Obținerea metalelor alcaline și alcalino-pământoase. Metale alcalino-pământoase (gradul 9)

Metalele alcalino-pământoase sunt elemente care aparțin grupei a doua a tabelului periodic. Acestea includ substanțe precum calciu, magneziu, bariu, beriliu, stronțiu și radiu. Numele acestui grup indică faptul că dau o reacție alcalină în apă.

Metalele alcaline și alcalino-pământoase, sau mai degrabă sărurile lor, sunt larg răspândite în natură. Ele sunt reprezentate de minerale. Excepția este radiul, care este considerat un element destul de rar.

Toate metalele de mai sus au unele calități comune, care au făcut posibilă combinarea lor într-un singur grup.

Metale alcalino-pământoase și proprietățile lor fizice

Aproape toate aceste elemente sunt solide cenușii (cel puțin în condiții normale și, apropo, proprietățile fizice sunt ușor diferite - deși aceste substanțe sunt destul de persistente, se acționează ușor asupra lor.

Este interesant că, odată cu numărul de serie din tabel, crește și un astfel de indicator al metalului ca densitatea. De exemplu, în acest grup, calciul are cel mai scăzut indicator, în timp ce radiul este similar ca densitate cu fierul.

Metale alcalino-pământoase: proprietăți chimice

Pentru început, trebuie menționat că activitatea chimică crește în funcție de numărul ordinal al tabelului periodic. De exemplu, beriliul este un element destul de persistent. Reacționează cu oxigenul și halogenii numai atunci când este încălzit puternic. Același lucru este valabil și pentru magneziu. Dar calciul este capabil să se oxideze încet deja la temperatura camerei... Ceilalți trei reprezentanți ai grupului (radiu, bariu și stronțiu) reacționează rapid cu oxigenul atmosferic deja la temperatura camerei. De aceea aceste elemente sunt depozitate prin acoperirea lor cu un strat de kerosen.

Activitatea oxizilor și hidroxizilor acestor metale crește în același mod. De exemplu, hidroxidul de beriliu nu se dizolvă în apă și este considerat o substanță amfoteră, dar este considerat un alcali destul de puternic.

Metalele alcalino-pământoase și ale acestora o scurtă descriere a

Beriliul este un metal cenușiu deschis, persistent, cu toxicitate ridicată. Elementul a fost descoperit pentru prima dată în 1798 de către chimistul Vauquelin. Există mai multe minerale de beriliu în natură, dintre care următoarele sunt considerate cele mai faimoase: beril, fenakit, danalit și crisoberil. Apropo, unii izotopi ai beriliului sunt foarte radioactivi.

Interesant este că unele forme de beril sunt pietre prețioase valoroase. Acestea includ smarald, acvamarin și heliodor.

Beriliul este folosit pentru fabricarea anumitor aliaje.Acest element este folosit pentru a încetini neutronii.

Calciul este unul dintre cele mai cunoscute metale alcalino-pământoase. În forma sa pură, este o substanță albă moale, cu o tentă argintie. Pentru prima dată, calciul pur a fost izolat în 1808. În natură, acest element este prezent sub formă de minerale precum marmura, calcarul și gipsul. Calciul este utilizat pe scară largă în tehnologia modernă. Este folosit ca sursă de combustibil chimic și, de asemenea, ca material ignifug. Nu este un secret pentru nimeni că compușii de calciu sunt utilizați în producția de materiale de construcție și medicamente.

Acest element se găsește și în fiecare organism viu. Practic, el este responsabil de funcționarea aparatului locomotor.

Magneziul este un metal ușor și destul de maleabil, cu o culoare cenușie caracteristică. A fost izolat în forma sa pură în 1808, dar sărurile sale au devenit cunoscute mult mai devreme. Magneziul se gaseste in minerale precum magnezitul, dolomita, carnalita, kieserita. Apropo, sarea de magneziu oferă o cantitate imensă de compuși ai acestei substanțe care se găsesc în apa de mare.

Grupa IIA conține doar metale - Be (beriliu), Mg (magneziu), Ca (calciu), Sr (stronțiu), Ba (bariu) și Ra (radiu). Proprietățile chimice ale primului reprezentant al acestui grup, beriliul, sunt cele mai diferite de proprietățile chimice ale restului elementelor acestui grup. Proprietățile sale chimice sunt în multe privințe chiar mai asemănătoare cu aluminiul decât cu alte metale din grupul IIA (așa-numita „asemănare diagonală”). Magneziul, pe de altă parte, diferă semnificativ de Ca, Sr, Ba și Ra în proprietăți chimice, dar are totuși proprietăți chimice mult mai asemănătoare cu acestea decât cu beriliul. Datorită asemănării semnificative a proprietăților chimice ale calciului, stronțiului, bariului și radiului, acestea sunt combinate într-o singură familie, numită alcalino-pământos metale.

Toate elementele grupului IIA aparțin s-elemente, i.e. conțin toți electronii lor de valență pe s-subnivel. Astfel, configurația electronică a stratului exterior de electroni a tuturor elemente chimice al acestui grup are forma ns 2 , Unde n- numărul perioadei în care se află elementul.

