7. Химические свойства
7.1. Взаимодействие с простыми веществами
7.1.1. Взаимодействие с галогенами
7.1.2. Взаимодействие с серой и фосфором
7.1.3. Взаимодействие с водородом
7.1.4. Взаимодействие с азотом
7.1.5. Взаимодействие с углеродом
7.1.6. Горение
7.2. Взаимодействие со сложными веществами
7.2.1. Взаимодействие с водой
7.2.2. Взаимодействие с минеральными кислотами
7.2.3. Взаимодействие с серной кислотой
7.2.4. Взаимодействие с азотной кислотой
7.2.5. Взаимодействие с оксидами неметаллов
7.2.6. Взаимодействие с солями и оксидами металлов

Оксиды щелочноземельных металлов
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотными и амфотерными оксидами
2.2. Взаимодействие с кислотами
2.3. Взаимодействие с водой
2.4. Амфотерные свойства оксида бериллия

Гидроксиды щелочноземельных металлов
1. Способы получения
2. Химические свойства
2.1. Взаимодействие с кислотами
2.2. Взаимодействие с кислотными оксидами
2.3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами
2.4. Взаимодействие с кислыми солями
2.5. Взаимодействие с неметаллами
2.6. Взаимодействие с металлами
2.7. Взаимодействие с солями
2.8. Разложение при нагревании
2.9. Диссоциация
2.10. Амфотерные свойства гидроскида бериллия

Соли щелочноземельных металлов
Жесткость
1. Постоянная и временная жесткость
2. Способы устранения жесткости

 

Элементы II группы главной подгруппы

Положение в периодической системе химических элементов

Щелочноземельные металлы расположены во второй группе главной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева (или просто во 2 группе в длиннопериодной форме ПСХЭ). На практике к щелочноземельным металлам относят только кальций Ca , стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Бериллий Be по свойствам больше похож на алюминий, магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, но в целом отличается от них. Однако, согласно номенклатуре ИЮПАК, щелочноземельными принято считать все металлы II группы главной подгруппы.

Электронное строение и закономерности изменения свойств 

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочноземельных металлов: ns2, на внешнем энергетическом уровне в основном состоянии находится 2 s-электрона. Следовательно, типичная степень окисления щелочноземельных металлов в соединениях +2.

Рассмотрим некоторые закономерности изменения свойств щелочноземельных металлов.

В ряду BeMgCaSrBaRa, в соответствии с Периодическим законом, увеличивается атомный радиус, усиливаются металлические свойства, ослабевают неметаллические свойства, уменьшается электроотрицательность.


Физические свойства 

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.

Кристаллическая решетка щелочноземельных металлов в твёрдом состоянии — металлическая. Следовательно, они обладают высокой тепло- и электропроводимостью. Кипят и плавятся при высоких температурах.

Нахождение в природе

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:

Доломит — CaCO3 · MgCO3 — карбонат кальция-магния.

Магнезит MgCO3 – карбонат магния.

Кальцит CaCO3 – карбонат кальция.

Гипс CaSO4 · 2H2O – дигидрат сульфата кальция.

Барит BaSO4 — сульфат бария.

Витерит BaCO3 – карбонат  бария.


Способы получения 

Магний получают электролизом расплавленного карналлита или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:

MgCl2  → Mg + Cl2

или восстановлением прокаленного доломита в электропечах при 1200–1300°С:

2(CaO · MgO) + Si → 2Mg + Ca2SiO4

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:

CaCl2 → Ca + Cl2

Барий получают восстановлением оксида бария алюминием в вакууме при 1200 °C:

4BaO+ 2Al → 3Ba + Ba(AlO2)2

Качественные реакции

Качественная реакция на щелочноземельные металлы — окрашивание пламени солями щелочноземельных металлов.

