Что такое щелочноземельные металлы

Щёлочноземельные металлы

Содержание

Физические свойства

Все щёлочноземельные металлы — серые, твёрдые при комнатной температуре вещества. В отличие от щелочных металлов, они существенно более твёрдые, и ножом преимущественно не режутся (исключение — стронций). Плотность щёлочноземельных металлов с порядковым номером растёт, хотя явно рост наблюдается только начиная с кальция, который имеет минимальную среди них плотность (ρ = 1,55 г/см³), самый тяжёлый — радий, плотность которого примерно равна плотности железа.

Химические свойства

Щёлочноземельные металлы имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns², и являются s-элементами, наряду с щелочными металлами. Имея два валентных электрона, щёлочноземельные металлы легко их отдают, и во всех соединениях имеют степень окисления +2 (очень редко +1).

Химическая активность щёлочноземельных металлов растёт с ростом порядкового номера. Бериллий в компактном виде не реагирует ни с кислородом, ни с галогенами даже при температуре красного каления (до 600 °C, для реакции с кислородом и другими халькогенами нужна ещё более высокая температура, фтор — исключение). Магний защищён оксидной плёнкой при комнатной температуре и более высоких (до 650 °C) температурах и не окисляется дальше. Кальций медленно окисляется и при комнатной температуре вглубь (в присутствии водяных паров), и сгорает при небольшом нагревании в кислороде, но устойчив в сухом воздухе при комнатной температуре. Стронций, барий и радий быстро окисляются на воздухе, давая смесь оксидов и нитридов, поэтому их, так же и как щелочные металлы (и кальций), хранят под слоем керосина.

Оксиды и гидроксиды щёлочноземельных металлов имеют тенденцию к усилению основных свойств с ростом порядкового номера: Be(OH)₂ — амфотерный, нерастворимый в воде гидроксид, но растворим в кислотах (а также проявляет кислотные свойства в присутствии сильных щелочей), Mg(OH)₂ — слабое основание, нерастворимое в воде, Ca(OH)₂ — сильное, но малорастворимое в воде основание, Sr(OH)₂ — лучше растворимо в воде, чем гидроксид кальция, сильное основание (щёлочь) при высоких температурах, близких к точке кипения воды (100 °C), Ba(OH)₂ — сильное основание (щёлочь), по силе не уступающее KOH или NaOH, и Ra(OH)₂ — одна из сильнейших щелочей, очень коррозионное вещество.

Нахождение в природе

Источник

Щелочноземельные металлы

К щелочноземельным металлам относятся металлы IIa группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Отличаются легкостью, мягкостью и сильной реакционной способностью.

Общая характеристика

От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционная способность. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Природные соединения

Получение

Это активные металлы, которые нельзя получить электролизом раствора. С целью их получения применяют электролиз расплавов, алюминотермию и вытеснением их из солей другими более активными металлами.

MgCl₂ → (t) Mg + Cl₂ (электролиз расплава)

Химические свойства

Все щелочноземельные металлы (кроме бериллия и магния) реагируют с холодной водой с образованием соответствующих гидроксидов. Магний реагирует с водой только при нагревании.

Хорошо реагируют с неметаллами: кислородом, образуя оксиды состава RO, с галогенами (F, Cl, Br, I). Степень окисления у щелочноземельных металлов постоянная +2.

Mg + O₂ → MgO (оксид магния)

При нагревании реагируют с серой, азотом, водородом и углеродом.

Mg + S → (t) MgS (сульфид магния)

Ca + H₂ → (t) CaH₂ (гидрид кальция)

Ba + C → (t) BaC₂ (карбид бария)

Ba + TiO₂ → BaO + Ti (барий, как более активный металл, вытесняет титан)

Оксиды щелочноземельных металлов

Имеют общую формулу RO, например: MgO, CaO, BaO.

Получение

Оксиды щелочноземельных металлов можно получить путем разложения карбонатов и нитратов:

Рекомендую взять на вооружение общую схему разложения нитратов:

Химические свойства

В нее вступают все, кроме оксида бериллия.

Амфотерные свойства оксида бериллия требуют особого внимания. Этот оксид проявляет двойственные свойства: реагирует с кислотами с образованием солей, и с основаниями с образованием комплексных солей.

BeO + NaOH + H₂O → Na₂[Be(OH)₄] (тетрагидроксобериллат натрия)

Если реакция проходит при высоких температурах (в расплаве) комплексная соль не образуется, так как происходит испарение воды:

BeO + NaOH → Na₂BeO₂ + H₂O (бериллат натрия)

Гидроксиды щелочноземельных металлов

Получение

Получают гидроксиды в реакции соответствующего оксида металла и воды (все кроме Be(OH)₂)

Химические свойства

Основные свойства большинства гидроксидов располагают к реакциям с кислотами и кислотными оксидами.

