Maa-alkalimetallit

neljä	Beryllium
Olla9.0122
2s 2

12	Magnesium
mg24.305
3s 2

neljä

kaksikymmentä	Kalsium
Ca40,078
4s 2

38	Strontium
Sr87,62
5s 2

56	Barium
Ba137,327
6s 2

88	Radium
Ra(226)
7s 2

Maa- alkalimetallit ovat alkuaineiden jaksollisen taulukon 2. ryhmän [1] kemiallisia alkuaineita : beryllium (Be), magnesium (Mg), kalsium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra) [ 2] . Mikäli se löydetään, hypoteettinen 120. elementti unbinilium , ulomman elektronikuoren rakenteen mukaan, liitetään myös maa-alkalimetalleihin .

Beryllium ja magnesium

Aikaisemmin Be ja Mg ei luokiteltu maa-alkalimetalleiksi, koska niiden hydroksidit eivät ole emäksiä. Ole (OH) 2 - amfoteerinen hydroksidi. Mg(OH) 2 on niukkaliukoinen emäs, joka saa aikaan lievästi emäksisen reaktion ja värjää indikaattorin.

Be ei reagoi veden kanssa, Mg hyvin hitaasti (normaaliolosuhteissa) toisin kuin kaikki muut maa-alkalimetallit.

Nykyään IUPAC-määritelmän mukaan beryllium ja magnesium luokitellaan kuitenkin maa-alkalimetalleiksi.

Fysikaaliset ominaisuudet

Maa-alkalimetalleja ovat usein vain kalsium, strontium, barium ja radium, harvemmin magnesium ja beryllium. IUPAC - nimikkeistön mukaan kaikkia 2. ryhmän alkuaineita on kuitenkin pidettävä maa-alkalimetalleina [2] . Tämän ryhmän ensimmäinen alkuaine, beryllium , on useimmilta ominaisuuksiltaan paljon lähempänä alumiinia kuin sen ryhmän korkeampia vastineita ( diagonaalinen samankaltaisuus ). Tämän ryhmän toisella alkuaineella, magnesiumilla, on jo joitain maa-alkalimetallien yhteisiä kemiallisia ominaisuuksia, mutta se eroaa niistä muuten selvästi, erityisesti paljon alhaisempi aktiivisuus ja muistuttaa useilta ominaisuuksiltaan samaa alumiinia.

Kaikki maa-alkalimetallit ovat harmaita kiinteitä aineita huoneenlämpötilassa. Toisin kuin alkalimetallit, ne ovat paljon kovempia eikä niitä voi leikata veitsellä (strontium on poikkeus). Maa-alkalimetallien tiheyden kasvua havaitaan vasta kalsiumista alkaen. Raskain on radium, jonka tiheys on verrattavissa germaniumiin (ρ = 5,5 g/cm 3 ).

Maa-alkalimetallien sähkönjohtavuus on suunnilleen sama kuin alkalimetallien.

Yleensä toisen ryhmän metalleilla on alkalimetalleihin verrattuna suurempi tiheys ja kovuus.

Jotkut maa-alkalimetallien atomi- ja fysikaaliset ominaisuudet

atominumero _	Nimi, symboli	Isotooppien lukumäärä (luonnollinen + keinotekoinen)	Atomimassa	Ionisaatioenergia, kJ mol −1	Elektroniaffiniteetti, kJ mol −1	EO	Metalli. säde, nm (Paulingin mukaan)	Ionisäde, nm (Paulingin mukaan)	t pl , °C	t paali , °C	ρ , g/cm³	ΔHpl , kJ mol −1	Δ H kip , kJ mol −1
neljä	Beryllium Be	1+11 a	9.012182	898,8	-50 (arvio)	1.57	0,169	0,031	1278	2970	1,848	12.21	309
12	Magnesium Mg	3+19 a	24.305	737,3	-40 (arvio)	1.31	0,24513	0,065	650	1105	1,737	9.2	131.8
kaksikymmentä	Kalsium 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 (arvio)	0.9	0,2574	0,143	700	1737	5.5	8.5	113

radioaktiiviset isotoopit

Kemialliset ominaisuudet

Maa-alkalimetalleilla on elektroninen konfiguraatio, jonka ulkoinen energiataso on ns² , ja ne ovat s-elementtejä alkalimetallien , vedyn ja heliumin ohella . Maa - alkalimetallit, joilla on kaksi valenssielektronia , luovuttavat niitä helposti, ja useimmissa yhdisteissä niiden hapetusaste on +2 (erittäin harvoin +1).

