Гидроксиды
Элементы группы IIA образуют гидроксиды Ме(ОН)2. Это бесцветные, тугоплавкие, твёрдые вещества. Они являются более слабыми основаниями, чем гидроксиды щелочных металлов. Основные свойства гидроксидов усиливаются от Ве(ОН)2 к Ва(ОН)2. Гидроксиды бериллия и магния – слабые основания, плохо растворимые в воде. Ве(ОН)2 склонен к полимеризации.
Гидроксиды щелочно-земельных металлов являются сильными основаниями. Они активно взаимодействуют с кислотами, кислотными оксидами. Например:
Ва(ОН)2 + Н2SO4 = BaSO4 + 2H2O↓,
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3↓.
При нагревании гидроксиды разлагаются. Например:
Ме(ОН)2 = МеО + Н2О↑.
Гидроксид бериллия проявляет амфотерные свойства, реагирует с разбавленными кислотами, щелочами в растворе и при сплавлении:
Be(OH)2 + 2HCl(разб.) = BeCl2 + 2H2O,
Be(OH)2 + 2NaOH(конц.) = Na2[Be(OH)4],
Be(OH)2 + 2NaOH = Na2BeO2 + 2H2O (t = 3000C).
Cоли
Элементы IIA подобно щелочным металлам образуют соли со всеми кислотами. Многие соли растворимы. Малорастворимы или практически нерастворимы фториды и карбонаты, а также сульфаты кальция, стронция и бария. С ростом порядкового номера элемента растворимость солей понижается.
Растворимые соли бериллия и магния подвергаются гидролизу:
ВеCl2 + H2O ↔ BeOHCl + HCl,
Mg(NO3)2 + H2O ↔ MgOHNO3 + HNO3.
Ионы элементов группы IIA, как и ионы щелочных металлов, не образуют устойчивых комплексных соединений. Более склонны к образованию комплексных соединений бериллий и магний. В ряду Be2+ - Mg2+- Ca2+ - Sr2+ - Ba2+ прочность комплексных соединений уменьшается.
Жесткость воды
Жесткость воды обусловлена наличием ионов Са2+ и Mg2+. Чем выше их содержание в природной воде, тем больше её жесткость.
Количественно жесткость воды характеризуют через суммарное содержание ионов Са2+ и Mg2+, выраженное в моль/л. По жесткости все природные воды делятся на мягкие (общая жесткость менее 2 ммоль/л) и жесткие со средней степенью жесткости (2 – 10 ммоль/л) и высокой степенью жесткости (более 10 ммоль/л).
Виды жесткости
Различают общую жесткость, которая складывается из временной и постоянной жесткости.
Временная жесткость (устранимая, или карбонатная жесткость) удаляется кипячением воды. Эта жесткость вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са(НСО3)2 и Mg (НСО3)2 и количественно равна концентрации ионов Са2+ и Mg2+, которая соответствует удвоенной концентрации гидрокарбонат-иона НСО3‾. При длительном кипечении воды в ней появляется осадок МеСО3 и одновременно выделяется газ СО2:
Сa(HCO3)2 = CaCO3↓ +CO2↑ +H2O,
Mg(HCO3)2 = MgCO3↓ +CO2↑ +H2O,
Поэтому карбонатную жесткость называют временной жесткостью.
Постоянная жесткость (неустранимая, или некарбонатная) сохраняется при кипячении воды. Количественно она равна концентрации ионов Са2+ и Mg2+ за вычетом временной жесткости. Обычно постоянную жесткость характеризуют содержанием CaSO4 и MgSO4, поэтому её называют сульфатной жесткостью. Эту жесткость устраняют введением в воду химических реагентов (карбонат натрия, гидроксид кальция, ортофосфат натрия, тетраборат натрия и др.). Например:
Сa(HCO3)2 + Сa(OH)2 = 2CaCO3↓ + 2H2O,
MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3↓ + Na2SO4,
3CaSO4 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 3Na2SO4.
Ортофосфаты менее растворимы, чем карбонаты, поэтому лучшее умягчение достигается с помощью реагента Na3PO4.
Современный способ умягчения воды основан на использовании ионообменных смол – ионитов (катионитов и анионитов). Через трубчатый обменник, заполненный смолой в Na+-форме пропускают жесткую воду, при этом ионы Са2+ и Mg2+, эквивалентно замещают ионы Na+ в смоле. Ионит периодически регенерируют, промывая концентрированным раствором хлорида натрия.
Умягчение воды при стирке проводят с помощью комплексообразующих ионитов (полифосфаты натрия, метафосфаты натрия и др.). Ионы Са2+ и Mg2+ связываются в устойчивые комплексы и становятся инертными по отношению к мылу.
В некоторых случаях проводят полное обессоливание воды. Для этого воду подвергают перегонке (дистилляции). Другой способ обессоливания – последовательная обработка воды с помощью катионита и анионита. При пропускании через катионитный фильтр ионы металлов в растворе заменяются на ионы Н+, а при пропускании воды через анионитный фильтр анионы кислот в растворе заменяются на ионы ОН ‾. Таким образом, в целом из воды удаляются соли, а перешедшие в воду ионы взаимно нейтрализуются: Н+ + ОН ‾ = Н2О. Периодически иониты восстанавливают промывая их разбавленными растворами соответственно серной кислоты и гидроксидом натрия.