Реакции с солями (и не только) идут в том случае, если соль растворимы и по итогам реакции выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода).

Гидроксид бериллия относится к амфотерным: проявляет двойственные свойства, реагируя и с кислотами, и с основаниями.

Жесткость воды

Жесткостью воды называют совокупность свойств воды, зависящую от присутствия в ней преимущественно солей кальция и магния: гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов.

Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.

Также временную жесткость можно устранить, добавив Na₂CO₃ в воду:

С постоянной жесткостью бороться кипячением бесполезно: сульфаты и хлориды не выпадут в осадок при кипячении. Постоянную жесткость воды устраняют добавлением в воду Na₂CO₃:

Жесткость воды можно определить с помощью различных тестов. Чрезмерно высокая жесткость воды приводит к быстрому образованию накипи на стенках котлов, труб, чайника.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Блиц-опрос по теме Щелочноземельные металлы

Источник

Щелочноземельные металлы

Щелочноземельные металлы — простые вещества, группа элементов таблицы Менделеева, имеющие сходные свойства. К ним относят бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Название группы объясняется тем, что элементы способны образовывать щелочи, а их оксиды похожи некоторыми свойствами на окислы алюминия и железа, которые раньше называли «землями».

Щелочноземельные металлы отличаются химической активностью, поэтому в чистом виде не встречаются. Входят в состав минералов. Больше всего на Земле кальция — он содержится в мраморах, гранитах, известняках. Барий и радий встречаются редко. Радий всегда сопутствует урановым рудам.

Все элементы — твердые вещества, ножом можно резать только стронций. Все — серебристо-серые, обладают такими классическими металлическими свойствами, как электропроводность и теплопроводность.

Химическая активность возрастает по мере увеличения размера атома, от бериллия к радию. Бериллий покрывается на воздухе оксидной пленкой и дальше уже вступает в реакции только со фтором или при очень высоких температурах. Магний тоже окисляется на поверхности и далее ведет себя достаточно пассивно. Кальций постепенно весь окисляется во влажном воздухе, горит, стоит его слегка нагреть, растворяется в воде. Барий, стронций и радий на воздухе взаимодействуют не только с кислородом, но и с азотом, поэтому для хранения их помещают в герметичные емкости и заливают керосином.

Кальций окись	Магний металлический (стружка)	Магнесальт (бишофит)

Щелочноземельные металлы растворяются в кислотах, образуют соли. С водой образуют щелочи, сила которых растет от магния к радию. Все, кроме бериллия и магния, легко реагируют с неметаллами.

Cа и Mg являются важными биогенными элементами. Кальций нужен для скелета, зубов животных и людей, работы мышц; регулирует свертываемость крови.

Магний содержится в живых клетках, он есть в хлорофилле, способствует функционированию ферментных реакций, нервной системы, синтезу нуклеиновых кислот. В очень небольших количествах в нашем организме есть и стронций. Барий, радий, бериллий и их соединения токсичны для всего живого.

Источник

Особенности и свойства щелочноземельных металлов

Щелочноземельные металлы — химически активные элементы, которые занимают вторую группу периодической таблицы Менделеева. Найти их в чистом виде не возможно, поскольку они имеют высокую химическую активность. Обладают похожими и уникальными свойствами.

Щелочноземельный металл

Общая характеристика

Щелочноземельные металлы — совокупность химических элементов с похожими характеристиками. При взаимодействии оксидов этих металлов с водой создается щелочная среда.

При нормальных условиях сохраняют твердую структуру, металлический блеск, высокую температура плавления.

Щелочноземельные металлы имеют несколько похожих особенностей. Плотность химического элемента возрастает зависимо от порядкового номера. Эти материалы невозможно разрезать ножом (исключением является стронций).

Элементы и их нахождение в таблице Менделеева

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

Бериллий

Особенности — металлический блеск, высокая токсичность.

Бериллий (Фото: Instagram / chemistry_easy)

Магний

Особенности — металлический блеск, малый удельный вес.

Кальций

Стронций

Барий

Радий

Особенности — радиоактивен, поверхности радия быстро тускнеют на воздухе.

Присутствие в природе

Элементы можно найти в природе, но только в виде сплавов, поскольку они имеют высокую химическую активность. Чаще всех встречается кальций. Ему немного уступает магний. Стронций с барием также достаточно распространены. Бериллий с радием считаются самыми редкими из этой группы.

Интересный факт про радий (Фото: Instagram / fakt_zhizni)

Свойства

Свойства щелочных и щелочноземельных металлов позволяют определить в каких сферах деятельности их можно применять.

