Хімічні властивості лужноземельних металів. Перелік лужноземельних металів

Хімічні властивості лужноземельних металів. Перелік лужноземельних металів

Друга група періодичної системи Д.І. Менделєєва містить групу елементів, дуже схожих за своїми властивостями на лужні метали, проте поступаються їм за активністю. У неї входять берилій і магній, а також кальцій, стронцій, барій і радій. Вони відомі під загальною назвою - лужноземельні елементи. У нашій статті ми ознайомимося з їх поширенням у природі і застосуванням у промисловості, а також вивчимо найважливіші хімічні властивості лужноземельних металів.

Загальна характеристика

Всі атоми вище перерахованих елементів містять на зовнішньому енергетичному шарі по два електрони. Взаємодіючи з іншими речовинами, вони завжди віддають свої негативні частинки, переходячи в стан катіонів з зарядом 2 +. В окислювально-відновлювальних реакціях елементи поводяться як сильні відновлювачі. У міру збільшення заряду ядра, хімічні властивості лужноземельних металів і їх активність посилюються. На повітрі вони швидко окислюються, утворюючи на своїй поверхні оксидну плівку. Загальна формула всіх оксидів - RO. Їм відповідають гідроксиди з формулою R (OH) 2. Їх основні властивості і розчинність у воді також зростають зі збільшенням порядкового номера елемента.

Особливі властивості берилію і магнію

За деякими своїми властивостями перші два представники головної підгрупи другої групи дещо відрізняються від інших лужноземельних елементів. Це проявляються, зокрема, під час їх взаємодії з водою. Наприклад, хімічні властивості берилію такі, що він взагалі не вступає в реакцію з H2O. Магній же взаємодіє з водою лише при нагріванні. Зате всі лужноземельні елементи легко реагують з нею при звичайній температурі. Які ж речовини при цьому утворюються?

Основи лужноземельних металів

Будучи активними елементами, кальцій, барій та інші представники групи швидко витісняють водень з води, в результаті виходять їх гідроксиди. Взаємодія лужноземельних металів з водою протікає бурхливо, з виділенням тепла. Розчини підстав кальцію, барію, стронція милкі на дотик, при потраплянні на шкіру і слизову оболонку очей викликають сильні опіки. Першою допомогою в таких випадках буде обробка раневої поверхні слабким розчином оцтової кислоти. Він нейтралізує лужок і зменшить ризик виникнення некрозу пошкоджених тканин.

Хімічні властивості лужноземельних металів

Взаємодія з киснем, водою і неметаллами - це головний перелік властивостей металів, що входять у другу групу періодичної системи хімічних елементів. Наприклад, кальцій навіть у звичайних умовах вступає в реакції з галогенами: фтором, хлором, бромом і йодом. При нагріванні він з 'єднується з сірою, вуглецем і азотом. Жорстке окислення - горіння, закінчується утворенням оксиду кальцію: 2Ca + O2 = 2 CaO. Взаємодія металів з воднем призводить до появи гідридів. Вони являють собою тугоплавкі речовини білого кольору, що мають іонні кристалічні решітки. До важливих хімічних властивостей лужноземельних металів відноситься їх взаємодія з водою. Як вже говорилося раніше, продуктом цієї реакції заміщення буде гідроксид металу. Відзначимо також, що в головній підгрупі другої групи найбільш значуще місце займає кальцій. Тому зупинимося на його характеристиці детальніше.

Кальцій і його з 'єднання

Вміст елемента в земній корі становить до 3,5%, що вказує на його широке поширення в складі таких мінералів, як вапняк, крейда, мармур і кальцит. До складу природного кальцію входить шість видів ізотопів. Він також міститься в джерелах природної води. Сполуки лужних металів детально вивчаються в курсі неорганічної хімії. Наприклад, на уроках у 9 класі учні дізнаються, що кальцій - це легкий, але міцний метал сріблясто-білого кольору. Температура його плавлення і кипіння вище, ніж у лужних елементів. Основний спосіб отримання - електроліз суміші розплавлених солею хлориду і фториду кальцію. До основних хімічних властивостей належать його реакції з киснем, водою і неметаллами. З сполук лужних металів найбільше значення для промисловості мають оксид і заснування кальцію. Перше з 'єднання отримують з крейди або вапняку методом їх випалювання.

Далі з окису кальцію і води утворюється гідроксид кальцію. Суміш його з піском і водою називають будівельним вапняним розчином. Він продовжує застосовуватися в якості штукатурки і для з 'єднання цеглин при кладці стін. Розчин гідроксиду кальцію, званий вапняною водою, використовують як реактив для виявлення вуглекислого газу. При пропусканні двоокису вуглецю через прозорий водний розчин Ca (OH) 2, спостерігається його помутніння внаслідок утворення нерозчинного осаду карбонату кальцію.

