Dobivanje alkalnih i zemnoalkalnih metala. Zemnoalkalni metali (stepen 9)

Zemnoalkalni metali su elementi koji pripadaju drugoj grupi periodnog sistema. Ovo uključuje supstance kao što su kalcijum, magnezijum, barijum, berilijum, stroncijum i radijum. Naziv ove grupe ukazuje da daju alkalnu reakciju u vodi.

Alkalni i zemnoalkalni metali, odnosno njihove soli, rasprostranjeni su u prirodi. Predstavljeni su mineralima. Izuzetak je radij, koji se smatra prilično rijetkim elementom.

Svi gore navedeni metali imaju neke zajedničke kvalitete, što je omogućilo njihovo kombinovanje u jednu grupu.

Zemnoalkalni metali i njihova fizička svojstva

Gotovo svi ovi elementi su sivkaste čvrste tvari (barem u normalnim uvjetima i usput, fizička svojstva su malo drugačija - iako su te tvari prilično postojane, na njih se lako djeluje.

Zanimljivo je da sa serijskim brojem u tabeli raste i takav pokazatelj metala kao što je gustoća. Na primjer, u ovoj grupi kalcij ima najniži pokazatelj, dok je radij po gustoći sličan željezu.

Zemnoalkalni metali: hemijska svojstva

Za početak, treba napomenuti da se hemijska aktivnost povećava prema rednom broju periodnog sistema. Na primjer, berilij je prilično postojan element. Reaguje sa kiseonikom i halogenima samo pri jakom zagrevanju. Isto važi i za magnezijum. Ali kalcij može polako oksidirati čak i na sobnoj temperaturi. Ostala tri predstavnika grupe (radijum, barijum i stroncijum) brzo reaguju sa atmosferskim kiseonikom već na sobnoj temperaturi. Zbog toga se ovi elementi pohranjuju prekrivanjem slojem kerozina.

Na isti način se povećava aktivnost oksida i hidroksida ovih metala. Na primjer, berilijum hidroksid se ne otapa u vodi i smatra se amfoternom supstancom, ali se smatra prilično jakom alkalijom.

Zemnoalkalni metali i njihove kratke karakteristike

Berilijum je svetlosiv, postojan metal visoke toksičnosti. Element je prvi otkrio davne 1798. godine hemičar Vauquelin. U prirodi postoji nekoliko minerala berilijuma, od kojih se najpoznatiji smatraju: beril, fenakit, danalit i krizoberil. Inače, neki izotopi berilija su visoko radioaktivni.

Zanimljivo je da su neki oblici berila dragocjeno drago kamenje. To uključuje smaragd, akvamarin i heliodor.

Berilijum se koristi za proizvodnju određenih legura.Ovaj element se koristi za usporavanje neutrona.

Kalcijum je jedan od najpoznatijih zemnoalkalnih metala. U svom čistom obliku, to je meka bijela supstanca sa srebrnastom nijansom. Po prvi put, čisti kalcijum je izolovan 1808. U prirodi je ovaj element prisutan u obliku minerala kao što su mermer, krečnjak i gips. Kalcijum se široko koristi u modernoj tehnologiji. Koristi se kao hemijski izvor goriva i kao materijal koji usporava plamen. Nije tajna da se spojevi kalcija koriste u proizvodnji građevinskih materijala i lijekova.

Ovaj element se takođe nalazi u svakom živom organizmu. U osnovi, on je odgovoran za funkcionisanje lokomotornog sistema.

Magnezijum je lagan i prilično savit metal karakteristične sivkaste boje. Izoliran je u čistom obliku 1808. godine, ali su njegove soli postale poznate mnogo ranije. Magnezijum se nalazi u mineralima kao što su magnezit, dolomit, karnalit, kizerit. Inače, magnezijeva sol osigurava ogromnu količinu spojeva ove tvari koja se može naći u morskoj vodi.

Grupa IIA sadrži samo metale - Be (berilij), Mg (magnezijum), Ca (kalcijum), Sr (stroncijum), Ba (barijum) i Ra (radijum). Hemijska svojstva prvog predstavnika ove grupe, berilija, najviše se razlikuju od hemijskih svojstava ostalih elemenata ove grupe. Njegova hemijska svojstva su na mnogo načina čak sličnija aluminijumu nego drugim metalima IIA grupe (tzv. „dijagonalna sličnost“). Magnezijum se, s druge strane, značajno razlikuje od Ca, Sr, Ba i Ra po hemijskim svojstvima, ali i dalje ima mnogo sličnija hemijska svojstva sa njima nego sa berilijem. Zbog značajne sličnosti hemijskih svojstava kalcijuma, stroncijuma, barijuma i radijuma, oni su kombinovani u jednu porodicu tzv. alkalna zemlja metali.

Svi elementi IIA grupe pripadaju s-elementi, tj. sadrže sve svoje valentne elektrone s-podnivo. Dakle, elektronska konfiguracija vanjskog elektronskog sloja svih kemijskih elemenata date grupe ima oblik ns 2 , gdje n- broj perioda u kojem se element nalazi.

