Общая характеристика металлов главной подгруппы II группы

 

 

ВВЕДЕНИЕ 

 

Общая характеристика металлов главной подгруппы II группы                                          2                                                                                                                     
Физические и химические свойства металлов                                                                         3 
Характеристика Бериллия (Be)                                                                                                5 
Характеристика Магния (Mg)                                                                                                 8 
Характеристика Кальция (Ca)                                                                                               13 
Характеристика Стронция (Sr)                                                                                            19 
Характеристика Бария (Ba)                                                                                                  23 
Характеристика Радия (Ra)                                                                                                  27

Заключение                                                                                                                              31                                                                                                                                                                                                                                                                   
ПРИЛОЖЕНИЕ 1                                                                                                                   32 
ПРИЛОЖЕНИЕ 2                                                                                                                  33 
ПРОЛОЖЕНИЕ 3                                                                                                                  34 
ПРИОЛОЖЕНИЕ 4                                                                                                               35

ПРИЛОЖЕНИЕ 5                                                                                                                 36 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Общая характеристика металлов главной подгруппы II группы

В главную подгруппу II группы входят бериллий Be, магний Mg, кальций Са, стронций Sr, барий Ва, радий Ra. Из них кальций, стронций, барий относятся к семейству щелочноземельных металлов.

Это s-элементы. В виде простых веществ типичные металлы. На внешнем уровне имеют по два электрона. Отдавая их, они проявляют в соединениях степень окисления +2. В окислительно-восстановительных реакциях все металлы подгруппы ведут себя как сильные восстановители, однако, несколько более слабые, чем щелочные металлы. Это объясняется тем, что атомы металлов II группы имеют меньшие атомные радиусы, чем атомы соответствующих щелочных металлов, расположенных в тех же периодах. Это связано с некоторым сжатием электронных оболочек, так как s-подуровень внешнего электронного слоя у них завершен, поэтому электроны ими удерживаются сильнее. 
Все эти элементы имеют изотопы с некомпенсированным ядерным спином. В отличие от щелочных металлов, щелочноземельные распределяются в плазме и в клетках крови аналогично переходным металлам, то есть с увеличением радиуса иона содержание металла в плазме увеличивается. Ионы металлов 2 группы образуют больше комплексных соединений, чем ионы щелочных металлов.

Из этих ns2-металлов важнейшими являются Mg и Са. В живых организмах оба они относятся к макроэлементам. Например, в организме взрослого человека содержится до 1 кг Са (до 99% — в составе костей и зубов) и около 25 г Mg. Показано их значение для метаболических процессов, свертывания крови, сокращения мышц, функционирования нервной системы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физические и химические свойства металлов

С ростом порядкового номера элемента отдача электронов облегчается, и поэтому металлические свойства закономерно возрастают. Более ярко они проявляются у щелочноземельных металлов.

Свойства. Бериллий, магний, кальций, барий и радий - металлы серебристо-белого цвета. Стронций имеет золотистый цвет. Эти металлы легкие, особенно низкие плотности имеют кальций, магний, бериллий.

Следует отметить, что по своим свойствам бериллий и магний несколько отличаются от щелочноземельных металлов кальция, стронция и бария (последний элемент группы радий отличается от остальных щелочноземельных металлов природными радиоактивными свойствами).

Кальций, стронций и барий окисляются на воздухе до оксидов состава RO, поэтому их хранят без доступа воздуха либо в герметически закрытых сосудах, либо под слоем эфира или керосина. Бериллий и магний при комнатной температуре на воздухе покрываются тонкой оксидной пленкой, предохраняющей их от дальнейшего окисления.

В свободном состоянии эти металлы в природе не встречаются. К числу наиболее распространенных элементов относятся кальций и магний. Основными кальцийсодержащими минералами являются кальцит CaCO3 (его разновидности - известняк, мел, мрамор), ангидрит CaSO4, гипс CaSO4 · 2H2O , флюорит CaF2 и фторапатит Ca5(PO4)3F. Магний входит в состав минералов магнезита MgCO3, доломита MgCO3 · CaCo3, карналлита KCl · MgCl2 · 6H2O. Соединения магния в больших количествах содержатся в морской воде.

