S-элементы 2 группы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. К щелочноземельным металлам обычно

относят кальций, стронций и барий, поскольку их оксиды (земли) при

растворении в воде дают щелочи. Оксиды бериллия и магния в воде не

растворяются. Иногда и все металлы из 2А группы называют

щелочноземельными. На внешнем уровне атомы имеют 2 электрона (Be -

2s2, Mg - 3s2, Ca - 4s2 и т.д.).

При возбуждении s-электроны переходят на р-

подуровень и тогда возможно образование двух связей

(валентность равна двум). В соединениях металлы

проявляют степень окисления +2.

Магний

1. Щелочноземельные металлы сильные восстановители, хотя и

уступают щелочным металлам. Восстановительные свойства растут

сверху вниз, что совпадает с увеличением атомных радиусов (Be - 0,113

нм, Ba - 0,221 нм) и ослаблением связи электронов с ядром. Так, Ве и Mg

разлагают воду очень медленно, а Са, Sr, Ва бурно.

2. На воздухе Be и Mg покрываются защитной пленкой и сгорают при

только при поджигании, тогда как Ca, Sr, Ba самовоспламеняются при

контакте с воздухом.

3. Оксиды Be и Mg нерастворимы в воде и гидроксиды Be и Mg

получают косвенным путем, тогда как оксиды Ca, Sr, Ba cоединяясь с

водой, образуют гидроксиды. Оксид бериллия имеет амфотерные

свойства, остальные оксиды - основные свойства.

4. Be(OH)2 и Mg(OH)2 почти нерастворимы в воде (0,02 и 2 мг на 100 г).

Растворимость Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2 составляет 0,1, 0,7 и 3,4 г. При

этом Be(OH)2 - амфотерный гидроксид, Mg(0H)2, - слабое основание,

Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(0H)2 - сильные основания.

5. Галогениды хорошо растворимы в воде, но растворимость

сульфатов падает сверху вниз. Так, в 100 г воды растворяется 35,6 г

MgSO4, но только 0,2 г CaSO4, 0,01 г SrSO4 и 0,0002 г BaSO4.

6. Растворимость карбонатов снижается сверху вниз. MgCO3 - 0,06 г на

100 г воды, ВаСО3 всего - 0,002г. Термическая устойчивость карбонатов

растет сверху вниз: Если BeCO3 разлагается при 100о, MgCO3 - при 350о, то

СаСО3 - при 900о, SrCO3 - 1290о BaCO3 - при 1350о.

БЕРИЛЛИЙ - имеет более выраженные ковалентные

(неметаллические) свойства, чем другие элементы 2А группы. И сам

бериллий, его оксид и гидроксид имеют амфотерные свойства.

Ве + 2НСl = BeCl2 + H2 Вe + 2KOH + 2H2O = K2[Be(OH)4] + H2

BeO + 2HCl = BeCl2 + H2O BeO + 2KOH + H2O = K2[Be(OH)4]

Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2H2O Be(OH)2 + 2KOH = K2[Be(OH)4]

Магний и кальций

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ. Содержание магния и кальция в земной коре 2,1

и 3,6%. Минералы магния - MgCO3. CaCO3 - доломит, MgCO3 - магнезит, KCl .

MgCl2

. 6H2O - карналлит; MgSO4

. KCl . 3H2O - каинит. Минералы кальция:

CaCO3 - кальцит (известняк, мел, мрамор), СaSO4

. 2H2O - гипс, Ca3(PO4)2 -

фосфорит, 3Ca3(PO4)2

. CaF2 - апатит.

Магний и кальций - серебристо-белые металлы плавятся при 651 и

851о С. Кальций и его соли окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.

ПОЛУЧЕНИЕ. Кальций и магний получают электролизом расплава

хлорида кальция или хлорида магния или алюмотермическим методом.

электролиз to

СaCl2  Ca + Cl2 4CaO + 2Al = 3Ca + CaO . Al2O3

Химические свойства кальция и магния.

В соединениях оба металла проявляют степень окисления +2. При

этом кальций более активен, чем магний, хотя и уступает стронцию и

барию.

1. Взаимодействие с кислородом идет с воспламенением и

выделением тепла и света.