Datorită particularităților structurii electronice a metalelor din grupa IIA, aceste elemente, pe lângă zero, sunt capabile să aibă o singură stare de oxidare egală cu +2. Substanțe simple formate din elemente din grupa IIA, cu participare la oricare reacții chimice poate fi doar oxidat, adică dona electroni:

Ме 0 - 2e - → Ме +2

Calciul, stronțiul, bariul și radiul sunt extrem de reactive. Substanțele simple formate de acestea sunt agenți reducători foarte puternici. Magneziul este, de asemenea, un agent reducător puternic. Activitatea reducătoare a metalelor respectă legile generale ale legii periodice a D.I. Mendeleev și crește în jos subgrup.

Interacțiunea cu substanțe simple

cu oxigen

Fara incalzire, beriliul si magneziul nu reactioneaza nici cu oxigenul atmosferic, nici cu oxigenul pur datorita faptului ca sunt acoperite cu pelicule protectoare subtiri formate, respectiv, din oxizi de BeO si MgO. Depozitarea lor nu necesită metode speciale de protecție împotriva aerului și umidității, spre deosebire de metalele alcalino-pământoase, care sunt depozitate sub un strat de lichid inert față de ele, cel mai adesea kerosen.

Be, Mg, Ca, Sr, atunci când arde în oxigen, formează oxizi din compoziția MeO și Ba - un amestec de oxid de bariu (BaO) și peroxid de bariu (BaO 2):

2Mg + O2 = 2MgO

2Ca + O 2 = 2CaO

2Ba + O2 = 2BaO

Ba + O 2 = BaO 2

Trebuie remarcat faptul că, în timpul arderii metalelor alcalino-pământoase și a magneziului în aer, reacția acestor metale cu azotul din aer are loc și ca efect secundar, drept urmare, pe lângă compușii metalelor cu oxigen, nitruri. cu formula generală se formează şi Me 3 N 2.

cu halogeni

Beriliul reacționează cu halogenii numai la temperaturi ridicate, iar restul metalelor din grupul IIA - deja la temperatura camerei:

Mg + I 2 = MgI 2 - iodură de magneziu

Ca + Br 2 = CaBr 2 - bromură de calciu

Ba + Cl 2 = BaCl 2 - clorură de bariu

cu nemetale din grupele IV-VI

Toate metalele din grupa IIA reacționează atunci când sunt încălzite cu toate nemetalele din grupele IV-VI, dar în funcție de poziția metalului în grup, precum și de activitatea nemetalelor, este necesar un grad diferit de încălzire. Deoarece beriliul este cel mai inert din punct de vedere chimic dintre toate metalele din grupul IIA, necesită în mod substanțial b O temperatură mai mare.

Trebuie remarcat faptul că reacția metalelor cu carbonul poate forma carburi de natură diferită. Distingeți carburile aparținând metanidelor și derivații considerați condiționat ai metanului, în care toți atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu metal. Ele, ca și metanul, conțin carbon în starea de oxidare -4, iar în timpul hidrolizei sau interacțiunii lor cu acizii neoxidanți, unul dintre produse este metanul. Există și un alt tip de carburi - acetilenide, care conțin ionul C 2 2-, care este de fapt un fragment al moleculei de acetilenă. Carburele de tip acetilenidă la hidroliză sau interacțiunea cu acizii neoxidanți formează acetilena ca unul dintre produșii de reacție. Ce tip de carbură - metanidă sau acetilenidă - se obține prin interacțiunea unui anumit metal cu carbonul depinde de mărimea cationului metalic. Cu ioni metalici cu o rază mică, metanidele se formează, de regulă, cu ioni de dimensiuni mai mari, acetilenide. În cazul metalelor din a doua grupă, metanida se obține prin interacțiunea beriliului cu carbonul:

Restul metalelor din grupul II A formează acetilenide cu carbon:

Cu siliciu, metalele din grupa IIA formează siliciuri - compuși de tip Me 2 Si, cu azot - nitruri (Me 3 N 2), fosfor - fosfuri (Me 3 P 2):

cu hidrogen

Toate metalele alcalino-pământoase reacţionează cu hidrogenul când sunt încălzite. Pentru ca magneziul să reacționeze cu hidrogenul, încălzirea singură, așa cum este cazul metalelor alcalino-pământoase, nu este suficientă; pe lângă o temperatură ridicată, este necesară și o presiune crescută a hidrogenului. Beriliul nu reacționează cu hidrogenul în nicio circumstanță.

