Элементы группы IIA

Характерные химические свойства Be, Mg и щелочноземельных металлов

Общая характеристика элементов II а группы

Физические свойства простых веществ

Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип., потенциалами ионизации, плотностями и твердостью.

Химические свойства щелочноземельных металлов + Be

1. Реакция с водой.

В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде. В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием щелочей:

2. Реакция с кислородом.

Все металлы образуют оксиды RO, барий-пероксид – BaO2:

3. С другими неметаллами образуют бинарные соединения:

Ba + S → BaS (сульфиды)

Ca + 2C → CaC2 (карбиды)

Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами.

4. Все щелочноземельные металлы растворяются в кислотах:

5. Бериллий растворяется в водных растворах щелочей:

6. Летучие соединения щёлочноземельных металлов придают пламени характерный цвет:

соединения кальция — кирпично-красный, стронция — карминово-красный, а бария — желтовато-зелёный.

Бериллий, также как и литий, относится к числу s-элементов. Четвертый электрон, появляющийся в атоме Be, помещается на 2s-орбитали. Энергия ионизации бериллия выше, чем у лития, из-за большего заряда ядра. В сильных основаниях он образует ион-бериллат ВеО 2- 2. Следовательно, бериллий ‑ металл, но его соединения обладают амфотерностью. Бериллий, хотя и металл, но значительно менее электроположительный, по сравнению с литием.

Высокой энергией ионизации атома бериллий заметно отличается от остальных элементов ПА-подгруппы (магния и щелочноземельных металлов). Его химия во многом сходна с химией алюминия (диагональное сходство). Таким образом, это элемент с наличием у его соединений амфотерных качеств, среди которых преобладают все же основные.

Электронная конфигурация Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 по сравнению с натрием имеет одну существенную особенность: двенадцатый электрон помещается на 2s-орбитали, где уже имеется 1е — .

Ионы магния и кальция ‑ незаменимые элементы жизнедеятельности любой клетки. Их соотношение в организме должно быть строго определённым. Ионы магния участвуют в деятельности ферментов (например, карбоксилазы), кальция – в построении скелета и обмена веществ. Повышение содержания кальция улучшает усвоение пищи. Кальций возбуждает и регулирует работу сердца. Его избыток резко усиливает деятельность сердца. Магний играет отчасти роль антагониста кальция. Введение ионов Mg 2+ под кожу вызывает наркоз без периода возбуждения, паралич мышц, нервов и сердца. Попадая в рану в форме металла, он вызывает долго незаживающие гнойные процессы. Оксид магния в лёгких вызывает так называемую литейную лихорадку. Частый контакт поверхности кожи с его соединениями приводит к дерматитам. Самые широко используемые в медицине соли кальция: сульфат СаSO4 и хлорид CaCL2. Первый используется для гипсовых повязок, а второй применяется для внутривенных вливаний и как внутреннее средство. Он помогает бороться с отёками, воспалениями, аллергией, снимает спазмы сердечно-сосудистой системы, улучшает свертываемость крови.

Все соединения бария, кроме BaSO4, ядовиты. Вызывают менегоэнцефалит с поражением мозжечка, поражение гладких сердечных мышц, паралич, а в больших дозах – дегенеративные изменения печени. В малых же дозах соединения бария стимулируют деятельность костного мозга.

При введении в желудок соединений стронция наступает его расстройство, паралич, рвота; поражения по признакам сходны с поражениями от солей бария, но соли стронция менее токсичны. Особую тревогу вызывает появление в организме радиоактивного изотопа стронция 90 Sr. Он исключительно медленно выводится из организма, а его большой период полураспада и, следовательно, длительность действия могут служить причиной лучевой болезни.

Радий опасен для организма своим излучением и огромным периодом полураспада (Т1/2 = 1617 лет). Первоначально после открытия и получения солей радия в более или менее чистом виде его стали использовать довольно широко для рентгеноскопии, лечения опухолей и некоторых тяжёлых заболеваний. Теперь с появлением других более доступных и дешевых материалов применение радия в медицине практически прекратилось. В некоторых случаях его используют для получения радона и как добавку в минеральные удобрения.

Читайте также:
Аминокислоты, пептиды и белки

В атоме кальция завершается заполнение 4s-орбитали. Вместе с калием он образует пару s-элементов четвертого периода. Гидроксид кальция ‑ довольно сильное основание. У кальция — наименее активного из всех щелочноземельных металлов — характер связи в соединениях ионный.

По своим характеристикам стронций занимает промежуточное положение между кальцием и барием.

