Alkaliska jordartsmetaller

fyra	Beryllium
Vara9,0122
2s 2

12	Magnesium
mg24.305
3s 2

fyra

tjugo	Kalcium
Ca40,078
4s 2

38	Strontium
Sr87,62
5s 2

56	Barium
Ba137,327
6s 2

88	Radium
Ra(226)
7s 2

Alkaliska jordartsmetaller är kemiska grundämnen i den andra gruppen [1] i det periodiska systemet : beryllium (Be), magnesium (Mg), kalcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra) [ 2] . I händelse av dess upptäckt kommer det hypotetiska 120:e grundämnet unbinilium , enligt strukturen av det yttre elektronskalet, också att tilldelas alkaliska jordartsmetaller .

Beryllium och magnesium

Tidigare klassificerades inte Be och Mg som alkaliska jordartsmetaller eftersom deras hydroxider inte är alkalier. Be (OH) 2 - amfoter hydroxid. Mg(OH) 2 är en svårlöslig bas som ger en lätt alkalisk reaktion och färgar indikatorn.

Be reagerar inte med vatten, Mg mycket långsamt (under normala förhållanden) till skillnad från alla andra alkaliska jordartsmetaller.

Men idag, enligt IUPAC-definitionen, klassificeras beryllium och magnesium som alkaliska jordartsmetaller.

Fysiska egenskaper

Alkaliska jordartsmetaller innehåller ofta bara kalcium, strontium, barium och radium, mer sällan magnesium och beryllium. Enligt IUPAC-nomenklaturen bör dock alla beståndsdelar i den andra gruppen betraktas som alkaliska jordartsmetaller [2] . Det första elementet i denna grupp, beryllium , är i de flesta egenskaper mycket närmare aluminium än de högre motsvarigheterna till gruppen den tillhör ( diagonal likhet ). Det andra grundämnet i denna grupp, magnesium, har redan några kemiska egenskaper som är gemensamma för alkaliska jordartsmetaller, men skiljer sig i övrigt markant från dem, i synnerhet mycket lägre aktivitet, och liknar i ett antal egenskaper samma aluminium.

Alla alkaliska jordartsmetaller är gråa fasta ämnen vid rumstemperatur. Till skillnad från alkalimetaller är de mycket hårdare och kan inte skäras med kniv (strontium är ett undantag). En ökning av densiteten av jordalkalimetaller observeras endast med början med kalcium. Den tyngsta är radium, jämförbar i densitet med germanium (ρ = 5,5 g/cm 3 ).

Den elektriska ledningsförmågan för alkaliska jordartsmetaller är ungefär densamma som för alkalimetaller.

I allmänhet har metaller i den andra gruppen, jämfört med alkalimetaller, högre densitet och hårdhet.

Några atomära och fysikaliska egenskaper hos alkaliska jordartsmetaller

atomnummer _	Namn, symbol	Antal isotoper (naturliga + konstgjorda)	Atomisk massa	Joniseringsenergi, kJ mol −1	Elektronaffinitet, kJ mol −1	EO	Metall. radie, nm (enligt Pauling)	Jonradie, nm (Enligt Pauling)	t pl , °C	t bal , °C	ρ , g/cm³	Δ H pl , kJ mol -1	Δ H kip , kJ mol −1
fyra	Beryllium Be	1+11 a	9,012182	898,8	-50 (uppskattning)	1,57	0,169	0,031	1278	2970	1,848	12.21	309
12	Magnesium Mg	3+19 a	24.305	737,3	-40 (uppskattning)	1,31	0,24513	0,065	650	1105	1,737	9.2	131,8
tjugo	Kalcium Ca	5+19 a	40,078	589,4	2,37	1.00	0,279	0,099	839	1484	1,55	9.20	153,6
38	Strontium Sr	4+35 a	87,62	549,0	5.02	0,95	0,304	0,113	769	1384	2,54	9.2	144
56	Barium Ba	7+43 a	137,327	502,5	13,95	0,89	0,251	0,135	729	1637	3.5	7,66	142
88	Radium Ra	46 a	226,0254	509,3	9,65 (uppskattning)	0,9	0,2574	0,143	700	1737	5.5	8.5	113

a Radioaktiva isotoper

Kemiska egenskaper

Alkaliska jordartsmetaller har en elektronisk konfiguration med en extern energinivå på ns² och är s-element , tillsammans med alkalimetaller , väte och helium . Med två valenselektroner donerar jordalkalimetaller dem lätt, och i de flesta föreningar har de ett oxidationstillstånd på +2 (mycket sällan +1).