Interacțiunea cu substanțe complexe

cu apă

Toate metalele alcalino-pământoase reacţionează activ cu apa pentru a forma alcalii (hidroxizi de metal solubili) şi hidrogen. Magneziul reacționează cu apa numai la fierbere datorită faptului că, atunci când este încălzit, filmul protector de oxid de MgO se dizolvă în apă. În cazul beriliului, pelicula de oxid de protecție este foarte stabilă: apa nu reacționează cu el nici în timpul fierberii, nici măcar la căldură roșie:

cu acizi neoxidanţi

Toate metalele din subgrupul principal al grupului II reacționează cu acizii neoxidanți, deoarece se află în linia de activitate din stânga hidrogenului. Aceasta formează sarea acidului corespunzător și a hidrogenului. Exemple de reacții:

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

Mg + 2HBr = MgBr2 + H2

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

cu acizi oxidanţi

- acid azotic diluat

Cu diluat acid azotic toate metalele din grupa IIA reacţionează. În acest caz, produșii de reducere în loc de hidrogen (ca și în cazul acizilor neoxidanți) sunt oxizi de azot, în principal oxid de azot (I) (N 2 O), iar în cazul acidului azotic foarte diluat, azotat de amoniu ( NH4NO3):

4Ca + 10HNO3 ( zdrobit .) = 4Ca (NO3)2 + N2O + 5H2O

4Mg + 10HNO3 (prost rupt)= 4Mg (N03)2 + NH4NO3 + 3H2O

- acid azotic concentrat

Acidul azotic concentrat pasivează beriliul la temperaturi obișnuite (sau scăzute), adică nu reactioneaza cu ea. La fierbere, reacția este posibilă și se desfășoară în principal în conformitate cu ecuația:

Magneziul și metalele alcalino-pământoase reacționează cu acidul azotic concentrat pentru a forma o gamă largă de produse de reducere a azotului.

- acid sulfuric concentrat

Beriliul este pasivizat cu acid sulfuric concentrat, adică. nu reacționează cu acesta în condiții normale, totuși, reacția are loc în timpul fierberii și duce la formarea de sulfat de beriliu, dioxid de sulf și apă:

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

Bariul este, de asemenea, pasivat de acid sulfuric concentrat datorită formării sulfatului de bariu insolubil, dar reacționează cu acesta când este încălzit; sulfatul de bariu se dizolvă când este încălzit în acid sulfuric concentrat datorită conversiei sale în sulfat acid de bariu.

Restul metalelor din grupul principal IIA reacţionează cu acid sulfuric concentrat în orice condiţii, inclusiv la rece. Reducerea sulfului poate avea loc la SO2, H2S și S, în funcție de activitatea metalului, de temperatura de reacție și de concentrația acidului:

Mg + H2S04 ( Sfârșit .) = MgS04 + SO2 + H20

3Mg + 4H2S04 ( Sfârșit .) = 3MgS04 + S↓ + 4H2O

4Ca + 5H2S04 ( Sfârșit .) = 4CaS04 + H2S + 4H2O

cu alcalii

Magneziul și metalele alcalino-pământoase nu interacționează cu alcalii, iar beriliul reacționează ușor atât cu soluțiile alcaline, cât și cu alcaline anhidre în timpul fuziunii. În acest caz, atunci când reacția este efectuată într-o soluție apoasă, apa participă și ea la reacție, iar produsele sunt tetrahidroxoberilați de metale alcaline sau alcalino-pământoase și hidrogen gazos:

Fi + 2KOH + 2H 2 O = H 2 + K 2 - tetrahidroxoberilat de potasiu

Când reacția este efectuată cu un alcali solid în timpul fuziunii, se formează berilați de metale alcaline sau alcalino-pământoase și hidrogen

Be + 2KOH = H 2 + K 2 BeO 2 - berilat de potasiu

cu oxizi

Metalele alcalino-pământoase, precum și magneziul, pot reduce metalele mai puțin active și unele nemetale din oxizii lor atunci când sunt încălzite, de exemplu:

Metoda de reducere a metalelor din oxizii lor cu magneziu se numește magneziutermie.

Conceptul de metale alcalino-pământoase include unele dintre elementele grupei II a sistemului Mendeleev: beriliu, magneziu, calciu, stronțiu, bariu, radiu. Ultimele patru metale au semnele cele mai pronunțate ale unei clasificări alcalino-pământoase, prin urmare, în unele surse, beriliul și magneziul nu sunt incluse în listă, fiind limitate la patru elemente.

Metalul și-a primit numele datorită faptului că atunci când oxizii lor interacționează cu apa, se formează un mediu alcalin. Proprietățile fizice ale metalelor alcalino-pământoase: toate elementele au o culoare cenușie metalică, în condiții normale au o structură solidă, cu creșterea numărului de serie, densitatea lor crește și au un punct de topire foarte mare. Spre deosebire de metalele alcaline, elementele din acest grup nu sunt tăiate cu un cuțit (cu excepția stronțiului). Proprietățile chimice ale metalelor alcalino-pământoase: au doi electroni de valență, activitatea crește odată cu creșterea numărului de serie, în reacții acționează ca agent reducător.

Caracteristicile metalelor alcalino-pământoase indică activitatea lor ridicată. Acest lucru este valabil mai ales pentru elementele cu un număr de serie mare. De exemplu, beriliul în condiții normale nu interacționează cu oxigenul și halogenii. Pentru a porni mecanismul de reacție, acesta trebuie încălzit la o temperatură de peste 600 de grade Celsius. Magneziul în condiții normale are o peliculă de oxid pe suprafața sa și, de asemenea, nu reacționează cu oxigenul. Calciul se oxidează, dar mai degrabă încet. Dar stronțiul, bariul și radiul sunt oxidate aproape instantaneu, așa că sunt depozitate într-un mediu fără oxigen sub un strat de kerosen.