Maa-alkalimetallien kemiallinen aktiivisuus lisääntyy sarjanumeron kasvaessa. Kompaktissa muodossa oleva beryllium ei reagoi hapen tai halogeenien kanssa edes punaisen lämmön lämpötilassa (600 ° C asti, vielä korkeampi lämpötila tarvitaan reagoimaan hapen ja muiden kalkogeenien kanssa, fluori on poikkeus). Magnesiumia suojaa oksidikalvo huoneenlämpötilassa ja sitä korkeammissa lämpötiloissa (jopa 650 °C), eikä se hapetu enempää. Kalsium hapettuu hitaasti ja huoneenlämmössä syvälle ( vesihöyryn läsnäollessa ) ja palaa pois hieman kuumentuessaan hapessa, mutta on stabiili kuivassa ilmassa huoneenlämpötilassa. Strontium, barium ja radium hapettuvat nopeasti ilmassa muodostaen oksidien ja nitridien seoksen, joten ne, kuten alkalimetallit (lukuun ottamatta rubidiumia ja cesiumia , joiden varastointi on hyväksyttävää vain argonilmakehässä, koska ne ovat erittäin hapettuneet jopa kerosiinissa) ja kalsiumissa, ne varastoidaan kerosiinikerroksen alle , kalsiumin, strontiumin ja bariumin yksinkertaisten aineiden erittäin puhtaita reagensseja varastoidaan ampulleissa, joissa on inertissä argon -ilmakehässä, ja lisäksi barium ja sen vesiliukoiset yhdisteet ovat myrkyllistä, joten sen kanssa työskentely vaatii hengityselinten ja ihon suojaamista mahdolliselta bariumsuolan liuosten pääsyltä.

Maa-alkalimetallien otsonideja ja superoksideja ei ole tutkittu yksityiskohtaisesti, ne ovat epästabiileja yhdisteitä. Niitä ei käytetä laajasti.

Maa-alkalimetallien oksidien ja hydroksidien perusominaisuudet paranevat sarjanumeron kasvaessa.

Yksinkertaiset aineet

Beryllium reagoi heikkojen ja vahvojen happoliuosten kanssa muodostaen suoloja:

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

se kuitenkin passivoi- daan kylmällä väkevällä typpihapolla.

Berylliumin reaktioon alkalien vesiliuosten kanssa liittyy vedyn kehittyminen ja hydroksoberylaattien muodostuminen:

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

Kun reaktio suoritetaan alkalisulatteen kanssa 400-500 °C:ssa, muodostuu dioksoberylaatteja:

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

Magnesium, kalsium, strontium, barium ja radium reagoivat veden kanssa muodostaen alkaleja (magnesium reagoi hyvin hitaasti kylmän veden kanssa, mutta kun kuumaa magnesiumjauhetta lisätään veteen, samoin kuin kuumassa vedessä, se reagoi kiivaasti):

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

Lisäksi kalsium, strontium, barium ja radium reagoivat vedyn, typen, boorin, hiilen ja muiden epämetallien kanssa muodostaen vastaavia binäärisiä yhdisteitä:

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

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

Oksidit

Berylliumoksidi - amfoteerinen oksidi, liukenee väkeviin mineraalihappoihin ja emäksiin muodostaen suoloja:

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

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

mutta vähemmän vahvoilla hapoilla ja emäksillä reaktio ei enää etene.

Magnesiumoksidi ei reagoi laimennettujen ja väkevöityjen emästen kanssa, mutta reagoi helposti happojen ja veden kanssa:

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

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

Kalsiumin, strontiumin, bariumin ja radiumin oksidit ovat emäksisiä oksideja, jotka reagoivat veden, vahvojen ja heikkojen happoliuosten sekä amfoteeristen oksidien ja hydroksidien kanssa:

{\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))

Hydroksidit

Berylliumhydroksidi on amfoteerinen, reagoidessaan vahvojen emästen kanssa se muodostaa beryllaatteja , happojen kanssa - happojen berylliumsuoloja:

{\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- , kalsium- , strontium- , barium- ja radiumhydroksidit ovat emäksiä, lujuus kasvaa heikosta Mg(OH) 2 :sta erittäin vahvaan Ra(OH) 2 :ksi , joka on voimakkain syövyttävä aine, joka ylittää aktiivisuudeltaan kaliumhydroksidin. Ne liukenevat hyvin veteen (paitsi magnesium- ja kalsiumhydroksidit). Niille on ominaista reaktiot happojen ja happooksidien sekä amfoteeristen oksidien ja hydroksidien kanssa:

