- Положение в периодической системе Менделеева
- Электронное строение и закономерности изменения свойств
- Взаимодействие со сложными веществами
- с водой
- c кислотами-неокислителями
- c кислотами-окислителями
- − разбавленной азотной кислотой
- − концентрированной азотной кислотой
- − концентрированной серной кислотой
- с щелочами
- Где используются
- Физико-химические характеристики
- Формы нахождения в природе
- Элементы и их нахождение в таблице Менделеева
- Бериллий
- Магний
- Кальций
- Стронций
- Барий
- Радий
- Физические свойства щелочноземельных металлов
- Присутствие в природе
- История
- Химические свойства
- Нахождение в природе
- Способ получения
- Качественные реакции
- Применение щелочноземельных металлов
Положение в периодической системе Менделеева
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:
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.
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.
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:
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.
Интересный факт о радио
История
Двойное название группы является отражением характера и характеристик составляющих ее элементов:
- Они способны образовывать щелочь.
- 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:
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.
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.
Металлы этого типа при взаимодействии со щелочами, оксидами или солевыми растворами выпадают в осадок в виде белого осадка.
Применение щелочноземельных металлов
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.