Metali ziem alkalicznych - Alkaline earth metal

Metale ziem alkalicznych
Numer grupy IUPAC 2
Nazwa według elementu grupa berylu
Nazwa trywialna metale ziem alkalicznych
Numer grupy CAS
(USA, wzór ABA)
IIA
stary numer IUPAC
(Europa, wzór AB)
IIA

↓  Okres
2
Obraz: Kawałek berylu
Beryl (Be)
4
3
Obraz: Kryształy magnezu
Magnez (Mg)
12
4
Obraz: Wapń przechowywany w atmosferze argonu
Wapń (Ca)
20
5
Zdjęcie: Stront pływający w oleju parafinowym
Stront (Sr)
38
6
Obraz: Bar przechowywany w atmosferze argonu
Bar (Ba)
56
7
Zdjęcie: Rad galwanizowany na folii miedzianej i pokryty poliuretanem, aby zapobiec reakcji z powietrzem
Rad (Ra)
88

Legenda

pierwiastek pierwotny
pierwiastek przez rozpad promieniotwórczy
Kolor numeru atomowego:
czarny = stały

Do metali ziem alkalicznych sześć pierwiastków chemicznych w grupie 2 okresowym . Są to beryl (Be), magnez (Mg), wapń (Ca), stront (Sr), bar (Ba) i rad (Ra). Elementy mają bardzo podobne właściwości: wszystkie są błyszczącymi, srebrzystobiałymi, nieco reaktywnymi metalami w standardowej temperaturze i ciśnieniu .

Strukturalnie mają one (razem z helem ) wspólny zewnętrzny orbital s, który jest pełny; oznacza to, że ten orbital zawiera pełne uzupełnienie dwóch elektronów, które metale ziem alkalicznych łatwo tracą, tworząc kationy o ładunku +2 i stopniu utlenienia +2.

Wszystkie odkryte metale ziem alkalicznych występują w przyrodzie, chociaż rad występuje tylko w łańcuchu rozpadu uranu i toru, a nie jako pierwiastek pierwotny. Przeprowadzono eksperymenty, wszystkie nieudane, aby spróbować zsyntetyzować pierwiastek 120 , następnego potencjalnego członka grupy.

Charakterystyka

Chemiczny

Podobnie jak w przypadku innych grup, członkowie tej rodziny wykazują wzorce w swojej konfiguracji elektronicznej , zwłaszcza na zewnętrznych powłokach, co skutkuje trendami w zachowaniu chemicznym:

Z Element Liczba elektronów/powłokę Konfiguracja elektronów
4 beryl 2, 2 [ On ] 2s 2
12 magnez 2, 8, 2 [ Ne ] 3s 2
20 wapń 2, 8, 8, 2 [ Ar ] 4s 2
38 stront 2, 8, 18, 8, 2 [ Kr ] 5s 2
56 bar 2, 8, 18, 18, 8, 2 [ Xe ] 6s 2
88 rad 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2 [ Rn ] 7s 2

Większość chemii zaobserwowano tylko dla pierwszych pięciu członków grupy. Chemia radu nie jest dobrze poznana ze względu na jego radioaktywność ; dlatego prezentacja jego właściwości jest tutaj ograniczona.

Metale ziem alkalicznych są wszystkie w kolorze srebrnym i miękkie i mają stosunkowo niską gęstość , temperatury topnienia i temperatury wrzenia . Pod względem chemicznym wszystkie metale ziem alkalicznych reagują z halogenkami, tworząc halogenki metali ziem alkalicznych , z których wszystkie są jonowymi związkami krystalicznymi (z wyjątkiem chlorku berylu , który jest kowalencyjny ). Wszystkie metale ziem alkalicznych, z wyjątkiem berylu, reagują również z wodą, tworząc silnie alkaliczne wodorotlenki, a zatem należy się z nimi obchodzić bardzo ostrożnie. Cięższe metale ziem alkalicznych reagują silniej niż lżejsze. Metale ziem alkalicznych mają drugą najniższą energię jonizacji pierwszej w odpowiednich okresach układu okresowego z powodu ich nieco niskich efektywnych ładunków jądrowych i zdolności do osiągnięcia pełnej konfiguracji powłoki zewnętrznej poprzez utratę zaledwie dwóch elektronów . Druga energia jonizacji wszystkich metali alkalicznych jest również nieco niska.