Zbog specifičnosti elektronske strukture metala grupe IIA, ovi elementi, pored nule, mogu imati samo jedno jedno oksidaciono stanje jednako +2. Jednostavne supstance koje formiraju elementi grupe IIA, kada učestvuju u bilo kojoj hemijskoj reakciji, mogu se samo oksidirati, tj. donirati elektrone:

Me 0 - 2e - → Me +2

Kalcijum, stroncijum, barijum i radijum su izuzetno reaktivni. Jednostavne supstance koje se formiraju od njih su vrlo jaka redukciona sredstva. Magnezijum je takođe snažan redukcioni agens. Redukciona aktivnost metala je u skladu sa opštim zakonima periodičnog zakona D.I. Mendeljejeva i povećava se niz podgrupu.

Interakcija sa jednostavnim supstancama

sa kiseonikom

Bez zagrijavanja, berilij i magnezij ne reagiraju ni s atmosferskim kisikom ni s čistim kisikom zbog činjenice da su prekriveni tankim zaštitnim filmovima koji se sastoje od BeO i MgO oksida. Za njihovo skladištenje nisu potrebne posebne metode zaštite od zraka i vlage, za razliku od zemnoalkalnih metala koji se čuvaju ispod sloja tekućine inertne za njih, najčešće kerozina.

Be, Mg, Ca, Sr, sagorevanjem u kiseoniku, formiraju okside sastava MeO, a Ba - mešavinu barijum oksida (BaO) i barijum peroksida (BaO 2):

2Mg + O 2 = 2MgO

2Ca + O 2 = 2CaO

2Ba + O 2 = 2BaO

Ba + O 2 = BaO 2

Treba napomenuti da se prilikom sagorevanja zemnoalkalnih metala i magnezijuma u vazduhu kao nuspojava javlja i reakcija ovih metala sa azotom u vazduhu, usled čega se, pored jedinjenja metala sa kiseonikom, javljaju nitridi. sa opštom formulom Me 3 N 2 takođe se formiraju.

sa halogenima

Berilijum reaguje sa halogenima samo na visokim temperaturama, a ostali metali IIA grupe - već na sobnoj temperaturi:

Mg + I 2 = MgI 2 - magnezijum jodid

Ca + Br 2 = CaBr 2 - kalcijum bromid

Ba + Cl 2 = BaCl 2 - barijum hlorid

sa nemetalima IV-VI grupe

Svi metali grupe IIA reaguju kada se zagrevaju sa svim nemetalima IV-VI grupa, ali u zavisnosti od položaja metala u grupi, kao i aktivnosti nemetala, potreban je različit stepen zagrevanja. Budući da je berilij hemijski najinertniji od svih metala iz IIA grupe, on zahtijeva znatno b O viša temperatura.

Treba napomenuti da reakcija metala s ugljikom može stvoriti karbide različite prirode. Razlikovati karbide koji pripadaju metanidima i uslovno smatrane derivate metana, u kojima su svi atomi vodika zamijenjeni metalom. Oni, kao i metan, sadrže ugljenik u oksidacionom stanju -4, a prilikom njihove hidrolize ili interakcije sa neoksidirajućim kiselinama, jedan od proizvoda je metan. Postoji i druga vrsta karbida - acetilenidi, koji sadrže C 2 2- jon, koji je zapravo fragment molekule acetilena. Karbidi tipa acetilenida hidrolizom ili interakcijom sa neoksidirajućim kiselinama formiraju acetilen kao jedan od produkta reakcije. Koja vrsta karbida - metanid ili acetilenid - nastaje interakcijom određenog metala s ugljikom ovisi o veličini metalnog kationa. S ionima metala malog polumjera nastaju metanidi, u pravilu, s ionima veće veličine, acetilenidi. U slučaju metala druge grupe, metanid se dobija interakcijom berilija sa ugljikom:

Ostali metali II A grupe formiraju acetilenide sa ugljikom:

Sa silicijumom metali IIA grupe formiraju silicide - jedinjenja tipa Me 2 Si, sa azotom - nitride (Me 3 N 2), fosfor - fosfide (Me 3 P 2):

sa vodonikom

Svi zemnoalkalni metali reaguju sa vodonikom kada se zagreju. Da bi magnezijum reagovao sa vodonikom, samo zagrevanje, kao što je slučaj sa zemnoalkalnim metalima, nije dovoljno, osim visoke temperature potreban je i povećan pritisak vodonika. Berilijum ni u kom slučaju ne reaguje sa vodonikom.

Interakcija sa složenim supstancama

sa vodom

Svi zemnoalkalni metali aktivno reaguju sa vodom i formiraju alkalije (topivi hidroksidi metala) i vodonik. Magnezijum reaguje sa vodom samo pri ključanju zbog činjenice da se pri zagrevanju zaštitni oksidni film MgO otapa u vodi. U slučaju berilija, zaštitni oksidni film je vrlo stabilan: voda s njim ne reagira ni tijekom ključanja, pa čak ni na crvenoj vrućini:

sa neoksidirajućim kiselinama

Svi metali glavne podgrupe grupe II reagiraju s neoksidirajućim kiselinama, budući da su u liniji aktivnosti lijevo od vodonika. Time se formira sol odgovarajuće kiseline i vodonika. Primjeri reakcija:

Be + H 2 SO 4 (razd.) = BeSO 4 + H 2

Mg + 2HBr = MgBr 2 + H 2

Ca + 2CH 3 COOH = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2

sa oksidirajućim kiselinama

- razrijeđena dušična kiselina

Svi metali grupe IIA reaguju sa razblaženom azotnom kiselinom. U ovom slučaju, produkti redukcije umjesto vodonika (kao u slučaju neoksidirajućih kiselina) su dušikovi oksidi, uglavnom dušikov oksid (I) (N 2 O), a u slučaju jako razrijeđene dušične kiseline, amonijev nitrat ( NH 4 NO 3):

4Ca + 10HNO 3 ( smashed .) = 4Ca (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

4Mg + 10HNO 3 (jako polomljen)= 4Mg (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

- koncentrovana azotna kiselina

Koncentrovana dušična kiselina pasivira berilij na uobičajenim (ili niskim) temperaturama, tj. ne reaguje sa njim. Prilikom ključanja reakcija je moguća i odvija se uglavnom u skladu sa jednadžbom:

Magnezijum i zemnoalkalni metali reaguju sa koncentriranom azotnom kiselinom i formiraju širok spektar različitih proizvoda redukcije azota.

- koncentrovana sumporna kiselina

Berilijum se pasivira koncentrovanom sumpornom kiselinom, tj. ne reaguje sa njim u normalnim uslovima, međutim, reakcija se odvija tokom ključanja i dovodi do stvaranja berilijum sulfata, sumpor-dioksida i vode:

Be + 2H 2 SO 4 → BeSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Barij se također pasivizira koncentriranom sumpornom kiselinom zbog stvaranja nerastvorljivog barij sulfata, ali reagira s njim kada se zagrije; barij sulfat se otapa kada se zagrije u koncentriranoj sumpornoj kiselini zbog svoje konverzije u barij hidrogen sulfat.

Ostali metali glavne IIA grupe reagiraju s koncentriranom sumpornom kiselinom pod bilo kojim uvjetima, uključujući i hladnoću. Do redukcije sumpora može doći do SO 2, H 2 S i S, ovisno o aktivnosti metala, reakcijskoj temperaturi i koncentraciji kiseline:

Mg + H 2 SO 4 ( kraj .) = MgSO 4 + SO 2 + H 2 O

3Mg + 4H 2 SO 4 ( kraj .) = 3MgSO 4 + S ↓ + 4H 2 O

4Ca + 5H 2 SO 4 ( kraj .) = 4CaSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

sa alkalijama

Magnezijum i zemnoalkalni metali ne stupaju u interakciju sa alkalijama, a berilijum lako reaguje i sa rastvorima alkalija i sa bezvodnim alkalijama tokom fuzije. U ovom slučaju, kada se reakcija odvija u vodenom rastvoru, u reakciji sudjeluje i voda, a proizvodi su tetrahidroksoberilati alkalnih ili zemnoalkalnih metala i plinoviti vodik:

Be + 2KOH + 2H 2 O = H 2 + K 2 - kalijum tetrahidroksoberilat

Kada se reakcija izvodi sa čvrstom alkalijom tokom fuzije, nastaju berilati zemnoalkalijskih ili zemnoalkalnih metala i vodonik

Be + 2KOH = H 2 + K 2 BeO 2 - kalijum berilat

sa oksidima

Zemnoalkalni metali, kao i magnezij, mogu smanjiti manje aktivne metale i neke nemetale iz njihovih oksida kada se zagrijavaju, na primjer:

Metoda redukcije metala iz njihovih oksida magnezijumom naziva se magnezijumtermija.

Pojam zemnoalkalnih metala uključuje neke od elemenata grupe II Mendeljejevskog sistema: berilijum, magnezijum, kalcijum, stroncijum, barijum, radijum. Posljednja četiri metala imaju najizraženije znakove zemnoalkalne klasifikacije, stoga u nekim izvorima berilij i magnezijum nisu uključeni u listu, jer su ograničeni na četiri elementa.

Metal je dobio ime zbog činjenice da kada njihovi oksidi interaguju s vodom, nastaje alkalni medij. Fizička svojstva zemnoalkalnih metala: svi elementi imaju sivu metalnu boju, u normalnim uslovima imaju čvrstu strukturu, sa povećanjem serijskog broja povećava se njihova gustina i imaju veoma visoku tačku topljenja. Za razliku od alkalnih metala, elementi ove grupe se ne režu nožem (osim stroncijuma). Hemijska svojstva zemnoalkalnih metala: imaju dva valentna elektrona, aktivnost raste sa povećanjem serijskog broja, u reakcijama djeluju kao redukcijski agens.

Karakteristike zemnoalkalnih metala ukazuju na njihovu visoku aktivnost. Ovo posebno važi za elemente sa velikim serijskim brojem. Na primjer, berilij u normalnim uvjetima ne stupa u interakciju s kisikom i halogenima. Da bi se pokrenuo mehanizam reakcije, mora se zagrijati na temperaturu od preko 600 stepeni Celzijusa. Magnezijum u normalnim uslovima ima oksidni film na svojoj površini i takođe ne reaguje sa kiseonikom. Kalcijum oksidira, ali prilično sporo. Ali stroncij, barij i radij se oksidiraju gotovo trenutno, tako da se pohranjuju u okruženju bez kisika ispod sloja kerozina.

Svi oksidi poboljšavaju osnovna svojstva s povećanjem serijskog broja metala. Berilijum hidroksid je amfoterno jedinjenje koje ne reaguje sa vodom, ali se dobro otapa u kiselinama. Magnezijum hidroksid je slaba lužina, nerastvorljiva u vodi, ali reaguje sa jakim kiselinama. Kalcijum hidroksid je jaka baza koja je slabo rastvorljiva u vodi i reaguje sa kiselinama. Barijum i stroncijum hidroksidi su jake baze koje su lako rastvorljive u vodi. A radij hidroksid je jedna od najjačih alkalija koja dobro reagira s vodom i gotovo svim vrstama kiselina.

Metode dobijanja

Hidroksidi zemnoalkalnih metala nastaju djelovanjem vode na čisti element. Reakcija se odvija u sobnim uslovima (osim za berilijum, koji zahteva povećanje temperature) sa evolucijom vodonika. Kada se zagreju, svi zemnoalkalni metali reaguju sa halogenima. Dobijena jedinjenja koriste se u proizvodnji širokog spektra proizvoda od hemijskih đubriva do ultra preciznih mikroprocesorskih delova. Jedinjenja zemnoalkalnih metala pokazuju istu visoku aktivnost kao i čisti elementi, stoga se koriste u mnogim hemijskim reakcijama.

Najčešće se to događa tijekom reakcija izmjene, kada je potrebno istisnuti manje aktivan metal iz supstance. Učestvuju u redoks reakcijama kao jak redukcioni agens. Dvovalentni katjoni kalcija i magnezija daju vodi takozvanu tvrdoću. Prevazilaženje ove pojave nastaje taloženjem jona fizičkim udarcem ili dodavanjem posebnih emolijensa u vodu. Soli zemnoalkalnih metala nastaju otapanjem elemenata u kiselini ili kao rezultat reakcija izmjene. Rezultirajuća jedinjenja imaju jaku kovalentnu vezu, te stoga imaju nisku električnu provodljivost.

U prirodi, zemnoalkalni metali ne mogu biti u svom čistom obliku, jer brzo stupaju u interakciju sa okolinom, formirajući hemijska jedinjenja. Oni su dio minerala i stijena sadržanih u debljini zemljine kore. Kalcijum je najčešći, magnezijum je malo inferiorniji od njega, barijum i stroncij su prilično česti. Berilijum je redak metal, dok je radijum veoma redak. Za sve vrijeme koje je prošlo od otkrića radijuma, u cijelom svijetu je iskopano samo jedan i po kilogram čistog metala. Kao i većina radioaktivnih elemenata, radij ima četiri izotopa.

Zemnoalkalni metali se dobijaju razgradnjom složenih supstanci i izdvajanjem čiste supstance iz njih. Berilijum se dobija redukovanjem iz fluorida kada je izložen visokim temperaturama. Barij se reducira iz svog oksida. Kalcijum, magnezijum i stroncijum dobijaju se elektrolizom njihove taline hlorida. Čisti radijum je najteže sintetizirati. Kopa se udarom na rudu uranijuma. Naučnici procjenjuju da u prosjeku ima 3 grama čistog radijuma po toni rude, iako ima i bogatih ležišta, kojih ima čak 25 grama po toni. Za izolaciju metala koriste se metode precipitacije, frakcijske kristalizacije i jonske izmjene.

Primjena zemnoalkalnih metala

Opseg primjene zemnoalkalnih metala je vrlo širok i pokriva mnoge industrije. Berilijum se u većini slučajeva koristi kao dodatak za legiranje raznim legurama. Povećava tvrdoću i čvrstoću materijala, dobro štiti površinu od korozije. Također, zbog slabe apsorpcije radioaktivnog zračenja, berilij se koristi u proizvodnji rendgenskih aparata i u nuklearnoj energiji.

Magnezijum se koristi kao jedan od redukcionih agenasa u proizvodnji titana. Njegove legure odlikuju se velikom čvrstoćom i lakoćom, stoga se koriste u proizvodnji aviona, automobila i raketa. Magnezijum oksid gori jarkim, zasljepljujućim plamenom, što se odražava u vojsci, gdje se koristi za pravljenje zapaljivih i tragajućih granata, raketa i šok granata. Jedan je od najvažnijih elemenata za regulaciju normalnog životnog procesa organizma, stoga je dio nekih lijekova.

Čisti kalcijum se praktično ne koristi. Potreban je za obnavljanje drugih metala iz njihovih spojeva, kao i u proizvodnji preparata za jačanje koštanog tkiva. Stroncijum se koristi za redukciju drugih metala i kao glavna komponenta za proizvodnju supravodljivih materijala. Barijum se dodaje mnogim legurama koje su dizajnirane da rade u korozivnim sredinama, jer ima odlična zaštitna svojstva. Radij se u medicini koristi za kratkotrajno zračenje kože u liječenju malignih tumora.

Lekcija će pokriti temu „Metali i njihova svojstva. Alkalni metali. Zemnoalkalni metali. Aluminijum". Naučit ćete opća svojstva i obrasce zemnoalkalnih i zemnoalkalnih elemenata, posebno proučavati hemijska svojstva zemnoalkalnih i zemnoalkalnih metala i njihovih spojeva. Uz pomoć hemijskih jednadžbi razmotrit će se koncept kao što je tvrdoća vode. Upoznajte aluminijum, njegova svojstva i legure. Naučit ćete o mješavinama koje regeneriraju kisik, ozonide, barij peroksid i proizvodnju kisika.

Tema: Obični metali i nemetali

Lekcija: Metali i njihova svojstva. Alkalni metali. Zemnoalkalni metali. Aluminijum

Glavna podgrupa grupe I periodnog sistema D.I. Mendeljejev su litijum Li, natrijum Na, kalijum K, rubidijum Rb, cezijum Cs i francijum Fr. Pominju se elementi ove podgrupe. Njihov zajednički naziv je alkalni metal.

Zemnoalkalni metali su u glavnoj podgrupi II grupe D.I. Mendeljejev. To su magnezijum Mg, kalcijum Ca, stroncijum Sr, barijum Ba i radijum Ra.

Alkalni i zemnoalkalni metali kao tipični metali pokazuju izražena redukciona svojstva. Za elemente glavnih podgrupa, metalna svojstva rastu sa povećanjem radijusa. Redukciona svojstva su posebno izražena kod alkalnih metala. Toliko da je praktički nemoguće provesti njihove reakcije s razrijeđenim vodenim otopinama, jer će na prvom mjestu doći do reakcije njihove interakcije s vodom. Slična je situacija i sa zemnoalkalnim metalima. Oni također stupaju u interakciju s vodom, ali mnogo manje intenzivno od alkalnih metala.

Elektronske konfiguracije valentni sloj alkalnih metala - ns 1 , gdje je n broj elektronskog sloja. Oni se nazivaju s-elementima. Zemnoalkalni metali - ns 2 (s-elementi). Aluminijum ima valentne elektrone …3 s 2 3p 1(p-element). Ovi elementi formiraju spojeve s ionskim tipom veze. Kada se za njih formiraju spojevi, oksidacijsko stanje odgovara broju grupe.

Detekcija metalnih jona u solima

Metalni joni se mogu lako identifikovati po promeni boje plamena. Rice. 1.

Litijeve soli - karmin-crvena plamena boja. Natrijumove soli su žute. Kalijumove soli - ljubičaste kroz kobaltno staklo. Rubidijum je crven, cezijum je ljubičastoplav.

Rice. 1

Soli zemnoalkalnih metala: kalcijum - cigla crvena, stroncijum - karmin crvena i barijum - žućkasto zelena. Aluminijske soli ne mijenjaju boju plamena. Za izradu vatrometa koriste se soli alkalnih i zemnoalkalnih metala. I lako možete odrediti po boji, čije soli su korištene.

Svojstva metala

Alkalni metali su srebrno-bijele tvari sa karakterističnim metalnim sjajem. Brzo tamne na zraku zbog oksidacije. To su meki metali, Na, K, Rb, Cs su po mekoći slični vosku. Lako se režu nožem. Lagane su. Litijum je najlakši metal sa gustinom od 0,5 g / cm 3.

Hemijska svojstva alkalnih metala

1. Interakcija s nemetalima

Zbog svojih visokih redukcijskih svojstava, alkalni metali burno reaguju sa halogenima i formiraju odgovarajući halogenid. Kada se zagriju, oni reagiraju sa sumporom, fosforom i vodikom i nastaju sulfidi, hidridi, fosfidi.

2Na + Cl 2 → 2NaCl

Litijum je jedini metal koji reaguje sa azotom čak i na sobnoj temperaturi.

6Li + N 2 = 2Li 3 N, nastali litijum nitrid podleže nepovratnoj hidrolizi.

Li 3 N + 3H 2 O → 3LiOH + NH 3

2. Interakcija sa kiseonikom

Samo s litijumom se odmah formira litijum oksid.

4Li + O 2 = 2Li 2 O, a kada kiseonik interaguje sa natrijumom, nastaje natrijum peroksid.

2Na + O 2 = Na 2 O 2. Kada svi drugi metali izgore, nastaju superoksidi.

K + O 2 = KO 2

3. Interakcija sa vodom

Po reakciji sa vodom može se jasno vidjeti kako se aktivnost ovih metala u grupi mijenja od vrha do dna. Litijum i natrijum mirno reaguju sa vodom, kalijum - sa bljeskom, a cezijum - već sa eksplozijom.

2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2

4.

8K + 10HNO 3 (kraj) → 8KNO 3 + N 2 O +5 H 2 O

8Na + 5H 2 SO 4 (konc) → 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Dobijanje alkalnih metala

Zbog visoke aktivnosti metala, mogu se dobiti elektrolizom soli, najčešće klorida.

Jedinjenja alkalnih metala se široko koriste u raznim industrijama. Vidi tab. 1.

OBIČNA JEDINJENJA ALKALNIH METALA
	kaustična soda (kaustična soda)
	Sol
	Čileanska salitra
Na 2 SO 4 ∙ 10H 2 O	Glauberova so
Na 2 CO 3 ∙ 10H 2 O	Crystal soda
	Kaustični kalijum
	Kalijum hlorid (silvin)
	Indijska salitra

Njihovo ime je zbog činjenice da su hidroksidi ovih metala alkalije, a oksidi su se ranije zvali "zemlje". Na primjer, barij oksid BaO je zemlja barija. Berilijum i magnezijum se najčešće ne klasifikuju kao zemnoalkalni metali. Ni radijum nećemo razmatrati, jer je radioaktivan.