Den kemiska aktiviteten hos alkaliska jordartsmetaller ökar med ökande serienummer. Beryllium i kompakt form reagerar inte med vare sig syre eller halogener även vid en röd värmetemperatur (upp till 600 ° C, en ännu högre temperatur behövs för att reagera med syre och andra kalkogener , fluor är ett undantag). Magnesium skyddas av en oxidfilm vid rumstemperatur och högre (upp till 650 °C) temperaturer och oxiderar inte ytterligare. Kalcium oxiderar långsamt och vid rumstemperatur på djupet (i närvaro av vattenånga ), och brinner ut med lätt upphettning i syre, men är stabilt i torr luft vid rumstemperatur. Strontium, barium och radium oxideras snabbt i luft, vilket ger en blandning av oxider och nitrider, så de gillar alkalimetaller (med undantag för rubidium och cesium , för vilka lagring endast är acceptabel i argonatmosfär, eftersom de är starkt oxiderade även i fotogen) och kalcium, de lagras under ett lager av fotogen , högrenhetsreagenser av enkla ämnen av kalcium, strontium och barium lagras i ampuller med en inert atmosfär av argon , dessutom är barium och dess vattenlösliga föreningar. giftig, därför kräver arbetet med det skydd av andningsorganen och huden från eventuellt inträngning av bariumsaltlösningar.

Ozonider och superoxider av alkaliska jordartsmetaller har inte studerats i detalj, de är instabila föreningar. De används inte i stor utsträckning.

Oxider och hydroxider av alkaliska jordartsmetaller tenderar att öka i grundläggande egenskaper med ökande serienummer.

Enkla ämnen

Beryllium reagerar med svaga och starka sura lösningar för att bilda salter:

{\mathsf {Be+2H^{+}\longrightarrow Be^{{2+}}+H_{2}\uparrow }}

dock passiveras den med kall koncentrerad salpetersyra.

Reaktionen av beryllium med vattenhaltiga lösningar av alkalier åtföljs av utvecklingen av väte och bildandet av hydroxoberyllater:

{\mathsf {Be+2OH^{-}+2H_{2}O\högerpil [Be(OH)_{4}]^{{2-}}+H_{2}\uparrow }}

När reaktionen utförs med en alkalismälta vid 400-500 ° C bildas dioxoberyllater:

{\mathsf {Be+2OH^{-}\rightarrow BeO_{2}^{{2-}}+H_{2}\uparrow }}

Magnesium, kalcium, strontium, barium och radium reagerar med vatten för att bilda alkalier (magnesium reagerar mycket långsamt med kallt vatten, men när hett magnesiumpulver tillsätts vatten, såväl som i varmt vatten, reagerar det våldsamt):

{\mathsf {Sr+2H_{2}O\longrightarrow Sr(OH)_{2}+H_{2}\uparrow ))

Kalcium, strontium, barium och radium reagerar också med väte, kväve, bor, kol och andra icke-metaller för att bilda motsvarande binära föreningar:

{\mathsf {Ca+H_{2}\longrightarrow CaH_{2}}}

{\mathsf {3Sr+N_{2}\longrightarrow Sr_{3}N_{2}}}

Oxider

Berylliumoxid - amfoter oxid, löser sig i koncentrerade mineralsyror och alkalier med bildning av salter:

{\mathsf {BeO+2NaOH+H_{2}O\longrightarrow Na_{2}[Be(OH)_{4}]}}

{\mathsf {BeO+2HCl\longrightarrow BeCl_{2}+H_{2}O))

men med mindre starka syror och baser fortsätter reaktionen inte längre.

Magnesiumoxid reagerar inte med utspädda och koncentrerade baser, men reagerar lätt med syror och vatten:

{\mathsf {MgO+2HCl\longrightarrow MgCl_{2}+H_{2}O))

{\mathsf {MgO+H_{2}O\longrightarrow Mg(OH)_{2))}

Oxider av kalcium, strontium, barium och radium är basiska oxider som reagerar med vatten, starka och svaga lösningar av syror och amfotära oxider och hydroxider:

{\mathsf {CaO+H_{2}O\longrightarrow Ca(OH)_{2))}

{\mathsf {SrO+2HCl\longrightarrow SrCl_{2}+H_{2}O))

{\displaystyle {\mathsf {BaO+Al_{2}O_{3}\ \xrightarrow {^{o}t} \ Ba(AlO_{2})_{2))))

{\mathsf {BaO+2Al(OH)_{3}\ \xrightarrow {^{o}t} \ Ba(AlO_{2})_{2}+3H_{2}O))

Hydroxider

Berylliumhydroxid är amfoter, när den reagerar med starka baser bildar den berylater , med syror - berylliumsalter av syror:

{\mathsf {Be(OH)_{2}+2KOH\longrightarrow K_{2}BeO_{2}+2H_{2}O))