Wyjątkiem jest beryl : nie reaguje z wodą ani parą, a jego halogenki są kowalencyjne. Gdyby beryl utworzył związki o stanie jonizacji +2, bardzo silnie spolaryzowałby chmury elektronowe znajdujące się w jego pobliżu i spowodowałby rozległe nakładanie się orbit , ponieważ beryl ma wysoką gęstość ładunku. Wszystkie związki zawierające beryl mają wiązanie kowalencyjne. Nawet związek fluorku berylu , który jest najbardziej jonowym związkiem berylu, ma niską temperaturę topnienia i niską przewodność elektryczną po stopieniu.

Wszystkie metale ziem alkalicznych mają dwa elektrony w swojej powłoce walencyjnej, więc energetycznie preferowanym stanem osiągnięcia wypełnionej powłoki elektronowej jest utrata dwóch elektronów w celu utworzenia podwójnie naładowanych jonów dodatnich .

Związki i reakcje

Wszystkie metale ziem alkalicznych reagują z halogenami, tworząc halogenki jonowe, takie jak chlorek wapnia ( CaCl
2
), a także reagowanie z tlenem z wytworzeniem tlenków, takich jak tlenek strontu ( SrO ). Wapń, stront i bar reagują z wodą, wytwarzając gazowy wodór i odpowiadające im wodorotlenki (reaguje również magnez, ale znacznie wolniej), a także ulegają reakcjom transmetalacji w celu wymiany ligandów .

Metale ziem alkalicznych fluorki stałe związane z rozpuszczalnością
Metal
M 2+
HE
F
HE
Jednostka „MF 2 ” HE

Energie sieci MF 2


Rozpuszczalność
Być 2455 458 3,371 3,526 rozpuszczalny
Mg 1922 458 2838 2978 0,0012
Ca 1577 458 2493 2651 0,0002
Sr 1415 458 2331 2513 0,0008
Ba 1,361 458 2277 2373 0,006

Fizyczne i atomowe

Poniższa tabela jest podsumowaniem kluczowych właściwości fizycznych i atomowych metali ziem alkalicznych.

Metali ziem alkalicznych Standardowa masa atomowa
( u )
Temperatura topnienia
( K )
Temperatura topnienia
( °C )
Temperatura wrzenia
( K )
Temperatura wrzenia
( °C )
Gęstość
(g/cm 3 )
Elektroujemności
( Paulinga )
Energia pierwszej jonizacji
( kJ·mol -1 )
Promień kowalencyjny
( pm )
Kolor testu płomienia
Beryl 9.012182(3) 1560 1287 2742 2469 1,85 1,57 899,5 105 biały
Magnez 24.3050(6) 923 650 1363 1090 1,738 1.31 737,7 150 Brylantowo-biały
Wapń 40.078(4) 1115 842 1757 1484 1,54 1,00 589,8 180 Ceglasty FlammenfärbungCa.png
Stront 87,62(1) 1050 777 1655 1382 2,64 0,95 549,5 200 Karmazynowy FlammenfärbungSr.png
Bar 137,327(7) 1000 727 2170 1897 3,594 0,89 502,9 215 Zielone jabłko
Rad [226] 973 700 2010 1737 5,5 0,9 509,3 221 Szkarłatna czerwień

Stabilność jądrowa

Spośród sześciu metali ziem alkalicznych simon beryl, wapń, bar i rad mają co najmniej jeden naturalnie występujący radioizotop ; magnez i stront nie. Beryl-7 , beryl-10 i wapń-41radioizotopami śladowymi ; wapń-48 i bar-130 mają bardzo długie okresy półtrwania, a zatem są pierwotnymi radionuklidami ; a wszystkie izotopy raduradioaktywne . Wapń-48 jest najlżejszym nuklidem ulegającym podwójnemu rozpadowi beta . Wapń i bar są słabo radioaktywne: wapń zawiera około 0,1874% wapnia-48, a bar zawiera około 0,1062% baru-130. Najdłużej żyjącym izotopem radu jest rad-226 o okresie półtrwania 1600 lat; on oraz rad-223 , -224 i -228 występują naturalnie w łańcuchach rozpadu pierwotnego toru i uranu .