Свойства бария наиболее близки к свойствам щелочных металлов.

Бериллий и магний широко используют в сплавах. Бериллиевые бронзы – упругие сплавы меди с 0,5-3% бериллия; в авиационных сплавах (плотность 1,8) содержится 85-90% магния («электрон»). Бериллий отличается от остальных металлов IIА группы – не реагирует с водородом и водой, зато растворяется в щелочах, поскольку образует амфотерный гидроксид:

Магний активно реагирует с азотом:

В таблице приведена растворимость гидроксидов элементов II группы.

Общая характеристика металлов IА–IIIА групп

Кодификатор ЕГЭ. Раздел 1.2.2. Общая характеристика металлов IА–IIIА групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностями строения их атомов.

Атомы элементов IА–IIIА групп имеют сходство в строении электронных оболочек и закономерностях изменения свойств, что приводит к некоторому сходству их химических свойств и свойств их соединений.

Металлы IA (первой группы главной подгруппы) также называются «щелочные металлы«. К ним относятся литий, натрий, калий, рубидий, цезий. Франций – радиоактивный элемент, в природе практически не встречается. У всех металлов IA группы на внешнем энергетическом уровне, на s-подуровне в основном состоянии есть один неспаренный электрон:

… ns 1 — электронное строение внешнего энергетического уровня щелочных металлов

Металлы IA группы — s-элементы. В химических реакциях они отдают один валентный электрон, поэтому для них характерна постоянная степень окисления +1.

Рассмотрим характеристики элементов IA группы:

Все щелочные металлы — сильные восстановители. Это самые активные металлы, которые могут непосредственно взаимодействовать с неметаллами. С ростом порядкового номера и уменьшением энергии ионизации металлические свойства элементов усиливаются. Щелочные металлы образуют с кислородом оксиды Э2О. Оксиды щелочных металлов реагируют с водой с образованием основания (щелочи):

Водородные соединения щелочных металлов — это гидриды с общей формулой ЭН. Степень окисления водорода в гидридах равна -1.

Металлы IIA (второй группы главной подгруппы) — щелочноземельные. Раньше к щелочноземельным металлам относили только кальций, стронций, барий и радий, но по решению ИЮПАК бериллий и магний также называются щелочноземельными.

У щелочноземельных металлов на внешнем энергетическом уровне расположены два электрона. В основном состоянии это два спаренных электрона на s-подуровне:

… ns 2 — электронное строение внешнего энергетического уровня элементов IIA группы

Щелочноземельные металлы — s-элементы. Отдавая два валентных электрона, они проявляют постоянную степень окисления +2. Все элементы подгруппы бериллия — сильные восстановители, но восстановительные свойства выражены слабее, чем у щелочных металлов.

Характеристики элементов IIA группы:

Металлы подгруппы бериллия довольно активны. На воздухе они легко окисляются, образуя основные оксиды с общей формулой ЭО. Этим оксидам соответствуют гидроксиды Э(ОН)2.

Первый элемент IIA группы, бериллий, по большинству свойств гораздо ближе к алюминию (диагональное сходство). Это проявляется в свойствах бериллия. Например, он не взаимодействует с водой. Магний взаимодействует с водой только при нагревании. Кальций, стронций и барий — это типичные металлы. Они реагируют с водой при обычных условиях.

Читайте также:
Жиры

Элементам IIA группы соответствуют гидриды с общей формулой ЭН2.

Элементы IIIA (третьей группы главной подгруппы) — это бор, алюминий, галлий, индий, таллий и нихоний. В основном состоянии содержат на внешнем энергетическом уровне три электрона, которые распределены по s- и р-подуровням:

… ns 2 nр 1 — электронное строение внешнего энергетического уровня элементов IIIA группы

Все элементы подгруппы бора относятся к р-элементам. В химических соединениях проявляются степень окисления +3. Хотя для таллия более устойчивая степень окисления +1.

Характеристики элементов IIA группы:

Металлические свойства у элементов подгруппы бора выражены слабее, чем у элементов IIA подгруппы. Элмент бор относится к неметаллам. Энергия ионизации атома у бора наибольшая среди элментов IIIA подгруппы. Алюминий относится к типичным металлам, но оксид и гидроксид алюминия проявляют амфотерные свойства. У таллия более сильно выражены металлические свойства, в степени окисления +1 он близок по свойствам к щелочным металлам. Наибольшее практическое значение среди элементов IIIA подгруппы имеет алюминий.

