2а группа магний бериллий соли. Бериллий, магний и щелочноземельные металлы — Гипермаркет знаний

Распространение в природе и получение. Магний и кальций - распространенные на Земле элементы (магний - восьмой, кальций - шестой), а остальные элементы более редкие. Стронций и радий - радиоактивные элементы.

В земной коре бериллий находится в виде минералов: берилл Be 3 Al 2 (Si0 3) 6 , фенакит Be 2 Si0 4 . Окрашенные примесями прозрачные разновидности берилла (зеленые изумруды, голубые аквамарины и др.) - драгоценные камни. Известно 54 собственно бериллиевых минералов, важнейшие из них - берилл (и его разновидности - изумруд, аквамарин, гелиодор, воробьевит, ростерит, баццит).

Магний входит в состав силикатных (среди них преобладает оливин Mg 2 Si0 4), карбонатных (доломит CaMg(C0 3) 2 , магнезит MgC0 3) и хлоридных минералов (карналлит KClMgCl 2 -6H 2 0). Большое количество магния содержится в морской воде (до 0,38% MgCl 2) и в воде некоторых озер (до 30% MgCl 2).

Кальций содержится в виде силикатов и алюмосиликатов в горных породах (граниты, гнейсы и др.), карбоната в виде кальцита СаС0 3 , смеси кальцита и доломита {мрамор), сульфата {ангидрит CaS0 4 и гипс CaS0 4 -2H 2 0) а также фторида {флюорит CaF 2) и фосфата {апатит Са 5 (Р0 4) 3) и др.

Важнейшие минералы стронция и бария: карбонаты {стронцианит SrC0 3 , витерит ВаС0 3) и сульфаты {целестин SrS0 4 , барит BaS0 4). Радий встречается в урановых рудах.

В промышленности бериллий, магний, кальций, стронций и барий получают :

• 1) электролизом расплавов хлоридов МеС1 2 , в которые для понижения температуры плавления добавляют NaCl или другие хлориды;
• 2) мсталло- и углетермическим методами при температурах 1000-1300°С.

Особо чистый бериллий получают зонной плавкой. Для получения чистого магния (99,999% Mg) технический магний многократно сублимируют в вакууме. Барий высокой чистоты получают алюминотермическим методом из ВаО.

Физические и химические свойства. В виде простых веществ это - блестящие серебристо-белые металлы, бериллий - твердый (им можно резать стекло), но хрупкий, остальные мягкие и пластичные. Особенностью бериллия является то, что он покрывается на воздухе тонкой оксидной пленкой, защищающей металл от действия кислорода даже при высоких температурах. Выше 800°С происходит окисление бериллия, а при температуре 1200°С металлический бериллий сгорает, превращаясь в белый порошок ВеО.

С увеличением порядкового номера элемента плотность, температуры плавления и кипения возрастают. Электроотрицательность элементов этой группы различна. Для Be она довольно высока (зе = 1,57), что обусловливает амфотерный характер его соединений.

Все металлы в свободном виде менее реакционноспособны по сравнению со щелочными металлами, но довольно активны (их также хранят под керосином в запаянных сосудах, а кальций обычно в плотно закрывающихся металлических банках).

Взаимодействие с простыми веществами. Химическая активность металлов увеличивается по подгруппе сверху вниз с ростом порядкового номера.

На воздухе они окисляются с образованием оксидов МеО, а стронций и барий при нагревании на воздухе до ~500°С образуют пероксиды Ме0 2 , которые при более высокой температуре разлагаются на оксид и кислород. Взаимодействие с простыми веществами представлено на схеме:

Все металлы активно взаимодейстуют с неметаллами: с кислородом они образуют оксиды MeO (Me = Be - Ra), с галогенами - галогениды, например хлориды МеС1 2 , с водородом - гидриды МеЫ 2 , с серой - сульфиды MeS, с азотом - нитриды Me 3 N 2 , с углеродом - карбиды (ацетилениды) МеС 2 , и т.д.