Цвет пламени:
Caкирпично-красный
Sr — карминово-красный (алый)
Baяблочно-зеленый

Качественная реакция на ионы магния:  взаимодействие с щелочами. Ионы магния осаждаются щелочами с образованием белого осадка гидроксида магния:

Mg2+ + 2OH → Mg(OH)2

Качественная реакция на ионы кальция, стронция, бария:  взаимодействие с карбонатами. При взаимодействии солей кальция, стронция и бария с карбонатами выпадает  белый осадок карбоната кальция, стронция или бария:

Ca2+ + CO32- → CaCO3

Ba2+ + CO32- → BaCO3

Качественная реакция на ионы стронция и бария: взаимодействие с карбонатами. При взаимодействии солей  стронция и бария с сульфатами выпадает  белый осадок сульфата бария и сульфата стронция:

Ba2+ + SO42- → BaSO4

Sr2+ + SO42- → SrSO4

Также осадки белого цвета образуются при взаимодействии солей кальция, стронция и бария с сульфитами и фосфатами.

Например, при взаимодействии хлорида кальция с фосфатом натрия образуется белый осадок фосфата кальция:

3CaCl2 + 2Na3PO4 → 6NaCl + 2Ca3(PO4)2

Химические свойства

1. Щелочноземельные металлы — сильные восстановители. Поэтому они реагируют почти со всеми неметаллами.

1.1. Щелочноземельные металлы реагируют с галогенами с образованием галогенидов при нагревании.

Например, бериллий взаимодействует с хлором с образованием хлорида бериллия:

Be + Cl2 → BeCl2

1.2. Щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с серой и фосфором с образованием сульфидов и фосфоридов.

Например, кальций взаимодействует с серой при нагревании:

Ca + S → CaS

Кальций взаимодействует с фосфором с образованием фосфидов:

3Ca + 2P → Ca3P2

1.3. Щелочноземельные металлы реагируют с водородом при нагревании. При этом образуются бинарные соединения — гидридыБериллий с водородом не взаимодействует, магний реагирует лишь при повышенном давлении.

Mg + H2 → MgH2

1.4. С азотом магний взаимодействует при комнатной температуре с образованием нитрида:

6Mg + 2N2 → 2Mg3N2

Остальные щелочноземельные металлы реагируют с азотом при нагревании.

1.5. Щелочноземельные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов.

Например, кальций взаимодействует с углеродом с образованием карбида кальция:

Ca +  2C → CaC2

Бериллий реагирует с углеродом  при нагревании с образованием карбида — метанида:

2Be + C → Be2C

1.6. Бериллий сгорает на воздухе при температуре около 900°С:

2Be + O2 → 2BeO

Магний горит на воздухе при 650°С с выделением большого количества света. При этом образуются оксиды и нитриды:

2Mg + O2 → 2MgO

3Mg + N2 → Mg3N2

Щелочноземельные металлы горят на воздухе при температуре около 500°С, в результате также образуются оксиды и нитриды.

Видеоопыт: горение кальция на воздухе можно посмотреть здесь.

2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют со сложными веществами:

2.1. Щелочноземельные металлы реагируют с водой. Взаимодействие с водой приводит к образованию щелочи и водорода. Бериллий с водой не реагирует. Магний реагирует с водой при кипячении. Кальций, стронций и барий реагируют с водой при комнатной температуре.

Например, кальций реагирует с водой с образованием гидроксида кальция и водорода:

2Ca0 + 2H2+O = 2Ca+(OH)2 + H20

2.2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют с минеральными кислотами (с соляной, фосфорной, разбавленной серной кислотой и др.). При этом образуются соль и водород.

Например, магний реагирует с соляной кислотой:

2Mg  +  2HCl →  MgCl2  +  H2

2.3. При взаимодействии щелочноземельных металлов с концентрированной серной кислотой образуется сера.

Например, при взаимодействии кальция с концентрированной серной кислотой образуется сульфат кальция, сера и вода:

4Ca  +  5H2SO4(конц.)  → 4CaSO4  +  S  +  5H2O

2.4. Щелочноземельные металлы реагируют с азотной кислотой. При взаимодействии кальция и магния с концентрированной или разбавленной азотной кислотой образуется оксид азота (I):

4Ca + 10HNO3 (конц) → N2O + 4Сa(NO3)2 + 5H2O

При взаимодействии щелочноземельных металлов с очень разбавленной азотной кислотой образуется нитрат аммония:

4Ba  +  10HNO3  → 4Ba(NO3)2  +  NH4NO3  +  3H2O

2.5. Щелочноземельные металлы могут восстанавливать некоторые неметаллы (кремний, бор, углерод) из оксидов.