Hemijska svojstva zemnoalkalnih metala.

1. Interakcija sanemetali

Sa + Cl 2 → 2SaCl 2

Ca + H 2 CaH 2

3Ca + 2P Ca 3 P 2-

2. Interakcija sa kiseonikom

2Ca + O 2 → 2CaO

3. Interakcija sa vodom

Sr + 2H 2 O → Sr (OH) 2 + H 2, ali je interakcija mirnija nego kod alkalnih metala.

4. Interakcija sa kiselinama - jakim oksidantima

4Sr + 5HNO 3 (konc) → 4Sr (NO 3) 2 + N 2 O + 4H 2 O

4Ca + 10H 2 SO 4 (konc) → 4CaSO 4 + H 2 S + 5H 2 O

Dobijanje zemnoalkalnih metala

Metalni kalcijum i stroncijum dobijaju se elektrolizom rastaljenih soli, najčešće hlorida.

CaCl 2 Ca + Cl 2

Barijum visoke čistoće može se dobiti alumotermalnom metodom iz barijum oksida

3BaO + 2Al 3Ba + Al 2 O 3

OBIČNA ZEMALJNOALKALNA JEDINJENJA

Najpoznatija jedinjenja zemnoalkalnih metala su: CaO - živog vapna. Ca (OH) 2 - gašeno vapno, ili krečnu vodu. Prilikom prolaska ugljičnog dioksida kroz krečnu vodu dolazi do zamućenja, jer nastaje nerastvorljivi kalcijum karbonat CaCO 3. Ali treba imati na umu da daljim prolaskom ugljičnog dioksida nastaje rastvorljivi bikarbonat i talog nestaje.

Rice. 2

SaO + H 2 O → Ca (OH) 2

Ca (OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓ + H 2 O

CaCO 3 ↓ + H 2 O + CO 2 → Ca (HCO 3) 2

gips - to su CaSO 4 ∙ 2H 2 O, alabaster - CaSO 4 ∙ 0,5H 2 O. Gips i alabaster se koriste u građevinarstvu, medicini i za izradu ukrasnih predmeta. Rice. 2.

Kalcijum karbonat CaCO 3 formira mnogo različitih minerala. Rice. 3.

Rice. 3

Kalcijum fosfat Ca 3 (PO 4) 2 - fosforit, fosforno brašno se koristi kao mineralno đubrivo.

Čisto bezvodno kalcijum hlorid CaCl 2 je higroskopna tvar, stoga se široko koristi u laboratorijama kao sredstvo za sušenje.

Kalcijum karbid- CaC 2. Možete ga dobiti ovako:

SaO + 2C → CaC 2 + CO. Jedna od njegovih upotreba je u proizvodnji acetilena.

CaC 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + C 2 H 2

Barijum sulfat BaSO 4 - barit. Rice. 4. Koristi se kao bela referenca u nekim studijama.

Rice. 4

Tvrdoća vode

Prirodna voda sadrži soli kalcija i magnezija. Ako su sadržani u primjetnim koncentracijama, tada se sapun ne pjeni u takvoj vodi zbog stvaranja netopivih stearata. Kada se prokuha, stvara se kamenac.

Privremena ukočenost zbog prisustva kalcijum i magnezijum bikarbonata Ca (HCO 3) 2 i Mg (HCO 3) 2. Ova tvrdoća se može ukloniti kuhanjem.

Ca (HCO 3) 2 CaCO 3 ↓ + SO 2 + N 2 O

Konstantna tvrdoća vode zbog prisustva katjona Ca 2+., Mg 2+ i aniona H 2 PO 4 -, Cl -, NO 3 - i dr. Konstantna tvrdoća vode eliminiše se samo usled reakcija jonske izmene, usled čega magnezij i joni kalcijuma će se prenijeti u sediment.

Zadaća

1.br.3, 4, 5-a (str. 173) Gabrielyan O.S. hemija. 11. razred. Osnovni nivo. 2. izdanje, izbrisano. - M.: Drfa, 2007.-- 220 str.

2. Kakva je reakcija okoline u vodenom rastvoru kalijum sulfida? Odgovor potvrdite jednadžbom reakcije hidrolize.

3. Odrediti maseni udio natrijuma u morskoj vodi koja sadrži 1,5% natrijum hlorida.

Druga grupa periodnog sistema D.I.Mendeleeva sadrži grupu elemenata koji su po svojim svojstvima vrlo slični alkalnim metalima, ali su inferiorni u odnosu na njihovu aktivnost. Sadrži berilijum i magnezijum, kao i kalcijum, stroncijum, barijum i radijum. Oni su zajednički poznati kao zemnoalkalni elementi. U našem članku ćemo se upoznati s njihovom rasprostranjenošću u prirodi i primjenom u industriji, kao i proučavati najvažnije kemijske osobine zemnoalkalnih metala.

opšte karakteristike

Svi atomi gore navedenih elemenata sadrže dva elektrona na vanjskom energetskom sloju. U interakciji s drugim supstancama, uvijek odustaju od svojih negativnih čestica, prelazeći u stanje kationa s nabojem od 2+. U redoks reakcijama elementi se ponašaju kao jaki redukcioni agensi. Kako se nuklearni naboj povećava, hemijska svojstva zemnoalkalnih metala i njihova aktivnost se povećavaju. Na zraku brzo oksidiraju, stvarajući oksidni film na svojoj površini. Opća formula za sve okside je RO. Odgovaraju hidroksidima formule R (OH) 2. Njihova osnovna svojstva i rastvorljivost u vodi takođe se povećavaju sa povećanjem rednog broja elementa.

