Щелочноземельные металлы

Свойства щелочноземельных металлов

Атомный
номер
Название
Атомная
масса
Электронная
конфигурация

 
r
г/см
3
t°пл.
°C
t°кип.
°C
ЭО
Атомный
радиус,
нм
Степень
окисления
4
Бериллий Be
9,01
[He] 2s2
1,86
1283
2970
1,5
0,113
+2
11
Магний Mg
24,3
[Ne]3s2
1,74
649,5
1120
1,2
0,16
+2
19
Кальций Ca
40,08
[Ar] 4s2
1,54
850
1487
1,0
0,2
+2
27
Стронций Sr
87,62
[Kr] 5s2
2,67
770
1367
1,0
0,213
+2
55
Барий Ba
137,34
[Xe] 6s2
3,61
710
1637
0,9
0,25
+2
87
Радий Ra
226
[Rn] 7s2
~6
~700
1140
0,9
+2

 

Физические свойства
 
Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип., потенциалами ионизации, плотностями и твердостью.
 
Химические свойства
 

      1.      Очень реакционноспособны.
      2.      Обладают положительной валентностью +2.
      3.      Реагируют с водой при комнатной температуре (кроме Be) с выделением водорода.
      4.      Обладают большим сродством к кислороду (восстановители).
      5.      С водородом образуют солеобразные гидриды ЭH2.
      6.      Оксиды имеют общую формулу ЭО. Тенденция к образованию пероксидов выражена слабее, чем для щелочных металлов.
             

Нахождение в природе
 
Be
3BeO • Al2O3 • 6SiO2 – берилл
 
Mg
MgCO3 – магнезит
CaCO3 • MgCO3 – доломит
KCl • MgSO4 • 3H2O – каинит
KCl • MgCl2 • 6H2O – карналлит
 
Ca
CaCO3 – кальцит (известняк, мрамор и др.)
Ca3(PO4)2 – апатит, фосфорит
CaSO4 • 2H2O – гипс
CaSO4 – ангидрит
CaF2 – плавиковый шпат (флюорит)
 
Sr
SrSO4 – целестин
SrCO3 – стронцианит
 
Ba
BaSO4 – барит
BaCO3 – витерит
 
Получение
 
Бериллий получают восстановлением фторида:
 
BeF2 + Mg  –t°®  Be + MgF2
 
Барий получают восстановлением оксида:
 
3BaO + 2Al  –t°®  3Ba + Al2O3
 
Остальные металлы получают электролизом расплавов хлоридов:
 
CaCl2 ® Ca + Cl2­
катод: Ca2+ + 2e ® Ca0
анод: 2Cl- – 2e ® Cl02­
 
Металлы главной подгруппы II группы - сильные восстановители; в соединениях проявляют только степень окисления +2. Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду: ––Be–Mg–Ca–Sr–Ba®
 

      1.      Реакция с водой.
      В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде. В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, которые являтся сильными основаниями:
      
      Mg + 2H2O  –t°®  Mg(OH)2 + H2­
      Ca + 2H2O ® Ca(OH)2 + H2­
      
      2.      Реакция с кислородом.
      Все металлы образуют оксиды RO, барий-пероксид – BaO2:
      
      2Mg + O2 ® 2MgO
      Ba + O2 ® BaO2
      
      3.      С другими неметаллами образуются бинарные соединения:

 
Be + Cl2 ® BeCl2(галогениды)
Ba + S ® BaS(сульфиды)
3Mg + N2 ® Mg3N2(нитриды)
Ca + H2 ® CaH2(гидриды)
Ca + 2C ® CaC2(карбиды)
3Ba + 2P ® Ba3P2(фосфиды)
 
Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами.
 
4.      Все металлы растворяются в кислотах:
 
Ca + 2HCl ® CaCl2 + H2­
Mg + H2SO4(разб.) ® MgSO4 + H2­
 
Бериллий также растворяется в водных растворах щелочей:
 
Be + 2NaOH + 2H2O ® Na2[Be(OH)4] + H2­
 

      5.      Качественная реакция на катионы щелочноземельных металлов – окрашивание пламени в следующие цвета:

 
Ca2+ - темно-оранжевый
Sr2+- темно-красный
Ba2+ - светло-зеленый
 
Катион Ba2+ обычно открывают обменной реакцией с серной кислотой или ее солями:
Сульфат бария – белый осадок, нерастворимый в минеральных кислотах.
 