{\mathsf {Be(OH)_{2}+2HCl\longrightarrow BeCl_{2}+2H_{2}O))

Magnesium- , kalcium- , strontium- , barium- och radiumhydroxider är baser, hållfastheten ökar från svag Mg (OH) 2 till mycket stark Ra (OH) 2 , som är det starkaste frätande ämnet som överstiger kaliumhydroxid i aktivitet. De löser sig väl i vatten (förutom magnesium- och kalciumhydroxider). De kännetecknas av reaktioner med syror och sura oxider och med amfotära oxider och hydroxider:

{\mathsf {Ba(OH)_{2}+SO_{3}\longrightarrow BaSO_{4}+H_{2}O))

{\mathsf {3Sr(OH)_{2}+2H_{3}PO_{4}\longrightarrow Sr_{3}(PO_{4})_{2}+6H_{2}O))

{\mathsf {Ra(OH)_{2}+Al_{2}O_{3}\longrightarrow Ra(AlO_{2})_{2}+H_{2}O))

{\mathsf {Ba(OH)_{2}+Zn(OH)_{2}\longrightarrow Ba[Zn(OH)_{4}]}}

Att vara i naturen

Alla alkaliska jordartsmetaller finns (i varierande mängder) på jorden . På grund av deras höga kemiska aktivitet finns inte alla i det fria tillståndet. Den vanligaste jordalkalimetallen är kalcium, vars halt är lika med massan av jordskorpan uppskattas olika: från 2% till 13,3% [3] . Något sämre än magnesium, vars innehåll är 2,35%. Barium och strontium är också vanliga i naturen, vars innehåll är 0,039 % respektive 0,0384 % av jordskorpans massa. Beryllium är ett sällsynt grundämne, vars mängd är 2⋅10 −4 % av jordskorpans massa. Radioaktivt radium är den sällsyntaste av alla alkaliska jordartsmetaller, men det finns alltid i små mängder i uranmalmer . I synnerhet kan den separeras därifrån med kemiska medel. Dess innehåll är 1⋅10 −10 % (av jordskorpans massa) [4][5] .

Biologisk roll

Magnesium finns i vävnader hos djur och växter (till exempel i klorofyll ), är en kofaktor i många enzymatiska reaktioner, är nödvändigt för syntesen av ATP , deltar i överföringen av nervimpulser och används aktivt inom medicin ( biskopytoterapi , etc.). Kalcium är ett vanligt makronäringsämne i växter, djur och människor. Hos människor och andra ryggradsdjur finns det mesta i skelettet och tänderna . Kalcium finns i ben i form av hydroxiapatit . Mineralskeletten hos vissa representanter för många grupper av ryggradslösa djur ( svampar , coelenterater , mollusker , etc.) består av olika former av kalciumkarbonat . Kalciumjoner är involverade i blodkoagulationsprocesser och fungerar också som en av de universella andra budbärarna inuti celler och reglerar en mängd olika intracellulära processer: muskelsammandragning , exocytos , inklusive utsöndring av hormoner och neurotransmittorer . Strontium kan ersätta kalcium i naturliga vävnader [ förtydliga ] eftersom den liknar den i egenskaper. I människokroppen är massan av strontium cirka 1% av massan av kalcium.

För närvarande är ingenting känt om den biologiska rollen för beryllium, barium och radium. Alla föreningar av barium (förutom sulfat på grund av dess extremt låga löslighet) och beryllium är giftiga. Radium är extremt radiotoxiskt. I kroppen beter sig det som kalcium – cirka 80 % av radiumet som kommer in i kroppen samlas i benvävnad. Stora koncentrationer av radium orsakar osteoporos , spontana benfrakturer och maligna tumörer i skelett och hematopoetisk vävnad . Radon , en gasformig radioaktiv sönderfallsprodukt av radium, är också farlig.

Anteckningar

↑ Enligt den nya IUPAC- klassificeringen . Enligt den föråldrade klassificeringen tillhör de huvudundergruppen i grupp II i det periodiska systemet.
↑ 1 2 Nomenclature of Inorganic Chemistry. IUPAC -rekommendationer 2005 . - International Union of Pure and Applied Chemistry , 2005. - S. 51.
↑ M.E. veckor. Upptäckten av elementen. — 6:e uppl. — Journal of Chemical Education. — S. 990.
↑ Guldfond. Skoluppslagsbok. Kemi. M.: Bustard, 2003.
↑ N. Greenwood, A. Earnshaw. Grundämnenas kemi: i 2 ton / per. från engelska - 3:e uppl. - M . : BINOM. Kunskapslaboratoriet, 2015. - V. 1. - S. 111-112. — 607 sid. — (Den bästa utländska läroboken). — ISBN 978-5-9963-1733-2 .