Historia

Etymologia

Metale ziem alkalicznych są nazwane po ich tlenkach , ziemie alkaliczne , których staromodne nazwy brzmiały beryl , magnezja , wapno , strontia i baryta . Te tlenki są zasadowe (alkaliczne) w połączeniu z wodą. „Ziemia” to termin stosowany przez wczesnych chemików do substancji niemetalicznych, które są nierozpuszczalne w wodzie i odporne na ogrzewanie – właściwości wspólne dla tych tlenków. Uświadomienie sobie, że te ziemie nie były pierwiastkami, lecz związkami, przypisuje się chemikowi Antoine'owi Lavoisier . W swoim Traité Élémentaire de Chimie ( Elementy chemii ) z 1789 nazwał je pierwiastkami soli tworzącymi ziemię. Później zasugerował, że ziemie alkaliczne mogą być tlenkami metali, ale przyznał, że to tylko przypuszczenie. W 1808 roku, działając zgodnie z ideą Lavoisiera, Humphry Davy jako pierwszy uzyskał próbki metali przez elektrolizę ich stopionych ziem, potwierdzając w ten sposób hipotezę Lavoisiera i powodując, że grupa została nazwana metalami ziem alkalicznych .

Odkrycie

Związki wapnia kalcyt i wapno są znane i stosowane od czasów prehistorycznych. To samo dotyczy związków berylu i szmaragdu . Inne związki metali ziem alkalicznych odkryto na początku XV wieku. Związek magnezu, siarczan magnezu, został po raz pierwszy odkryty w 1618 roku przez rolnika z Epsom w Anglii. Węglan strontu został odkryty w minerałach w szkockiej wiosce Strontian w 1790 roku. Ostatni pierwiastek jest najmniej występujący: radioaktywny rad , który został wydobyty z uranitu w 1898 roku.

Wszystkie pierwiastki z wyjątkiem berylu wyizolowano metodą elektrolizy stopionych związków. Magnez, wapń i stront zostały po raz pierwszy wyprodukowane przez Humphry'ego Davy'ego w 1808 roku, podczas gdy beryl został niezależnie wyizolowany przez Friedricha Wöhlera i Antoine'a Bussy'ego w 1828 roku poprzez reakcję związków berylu z potasem. W 1910 r. Curie i André-Louis Debierne wyizolowali rad jako czysty metal również metodą elektrolizy.

Beryl

Szmaragd jest formą berylu, głównego minerału berylu.

Beryl , minerał zawierający beryl, znany jest od czasów Królestwa Ptolemejskiego w Egipcie. Chociaż początkowo uważano, że beryl jest krzemianem glinu , później odkryto , że beryl zawiera nieznany wówczas pierwiastek, gdy w 1797 Louis-Nicolas Vauquelin rozpuścił wodorotlenek glinu z berylu w zasadzie. W 1828 Friedrich Wöhler i Antoine Bussy niezależnie wyizolowali ten nowy pierwiastek, beryl, tą samą metodą, która obejmowała reakcję chlorku berylu z metalicznym potasem ; ta reakcja nie była w stanie wytworzyć dużych wlewków berylu. Dopiero w 1898 roku, kiedy Paul Lebeau przeprowadził elektrolizę mieszaniny fluorku berylu i fluorku sodu , wyprodukowano duże czyste próbki berylu.