Например, при взаимодействии кальция с оксидом кремния (IV) образуются кремний и оксид кальция:

2Ca + SiO2 → 2CaO + Si

 Магний горит в атмосфере углекислого газа. При этом образуется сажа и оксид магния:

2Mg + CO2 → 2MgO + C

2.6. В расплаве щелочноземельные металлы могут вытеснять менее активные металлы из солей и оксидов. Обратите внимание! В растворе щелочноземельные металлы будут взаимодействовать с водой, а не с солями других металлов.

Например, кальций вытесняет медь из расплава хлорида меди (II):

Ca + CuCl2 → CaCl2 + Cu

 

Оксиды щелочноземельных металлов

Способы получения

1. Оксиды щелочноземельных металлов можно получить из простых веществ — окислением металлов кислородом:

2Ca + O2 → 2CaO

2. Оксиды щелочноземельных металлов можно получить термическим разложением некоторых кислородсодержащих солей — карбонатов, нитратов.

Например, карбонат кальция разлагается на оксид кальция, оксид азота (IV) и кислород:

2Ca(NO3)2 → 2CaO + 4NO2 + O2

MgCO3 → MgO + CO2

СаСО3 → СаО + СО2

3. Оксиды магния и бериллия можно получить термическим разложением гидроксидов:

Mg(OH)2 → MgO + H2O

Химические свойства

Оксиды кальция, стронция, бария и магния — типичные основные оксиды. Вступают в реакции с кислотными и амфотерными оксидами, кислотами, водой. Оксид бериллия — амфотерный.

1. Оксиды кальция, стронция, бария и магния взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами:

Например, оксид магния взаимодействует с углекислым газом с образованием карбоната магния:

MgO + CO2 → MgCO3

2. Оксиды щелочноземельных металлов взаимодействуют с кислотами с образованием средних и кислых солей (с многоосновными кислотами).

Например, оксид кальция взаимодействует с соляной кислотой с образованием хлорида кальция и воды:

CaO  +  2HCl →  CaCl2  +  H2O

3. Оксиды кальция, стронция и бария активно взаимодействуют с водой с образованием щелочей.

Например, оксид кальция взаимодействует с водой с образованием гидроксида кальция:

CaO  +  H2O →  2Ca(OH)2

Оксид магния реагирует с водой при нагревании:

MgO  +  H2O →  Mg(OH)2

Оксид бериллия не взаимодействует с водой.

4. Оксид бериллия взаимодействует с щелочами и основными оксидами.

При взаимодействии оксида бериллия с щелочами в расплаве или с основными оксидами образуются соли-бериллаты.

Например, оксид натрия  реагирует с оксидом бериллия с образованием бериллата натрия:

Na2O + BeO → Na2BeO2

Например, гидроксид натрия  реагирует с оксидом бериллия в расплаве с образованием бериллата натрия:

2NaOH + BeO → Na2BeO2 + H2O

При взаимодействии оксида бериллия с щелочами в растворе образуются комплексные соли.

Например, оксид бериллия реагирует с гидроксидом калия с растворе с образованием тетрагидроксобериллата калия:

2NaOH + BeO + H2O → Na2[Be(OH)4 

 

 

Гидроксиды щелочноземельных металлов 

Способы получения

1. Гидроксиды кальция, стронция и бария получают при взаимодействии соответствующих оксидов с водой.

Например, оксид кальция (негашеная известь) при взаимодействии с водой образует гидроксид кальция (гашеная известь):

CaO + H2O → Ca(OH)2 

Оксид магния взаимодействует с водой только при нагревании:

MgO + H2O → Mg(OH)2 

2. Гидроксиды кальция, стронция и бария получают при взаимодействии соответствующих металлов с водой.

Например, кальций реагирует с водой  с образованием гидроксида кальция и водорода:

2Ca + 2H2O → 2Ca(OH)2 + H2

Магний взаимодействует с водой только при кипячении:

2Mg + 2H2O → 2Mg(OH)2 + H2

3. Гидроксиды кальция и магния можно получить при взаимодействии солей кальция и магния с щелочами.

Например, нитрат кальция с гидроксидом калия образует нитрат калия и гидроксид кальция:

Ca(NO3)2 + 2KOH → Ca(OH)2↓ + 2KNO3

Химические свойства

1. Гидроксиды кальция, стронция и бария реагируют с всеми кислотами (и сильными, и слабыми). При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Гидроксид магния взаимодействует только с сильными кислотами.