В общем металлы IА–IIIА подгрупп характеризуются:

  • небольшим количеством электронов на внешнем энергетическом уровне:
  • сравнительно сильными восстановительными свойствами;
  • низкими значениями электроотрицательности;
  • сравнительно большими атомными радиусами (относительно радиусов других атомов в периодах, в которых расположены соответствующие металлы);
  • металлической кристаллической решеткой;
  • высокой электро- и теплопроводностью;
  • твердым фазовым состоянием при нормальных условиях.

Общая характеристика металлов IА–IIIА групп

Содержание:

Общая характеристика металлов IА–IIIА групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева и особенностями строения их атомов

Металлы характеризуют по их положению в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева (ПСХЭ или ПС), строению атома. Простые вещества-металлы, их сплавы подразделяют на легкие и тяжелые, тугоплавкие и легкоплавкие, выделяют благородные, описывают отношение к электрическому току.

Общая характеристика металлов

Периодическая система — совокупность горизонтальных рядов и вертикальных столбцов. Последние включают в себя подгруппы А (главные) и В (побочные). Элементы подгрупп расположены друг под другом, они похожи по строению и свойствам. Типичные металлы относятся к первым трем А-группам.

Мысленно проведем диагональ в ПС: сверху от лития и бериллия вниз — к астату (Рисунок 1). Слева внизу окажутся элементы-металлы, справа вверху расположены неметаллы. Чем левее и ниже, тем сильнее металлические свойства. По направлению вверх и вправо усиливается неметаллический характер элементов. Вблизи воображаемой линии расположены металлоиды, сочетающие свойства двух классов элементов. Их соединения также обладают двойственным характером.

В атомах химических элементов первых трех А-групп расположены 1–3 электрона на внешнем (валентном) энергетическом уровне. До его заполнения не хватает 7–5 электронов. Таким частицам легче отдать валентные электроны, чем присоединить недостающие. При этом образуются ионы с зарядами от +1 до +3 (одно-трехзарядные катионы). Типичные валентности металлов — от I(+) до III(+), степени окисления — от + до 3 + . Металлы В-групп могут отдавать электроны предвнешнего уровня. Валентности, степени окисления и заряды ионов в этом случае возрастают.

Радиусы металлов сравнительно большие, что тоже объясняет слабую связь внешних электронов с ядром. Закономерное возрастание радиусов наблюдается в группах сверху вниз. Также в этом направлении усиливаются металлические (восстановительные) свойства. Слева направо в периодах металлические свойства ослабевают, а неметаллические — усиливаются.

Низкие значения относительной электроотрицательности, малое сродство к электрону — еще одна общая черта металлов. В целом, это сильные восстановители, для которых нехарактерны окислительные свойства. В химических реакциях атомы металлических элементов легко отдают внешние электроны окислителям, при этом приобретают электронное строение инертного газа из предыдущего периода.

Читайте также:
Гидролиз солей

Сходством электронного строения обусловлены физические свойства металлов. (Рис. 2).

Наличием свободных электронов в виде «электронного газа» обусловлена высокая электропроводность металлов. Они обычно имеют светло- или темно-серый цвет, обладают характерным блеском. Это ковкие, пластичные вещества, что используются при изготовлении проволоки, проката. Теплопроводность и электропроводность металлов имеют большое практическое значение.

Кристаллическая решетка металлов отличается от других типов наличием «электронного газа». Щелочные металлы — самые мягкие, они легко сгибаются, режутся ножом.. Хром царапает стекло, что характерно для твердых веществ, например, алмаза, корунда. Самый легкий металл — литий, тяжелый – осмий. Ртуть плавится при 30°С, вольфрам — почти при 3400°С.

Восстановительные свойства металлов представлены в их последовательности, получившей название «Электрохимический ряд напряжений ( ряд активности металлов )». (Рис. 3).

Слева направо в ЭХРН восстановительная активность металлы, а именно способность отдавать электрон, снижается.

Металлы реагируют с кислородом с получением оксидом. С водородом образуют гидриды (только металлы IА и IIА групп), с серой — сульфиды. Металлы вступают в химические реакции с галогенами и азотом.

Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют с водой с образованием растворимых оснований. В реакции выделяется водород, который нередко вспыхивает из-за выделения тепла в результате взаимодействия веществ.

Металлы, расположенные в ЭХРН до водорода, вытесняют Н2 из растворов кислот. Металлы после водорода — менее активные. Медь, ртуть, золото, серебро и платина не взаимодействуют с кислотами с вытеснением Н2.

Более активные металлы могут вытеснять металлы, расположены в ЭХРН правее, из растворов солей. Это и другие свойства широко используются для получения металлов, их важнейших соединений.