Magnez

Magnez został po raz pierwszy wyprodukowany przez Humphry'ego Davy'ego w Anglii w 1808 roku przy użyciu elektrolizy mieszaniny magnezji i tlenku rtęci . Antoine Bussy przygotował ją w spójnej formie w 1831 roku. Pierwszą sugestią Davy'ego dla nazwy było magnium, ale obecnie używa się nazwy magnez.

Wapń

Wapno zostało wykorzystane jako materiał do budowy od 7000 do 14000 lat pne, a piece stosowane do wapna zostały datowane na 2500 rpne w Khafaja , Mezopotamii . Wapń jako materiał był znany co najmniej od pierwszego wieku, ponieważ starożytni Rzymianie używali tlenku wapnia do przygotowania go z wapna. Od X wieku wiadomo, że siarczan wapnia jest w stanie ustawić złamane kości. Jednak sam wapń nie został wyizolowany aż do 1808 roku, kiedy Humphry Davy w Anglii zastosował elektrolizę na mieszaninie wapna i tlenku rtęci , po usłyszeniu, że Jöns Jakob Berzelius przygotował amalgamat wapnia z elektrolizy wapna w rtęci.

Stront

W 1790 r. lekarz Adair Crawford odkrył rudy o charakterystycznych właściwościach, które w 1793 r. Thomas Charles Hope , profesor chemii na Uniwersytecie w Glasgow , nazwał strontytami , który potwierdził odkrycie Crawforda. Stront został ostatecznie wyizolowany w 1808 roku przez Humphry'ego Davy'ego przez elektrolizę mieszaniny chlorku strontu i tlenku rtęci . Odkrycie zostało ogłoszone przez Davy'ego 30 czerwca 1808 roku na wykładzie dla Towarzystwa Królewskiego.

Bar

Baryt, materiał, który po raz pierwszy odkryto, że zawiera bar.

Baryt , minerał zawierający bar, został po raz pierwszy rozpoznany jako zawierający nowy pierwiastek w 1774 roku przez Carla Scheele , chociaż udało mu się wyizolować tylko tlenek baru . Tlenek baru został ponownie wyizolowany dwa lata później przez Johana Gottlieba Gahna . Później, w XVIII wieku, William Withering zauważył ciężki minerał w kopalniach ołowiu Cumberland , o których obecnie wiadomo, że zawierają bar. Sam bar został ostatecznie wyizolowany w 1808 roku, kiedy Humphry Davy zastosował elektrolizę stopionymi solami, a Davy nazwał ten pierwiastek bar , po barycie . Później Robert Bunsen i Augustus Matthiessen wyizolowali czysty bar metodą elektrolizy mieszaniny chlorku baru i chlorku amonu.

Rad

Badając uraninit , 21 grudnia 1898 r. Marie i Pierre Curie odkryli, że nawet po rozpadzie uranu utworzony materiał był nadal radioaktywny. Materiał zachowywał się nieco podobnie do związków baru , chociaż niektóre właściwości, takie jak kolor testu płomienia i linie spektralne, znacznie się różniły. O odkryciu nowego pierwiastka ogłosili 26 grudnia 1898 roku Francuskiej Akademii Nauk . Rad został nazwany w 1899 roku od słowa radius , co oznacza promień , jako moc emitowaną przez rad w postaci promieni.

Występowanie

Seria metali ziem alkalicznych.

Beryl występuje w skorupie ziemskiej w stężeniu od dwóch do sześciu części na milion (ppm), z czego większość występuje w glebach, gdzie jego stężenie wynosi sześć części na milion. Beryl jest jednym z najrzadszych pierwiastków w wodzie morskiej, nawet rzadszym niż pierwiastki takie jak skand , o stężeniu 0,2 części na bilion. Jednak w wodach słodkich beryl jest nieco bardziej powszechny, w stężeniu 0,1 części na miliard.

Magnez i wapń są bardzo powszechne w skorupie ziemskiej i są odpowiednio piątym, ósmym pod względem liczebności pierwiastkiem. Żaden z metali ziem alkalicznych nie występuje w stanie pierwiastkowym. Powszechnymi minerałami zawierającymi magnez są karnalit , magnezyt i dolomit . Powszechnymi minerałami zawierającymi wapń są kreda , wapień , gips i anhydryt .

Stront jest piętnastym co do wielkości pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Główne minerały to celestyt i strontianit . Bar jest nieco rzadszy, w większości w mineralnym barycie .

Radu, będąc produktem rozpadu z uranu , znajduje się we wszystkich uran-łożyskowych rud . Ze względu na stosunkowo krótki okres połowicznego rozpadu rad z wczesnej historii Ziemi uległ rozkładowi, a wszystkie dzisiejsze próbki pochodzą ze znacznie wolniejszego rozpadu uranu.

Produkcja

Szmaragd , zabarwiony na zielono ze śladowymi ilościami chromu , jest odmianą mineralnego berylu, jakim jest krzemian berylowo-glinowy.

Większość berylu jest ekstrahowana z wodorotlenku berylu. Jedną z metod produkcji jest spiekanie , polegające na zmieszaniu berylu , fluorokrzemianu sodu i sody w wysokich temperaturach w celu wytworzenia fluoroberylanu sodu , tlenku glinu i dwutlenku krzemu . Roztwór fluoroberylanu sodu i wodorotlenku sodu w wodzie stosuje się następnie do wytrącania wodorotlenku berylu . Alternatywnie, w metodzie topienia, sproszkowany beryl jest podgrzewany do wysokiej temperatury, chłodzony wodą, a następnie ponownie lekko podgrzewany w kwasie siarkowym , ostatecznie dając wodorotlenek berylu. Wodorotlenek berylu z obu metod następnie wytwarza fluorek berylu i chlorek berylu w nieco długim procesie. Elektroliza lub ogrzewanie tych związków może następnie wytworzyć beryl.

Ogólnie rzecz biorąc, węglan strontu jest pozyskiwany z mineralnego celestytu dwoma metodami: przez ługowanie celestytu węglanem sodu lub w bardziej skomplikowany sposób z użyciem węgla .

Aby wyprodukować bar, baryt (nieczysty siarczan baru) jest przekształcany w siarczek baru przez redukcję karbotermiczną (np. w przypadku koksu ). Siarczek jest rozpuszczalny w wodzie i łatwo reaguje z wytworzeniem czystego siarczanu baru, stosowanego w komercyjnych pigmentach lub innych związków, takich jak azotan baru . Te z kolei są kalcynowane do tlenku baru , który ostatecznie daje czysty bar po redukcji aluminium . Najważniejszym dostawcą baru są Chiny , które wytwarzają ponad 50% światowej podaży.

Aplikacje

Beryl jest używany głównie do zastosowań wojskowych, ale są też inne zastosowania berylu. W elektronice beryl jest używany jako domieszka typu p w niektórych półprzewodnikach, a tlenek berylu jest używany jako izolator elektryczny o wysokiej wytrzymałości i przewodnik ciepła . Ze względu na niewielką wagę i inne właściwości beryl jest również stosowany w mechanice, gdy wymagana jest sztywność, niewielka waga i stabilność wymiarowa w szerokim zakresie temperatur.

Magnez ma wiele zastosowań. Oferuje przewagę nad innymi materiałami, takimi jak aluminium , chociaż to zastosowanie wypadło z łask ze względu na palność magnezu. Magnez jest również często stapiany z aluminium lub cynkiem, tworząc materiały o bardziej pożądanych właściwościach niż jakikolwiek czysty metal. Magnez ma wiele innych zastosowań w zastosowaniach przemysłowych, takich jak produkcja żelaza i stali oraz produkcja tytanu .

Wapń ma również wiele zastosowań. Jednym z jego zastosowań jest jako czynnik redukujący w oddzielaniu innych metali od rud, takich jak uran . Wykorzystywany jest również do produkcji stopów wielu metali, takich jak stopy aluminium i miedzi , a także służy do odtleniania stopów. Wapń odgrywa również rolę w produkcji sera , zapraw i cementu .