Например, гидроксид кальция с соляной кислотой реагирует с образова-нием хлорида кальция:

Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O

2. Гидроксиды щелочных металлов реагируют с кислотными оксидами. При этом образуются средние или кислые соли, в зависимости от соотношения реагентов.

Например, гидроксид бария с углекислым газом реагирует с образова-нием карбонатов или гидрокарбонатов:

Ba(OH)2(избыток)  + CO2 → BaCO3 + H2O

Ba(OH)2 + 2CO2(избыток)  → Ba(HCO3)2

3. Гидроксиды кальция, стронция и бария реагируют с амфотерными оксидами и гидроксидами. При этом в расплаве образуются средние соли, а в растворе комплексные соли.

Например, гидроксид бария с оксидом алюминия реагирует в расплаве с образованием алюминатов:

Ba(OH)2 + Al2O3  → Ba(AlO2)2 + H2O

в растворе образуется комплексная соль — тетрагидроксоалюминат:

Ba(OH)2 + Al2O3 + 3H2O → Ba[Al(OH)4]2

4. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с кислыми солями. При этом образуются средние соли, или менее кислые соли.

Например: гидроксид кальция  реагирует с гидрокарбонатом кальция с образованием карбоната кальция:

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

5. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с простыми веществами-неметаллами (кроме инертных газов, азота, кислорода, водорода и углерода). Взаимодействие щелочей с неметаллами подробно рассмотрено в статье про щелочные металлы.

6. Гидроксиды кальция, стронция и бария взаимодействуют с амфотерными металлами, кроме железа и хрома. При этом в расплаве образуются соль и водород:

Ca(OH)2 + Zn → CaZnO2 + H2

В растворе образуются комплексная соль и водород:

Ca(OH)2 + 2Al  + 6Н2О = Ca[Al(OH)4]2 + 3Н2

7. Гидроксиды кальция, стронция и бария вступают в обменные реакции с растворимыми солями. Как правило, с этими гидроксидами реагируют растворимые соли тяжелых металлов (в ряду активности расположены правее алюминия), а также растворимые карбонаты, сульфитысиликаты, и, для гидроксидов стронция и бария — растворимые сульфаты.

Например, хлорид железа (II) реагирует с гидроксидом бария с образованием хлорида бария и осадка гидроксида железа (II):

Ba(OH)2 + FeCl2 = BaCl2+ Fe(OH)2

Также с гидроксидами кальция, стронция и бария взаимодействуют соли аммония.

Например, при взаимодействии бромида аммония и гидроксида кальция образуются бромид кальция, аммиак и вода:

2NH4Cl + Ca(OH)2 = 2NH3 + 2H2O + CaCl2

8. Гидроксид кальция разлагается при нагревании до 580оС, гидроксиды магния и бериллия разлагаются при нагревании:

Mg(OH)2 → MgO + H2O

9. Гидроксиды кальция, стронция и бария проявляют свойства сильных оснований. В воде практически полностью диссоциируют, образуя щелочную среду и меняя окраску индикаторов.

Ba(OH)2 ↔ Ba2+ + 2OH

Гидроксид магния — нерастворимое основание. Гидроксид бериллия проявляет амфотерные свойства.

10. Гидроксид и бериллия взаимодействует с щелочами. В расплаве образуются соли бериллаты, а в растворе щелочейкомплексные соли.

Например, гидроксид бериллия реагирует с расплавом гидроксида натрия:

Be(OH)2 + 2NaOH → Na2BeO2 + 2H2O

При взаимодействии гидроксида бериллия с избытком раствора щелочи образуется комплексная соль:

Be(OH)2 + 2NaOH → Na2[Be(OH)4]

 

Соли щелочноземельных металлов 

Нитраты щелочноземельных металлов

Нитраты кальция, стронция и бария при нагревании разлагаются на нитриты и кислород. Исключениенитрат магния. Он разлагается на оксид магния, оксид азота (IV)  и кислород.

Например, нитрат кальция разлагается при нагревании на нитрит кальция и молекулярный кислород:

Ca(NO3)2  → Ca(NO2)2  +  O2 

Карбонаты щелочноземельных металлов

1. Карбонаты щелочноземельных металлов при нагревании разлагаются на оксид и углекислый газ.

