Щёлочноземельные металлы ℹ️ строение, формулы, характеристика, химические и физические свойства, основные способы получения и применения, список элементов

Положение в периодической системе Менделеева

Щелочноземельные металлы

Щелочноземельные металлы являются химическими элементами второй группы периодической таблицы химических элементов периодической таблицы:

  • бериллий быть;
  • магний мг;
  • кальций Ca;
  • стронций Sr;
  • барий Ba;
  • радио Ра.

Электронное строение и закономерности изменения свойств

Атомы этих металлов на внешнем энергетическом уровне имеют 2 s-электрона. Отсюда следует, что максимальная степень окисления +2.

Они также могут иметь нулевую степень окисления, но не отрицательную, поскольку металлы не могут иметь этого состояния.

Общая конфигурация внешнего энергетического уровня nS2:

3000

В период от Be до Ra металлические, восстановительные, электроотрицательные свойства увеличиваются, а неметаллические, окислительные свойства и радиус атома уменьшаются.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочных металлов (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой только при кипении из-за того, что при нагревании защитная пленка оксида MgO растворяется в воде. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень устойчива: вода не реагирует с ней ни при кипячении, ни при нагревании до красного:

c кислотами-неокислителями

Все металлы основной подгруппы группы II реагируют с неокисляющими кислотами, так как они расположены на линии активности слева от водорода. Это образует соль соответствующей кислоты и водорода. Примеры реакций:

Be + H2SO4 (разбав.) = BeSO4 + H2↑

Mg + 2HBr = MgBr2 + H2

Ca + 2CH3COOH = (CH3COO) 2Ca + H2↑

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

Все металлы группы IIA реагируют с разбавленной азотной кислотой. В этом случае продуктами восстановления вместо водорода (как в случае неокисляющих кислот) являются оксиды азота, в основном оксид азота (I) (N2O), а в случае очень разбавленной азотной кислоты — нитрат аммония (NH4NO3):

4Ca + 10HNO3 (дил.) = 4Ca (NO3) 2 + N2O ↑ + 5H2O

4Mg + 10HNO3 (сильно разложившийся) = 4Mg (NO3) 2 + NH4NO3 + 3H2O

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота пассивирует бериллий при обычных (или низких) температурах, т.е не реагирует с ним. При кипении реакция возможна и протекает в основном по уравнению:

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

− концентрированной серной кислотой

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

Be + 2H2SO4 → BeSO4 + SO2 ↑ + 2H2O

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой из-за образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ним при нагревании; сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте из-за его превращения в гидросульфат бария.

Остальные металлы основной группы IIA реагируют с концентрированной серной кислотой в любых условиях, включая холод. Восстановление серы происходит в основном за счет сероводорода:

4Mg + 5H2SO4 (конц.) = 4MgSO4 + H2S ↑ + 4H2O

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы не взаимодействуют со щелочами, а бериллий легко реагирует как с щелочными растворами, так и с безводными щелочами во время плавления. В этом случае при проведении реакции в водном растворе в реакции участвует и вода, а продуктами являются тетрагидроксибериллиты щелочных или щелочно-земельных металлов и газообразный водород:

Be + 2KOH + 2H2O = H2 ↑ + K2 Be (OH) 4 — тетрагидроксибериллат калия

При проведении реакции с твердой щелочью во время плавления образуются берилаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород

Be + 2KOH = H2 ↑ + K2BeO2 — калиевый берилл

Где используются

Свойства металлов щелочно-земельной группы привели к использованию каждого из них во всех сегментах, от авиастроения до медицины и ювелирных изделий:

  • Бериллий. Исходный код плавки сплавов, в том числе «атомных», для производства ракетного топлива. Составляющая первого ряда ювелирных минералов: аквамарин, гелиодор, изумруд.
  • Футбол. Основа большинства огнеупоров, стройматериалов. Металл используется в производстве топлива и фармацевтических препаратов.
  • Магний. Самый легкий щелочноземельный металл. Используется как восстановитель в металлургии. Он бесшовно кован и прокатан. Чаще всего он используется в качестве «ингредиента» в сплавах, уменьшающих их массу: материал корпусов и частей ракет, самолетов, автомобилей и электроники. А также инструмент для нужд оборонного комплекса и компаний, производящих инструмент.

Сегодня смартфоны, планшеты и другие гаджеты находятся на переднем крае использования магниевых сплавов.