Mg + O2 = 2MgO;  2Ca + O2 = 2CaO

2. Взаимодействие с галогенами. Фтор соединяется с Са и Mg

непосредственно, остальные галогены только при нагревании.

tо tо

Mg + Cl2 = MgCl2; Ca + Br2 = CaBr2

3. При нагревании Са и Mg образует с водородом гидриды, которые

легко гидролизуются и окисляются. to to

Mg + Н2 = MgН2 ; Ca + Н2 = CaН2

СаН2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2H2; CaН2 + О2 = СаО + Н2О

4. При нагревании оба металла взаимодействуют с другими

неметаллми:

to to to

Mg + S = MgS; 3Ca + N2 = Ca3N2; 3Mg + 2P = Mg3P2

to to to

3Ca + 2As = Mg3As2; Ca + 2C = CaC2; Mg + 2C = MgC2

Нитриды, сульфиды и карбиды кальция и магния подвержены

гидролизу:

Ca3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3 ; CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 +

C2H2

5. Бериллий и магний с водой и спиртами взаимодействуют только

при нагревании, тогда как кальций бурно вытесняет из них

водород.

to

Mg + H2O = MgO + H2; Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Са + 2С2Н5ОН = Са(С2Н5О)2 + Н2

6. Магний и кальций отнимают кислород у оксидов менее активных

металлов.

to to

CuO + Mg = Cu + MgO;  MoO3 + 3Ca = Mo + 3CaO

7. Из кислот-неокислителей магний и кальций вытесняют водород,

а кислоты-окислители эти металлы глубоко восстанавливают.

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2; Ca + 2CH3COOH = Ca(CH3COO)2 + H2

3Mg + 4H2SO4к = 3MgSO4 + S + 4H2O; 4Ca + 10HNO3к= 4Ca(NO3)2 + N2O

+ 5H2O

4Ca + 10HNO3оч.разб. = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

8. Кальций и магний легко окисляются растворами окислителей:

0 +7 +2 +2

5Mg + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5MgSO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

0 +6 +2 +3

Са + K2Cr2O7 + 7H2SO4 = 3СаSO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

Оксиды гидроксиды кальция и магния.

Оксид магния - MgO - белый порошок, тугоплавкий (огнеупор),

нерастворимый в воде и кислотах и только аморфная форма оксида

магния медленно взаимодействует с кислотами. Получают оксид магния

нагреванием гидроксида магния.

to

MgO (аморфный) + 2HCl = MgCl2 + H2O;  Mg(OH)2 = MgO + H2O

Гидроксид магния - Mg(OH)2 - малорастворимое и

малодиссоциирующее основание. Получают действием щелочей на соли

магния. При пропускании диоксида углерода через его раствор выпадает

осадок карбоната магния, который в дальнейшем растворяется при

избытке СО2.

MgCl2 + 2KOH = Mg(OH)2 + 2KCl MgCl2 + 2NH4OH = Mg(OH)2 + 2NH4Cl

Mg(OH)2 + CO2 = MgCO3 + H2O MgCO3 + CO2 + H2O = Mg(HCO3)2

Оксид кальция - СаО - негашенная известь. Белое тугоплавкое

вещество с выраженными основными свойствами (образует с водой

гидроксид, реагирует с кислотными оксидами, кислотами и амфотерными

оксидами).

СаО + Н2О = Са(ОН)2 СаО + СО2 = СаСО3 СаО + 2НCl = CaCl2

+ H2O

to to

СaO + Al2O3 = Ca(AlO2)2 CaO + Fe2O3 = Ca(FeO2)2

Получают обжигом известняка или восстановлением сульфата

кальция.

to to

СаСО3 = СаО + СО2; 2СаSO4 + 2C = 2CaO + 2SO2 + CO2

Гидроксид кальция Са(ОН)2 - гашеная известь (пушенка), получают

при взаимодействии оксида кальция с водой. Сильное основание, кроме

того растворяет некоторые неметаллы и амфотерные металлы.

Са(ОН)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O Ca(OH)2 + SO3 = CaSO4 +

H2O

3Ca(OH)2 2FeCl3 = 2Fe(OH)3+ 3CaCl2 2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + NH3

 + H2O

2Са(ОН)2 + Сl2 = CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O Са(ОН)2 + 2Al + 2H2O =

Ca(AlO)2 + 3H2

Гашеная известь входит в состав строительного раствора.

Затвердение основано на реакциях:

Ca(OH)2 + СO2 = CaCO3 + H2O;  Ca(OH)2 + SiO2 = CaSiO3 + H2O

из воздуха песок

При пропускании диоксида углерода через раствор Ca(OH)2

(известковую воду) выпадает осадок карбоната кальция, который при

дальнейшем пропускании СО2 растворяется вследствие образования

растворимого гидрокарбоната кальция.

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О;  СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2