Например, карбонат кальция разлагается  при температуре 1200оС на оксид кальция и углекислый газ:

CaCO3 → CaO + CO2

2. Карбонаты щелочноземельных металлов под действием воды и углекислого газа превращаются в растворимые в воде гидрокарбонаты.

Например, карбонат кальция взаимодействует с углекислым газом и водой с образованием гидрокарбоната кальция:

CaCO3 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2

3. Карбонаты щелочноземельных металлов взаимодействуют с более сильными кислотами с образованием новой соли, углекислого газа и воды.

Более сильные кислоты вытесняют менее сильные из солей.

Например, карбонат магния взаимодействует с соляной кислотой:

CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + CO2↑+ H2O

4. Менее летучие оксиды вытесняют углекислый газ из карбонатов при сплавлении. К менее летучим, чем углекислый газ, оксидам относятся твердые оксиды — оксид кремния (IV), оксиды амфотерных металлов.

Менее летучие оксиды вытесняют более летучие оксиды из солей при сплавлении.

Например, карбонат кальция взаимодействует с оксидом алюминия при сплавлении:

CaCO3 + Al2O3 → Ca(AlO2)2 + CO2

 

 

Жесткость воды

Постоянная и временная жесткость

Жесткость воды — это характеристика воды, обусловленная содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, в основном кальция и магния (солей жесткости).

Временная (карбонатная) жесткость обусловлена присутствием гидрокарбонатов кальция Ca(HCO3)2 и магния Mg(HCO3)2 в воде.

Постоянная (некарбонатная) жесткость обусловлена присутствием солей, не выделяющихся при кипячении из раствора: хлоридов (CaCl2) и сульфатов (MgSO4) кальция и магния.

Способы устранения жесткости

Существуют химические и физические способы устранения жесткости. Химические способы устранения временной жесткости:

1. Кипячение. При кипячении гидрокарбонаты кальция и магния распадаются на нерастворимые карбонаты, углекислый газ и воду:

Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O

2. Добавление извести (гидроксида кальция). При добавлении щелочи растворимые гидрокарбонаты переходят в нерастворимые карбонаты:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + 2H2O

Химические способы устранения постоянной жесткостиреакции ионного обмена, которые позволяют осадить ионы кальция и магния из раствора:

1. Добавление соды (карбоната натрия). Карбонат натрия связывает ионы кальция и магния в нерастворимые карбонаты:

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓+ 2NaCl

2. Добавление фосфатов. Фосфаты также связывают ионы кальция и магния:

3CaCl2 + 2Na3PO4 → Ca3(PO4)2↓ + 6NaCl

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
.

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

2 2 sp

.

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

.

Щелочноземельный металл | химический элемент

Щелочноземельный металл , любой из шести химических элементов, входящих в группу 2 (IIa) периодической таблицы. Элементами являются бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) и радий (Ra).

таблица Менделеева

Современная версия периодической таблицы элементов.

Encyclopædia Britannica, Inc.

Возникновение, свойства и использование

До XIX века неметаллические, нерастворимые в воде и неизменные в огне вещества назывались землей.Эти земли, такие как известь (оксид кальция), которые напоминали щелочи (кальцинированная сода и поташ), были названы щелочноземельными. Таким образом, щелочные земли отличались от щелочных и других земель, таких как глинозем и редкоземельные элементы. К началу 1800-х годов стало ясно, что земли, которые раньше считались элементами, на самом деле представляют собой оксиды, соединения металла и кислорода. Металлы, оксиды которых составляют щелочноземельные земли, затем стали известны как щелочноземельные металлы и были отнесены к группе 2 (IIa) периодической таблицы с тех пор, как русский химик Дмитрий Менделеев предложил свою первую таблицу в 1869 году.

Как и в случае щелочных металлов Группы 1 (Ia), атомы щелочноземельных металлов легко теряют электроны и становятся положительными ионами (катионами). Поэтому большинство их типичных соединений являются ионными: соли, в которых металл присутствует в виде катиона M 2+ , где M представляет собой любой атом группы 2. Соли бесцветны, если они не содержат окрашенный анион (отрицательный ион). Формулы типичных щелочноземельных соединений, таких как хлорид кальция (CaCl 2 ) и оксид кальция (CaO), можно противопоставить соответствующим соединениям щелочных металлов (которые содержат ионы M + ), хлорида натрия ( NaCl) и монооксид натрия (Na 2 O).

