12) Элементы II а- подгруппы

берилий, магний, кальций, стронций, барий и радии- металлы. Наибольшие отличия в химических свойствах от остальных элементов подгруппы проявляет элемент второго периода-берилии. Для берилия характерно образование соединении с ковалентными связями, тогда как другие элементы IIА- подгруппы образуют соединения с преобладанием ионного характера связи. Кальции, стронции, барии и радии часто обьединяют под общим названием щелочно-земельные металлы. Их назвали так потому, что оксиды этих металлов по химическим свойтсвам занимают промежуточное положение ме жду оксидами щелочных металлов и оксидами, которые раньше называли землями, например Al2O3.

Особенности свойств бериллия заключаются в его амфотерности, то есть способности растворяться как в кислотах, так и в щелочах.

Взаимодействие с кислотами:

• Ве + 2НСl → ВеСl₂ + Н₂↑

Взаимодействие со щелочами:

Ве +2 КОН +2 Н₂О → К₂[Ве(ОН)₄] +2Н₂↑ тетрагидроксобериллат калия

Разновидности берилла- драгоценные камни: изумруд, аквамарин, гериодор. Бериллий- хрупкии твердый металл светло- серого цвета. При хранении на воздухе он покрывается плотной оксидной пленкой, предотвращающей дальнейшее окисление и взаимодействие с водой.

Гидрид. Гидрид бериллия- полимер с трехцентровыми связями Be-H-Be, аналогичными связями в диборане. При взаимодействии с водой гидрид бериллия разлагается с выделением водорода:

BeH2+2H2O= Be(OH)2+2H2.

При сплавлении с фторидами щелочных металлов BeF2 образует комплексные соединения:

BeF2+2NaF=Na2[BeF4]

Оксид. Бесцветный кристаллический оксид берилия BeO практически нерастворим в воде. В отличие от оксидов других элементов IIА- подгруппы оксид бериллия- амфотерный оксид. Он взаимодействует как с кислотами, так и сильными основаниями:

BeO+H2SO4+3H2O= [Be(H2O)4]SO4

BeO+2NaOH+H2O=Na2[Be(OH)4]

Гидроксид бериллия. При добавлении гидроксида натрия или аммиака к растворам солей бериллия образуется осадок Be(OH)2. В отличие от гидроксидов других элементов IIА- подгруппы гидроксид бериллия – амфотерное основание. Свежеосажденный Be(OH)2 реагирует как с кислотами, так и с сильными основаниями.

Магнии и кальции- серебристые металлы, существенно более твердые, чем щелочные металлы, но более мягкие и пластичные , чем берилии. При хранении на воздухе магнии сохраняет тусклый металлический блеск, потому что покрывается прочной оксидной пленкой, защищающей его при комнатной температуре от дальнейшего окисления и от взаимодействия с водой.

Магнии и кальции- сильные восстановители.

3CaO+2AL=3Ca+AL2O3

MgO+C=Mg+CO

Бинарные соединения. Вследствие высокой химической активности магния и кальция подавляющее большинство их бинарных соединении можно получить прямым синтезом из простых веществ. Реакции с участием магния протекают менее интенсивно. Бинарные соединения кальция обладают ионными свойствами, а бинарные соединения магния занимают промежуточное положение между ионными и ковалентными соединениями.

Гидриды. Кальции при нагревании реагирует с водородом с образованием ионного гидрида кальция CaH2. Магнии тоже взаимодеиствует с водородом, но очень медленно даже при высокой температуре и повышенном давлении. При этом образуется гидрид магния MgH2, который по свойствам и природе химической связи занимает промежуточное положение между ионными и ковалентными гидридами.

MgH2=Mg+H2

MgH2+2H2O=Mg(OH)2+2H2

Галогениды. Магнии и кальции взаимодействует с галогенами с образованием галогенидов:

M+Г2=МГ2

Фториды. Малорастворимые соединения. Их кристаллы не содержат кристаллизационной воды. Они относятся к числу наиболее тугоплавких и труднолетучих фторидов.

Хлориды, бромиды и иодиды магния и кальция очень хорошо растворимы в воде. Процесс этот происходит в несколько этапов, например, обезвоживание гексагидрата хлорида кальция можно изобразить следующей схемой:

CaCl2*6H2O=CaCl2*4H2O=CaCl2*2H2O=CaCl2*H2O=CaCl2

Оксиды магния и кальция- основные оксиды. При взаимодействии их с водой образуется гидроксиды:

MgO+H2O=Mg(OH)2

Реагируя с кислотами, MgOиCaO дают соли:

MgO+2HCl=MgCl2+H2O

Сульфиды, нитриды, фосфиды, карбиды и силициды. Эти бинарные соединения магния и кальция при взаимодействии с водой гидролизуются:

MgS+2H2O=Mg(OH)2+H2S

Ca3N2+6H2O=3Ca(OH)2+2NH3

Mg3P2+6H2O=3Mg(OH)2+2PH3

CaC2+2H2O=Ca(OH)2+C2H2

Mg2Si+4H2O=2Mg(OH)2+SiH4

Гидроксиды обоих металлов – бесцветные кристаллические вещества, малорастворимые в воде. Гидроксид магния Mg(OH)2 – слабое основание. Гидроксид кальция Ca(OH)2- сильное основание лишь по первой ступени диссоциации:

Ca(OH)2=CaOH+OH

При этом растворимые гидрокарбонаты разлагаются, а кальции и магнии выпадают в осадок в виде нерастворимых солей:

Ca(HCO3)2(р)=CaCO3(к)+СO2(г)+H2O(ж)

2Mg(HCO3)2(р)=(MgOH)2CO3(к)+3CO2(г)+H2O(ж)

Жесткость воды обусловлена наличием в воде растворимых солей Ca2+и Mg2+ .

Жесткость численно равна молярной концентрации эквивалента солей кальция и магния, выраженной в ммоль/л.

Сн = (m/М·V) 1000 [ммоль/л]

В жесткой воде плохо мылится мыло:

2C17H35COONa + Ca 2+→ (C17H35OO)2Ca↓ +2Na+

При кипячении жесткой воды образуется накипь :

Са(НСО3)2 → СаСО3↓+Н2О+СО2

Карбонатная (временная) жесткость

определяется наличием в воде растворимых гидрокарбонатов кальция и магния Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2.

Способы устранения карбонатной жесткости:

Кипячение:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓+CO2↑+H2O

Добавление гашеной извести:

Ca(HCO3)2+Са(ОН)2 →2CaCO3↓+ 2Н2О

Mg(HCO3)2+2Са(ОН)2 →2CaCO3↓+ Mg(ОН)2↓+2Н2О

Некарбонатная (постоянная) жесткость

обусловлена наличием растворимых солей кальция и магния, за исключением их гидрокарбонатов: CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4 и др.

Способы устранения:

1. Добавление соды:

CaCl2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaCl

MgSO4+Na2CO3 + Н2О=Mg(ОН)2↓+Na2SO4 + СО2↑

2. Применение ионообменных смол:

R-H2 + Ca2+ → R-Ca + 2H+.