Свое название металла получили благодаря тому, что при взаимодействии их оксидов с водой образуется щелочная среда. Физические свойства щелочноземельных металлов: все элементы имеют серый металлический цвет, при нормальных условиях имеют твердую структуру, с ростом порядкового номера увеличивается их плотность, имеют очень высокую температуру плавления. В отличие от щелочных металлов, элементы данной группы не режутся ножом (за исключением стронция). Химические свойства щелочноземельных металлов: имеют два валентных электрона, активность растет с повышением порядкового номера, в реакциях выступают в качестве восстановителя.
Щелочноземельные металлы. Важнейшие соединения щелочноземельных металлов их применение.
Характеристика щелочноземельных металлов свидетельствует об их высокой активности. В особенности это относится к элементам с большим порядковым номером. Например, бериллий в нормальных условиях не ступает во взаимодействие с кислородом и галогенами. Для запуска механизма реагирования его необходимо нагреть до температуры свыше 600 градусов по Цельсию.
Магний в нормальных условиях имеет на поверхности оксидную пленку и также не реагирует с кислородом. Кальций окисляется, но достаточно медленно. А вот стронций, барий и радий окисляются практически мгновенно, поэтому их хранят в безкислородной среде под керосиновым слоем.
Все оксиды усиливают основные свойства с ростом порядкового номера металла. Гидроксид бериллия представляет собой амфотерное соединение, которое не реагирует с водой, но хорошо растворяется в кислотах. Гидроксид магния является слабой щелочью, нерастворимой в воде, но реагирующей с сильными кислотами.
Гидроксид кальция — сильное, малорастворимое в воде основание, реагирующее с кислотами. Гидроксиды бария и стронция относятся к сильным основаниям, хорошо растворимым в воде. А гидроксид радия — это одна из сильнейших щелочей, которая хорошо реагирует с водой и практически всеми видами кислот.
Способы получения
Получают гидроксиды щелочноземельных металлов путем воздействия воды на чистый элемент. Реакция протекает при комнатных условиях (кроме бериллия, для которого требуется повышение температуры) с выделением водорода. При нагревании все щелочноземельные металлы реагируют с галогенами. Полученные соединения используются в производстве большого ассортимента продукции от химических удобрений до сверхточных деталей микропроцессора. Соединения щелочноземельных металлов проявляют такую же высокую активность, как и чистые элементы, поэтому их используют во многих химических реакциях.
Химия 9 класс (Урок№24 — Щелочноземельные металлы. Важнейшие соединения и их применение.)
Чаще всего это происходит при реакциях обмена, когда необходимо вытеснить из вещества менее активный металл. В окислительно-восстановительных реакциях принимают участие в качестве сильного восстановителя. Двухвалентные катионы кальция и магния придает воде так называемую жесткость.
Преодоление этого явления происходит путем осаждения ионов при помощи физического воздействия или добавления в воду специальных смягчающих веществ. Соли щелочноземельных металлов образуются путем растворения элементов в кислоте либо в результате реакций обмена. Полученные соединения имеют прочную ковалентную связь, поэтому обладают невысокой электропроводностью.
В природе щелочноземельные металлы не могут находиться в чистом виде, так как быстро вступают во взаимодействие с окружающей средой, образую химические соединения. Они входят в состав минералов и горных пород, содержащихся в толще земной коры. Наиболее распространен кальций, немного уступает ему магний, довольно часто встречаются барий и стронций.
Бериллий относится к редким металлам, а радий — к очень редким. За все время, которое прошло с момента открытия радия, во всем мире было добыто всего полтора килограмма чистого металла. Как и большинство радиоактивных элементов, радий имеет изотопы, коих у него насчитывается четыре штуки.
Получают щелочноземельные металлы путем разложения сложных веществ и выделения из них чистого вещества. Бериллий добывают путем восстановления его из фторида при воздействии высокой температуры. Барий восстанавливает из его оксида. Кальций, магний и стронций получают путем электролиза их хлоридного расплава. Сложнее всего синтезировать чистый радий.
Его добывают путем воздействия на урановую руду. По подсчетам ученых в среднем на одну тонну руды приходится 3 грамма чистого радия, хотя встречаются и богатые месторождения, в которых содержится целых 25 грамм на тонну. Для выделения металла используются методы осаждения, дробной кристаллизации и ионного обмена.
Применение щелочноземельных металлов
Спектр применения щелочноземельных металлов очень обширен и охватывает многие отрасли. Бериллий в большинстве случаев используется в качестве легирующей добавки в различные сплавы. Он повышает твердость и прочность материалов, хорошо защищает поверхность от воздействия коррозии. Также благодаря слабому поглощению радиоактивного излучения бериллий используется при изготовлении рентгеновских аппаратов и в ядерной энергетике.
Магний используют как один из восстановителей при получении титана. Его сплавы отличаются высокой прочностью и легкостью, поэтому используются при производстве самолетов, автомобилей, ракет. Оксид магния горит ярким ослепительным пламенем, что нашло отражение в военном деле, где он используется для изготовления зажигательных и трассирующих снарядов, сигнальных ракет и светошумовых гранат. Является одним из важнейших элементов для регуляции нормального процесса жизнедеятельности организма, поэтому входит в состав некоторых лекарств.
