Общая характеристика элементов iiа группы на основании строения их атомов и положения в таблице д.И. Менделеева

Атомы элементов IIА группы имеют полностью заполненный s-подуровень внешнего электронного слоя и содержат на нем 2 электрона (у Ве отсутствует на внешнем слое d-подуровень):

Как и в случае щелочных металлов, элементы IIА группы являются весьма реакционноспособными, с ярко выраженными металлическими свойствами, т.к. их валентные электроны тоже слабо удерживаются ядрами атомов.

Электроотрицательность и энергия ионизации у этих элементов сверху вниз закономерно уменьшается.

В химических реакциях элементы IIА группы всегда выступают в роли восстановителя, отдают атомам других элементов свои валентные электроны с внешнего слоя и в соединениях проявляют степень окисления +2.

По сравнению со щелочными металлами металлические свойства у атомов элементов IIА группы выражены несколько слабее. Причем сверху вниз они возрастают и наиболее сильно проявляются у стронция и бария.

Бериллий, в отличие от всех остальных элементов группы, обладает амфотерными свойствами и поэтому в соединениях его химические связи имеют в значительной степени ковалентный характер.

Щелочноземельные металлы (Ca, Sr, Ba, Ra) образуют химические связи ионного типа.

Всем элементам IIА группы соответствуют простые вещества – металлы серебристо-белого цвета. В отличие от щелочных металлов они тверже и тяжелее: не режутся ножом, не плавают на поверхности воды, хотя тоже относятся к мягким и легким металлам. Металлическая связь в металлах IIА группы прочнее, поэтому все они имеют бόльшую температуру плавления, чем щелочные металлы (1284^оС у бериллия и 710^оС у бария).

При сжигании металлов IIА группы в атмосфере кислорода образуются преимущественно оксиды. Причем щелочноземельные металлы достаточно интенсивно взаимодействуют с О₂ уже при обычных условиях:

2Са + О₂ = 2СаО 2Ва + О₂ = 2ВаО

поэтому, как и щелочные металлы, их хранят под слоем керосина.

Бериллий и магний на воздухе постепенно покрываются прочной оксидной пленкой, предохраняющей их от дальнейшего окисления.

2 + = 2

Основные свойства оксидов металлов в группе сверху вниз увеличиваются. Бериллий-оксид ВеО является амфотерным, а все остальные – основными.

Оксиды щелочноземельных металлов реагируют с H₂O, образуя щелочь:

СаО + H₂O = Са(OH)₂ ВаО + H₂O = Ва(OH)₂

Оксиды бериллия и магния с H₂O не реагируют, но ВеО взаимодействует с раствором щелочи:

BeO + 2NaOH + H₂O = Na₂[Be(OH)₄]

Гидроксиды бериллия и магния являются слабыми основаниями, а гидроксиды щелочноземельных металлов относятся к сильным электролитам.

Бериллий-гидроксид Ве(ОН)₂ является амфотерным основанием. Его получают косвенным путем, действием щелочей на растворимые соли бериллия:

BeCl₂ + 2NaOH = Be(OH)₂↓ + 2NaCl

Биологическая роль элементов iiа группы

В организме человека бериллий является примесным элементом, его биологическая роль не выявлена, он обладает ярко выраженными токсичными свойствами и может вызывать ряд заболеваний. Наиболее важными (эссенциальными) для организма человека элементами IIА группы являются магний и кальций.

Магний является преимущественно внутриклеточным элементом. Он входит в состав дентина, эмали зубов, обнаруживается в почках, мозге, печени, сердце, поджелудочной железе, вместе с кальцием участвует в построении костей скелета.

В биологических жидкостях магний присутствует как в свободном виде, так и в виде комплексных соединений с водой, белками, нуклеотидами, фосфолипидами. В клетках растений ионы Mg²⁺ выступают в качестве комплексообразователя, образуя зеленый пигмент хлорофилл, участвующий в фотосинтезе. В организме человека комплексные соединения магния входят в состав многих ферментативных систем. Недостаток ионов магния в организме приводит к развитию инфаркта миокарда.

Из всех элементов-металлов в организме человека больше всего содержится кальция. Причем до 99% его общей массы сосредоточено в костной ткани и только около 1% находится в биологических жидкостях. Кальций является внеклеточным элементом. Одна из важнейших функций ионов Ca²⁺ в организме – передача первого сигнала внутрь клетки и запуск многих каскадных механизмов. Он участвует в регулировании ритма сердца, сокращении мышц, обеспечивает нормальную свертываемость крови. Ионы Ca²⁺ обладают противовоспалительными и противоаллергическими свойствами, стимулируют защитные силы организма, снижают возбудимость ЦНС (центральной нервной системы).

Кальций – главный компонент костной ткани и зубов. От количественного содержания кальция в скелете зависят его твердость, рост и минерализация костей. Костную ткань можно считать кальциевым буфером организма, т.к. она поддерживает концентрацию ионов Ca²⁺ в биологических жидкостях на определенном уровне.

Повышенное содержание ионов Ca²⁺ в межклеточных жидкостях приводит к отложению кальциевых солей в различных органах, мышечной слабости, усилению сердечных сокращений.

При недостатке ионов Ca²⁺ в крови происходит их вымывание из скелета, размягчение и искривление его костей, нередко наблюдается судорожное сокращение мышц.

Ионы Ca²⁺ в костной ткани могут замещаться ионами Sr²⁺ (см. главу «Гетерогенные равновесия»).

Многие соединения элементов IIА группы используются в качестве лекарственных средств.

Магнезия, или горькая соль MgSO₄  7H₂O, выступает как слабительное, желчегонное, спазмолитическое средство. Применяется при гипертонической болезни и судорогах различного происхождения. Наружно гипертонический раствор используют для очищения ран и их быстрого заживления.

Жженая магнезия MgO является хорошим адсорбентом газов, назначается при язвенной болезни желудка и двенадцатиперстной кишки, гиперацидном гастрите, отравлении кислотами.

Белая магнезия Mg(OH)₂  4MgCO₃  H₂O применяется как слабительное, очищающее средство.

Тальк 3MgO  4SiO₂  H₂O используется в качестве присыпок (обладает адсорбционным и высушивающим действием).

Гексагидрат хлорида кальция CaCl₂  6H₂O вводится внутривенно для повышения свертываемости крови, оказывает противовоспалительное, противоаллергическое и успокаивающее действие, уменьшает проницаемость сосудов.

Алебастр 2CaSO₄  H₂O применяется в травматологии для изготовления гипсовых повязок при переломах костей.

Бериллий и барий в организме человека являются примесными элементами с ярко выраженными токсичными свойствами. Ионы Ве²⁺ угнетают активность многих важных ферментов, повреждают липидные компоненты клеточных мембран, оказывают цитотоксическое воздействие и обладают канцерогенным действием. Бериллий депонируется в костной ткани в виде фосфата бериллия (увеличивая ломкость и хрупкость костей), в легких, лимфатических узлах, печени.

Отравление бериллием в основном носит производственный характер. Чаще всего оно вызывается ингаляцией пыли, содержащей соединения бериллия, и приводит к развитию бериллиоза.

В бытовых условиях опасным источником отравления могут быть перегоревшие люминесцентные лампы. Особая опасность бериллия заключается в том, что его токсичность носит латентный характер: клинические признаки хронического отравления бериллием могут проявиться лишь через 10 и более лет после начала контакта с его соединениями.

Эффективных способов выведения соединений бериллия из организма нет.

Барий является антагонистом калия, так как имеет сходный с ним ионный радиус, нарушает способность мышц к сокращению. Острый баритоз обусловлен интоксикацией водорастворимыми соединениями бария. Для взрослого человека токсичной дозой бария является 0,2 г, летальной – 3,7 г.