Характеристика металлов IA группы

Элементы Li, Na, K, Rb, Cs, Fr обладают сильными металлическими свойствами. Свое тривиальное название «щелочные металлы» они получили за едкие свойства растворимых оснований (щелочей). Лучше изучены первые три представителя группы. Франций является радиоактивным элементом, его химические свойства еще только исследуются в экспериментах.

Общая характеристика по положению в ПС и строению атома:

  • Заряды ядер соответствуют порядковым номерам элементов, только со знаком «+». Например, заряд ядра натрия равен + 11, калия + 19.
  • Электронная конфигурация в невозбужденном состоянии повторяет строение предыдущего инертного газа плюс 1 электрон на уровне, имеющем такой же номер, как период. Например, строение атома лития отражает формула (He)2s 1 , где (He) — это электронное строение атома гелия 1s 2 , а 2s 1 — номер последнего энергетического уровня, подуровень, количество электронов на нем.
  • Радиус элементов IA группы возрастает от 0,152 у лития до 0,248 нм у рубидия. Электроотрицательность снижается от лития (0,98) до франция (0,7).
  • Внешний энергетический уровень содержит 1 электрон, слабо связанный с ядром. Отдавая его, атомы превращаются в однозарядные катионы.

Щелочные металлы образуют соединения с ионной кристаллической решеткой с галогенами, кислородом и азотом.

Простые вещества химически очень активны: взаимодействуют с водой со взрывом, загораются на воздухе. Щелочные металлы хранят в лабораториях в запаянных ампулах, или в банках под слоем жидкости, не содержащей воду.

Ионы существенно отличаются по свойствам от атомов. Натрий, калий в виде однозарядных катионов являются макроэлементами, необходимыми для живых организмов.

Характеристика металлов IIA группы

Элементы IIA группы — Ве, Mg, Са, Sr, Ва, Ra. Радий — радиоактивный элемент. Электронное строение атомов IА и IIА групп имеет много общего. Повторяется конфигурация энергетических уровней инертного газа из предыдущего периода, дополненная двумя s-электронами на последнем уровне. Например, электронная конфигурация Са (Ar)4s 2 .

Читайте также:
ЕГЭ по химии 2017. Задание №34

Радиус атомов возрастает сверху вниз от 0,112 у бериллия до 215 нм у стронция. Электроотрицательность выше, чем у щелочных металлов. ЭО бериллия — 1,57, магния — 1,31, кальция — 1, стронция — 0,95. Щелочноземельные металлы проявляют валентность II(+), степень окисления +2. Образуют двухзарядные катионы, например, Са 2+ .

Все щелочноземельные металлы при комнатной температуре — твердые вещества. Цвет серый или темно-серый, блеск металлический. Стронций режется ножом, кальций с трудом, магний твердый.

Общие признаки:

  • относятся к s-элементам;
  • на внешнем электронном слое по 1 и по 2 электрона;
  • в свободном состоянии в периоде не встречаются;
  • все металлы серебристо-белого цвета;
  • имеют низкие температуры кипения и плавления

Внутри групп существуют различия в химических свойствах. Например, бериллий и магний больше напоминают алюминий, отличаются от кальция и бария. Щелочноземельные металлы в химических реакциях с окислителями легко отдают валентные электроны и превращаются в двухзарядные катионы. Химическая активность повышается от бериллия к радию.

Характеристика металлов IIIA группы

Представители —В, Al, Ga, In, Tl. Бор в этой подгруппе — единственный неметалл. Заряд ядер атомов возрастает от 5 у бора до 81 у таллия. Атомный радиус в том же порядке увеличивается с 0,091 до 0,171 нм. Электроотрицательность снижается с 2,04 до 1,44.

Для электронной конфигурации металлов IIIA группы характерно наличие двух спаренных s-электронов и одного р-электрона. В «реальном» атоме все электроны внешнего энергетического уровня выравниваются по форме и энергии в результате sp2-гибридизации. Характерные валентность, степень окисления и заряд ионов в этой группе — III(+), +3, 3 + соответственно. Изменения свойств представлены в схеме 1.

Простые вещества имеют металлический блеск, серебристо-белый цвет. Они относительно легкоплавкие и мягкие. Лист или проволока из алюминия легко сгибаются, а индий — один из самых мягких металлов. Талий не только мягкий, но и твердеет при низкой температуре около –60°С.

Эка-таллий или нихоний — относительно недавно открытый, еще недостаточно изученный элемент IIIA группы.