С металлами они образуют эвтектические смеси, твердые растворы и интерметаллические соединения. Бериллий с некоторыми d-элементами образует бериллиды - соединения переменного состава МеВе 12 (Me = Ti, Nb, Та, Mo), MeBe tl (Me = Nb, Та), характеризующиеся высокими температурами плавления и устойчивостью к окислению при нагревании до 1200- 1600°С.

Отношение к воде , кислотам и щелочам. Бериллий на воздухе покрыт оксидной пленкой, которая обусловливает его пониженную химическую активность и препятствует взаимодействию его с водой. Он проявляет амфотерные свойства, реагирует с кислотами и щелочами с выделением водорода. При этом образуются соли катионного и анионного типов:

Концентрированными холодными HN0 3 и H 2 S0 4 бериллий пассивируется.

Магний, как и бериллий, устойчив по отношению к воде. С холодной водой он взаимодействует очень медленно, так как образующийся Mg(OH) 2 плохо растворим; при нагревании реакция ускоряется за счет растворения Mg(OII) 2 . В кислотах он растворяется очень энергично. Исключение составляют HF и Н 3 Р0 4 , образующие с ним малорастворимые соединения. Со щелочами магний, в отличие от бериллия, не взаимодействует.

Металлы подгруппы кальция (щелочноземельные) реагируют с водой и разбавленными соляной и серной кислотами с выделением водорода и образованием соответствующих гидроксидов и солей:

Со щелочами, аналогично магнию, не взаимодействуют. Свойства соединений элементов подгруппы НА. Соединения с кислородом . Оксид и гидроксид бериллия обладают амфотерным характером, остальные - основным. Хорошо растворимыми в воде основаниями являются Sr(OH) 2 и Ва(ОН) 2 , их относят к щелочам.

Оксид ВеО тугоплавок (? пл = 2530°С), обладает повышенной теплопроводностью и, после предварительно прокаливания при 400°С, химической инертностью. Обладает амфотерным характером, взаимодействует при сплавлении и с кислотными, и с основными оксидами, а также с кислотами и щелочами при нагревании, образуя соответственно соли бериллия и бериллаты:

Аналогичным образом ведет себя и соответствующий гидроксид бериллия Ве(ОН) 2 - не растворяясь в воде, он растворим и в кислотах, и в щелочах:

Для его осаждения применяют не щелочь, а слабое основание - гидроксид аммония:

Гидролиз солей бериллия протекает с образованием осадков малорастворимых основных солей, например:

Растворимы бериллаты только щелочных металлов.

Оксид MgO (жженая магнезия) - тугоплавкое (? пл = 2800°С) инертное вещество. В технике его получают термическим разложением карбоната:

Мелкокристаллический MgO, напротив, химически активен, является основным оксидом. Он взаимодействует с водой, поглощает С0 2 , легко растворяется в кислотах.

Оксиды щелочноземельных металлов получают в лаборатории термическим разложением соответствующих карбонатов или нитратов:

в промышленности - термическим разложением природных карбонатов. Оксиды энергично взаимодействуют с водой, образуя сильные основания, по силе уступающие лишь щелочам. В ряду Ве(ОН) 2 -> Са(ОН) 2 -> Sr(OH) 2 -> Ва(ОН) 2 усиливается основный характер гидроксидов, их растворимость и термическая устойчивость. Все они энергично взаимодействуют с кислотами с образованием соответствующих солей:

В отличие от солей бериллия, растворимые в воде соли щелочноземельных металлов и магния гидролизу по катиону не подвергаются.

Растворимость в воде солей элементов ПА-подгруппы различна. Хорошо растворимыми являются хлориды, бромиды, иодиды, сульфиды (Са - Ва), нитраты, нитриты (Mg - Ва). Малорастворимыми и практически нерастворимыми - фториды (Mg - Ва), сульфаты (Са - Ва), ортофосфаты, карбонаты, силикаты.

