Свойства элементов II A группы

Лекция 3. Щелочноземельные металлы, бериллий, магний.

1. Общая характеристика

2. Физические свойства

3. Получение

4. Химические свойства

5. Соединения

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

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

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

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

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

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

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

Mg, Ca – используются как хорошие восстановители в металлотермии.

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

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

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

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

- персульфид бария BaS – люминофор.

- при гидролизе ацетиленидов образуется ацетилен:

Получить соединения Be и Mg с водородом прямым взаимодействием простых веществ не удалось:

реакция не идет, тогда как идет достаточно легко. Образующиеся гидриды – сильные восстановители.

Металлы IIA группы по-разному взаимодействуют с водой:

реакция не идет, пассивация (сравни с Al).

- в случае с Са эта реакция идет очень бурно.

Взаимодействие с кислотами не окислителями:

Взаимодействие с кислотами окислителями: пассивация, реакция не идет на холоду в независимости от концентрации кислоты;

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

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

- проявление амфотерности бериллия;

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

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

Температуры плавления оксидов понижаются в ряду BeO  BaO. Температуры плавления оксидов BeO и MgO  2500^C, что позволяет использовать их как огнеупорные материалы.

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

Амфотерность гидроксида бериллия можно проиллюстрировать следующими реакциями:

Соли щелочноземельных металлов. Растворимые соли Be и Ba – токсичны, ядовиты! СaF₂ – малорастворимая соль, встречается в природе как флюорит или плавиковый шпат, находит применение в оптике. СaCl₂, MgCl₂ – хорошо растворимы в воде, находят применение в медицине и химическом синтезе в качестве осушителей. Карбонаты также находят широкое применение в строительстве: СaCО_3 MgCО₃ – доломит – используется в строительстве и для получения Vg и Ca. СaCО₃ – кальцит, мел, мрамор, исландский шпат, MgCО₃ – магнезит. Содержание растворимых карбонатов в природной воде определяет ее жесткость: Сульфаты также являются широко распространенными природными соединениями щелочноземельных металлов: СaSO_4 2H₂O – гипс – широко используется в строительстве. MgSO_4 7H₂O – эпсомит, “английская горькая соль”, ВaSO₄ – находит применеие с рентгеноскопии. Фосфаты: Са₃(РО₄)₂ – фосфорит, Са(Н₂РО₄)₂, СаНРО₄ – преципитат – используются для производства удобрений, Са₅(РО₄)_3 (ОН^-, F^-, Cl^-) – аппатит – природный минерал Са, NH₄Mg(PО₄) – мало растворимое соединение. Известны и другие соли: Са(NО₃)_2 2Н₂O – норвежская селитра, Mg(ClО₄)₂ – ангидрон – очень хороший осушитель.

Дата добавления: 2013-12-12