Бериллий, магний и особенно щелочноземельные элементы - химически активные металлы. Они являются сильными восстановителями. Из металлов этой подгруппы несколько менее активен бериллий, что обусловлено образованием на поверхности этого металла защитной оксидной пленки.

Некоторые физические и химические свойства можно посмотреть в таблице 1 (ПРИЛОЖЕНИЕ 1)

1. Взаимодействие с простыми  веществами. Все легко взаимодействуют  с кислородом и серой, образуя  оксиды и сульфаты:

2Be + O2 = 2BeO                                                                                       

Ca + S = CaS

Бериллий и магний реагируют с кислородом и серой при нагревании, остальные металлы - при обычных условиях.

Все металлы этой группы легко реагируют с галогенами:

Mg + Cl2 = MgCl2

При нагревании все реагируют с водородом, азотом, углеродом, кремнием и другими неметаллами:

Ca + H2 = CaH2 (гидрид кальция)

3Mg + N2 = Mg3N2 (нитрид магния)

Ca + 2C = CaC2 (карбид кальция)

Карбид кальция - бесцветное кристаллическое вещество. Технический карбид, содержащий различные примеси, может иметь цвет серый, коричневый и даже черный. Карбид кальция разлагается водой с образованием газа ацетилена C2H2 - важного продукта хим. промышленности:

CaC2 + 2H2O = CaOH)2 + C2H2

Расплавленные металлы могут соединяться с другими металлами, образуя интерметаллические соединения, например CaSn3, Ca2Sn.

2. Взаимодействуют с водой. Бериллий с водой не взаимодействует, т.к. реакции препятствует защитная  пленка оксида на поверхности  металла. Магний реагирует с водой  при нагревании:

Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2

Остальные металлы активно взаимодействуют с водой при обычных условиях:

Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

3. Взаимодействие с кислотами. Все взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной серной кислотами с выделением водорода:

Be + 2HCl = BeCl2 + H2

Разбавленную азотную кислоту металлы восстанавливают главным образом до аммиака или нитрата аммония:

2Ca + 10HNO3(разб.) = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

В концентрированных азотной и серной кислотах (без нагревания) бериллий пассивирует, остальные металлы реагируют с этими кислотами.

4. Взаимодействие с щелочами. Бериллий взаимодействует с водными растворами щелочей с образованием комплексной соли и выделением водорода:

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2

Магний и щелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.

5. Взаимодействие с оксидами  и солями металлов. Магний и  щелочноземельные металлы могут  восстанавливать многие металлы  из их оксидов и солей:

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2

V2O5 + 5Ca = 2V + 5CaO

Бериллий, магний и щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их хлоридов или термическим восстановлением их соединений:

BeF2 + Mg = Be + MgF2

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al = 2Ca + Al2O3

3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3

Радий получают в виде сплава с ртутью электролизом водного раствора RaCl2 с ртутным катодом.

Получение:

1) Окисление металлов (кроме  Ba, который образует пероксид)

2) Термическое разложение  нитратов или карбонатов

CaCO3 –t-> CaO + CO2-

2Mg(NO3)2 -t°->  2MgO + 4NO2- + O2-

Характеристика Be (Берилия)

Бериллий — элемент главной подгруппы второй группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 4. Обозначается символом Be (лат. Beryllium). Высокотоксичный элемент. Простое вещество бериллий (CAS-номер: 7440-41-7) — относительно твёрдый металл светло-серого цвета, имеет весьма высокую стоимость. 
 
Открыт в 1798 г. французским химиком Луи Никола Вокленом. Большую работу по установлению состава соединений бериллия и его минералов провёл российский химик И. В. Авдеев (1818—1865). Именно он доказал, что оксид бериллия имеет состав BeO, а не Be2O3, как считалось ранее.

Происхождение названия 
Название бериллия произошло от названия минерала берилла (др.-греч. βήρυλλος beryllos) (силикат бериллия и алюминия, Be3Al2Si6O18), которое восходит к названию города Белур (Веллуру) в Южной Индии, недалеко от Мадраса; с древних времён в Индии были известны месторождения изумрудов — разновидности берилла. Из-за сладкого вкуса растворимых в воде соединений бериллия элемент вначале называли «глюциний» (др.-греч. γλυκύς glykys — сладкий).