Свойства галлия и индия близки к химии алюминия. Причина — одинаковое строение внешнего энергетического уровня. Алюминий имеет высокие тепло- и электропроводность.

Общие свойства металлов IА–IIIА групп ПС обусловлены сходством в электронном строении внешних электронных оболочек. Радиусы атомов и свойства закономерно изменяются. Более сильные металлические элементы — последние представители в группах. Самые сильные металлы относятся к IА группе. К IIIА группе металлические свойства ослабевают.

Элементы группы IIA

Ключевые слова конспекта: щелочноземельные металлы, элементы IIA-группы, земли, получение щелочноземельных металлов.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ IIA ГРУППЫ

К щёлочноземельным металлам относят кальций Са, стронций Sr, барий Ва, радий Ra – металлы IIА-группы. Название «щёлочноземельные» обусловлено тем, что гидроксиды этих металлов относятся к щелочам – растворимым в воде основаниям, а оксиды этих металлов с древних времён называли землями. Бериллий и магний к щёлочноземельным металлам не относятся.

Важнейшие параметры элементов IIA группы приведены в таблице:

Электронная конфигурация валентного слоя атомов щёлочноземельных металлов в стационарном состоянии ns 2 . Щёлочноземельные металлы являются s-элементами. Во всех своих соединениях они имеют степень окисления +2.

Высшие оксиды щёлочноземельных металлов имеют состав МеО и проявляют основный характер. Высшие гидроксиды этих элементов Ме(ОН)2 являются типичными основаниями, их относят к щелочам, хотя их растворимость намного ниже, чем гидроксидов щелочных металлов. Водородные соединения щёлочноземельных металлов представляют собой твёрдые гидриды состава МеH2.

Читайте также:
Тренировочные задания. Окислительно-восстановительные реакции
ЩЁЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ – ПРОСТЫЕ ВЕЩЕСТВА

При обычных условиях щёлочноземельные металлы – твёрдые вещества, имеют металлический блеск на свежем срезе (быстро покрываются желтоватой плёнкой на воздухе), лёгкие (кроме радия), при этом более твёрдые, чем щелочные металлы. Кальций не режется ножом, он довольно твёрдый, стронций и барий мягче. Барий похож по твёрдости на свинец, но в отличие от него при разрезании крошится на отдельные кристаллы.

При внесении щёлочноземельных металлов или их соединений в бесцветное пламя появляется его характерная окраска:

  • Са – кирпично-красная,
  • Sr – карминово-красная,
  • Ва – желтовато-зелёная.

Щёлочноземельные металлы являются активными восстановителями. Реакции с галогенами протекают легко даже при обычных условиях:

При сгорании щёлочноземельных металлов на воздухе или в кислороде образуются оксиды:

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций загорается, пламя при этом имеет красноватый цвет.

Щёлочноземельные металлы взаимодействуют с серой при нагревании. Образуются сульфиды:

При нагревании щёлочноземельные металлы реагируют с азотом с образованием нитридов (Са – при температуре красного каления):

При нагревании щёлочноземельные металлы взаимодействуют с водородом с образованием твёрдых гидридов:

Щёлочноземельные металлы легко взаимодействуют с водой с образованием щёлочи и водорода:

Кальций с холодной водой реагирует сравнительно медленно, но с горячей водой реакция идёт бурно.

Щёлочноземельные металлы активно реагируют с разбавленными кислотами с образованием соли и водорода, но при этом, как и в случае щелочных металлов, параллельно происходит взаимодействие щёлочноземельного металла с водой. По-другому происходит взаимодействие сконцентрированными растворами кислот или с самими кислотами, являющимися сильными окислителями (HNO3, H2SO4). Происходит восстановление азота в высшей степени окисления (в HNO3) или серы в высшей степени окисления (в H2SO4). Образуется соль, продукт восстановления соответственно азота или серы и воды:

Щёлочноземельные металлы активно взаимодействуют с растворами солей, но происходит, как и в случае щелочных металлов, не замещение металла, входящего в состав соли, а реакция щёлочноземельных металлов с водой раствора.