Соединения с водородом и неметаллами . Гидриды МеН 2 , нитриды Me 3 N 2 , карбиды (ацетилениды) МеС 2 неустойчивы, разлагаются водой с образованием соответствующих гидроксидов и водорода или водородных соединений неметаллов:

Применение. Бериллий легко образует сплавы со многими металлами, придавая им большую твердость, прочность, жаростойкость и коррозионную стойкость. Уникальными свойствами обладают бериллиевые бронзы (сплавы меди с 1-3% бериллия). В отличие от чистого бериллия, они хорошо поддаются механической обработке, из них можно, например, изготовить ленты толщиной всего 0,1 мм. Разрывная прочность этих бронз больше, чем у многих легированных сталей. При старении их прочность возрастает. Они немагнитные, обладают высокими показателями электро- и теплопроводности. Благодаря такому комплексу свойств они широко используются в авиационной и космической технике. В атомных реакторах бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов. В смеси с препаратами радия он служит источником нейтронов, образующихся при действии на Be альфа-частиц:

ВеО применяют в качестве химически стойкого и огнеупорного материала для изготовления тиглей и специальной керамики.

Магний в основном используется для производства «сверхлегких» сплавов, в металлотермии - для производства Ti, Zr, V, U и др. Наиболее важный сплав магния - электрон (3-10% А1 2 0 3 , 2-3% Zn, остальное Mg), который благодаря его прочности и малой плотности (1,8 г/см 3) применяют в ракетной технике и авиастроении. Смеси порошка магния с окислителями применяются для осветительных и зажигательных ракет, снарядов, в фото- и осветительной технике. Жженую магнезию MgO применяют в производстве магния, в качестве наполнителя в производстве резины, для очистки нефтепродуктов, в производстве огнеупоров, строительных материалов и др.

Хлорид MgCl 2 применяется для получения магния, в производстве магнезиального цемента, который получают смешиванием предварительно прокаленного MgO с 30%-ным водным раствором MgCl 2 . Эта смесь постепенно превращается в белую твердую массу, устойчивую но отношению к кислотам и щелочам.

Основное применение металлического кальция - восстановитель при получении многих переходных металлов, урана, редкоземельных элементов (РЗЭ).

Карбид кальция СаС 2 - для производства ацетилена, СаО - при получении хлорной извести, Са(ОН) 2 , СаС0 3 , CaS0 4 H 2 0 - в строительстве. Са(ОН) 2 (известковое молоко , гашеная известь) применяется в качестве дешевого растворимого основания. Природные соединения кальция широко применяются в производстве вяжущих материалов для строительных растворов, для изготовления бетона, строительных деталей и конструкций. К вяжущим веществам относятся цементы , гипсовые материалы , известь и др. Гипсовые материалы - это прежде всего жженый гипс , или алебастр , - гидрат состава 2CaS0 4 H 2 0. Главное применение стронция и бария - газопоглотители в электровакуумных приборах. Раствор Ва(ОН) 2 (баритовая вода , едкий барит) - лабораторный реактив для качественной реакции на С0 2 . Титанат бария (BaTi0 3) - основной компонент диэлектриков, пьезо- и сегнето- электриков.

Токсичность элементов. Все соединения бериллия токсичны! Особенно опасна пыль бериллия и его соединений. Стронций и барий, являясь нервными и мышечными ядами, также обладают общей токсичностью. Соединения бария вызывают воспалительные заболевания головного мозга. Ядовитость солей бария весьма зависит от их растворимости. Практически нерастворимый сульфат бария (чистый) не ядовит, растворимые же соли: хлорид, нитрат, ацетат бария и др. - сильно токсичны (0,2-0,5 г хлорида бария вызывают отравление, смертельная доза - 0,8-0,9 г). Токсическое действие солей стронция сходно с действием солей бария. Оксиды кальция и других щелочноземельных металлов в виде пыли раздражают слизистые оболочки, а при попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги. Оксид стронция действует аналогично оксиду кальция, но значительно сильнее. Соли щелочноземельных металлов вызывают кожные заболевания.

IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами .

Все элементы IIA группы относятся к s -элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s -подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns 2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.

Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:

Ме 0 – 2e — → Ме +2

Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO 2):

2Mg + O 2 = 2MgO

2Ca + O 2 = 2CaO

2Ba + O 2 = 2BaO

Ba + O 2 = BaO 2

Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me 3 N 2 .

