Бериллий и его соединения

Лекция № 24. Элементы IIA-подгруппы

Подгруппа галлия

Галлий, индий и таллий - рассеянные элементы, самостоятельных месторождений практически не образуют, входят в состав некоторых полиметаллических руд. Легкоплавкие серебристо-белые металлы. Подобно алюминию галлий и индий на воздухе покрыты пассивирующей пленкой. Таллий на воздухе медленно окисляется. При нагревании реагируют с кислородом, серой и галогенами. Растворимы в кислотах. При этом галлий и индий образуют соли в степени окисления +3, а таллий образует соли таллия(I).

2Ga + 3H₂SO₄ = Ga₂(SO₄)₃ + 3H₂

2Tl + H₂SO₄ = Tl₂SO₄ + H₂

Галлий реагирует со щелочами, индий и таллий в отсутствие окислителей к щелочам устойчивы.

Оксиды и гидроксиды галлия(III) и индия(III) амфотерны. Для оксида и гидроксида таллия(III) наблюдается сильное доминирование основных свойств. Галогениды и соли галлия, индия и таллия(III) напоминают по свойствам галогениды и соли алюминия.

Соединения галлия и индия(I) неустойчивы, сильные восстановители. Для соединений таллия степень окисления +1 наиболее устойчива. Оксид таллия хорошо растворим в воде, с которой реагирует подобно оксидам щелочных металлов:

Tl₂O + H₂O = 2TlOH

Гидроксид таллия(I) - сильное основание, отщепляющее воду при нагревании. Соли таллия(I) напоминают соли серебра(I). Соединения галлия, индия и особенно таллия ядовиты!

Литература: [1] с. 608 - 619, [2] с. 472 - 481, [3] с. 412 - 446

IIA-Подгруппа включает бериллий - Be, магний - Mg, щелочноземельные металлы: кальций - Ca, стронций - Sr и барий - Ba, а также радиоактивный металл радий - Ra. Общая электронная формула - ns², устойчивая степень окисления +2. Соединения бериллия амфотерны, во всех соединениях берилий имеет координационное число 4, склонен к образованию ковалентных связей. Щелочноземельные металлы образуют преимущественно ионные соединения, проявляют свойства активных металлов. Для магния наиболее характерно координационное число 6, щелочноземельные металлы могут проявлять и более высокие КЧ.

Бериллий представлен в земной коре одним изотопом ⁹Be (кларк 0,001 мол.%). Основные минералы: берилл Be₃Al₂(SiO₃)₆ и фенакит Be₂SiO₄. Окрашенные разновидности берилла образуют драгоценные камни изумруд и аквамарин.

Бериллий - металл серо-стального цвета, т.пл. 1283 °С, плотность 1,85 г/см³, довольно тверд и хрупок, на воздухе покрыт плотной оксидной пленкой, защищающей его от коррозии. При нагревании взаимодействует с кислородом, серой, азотом и галогенами (со фтором при комнатной температуре):

t t

2Be + O₂ = 2BeO; Be + S = BeS

t

3Be + N₂ = Be₃N₂

На холоду бериллий с водой не взаимодействует, но растворяется в кислотах и щелочах. В концентрированных азотной и серной кислотах пассивируется.

Be + 2HCl = BeCl₂ + H₂

Be + 2KOH + 2H₂O = K₂[Be(OH)₄] + H₂

Получают бериллий электролизом расплава его хлорида, или восстановлением фторида бериллия магнием:

t

BeF₂ + Mg = MgF₂ + Be

Используется бериллий как легирующая добавка к сплавам, которым он придает прочность и твердость, увеличивая коррозионную устойчивость. Бериллиевые бронзы устойчивы в бензине, морской воде и не искрят при ударе. Бериллий - эффективный отражатель нейтронов, что обуславливает его применение в ядерной энергетике. В то же время бериллий прозрачен для рентгеновских лучей, из него изготавливают окна рентгеновских аппаратов. Однако широкое применение бериллия ограничено высокой токсичностью его соединений.

Оксид бериллия - BeO - тугоплавкое полимерное вещество, химически очень инертен. Амфотерен, при сплавлении реагирует с кислотными и основными соединениями, при нагревании растворяется в кислотах и щелочах:

t t

BeO + SiO₂ = BeSiO₃; Na₂O + BeO = Na₂BeO₂;

t

BeO + H₂SO₄ = BeSO₄ + H₂O;

t

BeO + 2NaOH + H₂O = Na₂[Be(OH)₄]

Также амфотерен и гидроксид бериллия - аморфное, полимерное вещество, нерастворимое в воде.

Из солей Be²⁺ в воде растворимы сульфат, нитрат и хлорид. В растворах сильно гидролизованы. Галогениды бериллия полимерны, сильно гигроскопичны (за исключение фторида), склонны к образованию координационных соединений:

BeF₂ + 2KF = K₂[BeF₄]

тетрафторобериллат калия

Дата добавления: 2014-10-15