Щелочноземельные металлы
Общие свойства
Щелочноземельные металлы — это элементы IIА подгруппы периодической системы: бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba), радий (Ra).
Электронное строение внешнего уровня: ns².
Электронные конфигурации:
- Be: [He] 2s2
- Mg: [Ne] 3s2
- Ca: [Ar] 4s2
- Sr: [Kr] 5s2
- Ba: [Xe] 6s2
- Ra: [Rn] 7s2
Щелочноземельные металлы — s-элементы, степень окисления +2.
В ряду Be → Ra: радиус и металлические свойства увеличиваются, электроотрицательность уменьшается.
| Металл | tпл, °C | Плотность, кг/м³ |
| Be | 1287 | 1850 |
| Mg | 650 | 1740 |
| Ca | 842 | 1540 |
| Sr | 768 | 2630 |
| Ba | 727 | 3760 |
Способы получения магния и кальция
| Магний Минералы: доломит (CaCO3·MgCO3), магнезит (MgCO3) |
Электролиз расплава MgCl2: MgCl2 → Mg + Cl2↑ Или восстановление доломита кремнием: 2(CaO·MgO) + Si → 2Mg + Ca2SiO4 |
| Кальций Минералы: кальцит (CaCO3), гипс (CaSO4·2H2O) |
Электролиз расплава CaCl2: CaCl2 → Ca + Cl2↑ |
| Барий Минералы: барит (BaSO4), витерит (BaCO3) |
Восстановление оксида алюминием: 4BaO + 2Al → 3Ba + Ba(AlO2)2 |
Летучие соединения щелочноземельных металлов окрашивают пламя:
Ca — оранжево-красный,
Sr — карминово-красный,
Ba — желтовато-зелёный.
Свойства простых веществ
| Взаимодействие с неметаллами: Горят в кислороде, азоте, галогенах, сере, фосфоре. |
2Mg + O2 → 2MgO 3Ca + N2 → Ca3N2 Be + Cl2 → BeCl2 Mg + S → MgS 3Ca + 2P → Ca3P2 |
| С водородом: Be не реагирует; Mg — при высоком давлении; Ca, Sr, Ba — при нагревании. |
Sr + H2 → SrH2 |
| С углеродом (при нагревании): | 2Be + C → Be2C Ca + 2C → CaC2 |
| С водой: Be — не реагирует; Mg — при кипячении; Ca, Sr, Ba — при комнатной температуре. |
Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑ Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ |
| С кислотами: | Mg + 2HCl → MgCl2 + H2↑ 4Ca + 10HNO3(конц) → 4Ca(NO3)2 + N2O + 5H2O |
| Восстановление менее активных металлов: | 2Mg + ZrO2 → Zr + 2MgO 2Ca + SiO2 → Si + 2CaO |
| Особенность магния: Горит в CO2. |
2Mg + CO2 → 2MgO + C |
Оксиды и гидроксиды магния и кальция
Получение
| Оксиды | Гидроксиды |
| 2Ca + O2 → 2CaO 2Mg + O2 → 2MgO MgCO3 → MgO + CO2↑ CaCO3 → CaO + CO2↑ |
Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2↑ CaO + H2O → Ca(OH)2 Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2↑ (при кипячении) MgSO4 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2SO4 |
Химические свойства
| Оксид магния — основный | MgO + H2O → Mg(OH)2 (при нагревании) MgO + CO2 → MgCO3 MgO + H2SO4 → MgSO4 + H2O |
| Гидроксид магния — основание средней силы | Mg(OH)2 → MgO + H2O (при t°) Mg(OH)2 + 2HCl → MgCl2 + 2H2O Mg(OH)2 + 2NH4Cl → MgCl2 + 2NH3↑ + 2H2O |
| Оксид кальция (негашёная известь) — основный | CaO + H2O → Ca(OH)2 + Q CaO + SO2 → CaSO3 CaO + 2HCl → CaCl2 + H2O |
| Гидроксид кальция (гашёная известь) — сильное основание | Ca(OH)2 → CaO + H2O (при 580°C) Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O Ca(OH)2 + 2HCl → CaCl2 + 2H2O |
Свойства солей кальция. Известняк
Жёсткость воды и способы её устранения
| Временная жёсткость Обусловлена Ca2+, Mg2+ и HCO3– |
Постоянная жёсткость Обусловлена Ca2+, Mg2+ и SO42–, Cl– |
| Устраняется кипячением: Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2↑ + H2O Или добавлением Ca(OH)2 |
Устраняется ионным обменом или добавлением соды: CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2NaCl |
Особенности свойств бериллия
Бериллий и его соединения проявляют амфотерные свойства.
| Металл Be Реагирует с кислотами и щелочами: |
Be + 2HCl → BeCl2 + H2↑ Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2↑ |
| Оксид BeO — амфотерный | BeO + 2HCl → BeCl2 + H2O BeO + 2NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] BeO + 2NaOH → Na2BeO2 + H2O (в расплаве) |
| Гидроксид Be(OH)2 — амфотерный | Be(OH)2 + 2HCl → BeCl2 + 2H2O Be(OH)2 + 2NaOH → Na2[Be(OH)4] |
| Соли бериллия Гидролизуются по катиону: |
BeCl2 + H2O ⇄ BeOHCl + HCl |