Кальций в чистом виде практически не применяют. Он нужен для восстановления других металлов из их соединений, а также в производстве препаратов для укрепления костной ткани. Стронций используют для восстановления других металлов и в качестве основного компонента для производства сверхпроводящих материалов. Барий добавляют во многие сплавы, которые предназначены для работы в агрессивной среде, так как он обладает отличными защитными свойствами. Радий используется в медицине для кратковременного облучения кожи при лечении злокачественных образований.
Источник: promplace.ru
Щелочноземельные металлы — перечень, свойства и польза элементов
Этой группе металлов отдан весь второй столбец таблицы Менделеева. И атомщики, и ювелиры используют щелочноземельные металлы. С ними интересно экспериментировать, но требуется осторожность.
Что представляют собой
Щелочноземельные металлы – это вся вторая группа таблицы Менделеева.
К щёлочноземельным металлам относятся:
- бериллий,
- магний,
- кальций.
- стронций,
- барий,
- радий.
То есть «щелочноземельный» список насчитывает шесть позиций, которые обычно располагаются по возрастанию атомного номера – от бериллия к радию.
История
Двойное название группы – отражение природы и характеристик входящих в нее элементов:
- Они способны образовывать щелочи.
- Ряд свойств их оксидов близки окислам алюминия и железа. Такие вещества еще средневековые алхимики именовали «землями».
Сегодняшний состав щелочноземельной группы сформировался не сразу: бериллий и магний отсутствовали.
Это объяснялось отличием свойств данных элементов от остальных:
Источник: jgems.ru
Щелочно-земельные металлы
Щелочно-земельные металлы расположены во второй группе главной подгруппе периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева. На практике к щелочно-земельным металлам относят только кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra. Бериллий Be по свойствам больше похож на алюминий, магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, что обосновано диагональным сходством.
Электронное строение и закономерности изменения свойств
Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочно-земельных металлов: ns 2 , на внешнем энергетическом уровне в основном состоянии находится 2 s-электрона. .Типичная степень окисления щелочноземельных металлов в соединениях +2.
Физические свойства
Внешний вид щелочно-земельных металлов — вещества серого цвета, тверже щелочных металлов.
Са устойчив в сухом воздухе. Стронций Sr и барий Ba хранят под слоем керосина.
Щелочно-земельные металлы имеют высокие показатели тепло- и электропроводимости. Кипят и плавятся при высоких температурах.
Нахождение в природе
Щелочно-земельные металлы — активные металлы и в свободном виде в природе не встречаются, лишь в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов.
Доломит — CaCO3 · MgCO3 — карбонат кальция-магния.
Магнезит MgCO3 – карбонат магния.
Кальцит CaCO3 – карбонат кальция.
Гипс CaSO4 · 2H2O – дигидрат сульфата кальция.
Барит BaSO4 — сульфат бария.
Витерит BaCO3 – карбонат бария.
Получение
Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:
Барий получают восстановлением оксида бария алюминием в вакууме при 1200 °C:
В результате реакции между оксидом стронция и алюминием при 1200º С образуются стронций и алюминат стронция
Химические свойства
1. Щелочно-земельные металлы — активные металлы, сильные восстановители. Реагируют почти со всеми неметаллами.
1.1. + Hal
При нагревании реагируют с галогенами, с образованием галогенидов.
1.2. +Р, +S
Взаимодействие с серой и фосфором возможно при нагревании, образуются фосфид и нитрид кальция соответственно.
1.3. + H2
Взаимодействие с водородом возможно при нагревании, реакция идет с образованием соли — гидрида кальция.
1.4. + N2
Взаимодействие с азотом возможно при нагревании, реакция идет с образованием соли — нитрида кальция.
1.5. + C
Взаимодействие с углеродом возможно при нагревании, с образованием карбида кальция.
1.6. + O2
2Ba + O2 → 2BaO (свыше 800 °C)
Щелочноземельные металлы горят на воздухе при температуре около 500°С, в результате образуются оксиды и нитриды.
При н.у. только барий образует пероксид.
2. Щелочноземельные металлы взаимодействуют со сложными веществами:
2.1. + H₂O
В ходе реакции щелочные металлы, стоящие до водорода в ряду активности металлов, вытесняют его из кислоты, образуется щелочь и газ — водород. Реакция идет активно даже при комнатной температуре.
2.2. + минеральные кислоты
Реакция с концентрированной серной кислотой при взаимодействии с активными металлами идет с образованием свободной серы.
2.4. + HNO3
Реакция с концентрированной азотной кислотой при взаимодействии с активными металлами идет с образованием оксида азота (I).
Реакция с разбавленной азотной кислотой при взаимодействии с активными металлами идет с образованием нитрата аммония.
2.5. + HeMeO (некоторые неметаллы)
2Ca + SiO2 → 2CaO + Si
В ходе реакции могут восстанавливаться некоторые неметаллы (кремний, бор, углерод).
2.6. + расплав соли
В расплаве соли щелочно-земельные металлы вытесняют менее активные металлы из солей и оксидов, реакция невозможна в растворе.
Качественные реакции
Пирохимическая реакция окрашивание солями пламени — качественная реакция на щелочно-земельные металлы.
Цвет пламени:
Ca — кирпично-красный
Sr — карминово-красный (алый)
Ba — яблочно-зеленый
Взаимодействие с карбонатами — качественная реакция на ионы кальция, стронция и бария. В ходе реакции образуется белый осадок.
Также осадки белого цвета образуются при взаимодействии солей кальция, стронция и бария с сульфитами и фосфатами.
Например, при взаимодействии хлорида кальция с фосфатом натрия образуется белый осадок фосфата кальция:
Источник: chemistforty.ru