Магній і його характеристика

Хімія лужноземельних металів вивчає властивості магнію, акцентуючи увагу на деяких його особливостях. Він являє собою дуже легкий, сріблясто-білий метал. Магній, розплавлений в атмосфері з високою вологістю, активно поглинає з водяної пари молекули водню. Остигаючи, метал практично повністю виділяє їх назад у повітря. Він дуже повільно реагує з водою через утворення малорозчинної сполуки - гідроксиду магнію. Клацання на магній не діють зовсім. Не реагує метал з деякими кислотами: концентрованої сульфатної і плавикової, внаслідок його пасивації та утворення на поверхні захисної плівки. Більшість мінеральних кислот розчиняють метал, що супроводжується бурхливим виділенням водню. Магній - сильний відновитель, він заміщує багато металів з їх оксидів або солей:

BeO + Mg = MgO + Be.

Метал разом з берилієм, марганцем, алюмінієм застосовують в якості легуючої добавки до сталі. Особливо цінними властивостями мають магнійвмісні сплави - електрони. Їх використовують у літакобудуванні та виробництві автомобілів, а також у деталях оптичної техніки.

Роль елементів у життєдіяльності організмів

Наведемо приклади лужноземельних металів, сполуки яких поширені в живій природі. Магній є центральним атомом в молекулах хлорофілу у рослин. Він бере участь у процесі фотосинтезу і входить до складу активних центрів зеленого пігменту. Атоми магнію фіксують світлову енергію, перетворюючи її потім на енергію хімічних зв 'язків органічних сполук: глюкози, амінокислот, гліцерину і жирних кислот. Важливу роль виконує елемент як необхідний компонент ферментів, що регулюють обмін речовин в організмі людини. Кальцій - макроелемент, що забезпечує ефективне проходження електричних імпульсів по нервовій тканині. Присутність його фосфорнокислих солей у складі кісток і зубної емалі надає їм твердість і міцність.

Берилій і його властивості

До лужноземельних металів належать також берилій, барій і стронцій. Розгляньмо берилій. Елемент мало поширений в природі, в основному, зустрічається в складі мінералів, наприклад, берилу. Його різновиди, що містять різнокольорові домішки, утворюють дорогоцінне каміння: смарагди та аквамарини. Особливістю фізичних властивостей є крихкість і висока твердість. Відмінною рисою атома елемента є наявність на другому зовні енергетичному рівні не восьми, як у всіх інших лужноземельних металів, а тільки двох електронів.

Тому радіус атома та іона непропорційно малий, енергія іонізації велика. Це обумовлює високу міцність кристалічної решітки металу. Хімічні властивості берилію також відрізняють його від інших елементів другої групи. Він реагує не тільки з кислотами, а й з розчинами лужів, витісняючи водень і, утворюючи гідроксоберилати:

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2.

Метал має ряд унікальних характеристик. Завдяки здатності пропускати рентгенівські промені, його застосовують для виготовлення віконець рентгенівських трубок. У ядерній промисловості елемент вважається найкращим уповільнювачем і відбивачем нейтронів. У металургії він застосовується як цінна легуюча добавка, що підвищує ^ розійні властивості сплавів.

Стронцій і барій

Елементи досить поширені в природі і, так само, як лужноземельний метал магній, входять до складу мінералів. Назвемо їх: це барить, целестин, стронціанить. Барій має вигляд пластичного металу сріблясто-білого кольору. Як і кальцій, представлений кількома ізотопами. На повітрі активно взаємодіє з його компонентам - киснем і азотом, утворюючи оксид і нітрид барію. З цієї причини метал зберігають під шаром парафіну або мінеральної олії, уникаючи його контакту з повітрям. Обидва метали при нагріванні до 500 ° C утворюють пероксиди.

З них практичне застосування має перекис барію, що використовується як відбілювач тканин. Хімічні властивості лужноземельних металів - барія і стронція, схожі на властивості кальцію. Однак їхня взаємодія з водою протікає значно активніше, а підстави, що утворилися, є більш сильними, ніж гідроксид кальцію. Барій застосовують як добавку до рідкометалічних теплоносіїв, що зменшує корозію, в оптиці, при виготовленні вакуумних електронних приладів. Стронцій затребуваний у виробництві фотоелементів і люмінофорів.

Якісні реакції з використанням іонів лужноземельних металів

З 'єднання барія і стронція - це приклади лужноземельних металів, широко використовуваних в піротехніці через яскраве фарбування полум' я їх іонами. Так, сульфат або карбонат стронція дає карміново-червоне світіння полум 'я, а відповідні сполуки барія - жовто-зелене. Для виявлення іонів кальцію в лабораторії на полум 'я пальники насипають кілька крупинок хлориду кальцію, полум' я пофарбовується в цегляно-червоний колір.

Розчин хлориду барію застосовують в аналітичній хімії для виявлення в розчині іонів кислотного залишку сульфатної кислоти. Якщо при зливанні розчинів утворюється білий осад сульфату барія - значить, у ньому знаходилися частинки SO42-.

У нашій статті ми вивчили властивості лужноземельних металів і навели приклади їх застосування в різних галузях промисловості.