Toți oxizii sporesc proprietățile de bază cu o creștere a numărului de serie al metalului. Hidroxidul de beriliu este un compus amfoter care nu reacționează cu apa, dar se dizolvă bine în acizi. Hidroxidul de magneziu este un alcali slab, insolubil în apă, dar reacționează cu acizi tari... Hidroxidul de calciu este o bază puternică care este slab solubilă în apă și reacționează cu acizii. Hidroxizii de bariu și stronțiu sunt baze puternice care sunt ușor solubile în apă. Iar hidroxidul de radiu este unul dintre cele mai puternice alcaline care reacționează bine cu apa și aproape toate tipurile de acizi.

Metode de obținere

Hidroxizii metalelor alcalino-pământoase se obțin prin acțiunea apei asupra unui element pur. Reacția are loc în condiții de cameră (cu excepția beriliului, care necesită o creștere a temperaturii) cu degajare de hidrogen. Când sunt încălzite, toate metalele alcalino-pământoase reacţionează cu halogenii. Compușii obținuți sunt utilizați la fabricarea unei game largi de produse de la îngrășăminte chimice până la piese de microprocesor ultra-precise. Compușii metalelor alcalino-pământoase prezintă aceeași activitate ridicată ca și elementele pure, de aceea sunt utilizați în multe reacții chimice.

Cel mai adesea acest lucru se întâmplă în timpul reacțiilor de schimb, când este necesar să se înlocuiască un metal mai puțin activ dintr-o substanță. Ei iau parte la reacțiile redox ca un agent reducător puternic. Cationii divalenți de calciu și magneziu conferă apei așa-numita duritate. Depășirea acestui fenomen are loc prin depunerea de ioni folosind impact fizic sau adăugarea de emolienți speciali în apă. Sărurile metalelor alcalino-pământoase se formează prin dizolvarea elementelor în acid sau ca urmare a reacțiilor de schimb. Conexiunile rezultate au un puternic legătură covalentă, prin urmare, au conductivitate electrică scăzută.

În natură, metalele alcalino-pământoase nu pot fi în formă pură, deoarece interacționează rapid cu acestea mediu inconjurator, formă compuși chimici... Ele fac parte din mineralele și rocile conținute în grosimea scoarței terestre. Calciul este cel mai comun, magneziul este ușor inferior acestuia, bariul și stronțiul sunt destul de comune. Beriliul este un metal rar, în timp ce radiul este unul foarte rar. În tot timpul care a trecut de la descoperirea radiului, în întreaga lume s-a extras doar un kilogram și jumătate de metal pur. Ca majoritatea elementelor radioactive, radiul are patru izotopi.

Metalele alcalino-pământoase se obțin prin descompunerea unor substanțe complexe și izolarea de acestea substanta pura... Beriliul se obține prin reducerea acestuia din fluor atunci când este expus la temperaturi ridicate. Bariul este redus din oxidul său. Calciul, magneziul și stronțiul sunt obținute prin electroliza topiturii lor de clorură. Radiul pur este cel mai greu de sintetizat. Se obtine prin expunere la minereu de uraniu... Oamenii de știință estimează că în medie există 3 grame de radiu pur pe tonă de minereu, deși există și zăcăminte bogate, care conțin până la 25 de grame pe tonă. Pentru izolarea metalului se folosesc metode de precipitare, cristalizare fracționată și schimb ionic.

Aplicarea metalelor alcalino-pământoase

Gama de aplicații pentru metalele alcalino-pământoase este foarte extinsă și acoperă multe industrii. Beriliul este folosit în cele mai multe cazuri ca adiție de aliere la diferite aliaje. Mărește duritatea și rezistența materialelor, protejează bine suprafața împotriva coroziunii. De asemenea, din cauza absorbției slabe a radiațiilor radioactive, beriliul este utilizat la fabricarea mașinilor cu raze X și în energia nucleară.

Magneziul este folosit ca unul dintre agenții reducători în producția de titan. Aliajele sale se caracterizează prin rezistență și ușurință ridicate, prin urmare sunt utilizate la fabricarea de avioane, mașini și rachete. Oxidul de magneziu arde cu o flacără strălucitoare, orbitoare, care se reflectă în armată, unde este folosit pentru a face obuze incendiare și trasoare, rachete și grenade asomatoare. Este unul dintre cele mai importante elemente pentru reglarea procesului normal de viață al organismului, de aceea face parte din unele medicamente.

Calciul pur practic nu este folosit. Este necesar pentru recuperarea altor metale din compușii lor, precum și în producția de preparate pentru întărire. țesut osos... Stronțiul este utilizat pentru reducerea altor metale și ca componentă principală pentru producerea de materiale supraconductoare. Bariul este adăugat la multe aliaje care sunt proiectate să funcționeze în medii corozive, deoarece are proprietăți de protecție excelente. Radiul este utilizat în medicină pentru iradierea pe termen scurt a pielii în tratamentul tumorilor maligne.