с галогенами

Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:

Мg + I 2 = MgI 2 – иодид магния

Са + Br 2 = СаBr 2 – бромид кальция

Ва + Cl 2 = ВаCl 2 – хлорид бария

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно бо льшая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C 2 2- , фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me 2 Si, с азотом – нитриды (Me 3 N 2), фосфором – фосфиды (Me 3 P 2):

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:

Ве + Н 2 SO 4(разб.) = BeSO 4 + H 2

Mg + 2HBr = MgBr 2 + H 2

Ca + 2CH 3 COOH = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N 2 O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH 4 NO 3):

4Ca + 10HNO 3( разб .) = 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

4Mg + 10HNO 3(сильно разб.) = 4Mg(NO 3) 2 + NН 4 NO 3 + 3H 2 O

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:

Be + 2H 2 SO 4 → BeSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.

Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы может происходить до SO 2 , H 2 S и S в зависимости от активности металла, температуры проведения реакции и концентрации кислоты:

Mg + H 2 SO 4( конц .) = MgSO 4 + SO 2 + H 2 O

3Mg + 4H 2 SO 4( конц .) = 3MgSO 4 + S↓ + 4H 2 O

4Ca + 5H 2 SO 4( конц .) = 4CaSO 4 +H 2 S + 4H 2 O

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:

Be + 2KOH + 2H 2 O = H 2 + K 2 — тетрагидроксобериллат калия

При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород

Be + 2KOH = H 2 + K 2 BeO 2 — бериллат калия

с оксидами

Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:

Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.

15. Бериллий, магний и щёлочноземельные металлы

Атомы элементов II группы имеют на внешнем энергетическом уровне два электрона, которые они отдают при химических взаимодействиях, и поэтому являются сильнейшими восстановителями. Во всех соединениях они имеют степень окисления +2.

В окислительно-восстановительных реакциях все металлы подгруппы ведут себя как сильные восстановители, однако несколько более слабые, чем щелочные металлы. Это объясняется тем, что атомы металлов II группы имеют меньшие атомные радиусы. С ростом порядкового номера элемента отдача электронов облегчается, и поэтому металлические свойства возрастают.

Бериллий, магний и щелочноземельные металлы - это простые вещества. Лёгкие серебристо-белые металлы, исключение составляет только стронций, который имеет золотистый оттенок.

Например, кальций – серебристо белый и довольно твердый металл, легкий. Температура плавления и кипения выше, чем у щелочных металлов. Поскольку у кальция на энергетическом уровне находится 2 электрона, то его степень окисления во всех соединениях всегда равна +2. На воздухе кальций окисляется, поэтому его хранят в закрытых сосудах, обычно в керосине.

Химические свойства данной группы металлов рассмотрим на примере кальция.

С биологической точки зрения, кальций играет немаловажную роль для растений, животных и человека. В нашем организме он входит в состав костей. Кальций придает костям твердость. Например, при обычных условиях кальций реагирует с

галогенами, а с серой, азотом и углеродом – при нагревании. При взаимодействии кальция с хлором образуется хлорид кальция.

Ca + CI 2 = CaCI 2 (кальций плюс хлор два равно кальций хлор два)

При взаимодействии кальция с серой образуется сульфид кальция.

С a + S = CaS

(кальций плюс сера равно кальций эс)

При взаимодействии кальция с азотом образуется нитрид кальция.

(три кальций плюс эн два стрелочка кальций три эн два)

Данные реакции происходят при нагревании.

Кальций ( Ca ) являясь активным металлом вытесняет водород из воды:

С a + 2Н 2 О = Ca (ОН) 2 +Н 2

(кальций плюс два аш два о стрелочка кальций о аш дважды плюс аш два стрелочка вверх)

При этом не все металлы главной подгруппы II группы Периодической системы одинаково реагируют с водой: бериллий практически не взаимодействует с водой, т.к. взаимодействию препятствует защитная пленка на его поверхности, реакция магния с водой протекает довольно медленно, остальные же металлы взаимодействуют с водой аналогично кальцию.