Posebna svojstva berilija i magnezijuma

Po nekim svojim svojstvima, prva dva predstavnika glavne podgrupe druge grupe donekle se razlikuju od ostalih zemnoalkalnih elemenata. To se posebno manifestira tokom njihove interakcije s vodom. Na primjer, hemijska svojstva berilijuma su takva da on uopšte ne reaguje sa H 2 O. Magnezijum, s druge strane, reaguje sa vodom samo kada se zagreje. Ali svi zemnoalkalni elementi lako reagiraju s njim na uobičajenim temperaturama. Koje tvari nastaju u ovom slučaju?

Baze zemnoalkalnih metala

Budući da su aktivni elementi, kalcij, barij i drugi članovi grupe brzo istiskuju vodik iz vode, što rezultira njihovim hidroksidima. Interakcija zemnoalkalnih metala s vodom odvija se burno, uz oslobađanje topline. Otopine baza kalcijuma, barijuma, stroncijuma su sapunaste na dodir, a u dodiru sa kožom i sluzokožom očiju izazivaju teške opekotine. Prva pomoć u takvim slučajevima bit će tretiranje površine rane slabom otopinom octene kiseline. Neutralizira alkalije i smanjuje rizik od nekroze oštećenih tkiva.

Hemijska svojstva zemnoalkalnih metala

Interakcija sa kiseonikom, vodom i nemetalima je glavna lista svojstava metala uključenih u drugu grupu periodnog sistema hemijskih elemenata. Na primjer, kalcij, čak i pod normalnim uvjetima, reagira s halogenima: fluorom, hlorom, bromom i jodom. Kada se zagrije, spaja se sa sumporom, ugljikom i dušikom. Tvrda oksidacija - sagorevanje, završava se formiranjem kalcijum oksida: 2Ca + O 2 = 2 CaO. Interakcija metala sa vodonikom dovodi do stvaranja hidrida. To su bijele vatrostalne tvari s ionskim kristalnim rešetkama. Važna hemijska svojstva zemnoalkalnih metala uključuju njihovu interakciju sa vodom. Kao što je ranije spomenuto, proizvod ove supstitucijske reakcije bit će metalni hidroksid. Napominjemo da u glavnoj podgrupi druge grupe kalcijum zauzima najznačajnije mjesto. Stoga, hajde da se detaljnije zadržimo na njegovim karakteristikama.

Kalcijum i njegovi spojevi

Sadržaj elementa u zemljinoj kori iznosi do 3,5%, što ukazuje na njegovu široku rasprostranjenost u mineralima kao što su krečnjak, kreda, mermer i kalcit. Prirodni kalcij sadrži šest vrsta izotopa. Nalazi se i u prirodnim izvorima vode. Jedinjenja alkalnih metala se detaljno proučavaju u toku neorganske hemije. Na primjer, u 9. razredu učenici uče da je kalcij lagan, ali jak, srebrno-bijeli metal. Njegova tačka topljenja i ključanja je viša nego kod alkalnih elemenata. Glavna metoda proizvodnje je elektroliza mješavine rastopljenih soli kalcijum hlorida i fluorida. Njegova glavna hemijska svojstva uključuju reakcije sa kiseonikom, vodom i nemetalima. Od spojeva alkalnih metala, kalcijum oksid i baza su od najvećeg značaja za industriju. Prvo jedinjenje se dobija od krede ili krečnjaka njihovim sagorevanjem.

Nadalje, kalcijev hidroksid nastaje iz kalcijum oksida i vode. Njegova mješavina s pijeskom i vodom naziva se malter. I dalje se koristi kao žbuka i za spajanje cigle prilikom polaganja zidova. Otopina kalcijum hidroksida, nazvana krečna voda, koristi se kao reagens za detekciju ugljičnog dioksida. Kada se ugljični dioksid propušta kroz prozirni vodeni rastvor Ca (OH) 2, uočava se njegova zamućenost zbog stvaranja nerastvorljivog taloga kalcijum karbonata.

Magnezijum i njegove karakteristike

Hemija zemnoalkalnih metala proučava svojstva magnezijuma, fokusirajući se na neke od njegovih karakteristika. To je vrlo lagan, srebrno-bijeli metal. Magnezijum, otopljen u atmosferi sa visokom vlažnošću, aktivno apsorbuje molekule vodonika iz vodene pare. Hladeći se, metal ih gotovo potpuno pušta natrag u zrak. Vrlo sporo reaguje sa vodom zbog stvaranja slabo rastvorljivog jedinjenja - magnezijum hidroksida. Alkalije nemaju nikakav uticaj na magnezijum. Metal ne reagira s nekim kiselinama: koncentriranim sulfatom i fluorovodoničnom, zbog svoje pasivizacije i stvaranja zaštitnog filma na površini. Većina mineralnih kiselina otapa metal, što je praćeno nasilnom evolucijom vodonika. Magnezijum je jako redukciono sredstvo, zamenjuje mnoge metale iz njihovih oksida ili soli:

BeO + Mg = MgO + Be.

Metal, zajedno s berilijem, manganom i aluminijem, koristi se kao legirajući dodatak čeliku. Legure koje sadrže magnezijum - elektroni - imaju posebno vrijedna svojstva. Koriste se u proizvodnji aviona i automobila, kao iu dijelovima optičke tehnologije.

Uloga elemenata u životu organizama

Navedimo primjere zemnoalkalnih metala, čiji su spojevi uobičajeni u prirodi. Magnezijum je centralni atom u molekulima hlorofila u biljkama. Učestvuje u procesu fotosinteze i dio je aktivnih centara zelenog pigmenta. Atomi magnezija fiksiraju svjetlosnu energiju, pretvarajući je zatim u energiju kemijskih veza organskih spojeva: glukoze, aminokiselina, glicerola i masnih kiselina. Važnu ulogu igra element kao neophodna komponenta enzima koji regulišu metabolizam u ljudskom tijelu. Kalcijum je makronutrijent koji obezbeđuje efikasan prolaz električnih impulsa kroz nervno tkivo. Prisustvo njegovih fosfatnih soli u sastavu kostiju i zubne cakline daje im tvrdoću i čvrstoću.

Berilijum i njegova svojstva

Zemnoalkalni metali takođe uključuju berilij, barijum i stroncijum. Uzmite u obzir berilijum. Element nije rasprostranjen u prirodi, uglavnom se nalazi u sastavu minerala, na primjer, berila. Njegove sorte, koje sadrže raznobojne nečistoće, formiraju drago kamenje: smaragde i akvamarine. Karakteristika fizičkih svojstava je krhkost i visoka tvrdoća. Posebnost atoma elementa je prisustvo na drugom vanjskom energetskom nivou, ne osam, kao u svim drugim zemnoalkalnim metalima, već samo dva elektrona.

Zbog toga je radijus atoma i jona neproporcionalno mali, energija ionizacije je velika. Ovo određuje visoku čvrstoću kristalne rešetke metala. Hemijska svojstva berilija ga također razlikuju od ostalih elemenata druge grupe. Reaguje ne samo sa kiselinama, već i sa rastvorima alkalija, istiskujući vodik i formirajući hidroksiberilate:

Be + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2.

Metal ima niz jedinstvenih karakteristika. Zbog svoje sposobnosti da prenosi rendgenske zrake, koristi se za izradu prozora za rendgenske cijevi. U nuklearnoj industriji, element se smatra najboljim moderatorom i reflektorom neutrona. U metalurgiji se koristi kao vrijedan aditiv za legiranje koji povećava antikorozivna svojstva legura.

Stroncijum i barijum

Elementi su prilično česti u prirodi i, poput zemnoalkalnog metala magnezijuma, dio su minerala. Nazovimo ih: barit, celestin, stroncijanit. Barijum ima izgled srebrno-belog plastičnog metala. Kao i kalcij, predstavljen je s nekoliko izotopa. U zraku aktivno stupa u interakciju sa svojim komponentama - kisikom i dušikom, stvarajući barij oksid i nitrid. Iz tog razloga, metal se skladišti ispod sloja parafina ili mineralnog ulja, izbjegavajući kontakt sa zrakom. Oba metala stvaraju perokside kada se zagriju na 500 °C.

Od njih, barij peroksid, koji se koristi kao izbjeljivač tkanine, ima praktičnu primjenu. Hemijska svojstva zemnoalkalnih metala, barijuma i stroncijuma, slična su onima kalcijuma. Međutim, njihova interakcija sa vodom je mnogo aktivnija, a nastale baze su jače od kalcijum hidroksida. Barijum se koristi kao dodatak tekućim metalnim rashladnim tečnostima, koji smanjuje koroziju, u optici i u proizvodnji vakuumskih elektronskih uređaja. Stroncijum je tražen u proizvodnji solarnih ćelija i fosfora.

Kvalitativne reakcije upotrebom jona zemnoalkalnih metala

Jedinjenja barijuma i stroncijuma su primeri zemnoalkalnih metala koji se široko koriste u pirotehnici zbog njihove svetle jonske boje plamena. Dakle, stroncij sulfat ili karbonat daje karmin-crveni sjaj plamena, a odgovarajuća jedinjenja barija - žuto-zelena. Za detekciju kalcijevih jona u laboratoriju, nekoliko zrna kalcijum hlorida se sipa na plamen plamenika, plamen postaje ciglastocrven.

Rastvor barijum hlorida koristi se u analitičkoj hemiji za detekciju jona kiselog ostatka sulfatne kiseline u rastvoru. Ako se pri ispuštanju rastvora formira beli talog barijum sulfata, to znači da su u njemu bile čestice SO 4 2-.

U našem članku proučavali smo svojstva zemnoalkalnih metala i dali primjere njihove upotrebe u različitim industrijama.