Lecția va acoperi tema „Metale și proprietățile lor. Metale alcaline. Metale alcalino-pământoase. Aluminiu". O sa inveti proprietăți generaleși regularitățile elementelor alcaline și alcalino-pământoase, studiază separat proprietățile chimice ale metalelor alcaline și alcalino-pământoase și ale compușilor acestora. Cu ajutorul ecuațiilor chimice, se va lua în considerare un astfel de concept precum duritatea apei. Cunoașteți aluminiul, proprietățile și aliajele sale. Veți afla despre amestecuri care regenerează oxigenul, ozonidele, peroxidul de bariu și producția de oxigen.

Subiect: Metale comune și nemetale

Lecția: Metalele și proprietățile lor. Metale alcaline. Metale alcalino-pământoase. Aluminiu

Subgrupul principal al grupei I din Tabelul periodic al D.I. Mendeleev sunt litiu Li, sodiu Na, potasiu K, rubidiu Rb, cesiu Cs și franciu Fr. Se face referire la elementele acestui subgrup. Numele lor comun este metale alcaline.

Metalele alcalino-pământoase sunt în subgrupa principală a grupei II a D.I. Mendeleev. Acestea sunt magneziu Mg, calciu Ca, stronțiu Sr, bariu Ba și radiu Ra.

Metalele alcaline și alcalino-pământoase ca metale tipice prezintă proprietăți reducătoare pronunțate. Pentru elementele subgrupelor principale, proprietățile metalice cresc odată cu creșterea razei. Proprietățile reducătoare sunt deosebit de pronunțate la metalele alcaline. Atât de mult încât este practic imposibil să se realizeze reacțiile lor cu soluții apoase diluate, deoarece în primul rând va exista o reacție a interacțiunii lor cu apa. Situația este similară pentru metalele alcalino-pământoase. Ele interacționează și cu apa, dar mult mai puțin intens decât metalele alcaline.

Configurații electronice stratul de valență al metalelor alcaline - ns 1 , unde n este numărul stratului de electroni. Ele sunt denumite elemente s. metale alcalino-pământoase - ns 2 (elemente-s). Aluminiul are electroni de valență …3 s 2 3p 1(element p). Aceste elemente formează conexiuni cu tip ionic comunicare. Când se formează compuși pentru ei, starea de oxidare corespunde numărului de grup.

Detectarea ionilor metalici în săruri

Ionii metalici pot fi identificați cu ușurință prin schimbarea culorii flăcării. Orez. unu.

Săruri de litiu - colorație roșu carmin la flacără. Sărurile de sodiu sunt galbene. Săruri de potasiu - violet prin sticlă de cobalt. Rubidiul este roșu, cesiul este violet-albastru.

Orez. unu

Săruri ale metalelor alcalino-pământoase: calciu - roșu cărămidă, stronțiu - roșu carmin și bariu - verde gălbui. Sărurile de aluminiu nu schimbă culoarea flăcării. Sărurile metalelor alcaline și alcalino-pământoase sunt folosite pentru a crea artificii. Și puteți determina cu ușurință, după culoare, sărurile cărora au fost folosite metalele.

Proprietățile metalului

Metale alcaline sunt substanțe alb-argintii cu un luciu metalic caracteristic. Se pătesc rapid în aer datorită oxidării. Acestea sunt metale moi, Na, K, Rb, Cs sunt similare ca moliciune cu ceara. Sunt ușor de tăiat cu un cuțit. Sunt ușoare. Litiul este cel mai ușor metal cu o densitate de 0,5 g/cm3.

Proprietățile chimice ale metalelor alcaline

1. Interacțiunea cu nemetale

Datorită proprietăților lor reducătoare ridicate, metalele alcaline reacționează violent cu halogenii pentru a forma halogenura corespunzătoare. Când sunt încălzite, reacţionează cu sulful, fosforul şi hidrogenul formând sulfuri, hidruri, fosfuri.

2Na + Cl2 → 2NaCl

Litiul este singurul metal care reacționează cu azotul chiar și la temperatura camerei.

6Li + N 2 = 2Li 3 N, nitrura de litiu rezultată suferă o hidroliză ireversibilă.

Li3N + 3H2O → 3LiOH + NH3

2. Interacțiunea cu oxigenul

Numai cu litiu se formează imediat oxidul de litiu.

4Li + О 2 = 2Li 2 О, iar când oxigenul interacționează cu sodiul, se formează peroxid de sodiu.

2Na + О 2 = Na 2 О 2. Când toate celelalte metale ard, se formează superoxizi.

K + O 2 = KO 2

3. Interacțiunea cu apa

Prin reacția cu apa, se poate vedea clar cum activitatea acestor metale din grup se modifică de sus în jos. Litiul și sodiul interacționează calm cu apa, potasiul - cu o fulgerare și cesiul - deja cu o explozie.

2Li + 2H2O → 2LiOH + H2

4.

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

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

Obținerea metalelor alcaline

Datorită activității mari a metalelor, acestea pot fi obținute prin electroliza sărurilor, cel mai adesea clorurilor.

Compușii metalelor alcaline sunt utilizați pe scară largă în diverse industrii. Vezi Tab. unu.