Stront i bar nie mają tak wielu zastosowań jak lżejsze metale ziem alkalicznych, ale nadal mają zastosowania. Węglan strontu jest często używany do produkcji czerwonych fajerwerków , a czysty stront jest używany do badania uwalniania neuroprzekaźników w neuronach. Radioaktywny stront-90 znajduje zastosowanie w RTG , które wykorzystują ciepło jego rozpadu . Bar ma pewne zastosowanie w rurach próżniowych do usuwania gazów, a siarczan baru ma wiele zastosowań w przemyśle naftowym , a także w innych gałęziach przemysłu.

Ze względu na swoją radioaktywność rad nie ma już wielu zastosowań, ale miał wiele. Dawniej rad był często używany w farbach świecących , chociaż zaprzestano go po zachorowaniu pracowników. Ponieważ ludzie uważali, że radioaktywność jest dobrą rzeczą, rad był dodawany do wody pitnej , pasty do zębów i wielu innych produktów, chociaż nie są już używane ze względu na ich skutki zdrowotne. Rad nie jest już używany ze względu na swoje właściwości radioaktywne, ponieważ istnieją mocniejsze i bezpieczniejsze emitery niż rad.

Reprezentatywne reakcje metali ziem alkalicznych

Reakcja z halogenami

Ca + Cl 2 → CaCl 2

Bezwodny chlorek wapnia jest substancją higroskopijną stosowaną jako środek osuszający. Wystawiony na działanie powietrza pochłania parę wodną z powietrza, tworząc roztwór. Ta właściwość jest znana jako rozpływanie się .

Reakcja z tlenem

Ca + 1/2O 2 → CaO
Mg + 1 / 2O 2 → MgO

Reakcja z siarką

Ca + 1/8S 8 → CaS

Reakcja z węglem

Z węglem tworzą bezpośrednio acetylenki. Beryl tworzy węglik.

2Be + C → Be 2 C
CaO + 3C → CaC 2 + CO (przy 2500 0 C w piecu)
Cac 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 i C 2 H 2
Mg 2 C 3 + 4H 2 O → 2Mg (OH) 2 + C 3 H 4

Reakcja z azotem

Tylko Be i Mg tworzą bezpośrednio azotki.

3Be + N 2 → Be 3 N 2
3 mg + N 2 → Mg 3 N 2

Reakcja z wodorem

Metale ziem alkalicznych reagują z wodorem, tworząc wodorki soli, które są niestabilne w wodzie.

Ca + H 2 → CaH 2

Reakcja z wodą

Ca, Sr i Ba łatwo reagują z wodą, tworząc wodorotlenek i wodór . Be i Mg są pasywowane przez nieprzepuszczalną warstwę tlenku. Jednak połączony magnez będzie reagował z parą wodną.

Mg + H 2 O → MgO + H 2

Reakcja z tlenkami kwasowymi

Metale ziem alkalicznych redukują niemetal z jego tlenku.

2mg + SiO 2 → Si + 2MgO
2Mg + CO 2 → 2MgO + C (w stałym dwutlenku węgla )

Reakcja z kwasami

Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2
Be + 2HCl → BeCl 2 + H 2

Reakcja z zasadami

Be wykazuje właściwości amfoteryczne. Rozpuszcza się w stężonym wodorotlenku sodu .

Wynosić + NaOH + 2H 2 o → Na [Be (OH) 3 ] + H 2

Reakcja z halogenkami alkilowymi

Magnez reaguje z halogenkami alkilowymi poprzez reakcję insercji w celu wytworzenia odczynników Grignarda .

RX + Mg → RMgX (w bezwodnym eterze)

Identyfikacja kationów ziem alkalicznych

Test płomienia

Poniższa tabela przedstawia kolory obserwowane, gdy płomień palnika Bunsena jest wystawiony na działanie soli metali ziem alkalicznych. Be i Mg nie nadają płomienia koloru ze względu na swój mały rozmiar.