  • Стронций. Металлурги используют его в качестве связующего сплава, очистителя сталей, чугуна, меди от серы и других вредных примесей. Сырье закупается у производителей радиоэлектроники, химических источников энергии, ядерщиков, пиротехники. Высококачественные металлические изделия: чистый уран, сверхпроводящая керамика, вакуумные приборы.

Стронций создает глубокие красные оттенки фейерверков. Изотоп вещества используется для лечения онкологии.

  • Барий. Используются соединения металлов. Основной потребитель — ядерщики. Ассортимент: вакуум, пьезоэлектрические устройства, жидкий теплоноситель, линзы, стекло для урановых стержней, сверхпроводящая керамика. Нетоксичный сульфат используется радиологами в качестве контрастного вещества.

Радио находится на особом счету. Это самый редкий щелочноземельный металл — на планете добыто всего полтора килограмма.

Даже микродозы радиоактивного вещества смертельны для человека. Однако это свойство используется исследователями ядерных процессов и для лечения онкологии.

Весы, стрелки компаса, бортовые приборы, выпущенные до 1970-х годов, покрыты краской, содержащей радий. Он светится в темноте, но с тех пор не представлял опасности для людей.

Физико-химические характеристики

Элементы группы наделены общими физическими свойствами:

  • Серебристый цвет с сероватыми оттенками.
  • Твердость при стандартных условиях, ножом режется только стронций.
  • Металлический блеск.
  • Потемнение на воздухе с разной скоростью из-за образования оксидной пленки.
  • Хорошая способность передавать тепло и электричество.
  • Каждый элемент имеет два электрона на внешнем слое атома, степень окисления всегда +2. Это отражено в формулах соединений, образованных из металлов группы.

Самый тяжелый «щелочноземельный» — радий. Куб вещества с каймой в 1 см весит 5,5 грамма.

Более интересны химические свойства «земель».

Бывают общие и оригинальные:

  • Покрытый пленкой оксида бериллия, он способен реагировать только при 600 + ° C (за исключением фтора).
  • Среднетемпературный окисленный магний ни с чем не реагирует. Производство металлических соединений возможно при температуре от 645 ° C.
  • Кальций окисляется медленно и только во влажном воздухе. При легком нагревании горит, растворяется водой.
  • Барий, стронций, радий требуют осмотрительности. В открытом космосе взаимодействие этих металлов с кислородом и азотом чревато взрывом. Они хранятся в герметичных емкостях, наполненных керосином. Эта особенность объединяет щелочные и щелочноземельные металлы.

Общие свойства щелочноземельных металлов — растворение в кислотах, образование солей, щелочей при взаимодействии с водой.

Химическая активность щелочноземельных металлов увеличивается с увеличением размера атома, от бериллия до радия.

Формы нахождения в природе

Щелочноземельные металлы характеризуются чрезмерной активностью, поэтому в природе они отсутствуют как самостоятельный элемент.

это почти всегда компонент минералов или минералов:

  • Наиболее распространенным элементом группы щелочноземельных металлов является кальций (2,9–12,9% по массе). Его получают из известняка, им пропитаны мрамор и гранит.
  • Почти три процента занимает магний.
  • Барий со стронцием в литосфере встречается в сотни раз реже.
  • Содержание остальных элементов измеряется тысячными долями процента.

Самый редкий щелочноземельный металл на планете — радий. Но его легче найти, чем другие: это незаменимый компонент урановых рудников.

Элементы и их нахождение в таблице Менделеева

Каждый элемент имеет определенные характеристики. Чтобы понять, как работать с такими металлами, необходимо изучить их характеристики.

Бериллий

Характеристики:

  • номер 4;
  • простое вещество — твердый материал;
  • цвет — светло-серый.

Особенности: металлический блеск, высокая токсичность.

Фото 850

Бериллий

Магний

Характеристики:

  • число — 12;
  • простое вещество — легкий и податливый материал;
  • цвет — белый с серебристыми отблесками.

Характеристики: металлический блеск, низкий удельный вес.

Кальций

Характеристики:

  • число — 20;
  • простое вещество — мягкий материал;
  • цвет — белый с серебристыми отблесками.

Стронций

Характеристики:

  • число — 38;
  • простое вещество — это мягкий, податливый пластичный материал;
  • цвет — белый с серебристыми отблесками.

В нем есть радиоактивные изотопы.