COMPUȘI COMUNI AI METALELOR ALCALINE
	sodă caustică (sodă caustică)
	Sare
	salitrul chilian
Na2S04∙ 10H2O	Sarea lui Glauber
Na2CO3∙ 10H2O	Sifon de cristal
	Potasiu caustic
	Clorura de potasiu (sylvin)
	salitrul indian

Numele lor se datorează faptului că hidroxizii acestor metale sunt alcalii, iar oxizii erau numiți anterior „pământ”. De exemplu, oxidul de bariu BaO este pământ de bariu. Beriliul și magneziul nu sunt cel mai adesea clasificate ca metale alcalino-pământoase. Nu vom lua în considerare nici radiul, deoarece este radioactiv.

Proprietățile chimice ale metalelor alcalino-pământoase.

1. Interacțiunea cunemetale

Сa + Cl 2 → 2СaCl 2

Ca + H2CaH2

3Ca + 2P Ca 3 P 2-

2. Interacțiunea cu oxigenul

2Ca + O 2 → 2CaO

3. Interacțiunea cu apa

Sr + 2H 2 O → Sr (OH) 2 + H 2, dar interacțiunea este mai calmă decât cu metalele alcaline.

4. Interacțiunea cu acizi - agenți oxidanți puternici

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

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

Obținerea metalelor alcalino-pământoase

Calciul și stronțiul metalic se obțin prin electroliza sărurilor topite, cel mai adesea cloruri.

CaCl2Ca + CI2

Bariul de puritate ridicată poate fi obținut prin metoda alumotermică din oxid de bariu

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

COMPUȘI ALCALINO PĂMINTOSE COMUNI

Cei mai cunoscuți compuși ai metalelor alcalino-pământoase sunt: ​​CaO - var nestins. Ca (OH) 2 - var stins, sau apa de var. Când dioxidul de carbon este trecut prin apa de var, apare turbiditatea, deoarece se formează carbonat de calciu insolubil CaCO 3. Dar trebuie reținut că, odată cu trecerea în continuare a dioxidului de carbon, se formează bicarbonatul solubil și sedimentul dispare.

Orez. 2

СaO + H2O → 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 - acestea sunt CaSO 4 ∙ 2H 2 O, alabastru - CaSO 4 ∙ 0,5H 2 O. Gipsul și alabastrul sunt folosite în construcții, medicină și pentru fabricarea obiectelor decorative. Orez. 2.

Carbonat de calciu CaCO 3 formează multe minerale diferite. Orez. 3.

Orez. 3

Fosfat de calciu Ca 3 (PO 4) 2 - fosforit, făina fosforică este folosită ca îngrășământ mineral.

Anhidru pur clorura de calciu CaCl 2 este o substanță higroscopică, prin urmare este utilizat pe scară largă în laboratoare ca desicant.

Carbură de calciu- CaC2. Îl poți obține astfel:

СaO + 2C → CaC 2 + CO. Una dintre utilizările sale este în producția de acetilenă.

CaC2 + 2H2O → Ca (OH)2 + C2H2

Sulfat de bariu BaSO 4 - barit. Orez. 4. Folosit ca referință albă în unele studii.

Orez. 4

Duritatea apei

Apa naturală conține săruri de calciu și magneziu. Dacă sunt conținute în concentrații vizibile, atunci săpunul nu face spumă în astfel de apă din cauza formării de stearați insolubili. Când este fiert, se formează solzi.

Rigiditate temporară datorită prezenței bicarbonaților de calciu și magneziu Ca (HCO 3) 2 și Mg (HCO 3) 2. Această duritate poate fi îndepărtată prin fierbere.

Ca (HCO 3) 2 CaCO 3 ↓ + СО 2 + Н 2 О

Rigiditate constantă apă datorită prezenței cationilor Ca 2+., Mg 2+ și anioni H 2 PO 4 -, Cl -, NO 3 - și altele.Drititatea constantă a apei este eliminată numai datorită reacțiilor de schimb ionic, în urma cărora magneziul și ionii de calciu vor fi transferați în sediment.

Teme pentru acasă

1.Nr 3, 4, 5-a (p. 173) Gabrielyan O.S. Chimie. Clasa a 11a. Un nivel de bază de. Ed. a II-a, Șters. - M .: Dropia, 2007 .-- 220 p.

2. Care este reacția mediului într-o soluție apoasă de sulfură de potasiu? Confirmați răspunsul cu ecuația reacției de hidroliză.

3. Determinați fractiune in masa sodiu în apa de mare, care conține 1,5% clorură de sodiu.

Al doilea grup al tabelului periodic al lui D.I.Mendeleev conține un grup de elemente care sunt foarte asemănătoare ca proprietăți cu metalele alcaline, dar inferioare lor ca activitate. Include beriliu și magneziu, precum și calciu, stronțiu, bariu și radiu. Ele sunt cunoscute în mod colectiv ca elemente alcalino-pământoase. În articolul nostru, ne vom familiariza cu distribuția lor în natură și aplicarea lor în industrie, precum și studiem cele mai importante proprietăți chimice ale metalelor alcalino-pământoase.

caracteristici generale

Toți atomii elementelor enumerate mai sus conțin doi electroni pe stratul energetic exterior. Interacționând cu alte substanțe, ei renunță întotdeauna la particulele lor negative, trecând în starea de cationi cu o sarcină de 2+. În reacțiile redox, elementele se comportă ca agenți reducători puternici. Pe măsură ce sarcina nucleară crește, proprietățile chimice ale metalelor alcalino-pământoase și activitatea lor cresc. În aer, se oxidează rapid, formând o peliculă de oxid pe suprafața lor. Formula generală pentru toți oxizii este RO. Ele corespund hidroxizilor cu formula R (OH) 2. Proprietățile lor de bază și solubilitatea în apă cresc, de asemenea, odată cu creșterea numărului ordinal al elementului.

