Вопрос 53

Элементы главной IIА группы: Ве, Мg, Са, Sг, Ва, Ra Oбщая характеристика

К элементам главной 2-А группы относятся Ве, Мд, Са, 5г, Ва, Ра. Атомы металлов 2-А подгруппы имеют валентную электронную конфигурацию пS², где п - номер периода, в котором находится металл. Mеталлы 2-А группы относительно легкоплавки. Самым тугоплавким является Ве. Все эти металлы сравнительно легкие. Металлы от кальция до радия могут вэаимодействовать с водой, давая гидроксиды, растворимые в воде (т.е. щелочи), поэтому их называют щелочноземельными:

Ме + 2 Н₂0 = Ме(ОН)₂+Н₂

Щелочноземельные металлы самые активные после щелочных металлов. Поэтому иногда говорят, что атомы щелочноземельных металлов стремятся отдавать валентные электроны, чтобы приобрести устойчивую электронную оболочку инертного газа. Для этого  необходимо затратить достаточно большую энергию. Чтобы у иона Ме+ отнять еще один электрон, необходимо затратить еще большую энергию Эта большая, (по химическим масштабам) затрата энергии будет компенсирована прежде всего электростатическим взаимодействием с противоположно заряженными ионами. При переходе от Ве к Rа, активность металла, т.е. способность к химическому взаимодействию - увеличивается. Типичные степени окисления элементов нА группы в различных соединениях +2.

 Металлы 2-А группы. Получение, свойства, применение

 Получение 

Ве, Мg, Са и Sr (Ме) получают электролизом расплавов их хлоридов:

МеСI₂ = Ме²⁺ + 2Сl^-, катод: Ме²⁺ + 2е = Ме; анод: 2С1^- -2е = С1₂,

а Ва - электролизом его окислов. Используя относительно меньшую, чем у А1, С, Si, температуру кипения, можно получать эти металлы восстановлением их из оксидов и фторидов при высоких температурах:

4МеО + 2А1 = Ме(А1O₂)₂+ 3Ме (Ме = Са, Sг, Ва), ……МеО + С = СО + Ме,

Свойства Хранят Са, Sr, Ва под слоем керосина, так как при обычной температуре они окисляются кислородом воздуха. Металлы 2-А группы (Ме) - сильные восстановители. Они сравнительно легко реагируют с большинством неметаллов, разлагают воду (кроме Ве и Mg), растворяются в кислотах. В общем виде эти реакции будут выглядеть так: Ме + Н₂ = МеН₂(гидриды), Ме + Г₂=_МГ₂ (галогениды), Ме + S = МеS (_{сульфиды}), ЭМе + 2Р= Ме₃Р₂ (фосфиды). ЭМе + N₂Ме₃ =Me₃N₂(нитриды), Ме + 2Н₂О = Me(OH)₂+ H₂  (кроме Ве и Мg), Ме + 2НГ =MeГ₂ + Н₂

Гидриды металлов 2-А группы реагируют с водой и кислородом: МеН₂ + 2Н₂О = Ме(ОН)₂ + Н₂ МеН₂ + О₂ = Ме(ОН)₂ (кроме Ве и Мо). Галогениды (Г) Ве и М сильно гидролизуются, давая оксосоли: МеГ₂ + Н₂О = Ме(ОН)Г + НГ

Мg и Са применяют для получения редкоземельных металлов. Основная масса производимого Ве используется в атомной промышленности. Бериллиевые сплавы обладают высокой химической стойкостью. Магниевые сплавы используют в авиационной промышленности, для осушки и очистки ряда веществ (СаСI₂) и в других областях.

 Кислородные соединения металлов IIА ГРУППЫ

Оксиды и пероксиды металлов IIА ГРУППЫ

Атомы металлов нА ГРУППЫ в соединениях двухвалентны. Поэтому общая формула оксидов - МеО и пероксидов - МеО₂ (ВеО₂ - не получен).

Получение Оксиды получают при нагревании: 2Ме + 0₂ = 2 МеО, Ме(ОН)₂ = МеО + Н₂0 (Ме = Ве, Мд) МеСО₃ = МеО + (Ме = Ве, Мд, Са, г) 2Ме(ГI0₃)₂ = 2МеО + + Пероксиды получают по реакции нейтрализации Н202: Ме(ОН)₂ + Н₂0₂ = Ме0₂ + 2Н₂0 (кроме Ва0₂), 2ВаО + 0₂ = 2Ва0₂.

Свойства

Оксиды металлов П-А ГРУПЫ являются основными оксидами, а ВеО проявляет амфотерные свойства. Оксиды реагируют с водой: МеО + Н₂0 = Ме(ОН)₂ (кроме ВеО), легко растворяются в кислотах: МеО + 2НСI = МеСI₂ + Н₂0,

а ВеО взаимодействует и со щелочами: ВеО + 2NаОН =Nа₂ВеО₂ + Н₂0, ВеО + 2NаОН + Н₂0 = Nа₂[Ве(0Н)₄], ВеО +Nа₂С0₃ = Nа₂[Ве(0Н)₄],  + CO₂

Пероксиды подвергаются сильному гидролизу:

Ме0₂ + 2Н₂0 = Ме(ОН)₂ +O₂ ,Ва0₂ + Н₂S0₄ = ВаSО₄ + Н₂0₂ (в лаборатории), легко разлагаются кислотами, даже очень слабыми: Ме0₂ + Н₂С0₃ = МеСО₃ + Н₂0₂.

Пероксиды являются сильными окислителями: Ме0₂ + NаI + 2Н₂0 =Ме(ОН)₂ + 2NаОН + I₂

но могут и сами окисляться.

Ме(ОН)₂ + 2НСI = МеСI₂ + 2Н₂0, СiС1₂ + Ме(ОН)₂ = Сi(ОН)₂- + МеСI₂, Са(НСО₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃ реагируют с кислотными оксидами и кислотами: МеО + SО₃ = МеSО₄,

Гидроксиды Гидроксиды имеют общую формулу Ме(ОН)₂.

Получение Их получают взаимодействием оксидов Са, Sг, Ва (Ме) с водой:

МеО + Н₂0 = Ме(ОН)_2. …Ве(ОН)₂ и Мg (ОН)₂ получают с помощью обменных реакций:

ВеГ₂ + 2NаОН = 2NаГ + Ве(ОН)₂

Свойства ..Гидроксиды щелочноземельных металлов в воде полностью диссоциируют на ионы. Они энергично взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами, с многоосновными кислотами могут давать кислые соли:

СaCl₂ + Са(ОН)₂ = Са(СIО)С1+ Н₂О  (хлорная известь), Са(ОН)₂ + СО₂ = СаСО₃ + Н₂О, Ва(ОН)₂+H₂SО₄ = ВаSО₄ + 2Н₂0

Все содинения бериллия и растворимые соли бария весьма токсичны. Известняк и известь применяют в сельском хозяйстве для известкования почв с целью понижения ее кислотности и улучшения структуры. Гипс (СаSО₄^.2Н₂О) при нагревании превращается в алебастр (СаSО₄^.5Н₂О). Они широко используются в строительном деле. Катионы кальция и магния обуславливают жесткость воды. При кипячении воды бикарбонаты разлагаются: Са(НСО₃)₂ = СаСО₃, + Н₂О + СО₂ и образуется накипь, что приводит к взрыву паровых катлов. для борьбы с карбонатной жесткостью воду подвергают предварительному кипячению либо обрабатывают гашеной известью. Некарбонатная жесткость воды устраняется с помощью соды.

Са²⁺+ СО₃^2- = СаСО₃, Mg²⁺+ СО₃^2- = МgСО₃,

Наиболее эффективным способом борьбы с жесткостью воды является применение ионообменных смол. Важнейший строительный материал - цемент - это силикат и алюмосиликат кальция.

Бериллий, его свойства и сплавы Бериллий. Химический элемент, символ Be (лат. Beryllium, первоначально был назван глицинием от греч. glykys — сладкий). Имеет порядковый номер 4, атомный вес 9, 0122, плотность 1, 82 г/см3, температуру плавления 1284°С, температуру кипения 2970°С. Бериллий — металл сероватого цвета. В изломе его различаются крупные кристаллы с ярким металлическим блеском. Бериллий обладает самой высокой из всех металлов скрытой теплотой плавления. Упругость паров бериллия при температуре плавления очень мала.  Механические свойства бериллия в литом и деформированном состояниях различаются в зависимости от направления проведения испытаний. Литой бериллий очень хрупок. Наилучшими механическими свойствами обладает бериллий после тёплой обработки давлением, которая проводится при температурах ниже температуры рекристаллизации. Температура рекристаллизации бериллия изменяется в пределах от 700°С до 900°С в зависимости от степени деформации и времени выдержки. Рекристаллизационный отжиг значительно повышает пластичность и уменьшает прочность бериллия.  По химическим свойствам бериллий подобен алюминию. Благодаря плёнке окиси, образующейся на его поверхности, бериллий устойчив к кислороду воздуха при комнатной температуре. При 1200°С металлический бериллий горит. Компактный бериллий интенсивно реагирует с азотом при температурах более 1000 градусов, а в порошкообразном состоянии — при температурах более 500. С водородом бериллий не реагирует даже при высоких температурах. Он легко растворяется в серной и соляной кислотах, а также в щелочах; разбавленная азотная кислота медленно растворяет бериллий, в то время как концентрированная азотная кислота на него почти не действует.   Важным специфическим свойством бериллия является его высокая проницаемость для рентгеновских лучей, которая в 17 раз выше, чем у алюминия, поэтому чистый металлический бериллий применяют для изготовления окон рентгеновских трубок. Малое эффективное сечение захвата тепловых нейтронов в сочетании с малой атомной массой делают бериллий одним из лучших материалов для замедлителей и отражателей тепловых нейтронов атомных реакторов, материалов для оболочек тепловыделяющих элементов. Бериллий является интенсивным источником нейтронов при бомбардировке а-частицами. На этом свойстве основано использование бериллия в нейтронных источниках на основе радия, полония, актиния, плутония. Важное практическое применение бериллий получил как компонент меднобериллиевых сплавов — бериллиевых бронз. Отношение прочности к плотности у бериллия значительно выше, чем у авиационных сталей и сплавов на основе титана и алюминия. Ряд ценных физических свойств позволяет использовать бериллий в электротехнике, связи, в электронике и радиотехнике. В литейном деле бериллий применяют как эффективный раскислитель. Небольшие присадки бериллия к алюминиевым и магниевым сплавам резко повышают их коррозионную стойкость.       Окись бериллия обладает большой химической устойчивостью и теплопроводностью, сочетающейся с высоким электрическим сопротивлением и термостойкостью, что позволяет применять её в качестве огнеупорного материала для изготовления тиглей, футеровочных материалов, керамических покрытий и т.д.