{\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}]}}

Luonnossa oleminen

Kaikkia maa-alkalimetalleja on (vaihteleva määrä) maapallolla . Korkean kemiallisen aktiivisuutensa vuoksi niitä kaikkia ei löydy vapaassa tilassa. Yleisin maa-alkalimetalli on kalsium, jonka pitoisuus on yhtä suuri kuin maankuoren massa on arvioitu eri tavalla: 2 % - 13,3 % [3] . Hieman huonompi kuin magnesium, jonka pitoisuus on 2,35%. Barium ja strontium ovat myös yleisiä luonnossa, joiden pitoisuus on vastaavasti 0,039 % ja 0,0384 % maankuoren massasta. Beryllium on harvinainen alkuaine, jonka määrä on 2⋅10 −4 % maankuoren massasta. Radioaktiivinen radium on harvinaisin maa-alkalimetalleista, mutta sitä löytyy aina pieniä määriä uraanimalmeissa . Erityisesti se voidaan erottaa sieltä kemiallisin keinoin. Sen pitoisuus on 1⋅10 −10 % (maankuoren massasta) [4][5] .

Biologinen rooli

Magnesiumia löytyy eläinten ja kasvien kudoksista (esimerkiksi klorofyllistä ), se on kofaktori monissa entsymaattisissa reaktioissa, on välttämätön ATP :n synteesille , osallistuu hermoimpulssien siirtoon ja sitä käytetään aktiivisesti lääketieteessä ( bishofytoterapia). , jne.). Kalsium on yleinen makroravintoaine kasveissa, eläimissä ja ihmisissä. Ihmisillä ja muilla selkärankaisilla suurin osa siitä löytyy luurangosta ja hampaista . Kalsiumia löytyy luista hydroksiapatiitin muodossa . Joidenkin monien selkärangattomien ryhmien edustajien ( sienet , coelenteraatit , nilviäiset jne.) mineraali "luurankot" koostuvat kalsiumkarbonaatin eri muodoista . Kalsiumionit osallistuvat veren hyytymisprosesseihin ja toimivat myös yhtenä yleismaailmallisista toissijaisista lähettiläistä solujen sisällä ja säätelevät erilaisia solunsisäisiä prosesseja: lihasten supistumista , eksosytoosia , mukaan lukien hormonien ja välittäjäaineiden eritystä . Strontium voi korvata kalsiumin luonnollisissa kudoksissa [ selventää ] , koska se on ominaisuuksiltaan samanlainen kuin se. Ihmiskehossa strontiumin massa on noin 1 % kalsiumin massasta.

Tällä hetkellä ei tiedetä mitään berylliumin, bariumin ja radiumin biologisesta roolista. Kaikki bariumin (paitsi sulfaattia sen erittäin alhaisen liukoisuuden vuoksi) ja berylliumin yhdisteet ovat myrkyllisiä. Radium on erittäin radiotoksinen. Kehossa se käyttäytyy kuin kalsium - noin 80 % kehoon tulevasta radiumista kertyy luukudokseen. Suuret radiumipitoisuudet aiheuttavat osteoporoosia , spontaaneja luunmurtumia ja pahanlaatuisia kasvaimia luissa ja hematopoieettisessa kudoksessa . Radon , radiumin kaasumainen radioaktiivinen hajoamistuote, on myös vaarallinen.

Muistiinpanot

↑ Uuden IUPAC - luokituksen mukaan . Vanhentuneen luokituksen mukaan ne kuuluvat jaksollisen järjestelmän ryhmän II pääalaryhmään.
↑ 1 2 Epäorgaanisen kemian nimikkeistö. IUPAC- suositukset 2005 . - International Union of Pure and Applied Chemistry , 2005. - S. 51.
↑ M.E. Viikot. Alkuaineiden löytäminen. — 6. painos — Journal of Chemical Education. - s. 990.
↑ Kultarahasto. Koulujen tietosanakirja. Kemia. M.: Bustard, 2003.
↑ N. Greenwood, A. Earnshaw. Alkuaineiden kemia: 2 tonnia / per. englannista - 3. painos - M . : BINOM. Knowledge Laboratory, 2015. - V. 1. - S. 111-112. — 607 s. — (Paras ulkomainen oppikirja). — ISBN 978-5-9963-1733-2 .