Proprietăți speciale ale beriliului și magneziului

În unele dintre proprietățile lor, primii doi reprezentanți ai subgrupului principal al celui de-al doilea grup sunt oarecum diferiți de alte elemente alcalino-pământoase. Acest lucru se manifestă, în special, în timpul interacțiunii lor cu apa. De exemplu, proprietățile chimice ale beriliului sunt de așa natură încât nu reacționează deloc cu H 2 O. Magneziul, pe de altă parte, interacționează cu apa numai atunci când este încălzit. Dar toate elementele alcalino-pământoase reacționează ușor cu el la temperaturi obișnuite. Ce substanțe se formează în acest caz?

Baze de metal alcalino-pământos

Fiind elemente active, calciul, bariul și alți membri ai grupului înlocuiesc rapid hidrogenul din apă, rezultând hidroxizii lor. Interacțiunea metalelor alcalino-pământoase cu apa are loc violent, cu degajare de căldură. Soluțiile de baze de calciu, bariu, stronțiu sunt săpunoase la atingere, iar în contact cu pielea și membranele mucoase ale ochilor provoacă arsuri grave. Primul ajutor în astfel de cazuri va fi tratarea suprafeței rănii cu o soluție slabă de acid acetic. Neutralizează alcalii și reduce riscul de necroză a țesuturilor deteriorate.

Proprietățile chimice ale metalelor alcalino-pământoase

Interacțiunea cu oxigenul, apa și nemetalele este lista principală a proprietăților metalelor incluse în a doua grupă a tabelului periodic al elementelor chimice. De exemplu, calciul, chiar și în condiții normale, reacționează cu halogenii: fluor, clor, brom și iod. Când este încălzit, se combină cu sulf, carbon și azot. Oxidare tare – ardere, se termină cu formarea oxidului de calciu: 2Ca + O 2 = 2 CaO. Interacțiunea metalelor cu hidrogenul duce la formarea hidrurilor. Sunt substanțe refractare albe cu rețele cristaline ionice. Proprietățile chimice importante ale metalelor alcalino-pământoase includ interacțiunea lor cu apa. După cum sa menționat mai devreme, produsul acestei reacții de substituție va fi un hidroxid de metal. Rețineți, de asemenea, că în subgrupul principal al celui de-al doilea grup cel mai mult loc semnificativ preia calciu. Prin urmare, să ne oprim asupra caracteristicilor sale mai detaliat.

Calciul și compușii săi

Conținutul elementului din scoarța terestră este de până la 3,5%, ceea ce indică o largă distribuție a acestuia în minerale precum calcarul, creta, marmura și calcitul. Calciul natural conține șase tipuri de izotopi. Se găsește și în sursele naturale de apă. Compușii metalelor alcaline sunt studiați în detaliu în cursul chimiei anorganice. De exemplu, în clasa a IX-a, elevii învață că calciul este un metal ușor, dar puternic, alb-argintiu. Punctul său de topire și fierbere este mai mare decât cel al elementelor alcaline. Principala metodă de producție este electroliza unui amestec de săruri topite de clorură de calciu și fluorură. Principalele sale proprietăți chimice includ reacțiile sale cu oxigenul, apa și nemetale. Din compuși ai metalelor alcaline cea mai mare valoare pentru industrie au oxid de calciu și bază. Primul compus se obține din cretă sau calcar prin arderea lor.

În plus, hidroxidul de calciu se formează din oxid de calciu și apă. Un amestec al acestuia cu nisip și apă se numește mortar. Continuă să fie folosit ca tencuială și pentru îmbinarea cărămizilor la așezarea pereților. O soluție de hidroxid de calciu, numită apă de var, este folosită ca reactiv pentru a detecta dioxidul de carbon. Când dioxidul de carbon este trecut printr-o soluție apoasă transparentă de Ca (OH) 2, se observă turbiditatea acestuia datorită formării unui precipitat insolubil de carbonat de calciu.

Magneziul și caracteristicile sale

Chimia metalelor alcalino-pământoase studiază proprietățile magneziului, concentrându-se pe unele dintre caracteristicile acestuia. Este un metal foarte ușor, alb-argintiu. Magneziul, topit într-o atmosferă cu umiditate ridicată, absoarbe activ moleculele de hidrogen din vaporii de apă. Răcindu-se, metalul le eliberează aproape complet înapoi în aer. Reacționează foarte lent cu apa datorită formării unui compus slab solubil - hidroxidul de magneziu. Alcaliile nu au niciun efect asupra magneziului. Metalul nu reacționează cu unii acizi: sulfat concentrat și fluorhidric, datorită pasivării sale și formării unei pelicule protectoare la suprafață. Majoritatea acizilor minerali dizolvă metalul, care este însoțit de o evoluție violentă a hidrogenului. Magneziul este un agent reducător puternic, înlocuiește multe metale din oxizii sau sărurile lor:

BeO + Mg = MgO + Be.