При нагревании на воздухе кальций сгорает, образуя оксид кальция:

2С a + О 2 = 2 Ca О

(два кальций плюс о два равно два кальций о)

При взаимодействии кальций с углеродом образует карбид кальция С aC 2

С a + 2С = Ca С 2

(кальций плюс два це стрелочка кальций це два)

Вследствие своей высокой химической активности в природе щёлочноземельные металлы находятся только в форме соединений.

Оксиды данных металлов твердые белые тугоплавкие вещества, устойчивые к воздействию высоких температур. Проявляют основные свойства. Исключение составляет оксид бериллия, который имеет амфотерный характер.

Рассмотрим оксиды на примере кальция.

Оксид кальция (техническое название: негашеная известь, жженая известь) – это порошок белого цвета.

Оксид кальция энергично взаимодействует с водой с образованием гидроксида кальция:

CaO + H 2 O = Ca ( OH ) 2 + Q

(кальций о плюс аш два о равно кальций о аш дважды плюс ку)

Реакция оксида кальция с водой сопровождается выделением большого количества теплоты и называется гашение извести, а образующийся Ca(OH) 2 - гашёной известью.

Гашеная известь – твердое вещество белого цвета, растворимое в воде. Раствор гашеной извести в воде называется известковой водой. Раствор обладает щелочными свойствами.

Рассмотрим щелочные свойства на примере:

Ca ( OH )2 + CO 2 → CaCO 3↓ + H 2 O

(кальций о аш дважды плюс це о два стрелочка кальций це о три стрелочка вниз плюс аш два о)

При пропускании через известковую воду оксида углерода (IV ) раствор мутнеет

(кальций це о три плюс це о два плюс аш два о две стрелочки направленны противоположно друг другу кальций аш це о три дважды)

При дальнейшем пропускании замечаем, что муть исчезает.

Соли бериллия, магния и щёлочноземельных металлов получают при взаимодействии их с кислотами.

К солям кальция относится карбонат кальция. Карбонат кальция имеет следующую формулу - CaCO 3(кальций це о три)

Он содержится в известняке, меле и мраморе. Мрамор широко применяется в скульптуре и архитектуре, без известняка не обходится ни одно строительство, т.к. он сам является прекрасным строительным камнем и используется для получения таких материалов как стекло, цемент, гашеная и негашеная известь. В природе мел представляет собой остатки раковин древних животных, его можно увидеть в школе (школьные мелки), его используют в зубной пасте, при производстве бумаги, при побелке.

Сульфат кальция встречается в природе в виде минерала гипса - CaSO 4 *2 H 2 О ( кальций эс о четыре умножить два аш два о) .

Обжигом гипса при 150-180С 0 получают белый порошок – жженый гипс или алебастр

CaSO 4*0,5 H 2О( кальций эс о четыре умножить ноль целых пять десятых аш два о).

Если алебастр смешать с водой, то он быстро затвердевает, снова превращается в гипс.

Например,

CaSO 4*0,5 H 2О +1,5 H 2О = CaSO 4* 2 H 2О

(кальций эс о четыре умножить ноль целых пять десятых аш два о плюс одна целая пять десятых аш два о равно кальций эс о четыре умножить два аш два о)

Сульфат кальция широко используют в строительстве для изготовления скульптур и скульптурных элементов, для облицовочных и отделочных работ, в медицине для изготовления гипсовых повязок.

Свойства элементов II A группы.

