8. Элементы iiа подгруппы

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

Бериллий Ве, магний Mg, кальций Са, стронций Sr, барий Ва и радий Ra - s-элементы IIА подгруппы Периодической системы Д.И.Менделеева. Четыре из них Са, Sr, Ва, Ra имеют групповое название «щелочноземельные металлы». Общая электронная конфигурация атомов ns², характерная степень окисления +2.

Физические свойства

Физические свойства	Ве	Мg	Ca	Sr	Ba	Ra
Радиус атома, Å	1,13	1,60	1,94	2,15	2,21	(2,35)
Потенциал ионизации, эВ	18,21	15,03	11,87	11,03	9,95	10,14
Плотность, г/см3	1,85	1,74	1,54	2,63	3,76	~6
Температура плавления, ºС	1285	651	851	770	710	960
Температура кипения, ºС	2470	1107	1482	1380	~1640	1536
Стандартный электродный потенциал, В	–1,85	–2,36	–2,87	–2,88	–2,90	~–2,92
Наличие в земной коре, %	6·10–4	2,1	3,6	0,04	0,05	1·10–10

Магний и кальций весьма распространенные элементы на Земле (магний — восьмой, кальций — шестой), а остальные элементы более редкие. Стронций и радий — радиоактивные элементы.

Получение. В промышленности бериллий, магний и кальций получают электролизом расплавов хлоридов МеСl₂, кальций, стронций и барий алюминотермическим методом — прокаливанием МеO с алюминием.

Химические свойства. Электроотрицательность элементов в этой группе различна; она довольно высока для Ве (æ =1,47), что обусловливает амфотерный характер его соединений. Все соединения бериллия токсичны! Особенно опасна пыль бериллия и его соединений.

Все элементы в свободном виде менее реакционноспособны по сравнению со щелочными металлами; химическая активность увеличивается по подгруппе сверху вниз с ростом порядкового номера. Так, на воздухе они окисляются с образованием оксидов МеO, а стронций и барий при нагревании на воздухе до ~500ºС образуют пероксиды МеO₂, которые при дальнейшем нагревании разлагаются на оксид и кислород.

Бериллий и магний устойчивы по отношению к воде, тогда как щелочноземельные металлы реагируют с ней, образуя соответствующие гидроксиды:

Ме + 2Н₂О = Ме(ОН)₂+ Н₂↑ (Ме = Са - Rа)

Все металлы обладают большим сродством к неметаллам: с кислородом они образуют оксиды МеО (Ме = Ве - Ra), с водородом - гидриды МеН₂, с азотом - нитриды Ме₃N₂, с галогенами — галогениды, например хлориды МеСl₂, с углеродом - карбиды (ацетилениды) МеС₂, с серой — сульфиды MеS и т. д.

Оксиды МеО и гидроксиды Ме(ОН)₂ элементов IIA подгруппы. Только гидроксид бериллия обладает амфотерным характером, остальные – основным, растворимость в воде гидроксидов Sr(OH)₂ и Ва(ОН)₂ достаточно велика, и их относят к щелочам:

Элемент	оксид	гидроксид	характер	ионы
Be	BeO	Be(ОН)2 ⇄ H2BeО2	амфотерный нерастворимый	Be2+ BeО22- [Be(ОН)4] 2-
Mg	MgO	Mg(ОН)2	основной малорастворимый	Mg2+
Ca	CaO	Ca(ОН)2	основной малорастворимый	Ca2+
Sr	SrO	Sr(ОН)2	основной растворимый	Sr2+
Ba	BaO	Ва(ОН)2	основной растворимый	Ba2+

Оксид и гидроксид бериллия — типично амфотерные соединения:

а) ВеО + 2НС1 = ВеСl₂ + Н₂O

ВеО + 2NaOH = Na₂BeO₂ + Н₂O (250 ºС)

б) Ве(ОН)₂ + Н₂SO₄ = BeSO₄ + 2Н₂O

Ве(ОН)₂ + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄]

Для осаждения Ве(ОН)₂ применяют не щелочь, а слабое основание – гидроксид аммония (гидрат аммиака):

Ве²⁺ + 2NH₄OН = Ве(ОН)₂↓ + 2NH₄⁺

Благодаря амфотерности бериллий в отличие от остальных элементов подгруппы переводится в раствор не только кислотами, но и щелочами:

Ве + 2Н⁺ = Ве²⁺ + Н₂ ↑

Ве + 2ОН^- + 2Н₂O = [Ве(ОН)₄]^2- + Н₂ ↑

Наряду с гидроксокомплексами бериллий способен образовывать аквакомплексы [Ве(Н₂О)₄]²⁺ и ацидокомплексы [ВеF₄]^2- , [ВеCl₄]^2-.

Гидролиз солей бериллия протекает в такой высокой степени, что нередко образуется осадок малорастворимых основных солей, например:

Ве(NО₃)₂ + Н₂O = ВеОН(NО₃)↓ + HNO₃

Для предотвращения гидролиза Ве²⁺ в раствор добавляют соответствующую сильную кислоту (в данном примере — азотную).

Растворимые в воде соли щелочноземельных металлов и магния гидролизу по катиону не подвергаются.

Гидриды МеН₂, нитриды Ме₃N₂, карбиды (ацетилениды) МеС₂ разлагаются водой с образованием соответствующих гидроксидов и водородных соединений неметаллов:

Ме₃N₂ + 6Н₂О = 3Ме(OH)₂ + 2NН₃↑

МеС₂ + 2Н₂О = Ме(OH)₂ + C₂Н ₂↑

МеН₂ + 2Н₂О = Ме(OH)₂ + Н₂↑

Соли (карбонаты МеСО₃, сульфиты МеSO₃, сульфаты MеSO₄ и др.) легче и при более низких температурах, чем соли щелочных металлов, разлагаются на соответствующие оксиды. Например, температуры разложения карбонатов:

Карбонат Nа₂СО₃, К₂СО₃, MgCO₃, СаСО₃

T_разл. , ºС 1000 1200 500  900

Растворимость в воде солей элементов IIА подгруппы различна:

хорошо растворимые соли - хлориды, бромиды, иодиды, сульфиды (Са - Ra), нитраты, нитриты (Mg - Ra),

малорастворимые и практически нерастворимые соли - фториды (Mg - Ra), сульфаты (Са - Ra), ортофосфаты, карбонаты, силикаты.

Катионы этих металлов окрашивают пламя газовой горелки в различные цвета:

Cа²⁺ Sг²⁺ Ba²⁺

Кирпично-красный карминово-красный желтовато-зеленый