Нахождение в природе 
Среднее содержание бериллия в земной коре 3,8 г/т и увеличивается от ультраосновных (0,2 г/т) к кислым (5 г/т) и щелочным (70 г/т) породам. Основная масса бериллия в магматических породах связана с плагиоклазами, где бериллий замещает кремний. Однако наибольшие его концентрации характерны для некоторых тёмноцветных минералов и мусковита (десятки, реже сотни г/т). Если в щелочных породах бериллий почти полностью рассеивается, то при формировании кислых горных пород он может накапливаться в постмагматических продуктах — пегматитах и пневматолито-гидротермальных телах. В кислых пегматитах образование значительных скоплений бериллия связано с процессами альбитизации и мусковитизации. В пегматитах бериллий образует собственные минералы, но часть его (ок. 10 %) находится в изоморфной форме в породообразующих и второстепенных минералах (микроклине, альбите, кварце, слюдах, и др.). В щелочных пегматитах бериллий устанавливается в небольших количествах в составе редких минералов: эвдидимита, чкаловита, анальцима и лейкофана, где он входит в анионную группу. Постмагматические растворы выносят бериллий из магмы в виде фторсодержащих эманаций и комплексных соединений в ассоциации с вольфрамом, оловом, молибденом и литием .

Содержание бериллия в морской воде чрезвычайно низкое — 6·10−7 мг/л.

Известно более 30 собственно бериллиевых минералов, но только 6 из них считаются более-менее распространёнными: берилл, хризоберилл, бертрандит, фенакит, гельвин,даналит. Промышленное значение имеет в основном берилл, в России (Республика Бурятия) разрабатывается фенакит-бертрандитовое Ермаковское месторождение.

Разновидности берилла считаются драгоценными камнями: аквамарин — голубой, зеленовато-голубой, голубовато-зелёный; изумруд — густо-зелёный, ярко-зелёный; гелиодор — жёлтый; известны ряд других разновидностей берилла, различающихся окраской (темно-синие, розовые, красные, бледно-голубые, бесцветные и др.). Цвет бериллу придают примеси различных элементов. 
Месторождения 
Месторождения минералов бериллия присутствуют на территории Бразилии, Аргентины, Африки, Индии, России (Бурятия, Сибирь) и др

Бериллий (Be) — очень твёрдый и легкий, его сплав с медью сходен со сталью. В эпоху нанотехнологии он необходим для атомной, электронной, электротехнической, авиационной и нефтегазовой промышленности. Be обладает некомпенсированным спином и высокой латентной токсичностью, хотя его атомная масса среди прочих металлов наименьшая. Он связан диагональным соотношением с Аl, и имеет с ним много общих свойств. Контакт с солями Be вызывает поражение кожи, а ингаляция Be-содержащих аэрозолей вызывает хронический легочный гранулематоз — бериллиоз. Ион Ве2+ имеет малые размеры, но высокую плотность заряда. В организме он ингибирует фосфатазы, особенно щелочную, участвующую в процессах образования костей, а также ферменты, активируемые Mg2+ и К+, нарушает репликацию ДНК. Ионы Ве2+ образуют комплексы с тетраэдрическим расположением лигандов (КЧ = 4) с различной стереохимической конфигурацией. Хелатная терапия в случае хронического отравления Be неэффективна.

Химические свойства 
Для бериллия характерна только одна степень окисления +2. Соответствующий гидроксид амфотерен, причём как основные (с образованием Be2+), так и кислотные (с образованием [Be(OH)4]2-] свойства выражены слабо.

По многим химическим свойствам бериллий больше похож на алюминий, чем на находящийся непосредственно под ним магний (проявление «диагонального сходства»).

Металлический бериллий относительно мало реакционноспособен при комнатной температуре. В компактном виде он не реагирует с водой и водяным паром даже при температуре красного каления и не окисляется воздухом до 600 °C. Порошок бериллия при поджигании горит ярким пламенем, при этом образуются оксид и нитрид. Галогены реагируют с бериллием при температуре выше 600 °C, а халькогены требуют ещё более высокой температуры. Аммиак взаимодействует с бериллием при температуре выше 1200 °C с образованием нитрида Be3N2, а углерод даёт карбид Ве2С при 1700 °C. С водородом бериллий непосредственно не реагирует.