*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. пассивация, реакция не идет

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 Ме 2+ , 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! СaF 2 - малорастворимая соль, встречается в природе как флюорит или плавиковый шпат, находит применение в оптике. СaCl 2 , MgCl 2 - хорошо растворимы в воде, находят применение в медицине и химическом синтезе в качестве осушителей. Карбонаты также находят широкое применение в строительстве: СaCО 3Ч MgCО 3 - доломит - используется в строительстве и для получения Vg и Ca. СaCО 3 - кальцит, мел, мрамор, исландский шпат, MgCО 3 - магнезит. Содержание растворимых карбонатов в природной воде определяет ее жесткость: . Сульфаты также являются широко распространенными природными соединениями щелочноземельных металлов: СaSO 4Ч 2H 2 O - гипс - широко используется в строительстве. MgSO 4Ч 7H 2 O - эпсомит, “английская горькая соль”, ВaSO 4 - находит применеие с рентгеноскопии. Фосфаты:Са 3 (РО 4) 2 - фосфорит, Са(Н 2 РО 4) 2 , СаНРО 4 - преципитат - используются для производства удобрений, Са 5 (РО 4) 3Ч (ОН - , F - , Cl -) - аппатит - природный минерал Са, NH 4 Mg(PО 4) - мало растворимое соединение. Известны и другие соли: Са(NО 3) 2Ч 2Н 2 O - норвежская селитра,Mg(ClО 4) 2 - ангидрон - очень хороший осушитель.

Строение и свойства атомов . Бериллий Be, магний Mg и щёлочноземельные металлы: кальций Са, стронций Sr, барий Ва и радий Ra - элементы главной подгруппы II группы (IIA группы) Периодической системы Д. И. Менделеева. Атомы этих элементов содержат на внешнем энергетическом уровне два электрона, которые они отдают при химических взаимодействиях, и поэтому являются сильнейшими восстановителями. Во всех соединениях они имеют степень окисления +2.

С увеличением порядкового номера сверху вниз в подгруппе восстановительные свойства элементов усиливаются, что связано с увеличением радиусов их атомов.

Радий - радиоактивный элемент, содержание его в природе невелико.

Бериллий, магний и щёлочноземельные металлы - простые вещества . Лёгкие серебристо-белые металлы, стронций имеет золотистый оттенок. Он значительно твёрже бария, барий же по мягкости напоминает свинец.

На воздухе при обычной температуре поверхность бериллия и магния покрывается защитной оксидной плёнкой. Щёлочноземельные металлы взаимодействуют с кислородом воздуха более активно, поэтому их хранят под слоем керосина или в запаянных сосудах, как и щелочные металлы.

При нагревании на воздухе все рассматриваемые металлы (обозначим их М) энергично сгорают с образованием оксидов:

Реакция сжигания магния сопровождается ослепительной вспышкой, раньше её применяли при фотографировании объектов в тёмных помещениях. В настоящее время используют электрическую вспышку.

Бериллий, магний и все щёлочноземельные металлы взаимодействуют при нагревании с неметаллами - хлором, серой, азотом и т. д., образуя соответственно хлориды, сульфиды и нитриды:

При высоких температурах металлы главной подгруппы II группы (IIA группы) Периодической системы Д. И. Менделеева окисляются водородом до гидридов:

Гидриды - это твёрдые солеподобные соединения металлов с водородом, похожие на галогениды - соединения металлов с галогенами. Теперь, очевидно, вам стало понятно, почему водород находится и в главной подгруппе VII группы (VIIA группы).

Из всех металлов главной подгруппы II группы (IIA группы) Периодической системы Д. И. Менделеева только бериллий практически не взаимодействует с водой (препятствует защитная плёнка на его поверхности), магний реагирует с ней медленно, остальные металлы бурно взаимодействуют с водой при обычных условиях (рис. 54):

Рис. 54.
Взаимодействие с водой металлов главной подгруппы II группы (IIА группы) Периодической системы Д. И. Менделеева

Подобно алюминию, магний и кальций способны восстанавливать редкие металлы - ниобий, тантал, молибден, вольфрам, титан и др. - из их оксидов, например:

Такие способы получения металлов по аналогии с алюминотермией называют магниетермией и кальциетермией.

Магний и кальций применяют для производства редких металлов и лёгких сплавов. Например, магний входит в состав дюралюминия, а кальций - один из компонентов свинцовых сплавов, необходимых для изготовления подшипников и оболочек кабелей.

Соединения бериллия, магния и щёлочноземельных металлов . В природе щёлочноземельные металлы, как и щелочные металлы, находятся только в форме соединений вследствие своей высокой химической активности.