Фото 851

Стронций во флаконе с аргоном

Барий

Характеристики:

  • число — 58;
  • простое вещество — податливый и мягкий материал;
  • цвет — белый с серебристыми отблесками.

Радий

Характеристики:

  • количество — 88;
  • простое вещество — твердый материал;
  • цвет — белый с серебристыми отблесками.

Характеристики: Радиоактивные и радиоактивные поверхности быстро затуманиваются в воздухе.

Физические свойства щелочноземельных металлов

По физическим свойствам эта группа имеет следующие характеристики: светло-серый цвет — темно-серый, твердый, нерастворимый и нелетучий, без запаха, теплопроводный, имеет характерный металлический блеск.

Плотность и температуры плавления представлены в таблице:

3001

Присутствие в природе

Элементы встречаются в природе, но только в виде сплавов, так как они обладают высокой реакционной способностью. Кальций — самый распространенный. Магний чуть ниже его. Стронций с барием тоже довольно распространены. Бериллий с радием считается самым редким из этой группы.

Фото 852

Интересный факт о радио

История

Двойное название группы является отражением характера и характеристик составляющих ее элементов:

  1. Они способны образовывать щелочь.
  2. Некоторые свойства их оксидов близки к свойствам алюминия и железа. Даже средневековые алхимики называли эти вещества «землей».

Нынешний состав щелочноземельной группы сформировался не сразу — бериллий и магний отсутствовали.

Это произошло из-за отличия свойств этих элементов от остальных:

  • По большинству характеристик они ближе к алюминию, чем к другим элементам группы.
  • Их гидроксиды не являются щелочами.
  • Магний взаимодействует с водой замедленно, в то время как бериллий в этом растворе имеет нулевую реакцию. Тот же образ при контакте с неметаллами.

Однако эксперты Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) решили отнести бериллий и магний к группе щелочноземельных металлов.

Химические свойства

Оксиды и гидроксиды щелочноземельных металлов улучшают основные свойства при переходе во вторую группу. Следовательно, бериллий имеет менее основные свойства, чем радий.

Эти вещества взаимодействуют с любым раствором кислоты от сильного до слабого, а также с образованием солей, образуя белый осадок.

4Ca + 5H2SO4 (конц) = 4CaSO4 + H2S + 4H2O.

Реакция горения и образование оксида с кислородом:

2Mg + O2 = 2MgO.

Металлы основной подгруппы второй группы (кроме бериллия) реагируют с водой. При проведении этих реакций выделяется водород (H2):

Mg + 2H2O = Mg (OH) 2 + H2,

Ва + 2Н2О = Ва (ОН) 2 + Н2.

Также реагирует с неметаллами:

Ba + Cl2 = BaCl2 — хлорид бериллия;

Ca + Br2 = CaBr2 — бромид кальция;

Sr + H2 = SrH2 — гидрид стронция.

Химические свойства щелочноземельных металлов показаны на изображении:

3003

Нахождение в природе

Все металлы этого типа встречаются на земле, но не в чистом виде. Часто они представлены в виде минеральных солей. Наиболее распространен кальций, немного ниже магния, за ним следуют барий и стронций.

Бериллий и радий — самые редкие, но последний металл содержится в больших количествах в урановых рудах.

3004

Способ получения

Магний, кальций и стронций получают электролизом расплавов солей.

Барий получают восстановлением оксида.

При нагревании фторида бария получается сам металл.

Качественные реакции

Одна из качественных реакций — окраска пламени.

Список возможных цветов пламени при нагревании этих элементов:

Ca — темно-оранжевый;

Sr — темно-красный;

Ба — салатовый или классический зеленый.

3005

Металлы этого типа при взаимодействии со щелочами, оксидами или солевыми растворами выпадают в осадок в виде белого осадка.

Применение щелочноземельных металлов

D2R

Бериллий, благодаря своей прочности, добавляется в различные металлические сплавы, а также предотвращает коррозию. Используется при производстве рентгеновских аппаратов.

Магний и кальций активно используются в лекарствах, так как эти металлы играют важную роль в жизни организма. Радий также используется в медицине, но для облучения кожи и злокачественных опухолей.

Стронций и барий добавляют в различные сплавы, которые работают в агрессивных средах и обладают сверхсильной проводимостью.

Эти металлы играют огромную роль в жизни человека, выполняют различные функции и обладают рядом специфических свойств. Они находятся в земной коре и поэтому широко используются. Однако это не означает, что их нужно тратить бесконечно.

Оцените статью
Блог про металлы и сплавы