Кальций и стронций получают электролизом расплавов хлоридов:

Конспект урока по химии «Щелочноземельные металлы. Элементы IIA-группы». Выберите дальнейшее действие:

  • Вернуться к Списку конспектов по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ОГЭ по химии
  • Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по химии

Атомы элементов 2(IIa) группы

Элемент Be Mg Ca Sr Ba Ra
Порядковый номер 4 12 20 38 56 88
Атомная масса (относительная) 9,01 24,30 40,08 87,62 137,33 226
Плотность (н.у.), г/см 3 1,85 1,74 1,55 2,54 3,5 5,5
tпл, К 1551 923 1112 1042 1022 1233
tкип, К 3243 1363 1757 1657 1910 2010
Энергия ионизации, кДж/моль 899,0 737,7 589,7 549,5 502,8 509,3 (1-й электрон)
979,0 (2-й)
Электронная формула [He]2s 2 [Ne]3s 2 [Ar]4s 2 [Kr]5s 2 [Xe]6s 2 [Rn]7s 2
Электроотрицательность (по Поллингу) 1,57 1,31 1,00 0,95 0,89 0,9

Электронные формулы инертных газов:

  • He – 1s 2 ;
  • Ne – 1s 2 2s 2 2p 6 ;
  • Ar – 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 ;
  • Kr – [Ar]3d 10 4s 2 4p 6 ;
  • Xe – [Kr]4d 10 5s 2 5p 6 ;
  • Rn – [Xe]4f 14 5d 10 6s 2 6p 6 .


Рис. Строение атома магния.

Во 2 группу (IIa группу по старой классификации) периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева входят 6 металлов: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий (см. таблицу выше). Последние четыре – Ca, Sr, Ba, Ra называют щелочноземельными металлами, поскольку гидроксиды этих металлов обладают щелочными свойствами, а их оксиды по своей тугоплавкости похожи на оксиды тяжелых металлов, называемых ранее “землями”.

Читайте также:
Водород

Самым распространенным в земной коре элементом 2(IIa) группы является кальций (4,1% по массе), далее идут: магний (2,3%), барий (0,05%), стронций (0,037%), бериллий (0,00026%), радий (6·10 -11 ).

Наиболее важным элементом подгруппы берилия является кальций, который входит в состав костей всех животных и человека, определяя их прочность. Концентрация ионов кальция и магния в воде определяет ее жесткость.

Элементы 2(IIa) группы в свободном виде в природе не встречаются, но входят в состав многих соединений:

  • Be:
    • 3BeO·Al2O3·SiO2 – минерал берилл;
    • берилл с примесью Cr2O3 – изумруд;
    • берилл с примесью Fe – аквамарин;
    • (BeAl2)O4 – хризоберилл;
    • (BeAl2)O4 с примесью Cr – александрит.
  • Mg:
    • MgCO3·CaCO3 – доломит;
    • MgCO3 – магнезит;
    • MgO·Al2O3 – шпинель;
    • 2MgO·SiO3 – оливин;
    • магний содержится в морской воде, а также входит в состав хлорофилла – важнейшей части фотосинтезирующего аппарата растений.
  • Ca:
    • CaCO3 – кальцит;
    • CaSO4·2H2O – гипс;
    • CaF2 – флюорит;
    • Ca5(PO4)3F – фторапатит;
    • Ca3(PO4)2 – фосфат кальция.
  • Sr и Ba встречаются в виде карбонатов и сульфатов.

Физические свойства:

  • металлы II группы имеют серебристо-белый цвет;
  • низкую плотность (плотность увеличивается в подгруппе сверху-вниз);
  • низкую температуру плавления (температуры плавления уменьшаются в подгруппе сверху-вниз);
  • обладают высокой пластичностью;
  • высокой электро- и теплопроводностью.

Все атомы элементов 2(IIa) группы на внешнем энергетическом уровне имеют по два валентных s-электрона (см. Электронная конфигурация атомов), с которыми в химических соединениях достаточно легко “расстаются”, завершая, таким образом, свой внешний энергетический уровень, который становится устойчивым, по аналогии с завершенным энергетическим уровнем инертных газов.

Таким образом, отдавая “ненужные” валентные электроны (см. Валентность), элементы 2(IIa) группы в химических соединениях проявляют степень окисления +2, являясь сильными восстановителями, проявляя при этом высокую реакционную способность.

С ростом порядкового номера химического элемента увеличивается не только общее кол-во электронов (энергетических уровней), но также и радиус атома, что в свою очередь, обуславливает уменьшение энергии ионизации (соответственно усиление металлических свойств элемента) в направлении от бериллия к радию. В этом ряду активность металлов и их восстановительные свойства возрастают.

Наибольшее значение из всех шести элементов 2(IIa) группы имеют магний и кальций – металлы серебристо-белого цвета, мягкие и очень легкие, о них и пойдет речь дальше.