Оксиды МО - твёрдые белые тугоплавкие вещества, устойчивые к воздействию высоких температур. Проявляют основные свойства, кроме оксида бериллия, имеющего амфотерный характер.

Оксид магния малоактивен в реакции с водой, все остальные оксиды очень бурно взаимодействуют с ней:

МО + Н 2 O = М(ОН) 2 .

Оксиды получают обжигом карбонатов:

МСO 3 = МО + СO 2 .

В технике оксид кальция СаО называют негашёной известью, a MgO - жжёной магнезией. Оба этих оксида используют в производстве строительных материалов.

Лабораторный опыт № 15
Получение гидроксида кальция и исследование его свойств

Гидроксиды щёлочноземельных металлов относятся к щелочам. Их растворимость в воде увеличивается в ряду

Са(ОН) 2 → Sr(OH) 2 → Ва(ОН) 2 .

Эти гидроксиды получают взаимодействием соответствующего оксида с водой.

Реакция оксида кальция с водой сопровождается выделением большого количества теплоты и называется гашением извести (рис. 55), а образующийся Са(ОН)2 - гашёной известью:

СаО + Н 2 O = Са(ОН) 2 .

Рис. 55.
Гашение извести

Прозрачный раствор гидроксида кальция называют известковой водой, а белую взвесь Са(ОН) 2 в воде - известковым молоком. Гашёную известь широко используют в строительстве. Известковое молоко применяют в сахарной промышленности для очистки свекловичного сока.

Соли бериллия, магния и щёлочноземельных металлов получают взаимодействием их с кислотами. Галогениды (фториды, хлориды, бромиды и иодиды) этих металлов - белые кристаллические вещества, большинство из них растворимо в воде. Из сульфатов хорошо растворимы в воде только сульфаты бериллия и магния. Растворимость сульфатов элементов главной подгруппы II группы Периодической системы Д. И. Менделеева уменьшается от BeSO 4 к BaSO 4 . Карбонаты этих металлов малорастворимы или нерастворимы в воде.

Сульфиды щёлочноземельных металлов, содержащие в малых количествах примеси тяжёлых металлов, после предварительного освещения начинают светиться различными цветами - красным, оранжевым, голубым, зелёным. Они входят в состав специальных светящихся красок, которые называют фосфорами. Их используют для изготовления светящихся дорожных знаков, циферблатов часов и других изделий.

Рассмотрим наиболее важные соединения элементов главной подгруппы II группы (IIA группы) Периодической системы Д. И. Менделеева.

СаСО 3 - карбонат кальция - одно из самых распространённых на Земле соединений. Вам хорошо известны такие содержащие его минералы, как мел, мрамор, известняк (рис. 56).

Рис. 56.
Природные соединения кальция: а - мел; б - мрамор; в - известняк; г - кальцит

Мрамор - это минерал скульпторов, архитекторов и облицовщиков. Из него создавали свои прекрасные творения многие скульпторы (рис. 57).

Рис. 57.
Скульптура М. М. Антокольского «Царь Иоанн Васильевич Грозный» изготовлена из мрамора

Стены всемирно известного индийского мавзолея Тадж-Махал выложены из мрамора (рис. 58), им же облицованы многие станции московского метро (рис. 59).

Рис. 58.
Тадж-Махал - мавзолей-мечеть, находящийся в Агре (Индия), выполнен из мрамора

Рис. 59.
Станция московского метрополитена «Трубная» отделана мрамором

Однако самый важный из этих минералов - известняк, без которого не обходится ни одно строительство. Во-первых, он сам является прекрасным строительным камнем (вспомните знаменитые одесские катакомбы - бывшие каменоломни, в которых добывали камень для строительства города), во-вторых, это сырьё для получения других материалов: цемента, гашёной и негашёной извести, стекла и др.

Известковой щебёнкой укрепляют дороги, а порошком уменьшают кислотность почв.

Природный мел представляет собой остатки раковин древних животных. Один из примеров его использования - это школьные мелки, зубные пасты. Мел применяют в производстве бумаги, резины, побелки.