Metal Kolor
Ca Ceglasty
Sr Szkarłatna czerwień
Ba Zielony żółty
Ra Karminowa czerwień

W rozwiązaniu

Mg 2+

Fosforan disodowy jest bardzo selektywnym odczynnikiem dla jonów magnezu iw obecności soli amonowych i amoniaku tworzy biały osad fosforanu amonowo-magnezowego.

Mg 2+ + NH 3 + Na 2 HPO 4 → (NH 4 )MgPO 4 + 2Na +

Ca 2+

Ca 2+ tworzy biały osad ze szczawianem amonu. Szczawian wapnia jest nierozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w kwasach mineralnych.

Ca 2+ + (COO) 2 (NH 4 ) 2 → (COO) 2 Ca + NH 4 +

Sr 2+

Jony strontu wytrącają się rozpuszczalnymi solami siarczanowymi.

Sr 2+ + Na 2 SO 4 → SrSO 4 + 2Na +

Wszystkie jony metali ziem alkalicznych tworzą biały osad z węglanem amonu w obecności chlorku amonu i amoniaku.

Związki metali ziem alkalicznych

Tlenki

Tlenki metali ziem alkalicznych powstają w wyniku termicznego rozkładu odpowiednich węglanów .

CaCO 3 → CaO + CO 2 (przy ok. 900 0 C)

W laboratorium pozyskiwane są z wapnia:

Mg (OH) 2 → MgO + H 2 O

lub azotany:

Ca(NO 3 ) 2 → CaO + 2NO 2 + 1/2O 2

Tlenki mają charakter zasadowy: zmieniają kolor na czerwony fenoloftaleinowy, a lakmusowy na niebieski. Reagują z wodą, tworząc wodorotlenki w reakcji egzotermicznej.

CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 + Q

Tlenek wapnia reaguje z węglem, tworząc acetylen.

CaO + 3C → CaC 2 + CO (przy 2500 0 )
Cac 2 + N 2 → CaCN 2 + C
CaCN 2 + H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 N—CN
H 2 N — CN + H 2 O → (H 2 N) 2 CO ( mocznik )
CaCN 2 + 2H 2 o → CaCO 3 + NH 3

Wodorotlenki

Powstają z odpowiednich tlenków w reakcji z wodą. Wykazują zasadniczy charakter: przybierają barwę fenoloftaleiny na różową, a lakmus na niebiesko. Wyjątkiem jest wodorotlenek berylu, który ma charakter amfoteryczny.

Be(OH) 2 + 2HCl → BeCl 2 + H 2 O
Be(OH) 2 + NaOH → Na[Be(OH) 3 ]

Sole

Ca i Mg występują w naturze w wielu związkach, takich jak dolomit , aragonit , magnezyt (skały węglanowe). Jony wapnia i magnezu znajdują się w twardej wodzie . Twarda woda to wielorakie zagadnienie. Bardzo interesujące jest usunięcie tych jonów, a tym samym zmiękczenie wody. Procedurę tę można wykonać przy użyciu odczynników, takich jak wodorotlenek wapnia , węglan sodu lub fosforan sodu . Bardziej powszechną metodą jest użycie glinokrzemianów jonowymiennych lub żywic jonowymiennych, które wychwytują Ca 2+ i Mg 2+ i uwalniają Na + :

Na 2 O·Al 2 O 3 ·6SiO 2 + Ca 2+ → CaO·Al 2 O 3 ·6SiO 2 + 2Na +

Rola biologiczna i środki ostrożności

Magnez i wapń są wszechobecne i niezbędne dla wszystkich znanych organizmów żywych. Są zaangażowane w więcej niż jedną rolę, na przykład pompy jonów magnezu lub wapnia odgrywają rolę w niektórych procesach komórkowych, magnez działa jako centrum aktywne niektórych enzymów , a sole wapnia odgrywają rolę strukturalną, zwłaszcza w kościach.

Stront odgrywa ważną rolę w morskich organizmach wodnych, zwłaszcza koralowcach twardych, które wykorzystują go do budowy egzoszkieletów . On i bar mają pewne zastosowania w medycynie, na przykład „ mączki barowe ” w obrazowaniu radiograficznym, podczas gdy związki strontu są stosowane w niektórych pastach do zębów . Nadmierne ilości strontu-90 są toksyczne ze względu na swoją radioaktywność, a stront-90 naśladuje wapń, a następnie może zabić.

Jednak beryl i rad są toksyczne. Niska rozpuszczalność berylu w wodzie oznacza, że ​​jest on rzadko dostępny dla systemów biologicznych; nie odgrywa żadnej znanej roli w żywych organizmach, a gdy zostanie przez nie napotkana, jest zwykle wysoce toksyczny. Rad ma niską dostępność i jest wysoce radioaktywny, co czyni go toksycznym dla życia.

Rozszerzenia

Uważa się, że następnym metalem ziem alkalicznych po radu jest pierwiastek 120 , chociaż może to nie być prawdą ze względu na efekty relatywistyczne . Syntezę pierwiastka 120 podjęto po raz pierwszy w marcu 2007 roku, kiedy zespół z Laboratorium Reakcji Jądrowych we Florowie w Dubnej zbombardował pluton -244 jonami żelaza -58; jednak nie wytworzono żadnych atomów, co doprowadziło do limitu 400 fb dla przekroju przy badanej energii. W kwietniu 2007 r. zespół z GSI próbował stworzyć pierwiastek 120 przez bombardowanie uranu -238 niklem -64, chociaż nie wykryto żadnych atomów, co doprowadziło do ograniczenia reakcji do 1,6 pb. Ponownie podjęto próbę syntezy przy wyższych czułościach, chociaż nie wykryto żadnych atomów. Wypróbowano inne reakcje, chociaż wszystkie zakończyły się niepowodzeniem.

Przewiduje się, że chemia pierwiastka 120 jest bliższa chemii wapnia lub strontu zamiast baru lub radu . Jest to niezwykłe, ponieważ okresowe trendy przewidywałyby, że pierwiastek 120 będzie bardziej reaktywny niż bar i rad. Ta obniżona reaktywność wynika z oczekiwanych energii elektronów walencyjnych pierwiastka 120, zwiększając energię jonizacji pierwiastka 120 i zmniejszając promienie metaliczne i jonowe .

Następny metal ziem alkalicznych po elemencie 120 nie został definitywnie przewidziany. Chociaż prosta ekstrapolacja wykorzystująca zasadę Aufbau sugerowałaby, że pierwiastek 170 jest kongenerem 120, efekty relatywistyczne mogą sprawić, że taka ekstrapolacja będzie nieważna. Przewiduje się, że następnym pierwiastkiem o właściwościach podobnych do metali ziem alkalicznych będzie pierwiastek 166, chociaż ze względu na nakładanie się orbitali i niższą przerwę energetyczną poniżej podpowłoki 9s, pierwiastek 166 może zamiast tego być umieszczony w grupie 12 , poniżej koperniku .

Uwagi

Bibliografia

Bibliografia

Dalsza lektura

  • Grupa 2 – Metale ziem alkalicznych , Królewskie Towarzystwo Chemiczne.
  • Hogan, C. Michael. 2010. Wapń . wyd. A.Jorgensen, C. Cleveland. Encyklopedia Ziemi . Krajowa Rada Nauki i Środowiska.
  • Maguire, Michael E. „Metale ziem alkalicznych”. Chemia: Fundamenty i Zastosowania . Wyd. JJ Łagowskiego . Tom. 1. Nowy Jork: Macmillan Reference USA, 2004. 33–34. 4 tomy. Wirtualna biblioteka referencyjna Gale. Thomson Gale.
  • Silberberg, MS, Chemia: Molekularna natura materii i zmiany (wydanie 3e, McGraw-Hill 2009)
  • Petrucci RH, Harwood WS et Herring FG, Chemia ogólna (wydanie 8e, Prentice-Hall 2002)