Физические

Химические

Чем выше порядковый номер элемента, тем сильнее его химическая активность. Надпероксиды, озониды этих элементов ученые еще не изучили до конца. Они нестабильны.

У гидроксидов, оксидов этих химических элементов при возрастании порядкового номера усиливаются свойства. Применяются в разных сферах промышленности.

При взаимодействии с открытым воздухом щелочноземельные металлы покрываются оксидной пленкой. В реакцию с посторонними элементами вступают только при сильном нагревании.

Радий, стронций, барий активно взаимодействуют с азотом, кислородом. Для их хранения нужны герметичные емкости, которые будут заполнены керосином.

Способы получения

Для получения гидроксидов на чистые химические элементы воздействуют водой без примесей. Реакция должна протекать при комнатной температуре. При этом выделяется водород.

Для получения чистых щелочноземельных металлов проводится разложение сложных веществ на более простые. После этого осуществляться восстановление. Для получения стронция, кальция, магния применяется технология электролиза. Барий, бериллий получают с помощью восстановления. Сложнее всего добывать чистый радий. Для его получения нужно перерабатывать урановую руду.

Банки с жидкостью для электролиза (Фото: Instagram / take_n_make)

Сферы применения

Основные представители щелочноземельных металлов химически активны, обладают уникальными свойствами. На открытом воздухе быстро покрываются оксидной пленкой. Применяются в разных сферах деятельности.

Источник

Щёлочноземельные металлы получили свое название за счет своих оксидов, которые сообщают воде щелочные реакции. Изучая химию, очень часто приходится взаимодействовать со сложными и непонятными названиями. Но если разобраться и понять что к чему, то изучать предмет легко и интересно.

Однако при написании формул стоит быть внимательным, не забывая про коэффициенты и признаки реакций.

Положение в периодической системе Менделеева

Щелочноземельные металлы – это химические элементы второй группы периодической системы химических элементов таблицы Менделеева:

Электронное строение и закономерности изменения свойств

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

Также могут иметь нулевую степень окисления, но не отрицательную, так как металлы не могут иметь данную степень.

Общая конфигурация внешнего энергетического уровня nS 2 :

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

Физические свойства щелочноземельных металлов

Физические свойства данной группы имеют следующие характеристики: светло-серый — темно-серый цвет, твердые вещества, не растворимые и нелетучие, без запаха, тепло-электропроводимые, имеют характерный металлический блеск.

Показатели плотности и температуры плавления представлены в таблице:

Химические свойства

Оксиды и гидроксиды щёлочноземельных металлов усиливают основные свойства при движении вниз по второй группе. Следовательно, бериллий имеет меньшие основные свойства, чем радий.

Эти вещества взаимодействуют с любыми растворами кислот от сильной до слабой, а также с образованием солей, образуя белый осадок.

С кислородом образуют реакцию горения и оксид:

Металлы, стоящие в главной подгруппе второй группы (кроме бериллия) реагируют с водой. При проведении данных реакций выделяется водород (H₂):

Также реагируют с неметаллами:

Bа + Cl₂ = BаCl₂ — хлорид бериллия;

Ca + Br₂ = CaBr₂ — бромид кальция;

Sr + H₂ = SrH₂ — гидрид стронция.

Химические свойства щелочноземельных металлов показаны на картинке:

Нахождение в природе

Все металлы данного типа встречаются на земле, но не в чистом виде. Часто они представлены в виде минеральных солей. Самый распространённый считается кальций, магний немного уступает, затем идет барий и стронций.

Бериллий и радий являются самыми редкими, однако последний металл в больших количествах находится в урановых рудах.

Способ получения

Магний, кальций и стронций получают электролизом расплавов солей.

Барий получают с помощью восстановления оксида.

При нагревании фторида бария получают сам металл.

Качественные реакции

Одна из качественных реакций-окрашивание пламени.

Список возможных цветов пламени при нагревании данных элементов:

Sr — насыщенный красный;

Металлы данного типа при взаимодействии с щелочами, оксидами или растворами солей выпадают в белый осадок.

Применение щелочноземельных металлов

Бериллий из-за своей прочности добавляют в различные сплавы металлов, также препятствует коррозии. Используется в изготовлении рентгеновских аппаратов.

Магний и кальций активно использует для лекарственных средств, поскольку данные металлы играют большую роль в жизнедеятельности организма. Также в медицине используют радий, но для облучения кожи и злокачественных образований.

Стронций и барий добавляют в различный сплавы, которые работают в агрессивной среде и имеют сверхсильную проводимость.

Данные металлы играют огромную роль в жизни человека, выполняют различные функции и имеют ряд определенных свойств. Они содержатся в земной коре, поэтому довольно широко используются. Однако это не говорит о том, что их нужно расходовать безгранично.

Источник