Оксиды щелочноземельных металлов являются основными (то есть щелочными, в отличие от кислых). Достаточно устойчивое усиление электроположительного характера наблюдается при переходе от бериллия, самого легкого члена группы, к радию, наиболее тяжелому. В результате этой тенденции оксид бериллия на самом деле является амфотерным, а не основным, тогда как оксид бария является сильно основным. Сами металлы являются очень реактивными восстановителями; то есть они легко отдают электроны другим веществам, которые при этом восстанавливаются.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской. Подпишитесь сегодня

За исключением радия, все металлы и их соединения в той или иной степени находят коммерческое применение, особенно сплавы магния и различные соединения кальция. Магний и кальций, особенно последний, широко распространены в природе (они входят в число шести наиболее распространенных элементов на Земле) и играют важную роль в геологических и биологических процессах. Радий - редкий элемент, и все его изотопы радиоактивны.Этот металл никогда не производился в промышленных масштабах, и, хотя его соединения часто использовались в первой половине 20-го века для лечения рака, их в значительной степени вытеснили менее дорогие альтернативы.

История

Самым ранним из известных щелочноземельных металлов была известь (лат. calx ), которая теперь известна как оксид кальция; его использовали в древности в составе раствора. Магнезия (название происходит, вероятно, от Магнезии, района Фессалии в Греции), оксид магния, был показан шотландским химиком Джозефом Блэком в 1755 году как щелочноземельный элемент, отличный от извести; он заметил, что магнезия дает растворимый сульфат, тогда как полученный из извести, как известно, нерастворим.В 1774 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле, открывший кислород, обнаружил, что минерал под названием тяжелый шпат или барис (по-гречески «тяжелый») содержит новую землю, которая стала известна как барита (оксид бария). Еще одна земля, стронция (оксид стронция), была идентифицирована лондонскими химиками Уильямом Крукшенком и Адэром Кроуфордом в 1789 году при исследовании минерала (карбоната стронция), обнаруженного в свинцовой шахте в Стронтиане в Аргайлшире, Шотландия. Бериллия (оксид бериллия) была извлечена из минерала берилла и признана землей французским химиком-аналитиком Николя-Луи Вокленом в 1798 году.Хотя сначала его путали с глиноземом (оксидом алюминия), потому что оба они растворяются в щелочи, бериллий оказался отличным от других; в отличие от глинозема он переосаждается при кипячении щелочного раствора в течение некоторого времени. Первоначально бериллия называлась glucina (греч. glykys , «сладкий») из-за ее сладкого вкуса. (Этот этимологический корень сохранился во Франции, где элемент бериллий также известен как глюциний.)

Кристалл аквамарина

Кристалл аквамарина, формы драгоценного камня минерала берилла (силикат алюминия бериллия).Берилл также является коммерческим источником бериллия.

© Стефан Пицко / Dreamstime.com

Магний, кальций, стронций и барий - элементы, полученные из щелочноземельных металлов - были выделены как нечистые металлы английским химиком сэром Хэмфри Дэви в 1808 году с помощью электролитического метода, который он ранее использовал для выделения щелочных металлов, калия и натрия. Позднее щелочноземельные металлы были получены восстановлением их солей свободными щелочными металлами, и именно таким образом (действие калия на хлорид бериллия) бериллий был впервые выделен немецким химиком Фридрихом Велером и французским химиком Антуаном Бюсси. самостоятельно в 1828 г.Радий был открыт в 1898 году благодаря его радиоактивности французскими физиками Пьером и Мари Кюри, которые к 1902 году выделили его в виде хлорида радия из урана. Металлический радий был выделен в 1910 году в результате совместной работы Марии Кюри и французского химика Андре-Луи Дебьерна.

Аппарат, использованный Мари и Пьером Кюри для изучения радия

Аппарат, использованный Мари и Пьером Кюри для исследования отклонения бета-лучей от радия в магнитном поле, 1904 год.Кюри и их помощник Ж. Бемон открыли радиоактивный элемент радий в 1898 году.

© Photos.com/Jupiterimages .

Смотрите также