Химические свойства Mg, Ca

  • при нагревании выше 600°C магний сгорает на воздухе ослепительно ярким белым пламенем (при н. у. магний защищен оксидной пленкой), с образованием оксида и нитрида магния:
    O2 + 2Mg = 2MgO; N2 + 3Mg = Mg3N2;
  • кальций на влажном воздухе быстро реагирует с кислородом покрываясь рыхлой пленкой (смесь оксида и гидроксида кальция), при нагревании в кислороде воспламеняется:
    O2 + 2Ca = 2CaO;
  • при н. у. легко реагируют с галогенами, образуя галогениды:
    Ca + Cl2 = CaCl2; Mg + Cl2 = MgCl2;
  • при нагревании реагируют с неметаллами, образуя гидриды, нитриды, сульфиды, карбиды:
    • H2 + Mg = MgH2;
    • N2 + 3Ca = Ca3N2;
    • S + Mg = MgS;
    • 2C + Ca = CaC2.
  • при кипячении магний вытесняет из воды водород, образуя гидроксид магния (кальций реагирует с водой при н. у.):
    2H2O + Mg = Mg(OH)2 + H2; 2H2O + Ca = Ca(OH)2 + H2;
  • реагируют с соляной и разбавленной серной кислотой:
    Ca + 2HCl = CaCl2 + H; Mg + H2SO4(рзб) = MgSO4 + H2;
  • реагируют с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат аммония:
    4Mg + 10HNO3(рзб) = 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O;
  • с концентрированной азотной кислотой (магний реагирует при нагревании):
    4Mg + 10HNO3(кнц) = 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O;
  • с концентрированной серной кислотой:
    4Mg + 5H2SO4(кнц) = 4CaSO4 + H2S + 4H2O;
  • поскольку атомы элементов 2(IIa) группы являются сильными восстановителями, магний и кальций используются в реакциях восстановления металлов из их оксидов и галогенов, что находит широкое практическое применение в реакциях метллотермии, когда для получения редкоземельных металлов используют гораздо более распространенные щелочноземельные металлы:
    • магнийтермия (в вакууме):
      2RbCl + Ca = 2Rb + CaCl2;
    • кальцийтермия (в вакууме):
      2CsCl + Mg = 2Cs + MgCl2.
Читайте также:
Растворы

Получение магния и кальция

  • электролизом расплавов солей: MgCl2 → Mg + Cl2;
  • металлотермией (промышленный способ) при t>1200°C в электропечи в условиях вакуума, восстанавливая металлы из их соединений: 3CaO + 2Al = 3Ca + Al2O3;
  • углетермией (восстановлением оксидов углем) в электропечи при t>2000°C: MgO + C = Mg + CO.

Применение

  • Be:
    • в качестве легирующей добавки к сплавам, придавая им твердость и прочность;
    • как замедлитель и отражатель нейтронов в атомной промышленности.
  • Mg:
    • широко используется в конструкционных сверхлегких сплавах в автомобиле- и авиастроении;
    • для получения редкоземельных металлов методом металлотермии;
    • в органическом синтезе;
    • в фото- и пиротехнике.
  • Ca:
    • в металлургии для удаления различных примесей при выплавке сталей и других сплавов;
    • для получения редкоземельных металлов методом металлотермии;
    • для выделения из воздуха инертных газов.

Если вам понравился сайт, будем благодарны за его популяризацию :) Расскажите о нас друзьям на форуме, в блоге, сообществе. Это наша кнопочка:

Код кнопки:
Политика конфиденциальности Об авторе

1.2.2 Общая характеристика металлов IA – IIIA групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева

Видеоурок 1: Элементы подгруппы А I группы

Видеоурок 2: Элементы подгруппы А II группы

Лекция: Общая характеристика металлов IA – IIIA групп в связи с их положением в Периодической системе химических элементов Д.И.Менделеева

Общая характеристика металлов

Все химические элементы в Периодической таблице делятся на металлы, неметаллы и полуметаллы. Металлы занимают большую часть и расположены слева от ступенчатой линии, неметаллы справа, а между ними располагаются полуметаллы – B, Si, Ge, As, Sb, Te, At.

На данном уроке рассмотрим металлы, в частности элементы IА – IIIА групп.

Все металлы блестящие, кроме ртути твердые, но пластичные и ковкие. Хорошо проводят тепло и электричество. В химических реакциях легко расстаются с электронами, передают их другим атомам. Чем легче происходит такая передача, тем металл активнее реагирует с другими веществами. Это свойство называется называется металличностью. Металличность – это способность атомов отдавать электроны. Противоположно неметалличности – способности атомов принимать электроны. В периодах слева – направо металличность элементов уменьшается, а неметалличность увеличивается. В группах при перемещении сверху – вниз первое увеличивается, второе уменьшается.