Metalul, împreună cu beriliul, manganul și aluminiul, este folosit ca adiție de aliere la oțel. Aliajele care conțin magneziu - electronii - au proprietăți deosebit de valoroase. Ele sunt utilizate în producția de avioane și automobile, precum și în piese de tehnologie optică.

Rolul elementelor în viața organismelor

Să dăm exemple de metale alcalino-pământoase, ai căror compuși sunt obișnuiți în natură. Magneziul este atomul central în moleculele de clorofilă din plante. Participă la procesul de fotosinteză și face parte din centrii activi ai pigmentului verde. Atomii de magneziu fixează energia luminoasă, transformând-o apoi în energia legăturilor chimice compusi organici: glucoza, aminoacizi, glicerina si acizi grasi. Rol important efectuează un element ca componentă esențială a enzimelor care reglează metabolismul în corpul uman. Calciul este un macronutrient care asigură trecerea eficientă a impulsurilor electrice prin țesutul nervos. Prezența sărurilor sale de fosfat în compoziția oaselor și a smalțului dinților le conferă duritate și rezistență.

Beriliul și proprietățile sale

Metalele alcalino-pământoase includ, de asemenea, beriliu, bariu și stronțiu. Luați în considerare beriliul. Elementul nu este larg răspândit în natură, se găsește în principal în compoziția mineralelor, de exemplu, berilul. Soiurile sale, care conțin impurități multicolore, formează pietre prețioase: smaralde și acvamarine. Caracteristică proprietăți fizice este fragilitate și duritate ridicată. O trăsătură distinctivă a atomului unui element este prezența la al doilea nivel de energie exterior, nu opt, ca în toate celelalte metale alcalino-pământoase, ci doar doi electroni.

Prin urmare, raza atomului și ionului este disproporționat de mică, energia de ionizare este mare. Aceasta determină rezistența ridicată a rețelei cristaline a metalului. Proprietățile chimice ale beriliului îl deosebesc și de alte elemente din al doilea grup. Reacționează nu numai cu acizi, ci și cu soluții alcaline, înlocuind hidrogenul și formând hidroxiberilați:

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2.

Metalul are o serie de caracteristici unice. Datorită capacității sale de a transmite raze X, este folosit pentru a face ferestre cu tuburi cu raze X. În industria nucleară, elementul este considerat cel mai bun moderator și reflector al neutronilor. În metalurgie, este folosit ca un aditiv de aliere valoros care mărește proprietățile anticorozive ale aliajelor.

Stronțiu și bariu

Elementele sunt destul de comune în natură și, la fel ca magneziul de metal alcalino-pământos, fac parte din minerale. Să le numim: barit, celestin, strontianit. Bariul are aspectul unui metal plastic alb-argintiu. Ca și calciul, este reprezentat de mai mulți izotopi. În aer, interacționează activ cu componentele sale - oxigen și azot, formând oxid și nitrură de bariu. Din acest motiv, metalul este depozitat sub un strat de parafină sau ulei mineral, evitându-se contactul cu aerul. Ambele metale formează peroxizi când sunt încălzite la 500 ° C.

Dintre ei uz practic are peroxid de bariu folosit ca înălbitor pentru țesături. Proprietățile chimice ale metalelor alcalino-pământoase, bariu și stronțiu, sunt similare cu cele ale calciului. Cu toate acestea, interacțiunea lor cu apa este mult mai activă, iar bazele rezultate sunt mai puternice decât hidroxidul de calciu. Bariul este folosit ca aditiv la lichidele de răcire din metal, care reduce coroziunea, în optică și în fabricarea dispozitivelor electronice cu vid. Stronțiul este solicitat în producția de celule solare și fosfor.

Reacții calitative folosind ioni de metale alcalino-pământoase

Compușii de bariu și stronțiu sunt exemple de metale alcalino-pământoase utilizate pe scară largă în pirotehnică datorită colorării ionilor strălucitori a flăcărilor. Deci, sulfatul sau carbonatul de stronțiu dă o strălucire roșie carmin a flăcării, iar compușii corespunzători de bariu - galben-verde. Pentru a detecta ionii de calciu în laborator, mai multe boabe de clorură de calciu sunt turnate pe flacăra arzătorului, flacăra devine roșu cărămidă.

O soluție de clorură de bariu este utilizată în chimia analitică pentru a detecta ionii unui reziduu acid de sulfat de acid într-o soluție. Dacă la scurgerea soluțiilor se formează un precipitat alb de sulfat de bariu, înseamnă că în el se aflau particule de SO 4 2-.

În articolul nostru, am studiat proprietățile metalelor alcalino-pământoase și am dat exemple de utilizare a acestora în diverse industrii.