Оксиды щелочноземельных металлов
 
Получение
 

      1)     Окисление металлов (кроме Ba, который образует пероксид)
      2)     Термическое разложение нитратов или карбонатов

 
CaCO3  –t°®  CaO + CO2­
2Mg(NO3)2  –t°®  2MgO + 4NO2­ + O2­
 
Химические свойства
 
Типичные основные оксиды. Реагируют с водой (кроме BeO), кислотными оксидами и кислотами
 
MgO + H2O ® Mg(OH)2
3CaO + P2O5 ® Ca3(PO4)2
BeO + 2HNO3 ® Be(NO3)2 + H2O
 
BeO - амфотерный оксид, растворяется в щелочах:
 
BeO + 2NaOH + H2O ® Na2[Be(OH)4]
 
Гидроксиды щелочноземельных металлов R(OH)2
 
Получение

Реакции щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:
Ba + 2H2O ® Ba(OH)2 + H2­
CaO(негашеная известь) + H2O ® Ca(OH)2(гашеная известь)
 
Химические свойства
 
Гидроксиды R(OH)2 - белые кристаллические вещества, в воде растворимы хуже, чем гидроксиды щелочных металлов (растворимость гидроксидов уменьшается с уменьшением порядкового номера; Be(OH)2 – нерастворим в воде, растворяется в щелочах). Основность R(OH)2 увеличивается с увеличением атомного номера:
 
Be(OH)2 – амфотерный гидроксид
Mg(OH)2 – слабое основание
 
остальные гидроксиды - сильные основания (щелочи).
 

      1)     Реакции с кислотными оксидами:

 
Ca(OH)2 + SO2 ® CaSO3 + H2O
Ba(OH)2 + CO2 ® BaCO3¯ + H2O
 
2)     Реакции с кислотами:
 
Mg(OH)2 + 2CH3COOH ® (CH3COO)2Mg + 2H2O
Ba(OH)2 + 2HNO3 ® Ba(NO3)2 + 2H2O
 
3)     Реакции обмена с солями:
 
Ba(OH)2 + K2SO4 ® BaSO4¯+ 2KOH
 
4)     Реакция гидроксида бериллия со щелочами:
 
Be(OH)2 + 2NaOH ® Na2[Be(OH)4]
 
Жесткость воды
 
Природная вода, содержащая ионы Ca2+ и Mg2+, называется жесткой. Жесткая вода при кипячении образует накипь, в ней не развариваются пищевые продукты; моющие средства не дают пены.
Карбонатная (временная) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная  (постоянная)  жесткость – хлоридов и сульфатов.
Общая жесткость воды рассматривается как сумма карбонатной и некарбонатной.
Удаление жесткости воды осуществляется путем осаждения из раствора ионов Ca2+ и Mg2+:

      
      1)     кипячением:

Сa(HCO3)2  –t°®  CaCO3¯ + CO2­ + H2O
Mg(HCO3)2  –t°®  MgCO3¯ + CO2­ + H2O
 
2)     добавлением известкового молока:
 
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 ® 2CaCO3¯ + 2H2O
 
3)     добавлением соды:
 
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 ® CaCO3¯+ 2NaHCO3
CaSO4 + Na2CO3 ® CaCO3¯ + Na2SO4
MgCl2 + Na2CO3 ® MgCO3¯ + 2NaCl
 
4)     пропусканием через ионнообменную смолу

              а) катионный обмен:
      2RH + Ca2+ ® R2Ca + 2H+
      б) анионный обмен:
      2ROH + SO42- ® R2SO4 + 2OH-
      (где R - сложный органический радикал)
      
      Для удаления временной жесткости используют все четыре способа, а для
      постоянной - только два последних.

 

 

 

Другие записи

10.06.2016. Подруппа марганца
Подгруппа марганцаПобочная подгруппа VII группы Свойства элементов подгруппы марганца     Атомный номер Название Электронная конфигурация   r г/см3 t°пл. °C t°кип. °C ЭО Атомный радиус, нм Степень окисления 25 Марганец…
10.06.2016. Подгруппа цинка
Свойства элементов II группыпобочной подгруппы (подгруппы цинка) Атомный номер Название Электронная конфигурация Атомный радиус, нм r г/см3 t°пл. °С t°кип. °С ЭО Степени окисления 30 Цинк…
10.06.2016. Подгруппа хрома
Подгруппа хрома - побочная подгруппа VI группы Свойства элементов подгруппы хрома Атомный номер Название Электронная конфигурация   r г/см3 t°пл. °C t°кип. °C ЭО Атомный радиус, нм Степень окисления 24 Хром…
10.06.2016. Подгруппа меди
Подгруппа меди – побочная подгруппа I группы Свойства элементов подгруппы меди Атомный номер Название Электронная конфигурация   r г/см3 t°пл. °C t°кип. °C ЭО Атомный радиус, нм Удельная злектро- проводность м,мм-2,ом-1 Степень окисления 29 Медь…
10.06.2016. Подгруппа железа
Свойства элементов подгруппы железа  Атомный номер Название Электронная конфигурация   r г/см3 t°пл. °C t°кип. °C ЭО Атомный радиус, нм Степень окисления 26 Железо…