Из вышесказанного следует, что все металлы по сравнению с неметаллами обладают низкой электроотрицательностью, т.е. способностью атомов оттягивать к себе электроны других атомов. В химических реакциях металлы окисляются, являются восстановителями.

Общая характеристика металлов IA группы

Рассмотрим характеристику металлов IA группы (главной подгруппы I группы): литий (Li), натрий (Na), калий (K), рубидий (Rb), цезий (Cs), франций (Fr).

Их называют щелочными, поскольку при контакте с водой они образуют щелочи (гидроксиды), например, NaOH – едкий натр.

Сверху вниз в группе, с увеличением металличности металлов, реакции с водой начинают протекать бурно.
Так, если литий реагирует довольно спокойно, то калий взаимодействует со взрывом.

Общая характеристика щелочных металлов IA группы:

* Низкая электроотрицательность.

* Электронная конфигурация ns 1 , т.е. на внешнем энергетическом уровне только один электрон.

* Легкая ионизация атомов, с последующим образованием катионов (положительно заряженные ионы М+).

* Степень окисления +1.

Читайте также:
Химия d-элементов (медь, серебро, цинк, хром, марганец, железо)

Рассмотрим строение атомов щелочных металлов IA группы:

1. Литий (Li):

Электронная конфигурация в основном состоянии (ЭК в ОС): 1s 2 2s 1

2. Натрий (Na):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1

3. Калий (K):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 1

4. Рубидий (Rb):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 1

5. Цезий (Cs):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 6s 1

6. Франций (Fr):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6 7s 1

Общая характеристика металлов IIA группы

Данная группа содержит: бериллий (Be), магний (Mg) и щелочноземельные металлы: кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba), радий (Ra).

Металлы активные, поэтому в природе в свободном состоянии не встречаются.

Самый распространенный среди них кальций, самый редкий – радиоактивный радий.

Многие соединения щелочноземельных металлов изоморфные, то есть сходны по форме и свойствам кристаллов.

Общая характеристика щелочноземельных металлов IIA группы:

* Низкая электроотрицательность.

* Электронная конфигурация ns 2 – конфигурация благородного газа гелия.

* Высокие значения ионизации атомов, убывающие по ряду Ве—Мg—Са—Sr— Ва.

* Степень окисления +2.

Рассмотрим строение атомов металлов IIA группы:

1. Бериллий (Be):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2

2. Магний (Mg):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2

3. Кальций (Ca):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2

4. Стронций (Sr):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 5s 2

5. Барий (Ba):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 6 6s 2

6 . Радий (Ra):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 6 7s 2

Общая характеристика металлов IIIA группы

К данной группе относятся: бор (B), алюминий (Al), галлий (Ga), индий (In), таллий (Tl). Из них бор – неметалл. Алюминий, галлий и индий – амфотерные элементы – могут быть как донорами, проявляя кислотные свойства, так и акцепторами, проявляя основные свойства. Ну а таллий – типичный металл.

Общая характеристика элементов IIIA группы:

* Низкая электроотрицательность.

* Электронная конфигурация ns 2 np 1 . Три неспаренных электрона атомов данной группы, находящиеся в sp 2 -гибридизации, активно участвуют в образовании трех ковалентных связей. У атомов остается одна свободная орбиталь. Поэтому элементы IIIA группы образуют четвертую ковалентную связь по донорно-акцепторному механизму, находясь в состоянии sp 3 -гибридизации.

* Высокие значения ионизации атомов, убывающие по ряду Ве—Мg—Са—Sr— Ва.

* Степень окисления +3, для таллия наиболее устойчива степень +1.

Рассмотрим электронные конфигурации металлов IIIA группы в основном состоянии:

1. Бор (B):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 1

2. Алюминий (Al):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1

3. Галлий (Ga):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1

4 . Индий (In):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 5s 2 5p 1

5. Таллий (Tl):

ЭК в ОС: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 4d 10 4f 14 5s 2 5p 6 5d 10 6s 2 6p 1

2.2.2. Химические свойства металлов IIA группы.

IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.

Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns 2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.

Читайте также:
Углеводы

Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:

Ме 0 – 2e — → Ме +2

Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2):

Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2.

с галогенами

Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C2 2- , фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

Читайте также:
Элементы группы VIA

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2):

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:

c кислотами-окислителями
− разбавленной азотной кислотой

С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N2O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH4NO3):

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.

Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:

При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород

с оксидами

Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:

Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: