Interested Article - Щёлочноземельные металлы
![](/images/007/361/7361105/1.jpg?rand=668753)
![](https://cdn.wafarin.com/avatars/b0f3aced57398b79db9da54bd08aa5dc.gif)
- 2021-05-31
- 1
Группа → | 2 | ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
↓ Период | |||||||
2 |
|
||||||
3 |
|
||||||
4 |
|
||||||
5 |
|
||||||
6 |
|
||||||
7 |
|
||||||
Щёлочноземе́льные мета́ллы — химические элементы 2-й группы периодической таблицы элементов : бериллий ( Be ), магний ( Mg ), кальций ( Ca ), стронций ( Sr ), барий ( Ba ), радий ( Ra ) . В случае своего открытия гипотетический 120-й элемент унбинилий , согласно строению внешней электронной оболочки, также будет отнесен к щёлочноземельным металлам .
Бериллий и магний
Раньше Be и Mg не относили к щёлочноземельным металлам, потому что их гидроксиды не являются щелочами. Be(OH) 2 — амфотерный гидроксид. Mg(OH) 2 — малорастворимое основание, которое дает слабощелочную реакцию и окрашивает индикатор.
Be не реагирует с водой, Mg — очень медленно (при обычных условиях) в отличие от всех остальных щёлочноземельных металлов.
Однако сегодня, согласно определению ИЮПАК, бериллий и магний относят к щёлочноземельным металлам.
Физические свойства
К щёлочноземельным металлам часто относят только кальций, стронций, барий и радий, реже магний и бериллий. Однако согласно номенклатуре ИЮПАК щёлочноземельными металлами следует считать все элементы 2-й группы . Первый элемент этой группы, бериллий , по большинству свойств гораздо ближе к алюминию , чем к высшим аналогами группы, в которую он входит ( диагональное сходство ). Второй элемент этой группы, магний, уже обладает некоторыми химическими свойствами, общими для щелочноземельных металлов, но в остальном заметно отличается от них, в частности, значительно меньшей активностью, и рядом свойств напоминает всё тот же алюминий.
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). Рост плотности щёлочноземельных металлов наблюдается только начиная с кальция. Самый тяжёлый — радий, по плотности сравнимый с германием (ρ= 5,5 г/см 3 ).
Электрическая проводимость щелочноземельных металлов примерно такая же, как и щелочных металлов.
В целом металлы второй группы по сравнению с щелочными металлами обладают большей плотностью и твердостью.
Атомный
номер |
Название,
символ |
Число изотопов (природных + искусственных) | Атомная масса | Энергия ионизации, кДж·моль −1 | Сродство к электрону, кДж·моль −1 | ЭО | Металл. радиус, нм (По Полингу) |
Ионный радиус, нм
(По Полингу) |
t
пл
,
°C |
t
кип
,
°C |
ρ
,
г/см³ |
Δ H пл , кДж·моль −1 | Δ H кип , кДж·моль −1 |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
4 | Бериллий Be | 1+11 а | 9,012182 | 898,8 | -50 (оценка) | 1,57 | 0,169 | 0,031 | 1278 | 2970 | 1,848 | 12,21 | 309 |
12 | Магний Mg | 3+19 а | 24,305 | 737,3 | -40 (оценка) | 1,31 | 0,24513 | 0,065 | 650 | 1105 | 1,737 | 9,2 | 131,8 |
20 | Кальций Ca | 5+19 а | 40,078 | 589,4 | 2,37 | 1,00 | 0,279 | 0,099 | 839 | 1484 | 1,55 | 9,20 | 153,6 |
38 | Стронций Sr | 4+35 а | 87,62 | 549,0 | 5,02 | 0,95 | 0,304 | 0,113 | 769 | 1384 | 2,54 | 9,2 | 144 |
56 | Барий Ba | 7+43 а | 137,327 | 502,5 | 13,95 | 0,89 | 0,251 | 0,135 | 729 | 1637 | 3,5 | 7,66 | 142 |
88 | Радий Ra | 46 а | 226,0254 | 509,3 | 9,65 (оценка) | 0,9 | 0,2574 | 0,143 | 700 | 1737 | 5,5 | 8,5 | 113 |
а Радиоактивные изотопы
Химические свойства
Щёлочноземельные металлы имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns ², и являются s-элементами , наряду с щелочными металлами , водородом и гелием . Имея два валентных электрона , щёлочноземельные металлы легко их отдают, и в большинстве соединений 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, подобно щелочным металлам (за исключением рубидия и цезия , для которых допустимо хранение только в атмосфере аргона, поскольку они сильно окисляются даже в керосине) и кальцию, хранят под слоем керосина , особочистые реактивы простых веществ кальция, стронция и бария хранятся в ампулах с инертной атмосферой аргона , более того, барий и его водорастворимые соединения токсичны, поэтому работа с ним требует защиты органов дыхания и кожи от возможного попадания растворов солей бария.
Озониды и надпероксиды щёлочноземельных металлов детально не изучены, они являются неустойчивыми соединениями. Они не находят широкого применения.
Оксиды и гидроксиды щёлочноземельных металлов имеют тенденцию к усилению основных свойств с ростом порядкового номера.
Простые вещества
Бериллий реагирует со слабыми и сильными растворами кислот с образованием солей:
однако пассивируется холодной концентрированной азотной кислотой.
Реакция бериллия с водными растворами щелочей сопровождается выделением водорода и образованием гидроксобериллатов:
При проведении реакции с расплавом щелочи при 400—500 °C образуются диоксобериллаты:
Магний, кальций, стронций, барий и радий реагируют с водой с образованием щелочей (магний с холодной водой реагирует очень медленно, но при внесении раскалённого порошка магния в воду, а также в горячей воде — бурно):
Также кальций, стронций, барий и радий реагируют с водородом, азотом, бором, углеродом и другими неметаллами с образованием соответствующих бинарных соединений:
Оксиды
Оксид бериллия — амфотерный оксид, растворяется в концентрированных минеральных кислотах и щелочах с образованием солей:
но с менее сильными кислотами и основаниями реакция уже не идет.
Оксид магния не реагирует с разбавленными и концентрированными основаниями, но легко реагирует с кислотами и водой:
Оксиды кальция, стронция, бария и радия — основные оксиды, реагируют с водой, сильными и слабыми растворами кислот и амфотерными оксидами и гидроксидами:
Гидроксиды
Гидроксид бериллия амфотерен, при реакциях с сильными основаниями образует бериллаты , с кислотами — бериллиевые соли кислот:
Гидроксиды магния , кальция , стронция , бария и радия — основания, сила увеличивается от слабого Mg(OH) 2 до очень сильного Ra(OH) 2 , являющегося сильнейшим коррозионным веществом, по активности превышающим гидроксид калия. Хорошо растворяются в воде (кроме гидроксидов магния и кальция). Для них характерны реакции с кислотами и кислотными оксидами и с амфотерными оксидами и гидроксидами:
Нахождение в природе
Все щёлочноземельные металлы имеются (в разных количествах) на Земле . Ввиду своей высокой химической активности все они в свободном состоянии не встречаются. Самым распространённым щёлочноземельным металлом является кальций, содержание которого равно относительно массы земной коры оценивается по-разному: от 2 % до 13,3 % . Немногим ему уступает магний, содержание которого равно 2,35 %. Распространены в природе также барий и стронций, содержание которых соответственно равно 0,039 % и 0,0384 % от массы земной коры. Бериллий является редким элементом, количество которого составляет 2⋅10 −4 % от массы земной коры. Радиоактивный радий — это самый редкий из всех щёлочноземельных металлов, но он в небольшом количестве всегда содержится в урановых рудах . В частности, он может быть выделен оттуда химическим путём. Его содержание равно 1⋅10 −10 % (от массы земной коры) [ неавторитетный источник ] .
Биологическая роль
Магний содержится в тканях животных и растений (например, в хлорофилле ), является кофактором многих ферментативных реакций, необходим при синтезе АТФ , участвует в передаче нервных импульсов, активно применяется в медицине ( бишофитотерапия и др.). Кальций — распространенный макроэлемент в организме растений, животных и человека. В организме человека и других позвоночных большая его часть находится в скелете и зубах . В костях кальций содержится в виде гидроксиапатита . Из различных форм карбоната кальция состоят минеральные «скелеты» некоторых представителей многих групп беспозвоночных ( губки , кишечнополостные , моллюски и др.). Ионы кальция участвуют в процессах свертывания крови , а также служат одним из универсальных вторичных посредников внутри клеток и регулируют самые разные внутриклеточные процессы: мышечное сокращение , экзоцитоз , в том числе секрецию гормонов и нейромедиаторов . Стронций может замещать кальций в природных тканях [ прояснить ] , так как схож с ним по свойствам. В организме человека масса стронция составляет около 1 % от массы кальция.
На данный момент о биологической роли бериллия, бария и радия ничего не известно. Все соединения бария (кроме сульфата ввиду его чрезвычайно малой растворимости) и бериллия ядовиты. Радий чрезвычайно радиотоксичен. В организме он ведёт себя подобно кальцию — около 80 % поступившего в организм радия накапливается в костной ткани. Большие концентрации радия вызывают остеопороз , самопроизвольные переломы костей и злокачественные опухоли костей и . Опасность представляет также радон — газообразный радиоактивный продукт распада радия.
Примечания
- По новой классификации ИЮПАК . По устаревшей классификации относятся к главной подгруппе II группы периодической таблицы.
- ↑ (англ.) . — International Union of Pure and Applied Chemistry , 2005. — P. 51. 18 мая 2017 года.
- M. E. Weeks. . — 6th edn.. — Journal of Chemical Education, 1968. — P. 990.
- Золотой фонд. Школьная энциклопедия. Химия. М.: Дрофа, 2003.
- Н. Гринвуд, А. Эрншо. Химия элементов : в 2 т / пер. с англ.. — 3-е изд.. — М. : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. — Т. 1. — С. 111—112. — 607 с. — (Лучший зарубежный учебник). — ISBN 978-5-9963-1733-2 .
Ссылки
![](https://cdn.wafarin.com/avatars/b0f3aced57398b79db9da54bd08aa5dc.gif)
- 2021-05-31
- 1