Металлы IIA-группы: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 5 :"Металлы IIA"

Общая характеристика. В главной подгруппе II группы находятся элементы бериллий Be , магний Mg , кальций Ca , стронций Sr , барий Ba и радиоактивный радий Ra . У всех элементов внешний электронный уровень имеет строение ns^2 . Все простые вещества IIA группы являются металлами и имеют серебристо-белый цвет. Кальций, стронций и барий называют щелочноземельными металлами.

В подгруппе от бериллия до бария с ростом порядкового номера элемента увеличиваются атомные и ионные радиусы, уменьшаются потенциалы ионизации, другими словами, закономерно увеличиваются металлические и восстановительные свойства, а также основные свойства оксидов и гидроксидов. Для всех элементов IIA группы устойчивой является степень окисления +2 . Самым тугоплавким металлом подгруппы является бериллий. Из-за невысокой плотности этот металл является очень ценным для самолётостроения и незаменимым при создании тугоплавких сплавов. В отличие от устойчивых на воздухе бериллия и магния, на поверхности которых образуется прочная оксидная плёнка, щелочноземельные металлы, как и щелочные, хранят под керосином или в запаянных металлических банках.

Нахождение в природе. Все металлы второй группы химически активны, поэтому встречаются только в соединениях, в которых находятся в форме двухзарядных катионов. Магний чаще всего встречается в составе сульфатных и карбонатных пород, например доломита CaCO_3 \cdot MgCO_3 . Сульфат магния содержится в растворённом виде в морской воде. Также известен минерал карналлит KCl \cdot MgCl_2 \cdot 6H_2O . Кальций присутствует в земной коре в виде карбоната, образующего известняк, мел, мрамор, кальцит; а также силикатов, алюмосиликатов, ангидрита CaSO_4 , гипса CaSO_4 \cdot 2H_2O , флюорита CaF_2 , апатита Ca_5(PO_4)_3(F, Cl, OH) . Барий и стронций встречаются в основном в виде сульфатов и карбонатов. Ионы Ca^{2+} и Mg^{2+} находятся в биологических жидкостях всех живых существ. Организм взрослого человека содержит приблизительно один килограмм кальция (в основном в костях и зубах). Магний входит в состав пигмента зелёных растений — хлорофилла.

Химические свойства. Из-за разной реакционной способности металлов IIА группы их реакции с водой протекают по-разному. Из-за наличия защитной оксидной плёнки бериллий и магний не очень активны в реакциях с водой.

Бериллий практически не реагирует с водой.

Магний не растворяется в холодной воде, но взаимодействует с горячей, в парах воды он превращается в оксид: Mg + H_2O = MgO + H_2\uparrow.

Барий, стронций и кальций энергично реагируют уже с холодной водой с выделением водорода: Ca + 2H_2O = Ca(OH)_2 + H_2\uparrow.

При взаимодействии металлов II группы с кислородом образуются оксиды: 2Ca + O_2 \xrightarrow{t} 2CaO,

а у бария при температуре 500^\circC наряду с оксидом образуется и пероксид: Ba + O_2 \xrightarrow{t} BaO_2.

Бериллий, как и магний, активно реагирует с кислородом. Для магния вообще характерно очень высокое сродство к кислороду. В реакциях с другими неметаллами образуются соответствующие бинарные соединения — гидриды, галогениды, сульфиды, карбиды и т.п. Ba + H_2 = BaH_2, Be + Cl_2 = BeCl_2, Ca + S \xrightarrow{t} CaS, Ca + 2C \xrightarrow{t} CaC_2.

Магний образует нитрид при нагревании на воздухе: 3Mg + N_2 \xrightarrow{t} Mg_3N_2.

Все металлы IIА группы растворяются в растворах сильных кислот-неокислителей, выделяя водород: Mg + H_2SO_4(разб) = MgSO_4 + H_2\uparrow, Ca + 2HCl = CaCl_2 + H_2\uparrow.

С очень разбавленной азотной кислотой ( HNO_3 — окислитель в любой концентрации) кальций и магний реагируют без выделения газообразных продуктов: 4Mg + 10HNO_3(оч. разб) = 4Mg(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O.

Бериллий растворяется не только в кислотах, но и в растворах щелочей, образуя соответствующие тетрагидроксобериллаты (комплексные соединения): Be + 2NaOH + 2H_2O = Na_2[Be(OH)_4] + H_2\uparrow.

Оксид кальция CaO имеет техническое название «негашёная известь», а гидроксид кальция Ca(OH)_2 — «гашёная известь». «Известковым молоком» называют белую взвесь избытка гидроксида кальция в насыщенном водном растворе. Прозрачный раствор гидроксида кальция иногда называют «известковая вода», а раствор гидроксида бария — «баритовая вода».

Все оксиды и пероксиды щелочноземельных металлов реагируют с водой, образуя щёлочи: CaO + H_2O = Ca(OH)_2, BaO_2 + 2H_2O = Ba(OH)_2 + H_2O_2.

Оксиды щелочноземельных элементов и магния проявляют все свойства основных оксидов, они реагируют с кислотами и кислотными оксидами: BaO + 2HNO_3 = Ba(NO_3)_2 + H_2O, 3CaO + P_2O_5 = Ca_3(PO_4)_2.

Нагреванием негашёной извести с коксом получают карбид кальция: CaO + 3C \xrightarrow{t} CaC_2 + CO\uparrow.

Оксид бериллия является амфотерным, поэтому он способен растворяться в растворах щелочей с образованием соответствующих гидроксобериллатов: BeO + 2NaOH + H_2O = Na_2[Be(OH)_4].

Растворимость гидроксидов бериллия и магния в воде незначительна, как и растворимость их оксидов. В ряду Be(OH)_2 — Mg(OH)_2 — Ca(OH)_2 — Sr(OH)_2 — Ba(OH)_2 повышается растворимость оснований в воде и увеличивается их сила. Гидроксид бериллия Be(OH)_2 является амфотерным гидроксидом, а гидроксид магния Mg(OH)_2 — основанием средней силы. Гидроксиды щелочноземельных металлов — сильные основания, щёлочи.