MgCO 2 - карбонат магния, необходим в производстве стекла, цемента, кирпича, а также в металлургии для перевода пустой породы, т. е. не содержащей соединения металла, в шлак.

CaSO 4 - сульфат кальция, встречается в природе в виде минерала гипса CaSO 4 2Н 2 O, представляющего собой кристаллогидрат. Используют в строительстве, в медицине для наложения фиксирующих гипсовых повязок, получения слепков (рис. 60). Для этого применяют полуводный гипс 2CaSO 4 Н 2 O - алебастр, который при взаимодействии с водой образует двуводный гипс:

2CaSO 4 Н 2 O + ЗН 2 O = 2(CaSO 4 2Н 2 O).

Эта реакция идёт с выделением теплоты.

Рис. 60.
Гипс применяется:
в медицине для изготовления гипсовых повязок (1), искусственных облицовочных и отделочных камней (2), в строительстве для изготовления скульптур и скульптурных элементов (3), гипсокартона (4)

MgSO 4 - сульфат магния, известный под названием горькая, или английская, соль, используют в медицине в качестве слабительного средства. Содержится в морской воде и придаёт ей горький вкус.

BaSO 4 - сульфат бария, благодаря нерастворимости и способности задерживать рентгеновские лучи применяют в рентгенодиагностике («баритовая каша») для диагностики заболеваний желудочно-кишечного тракта (рис. 61).

Рис. 61. «Баритовую кашу» используют в медицине для рентгенодиагностики

Са 3 (РO 4) 2 - фосфат кальция, входит в состав фосфоритов (горная порода) и апатитов (минерал), а также в состав костей и зубов. В организме взрослого человека содержится более 1 кг кальция в виде соединения Са 3 (РO 4) 2 .

Кальций имеет важное значение для живых организмов, это материал для постройки костного скелета. Он играет существенную роль в процессах жизнедеятельности: ионы кальция необходимы для работы сердца, участвуют в процессах свёртывания крови.

На долю кальция приходится более 1,5% массы тела человека, 98% кальция содержится в костях. Однако кальций необходим не только при формировании скелета, но и для работы нервной системы.

Человек должен получать в день 1,5 г кальция. Наибольшие количества кальция содержатся в сыре, твороге, петрушке, салате.

Магний также является необходимым биоэлементом, играя роль стимулятора обмена веществ, содержится в печени, костях, крови, нервной ткани и мозге. Магния в человеческом организме намного меньше, чем кальция, - всего около 40 г. Магний входит в состав хлорофилла, а следовательно, участвует в процессах фотосинтеза. Без хлорофилла не было бы жизни, а без магния - хлорофилла, ведь в нём содержится 2% этого элемента.

Соли щёлочноземельных металлов окрашивают пламя в яркие цвета, поэтому эти соединения добавляют в составы для фейерверков (рис. 62).

Рис. 62.
Соли щёлочноземельных металлов добавляют в составы для фейерверков

Открытие магния и кальция . Магний был впервые получен Г. Дэви в 1808 г. из белой магнезии - минерала, найденного близ греческого города Магнезия. По названию минерала и дали название простому веществу и химическому элементу.

Полученный Г. Дэви металл был загрязнён примесями, а чистый магний получил француз А. Бюсси в 1829 г.

Кальций был впервые получен также Г. Дэви в 1808 г. Название элемента происходит от латинского слова кальс, что означает «известь, мягкий камень».

Новые слова и понятия

1. Строение атомов бериллия и магния, щёлочноземельных металлов.
2. Химические свойства бериллия, магния и щёлочноземельных металлов: образование оксидов, хлоридов, сульфидов, нитридов, гидридов и гидроксидов.
3. Магниетермия и кальциетермия.
4. Оксиды кальция (негашёная известь) и магния (жжёная магнезия). 5. Гидроксиды кальция (гашёная известь, известковая вода, известковое молоко) и других щёлочноземельных металлов.
5. Соли: карбонаты кальция (мел, мрамор, известняк) и магния; сульфаты (гипс, горькая соль, «баритовая каша»); фосфаты.