Лекция (53) (Сборник презентаций лекций)

Элементы 2й группыЛекция 14s-металлыЩелочные и щелочноземельные металлыЩелочныеметаллыЩелочноземельныеметаллыСвойства элементов 2 группыBeMgЭлектронная [He]2s2 [Ne]3s2конфигурацияRM (Å)1.121.60CaSrBa[Ar]4s2[Kr]5s2[Xe]6s21.972.152.17RM2+ (Å)0.270.721.001.181.35I1 (эВ)9.337.636.125.685.20I2 (эВ)18.215.011.911.010.0χP1.571.311.000.950.89χA-R1.471.231.040.990.97C.O.0, +20, +20, +20, +20, +2Свойства элементов 2 группыBeMgЭлектронная [He]2s2 [Ne]3s2конфигурация2.8R(Å)1 1.12грRM (Å)1.602.4Ca0.270.7281.00I1 (эВ)7.6366.121 грI2 (эВ)29.33гр18.215.0χP1.571.311.61.2χA-RC.O.23451.470, +26Ba[Ar]4s2[Kr]5s210 I1(eV)1.972.15RM2+ (Å)2.0Sr11.941.0021.231.040, +20, +23[Xe]6s22.171.182 гр5.681.3511.010.00.950.8940.990, +25.20560.970, +2Свойства элементов 2 группыBeMgCaЭлектронная [He]2s2 [Ne]3s2 [Ar]4s2конфигурацияχ1.6RM (Å)1.121.60 P 1.97χ1.4RM2+ (Å)0.270.721.00A-R1.2 χ7.63I1 (эВ)9.336.12I2 (эВ)1.018.2χP1.570.8χA-R1.47C.O.0, +215.011.91.311.00Be Mg Ca Sr1.231.040, +20, +2SrBa[Kr]5s2[Xe]6s22.152.171.181.355.685.2011.010.00.95Ba0.990.890, +20, +20.97Свойства элементов 2 группыBeMgЭлектронная [He]2s2 [Ne]3s2конфигурацияRM (Å)1.121.60CaSrBa[Ar]4s2[Kr]5s2[Xe]6s21.972.152.17RM2+ (Å)0.270.721.001.181.35I1 (эВ)9.337.636.125.685.20I2 (эВ)18.215.011.911.010.0χP1.571.311.000.950.89χA-R1.471.231.040.990.97C.O.0, +20, +20, +20, +20, +2Свойства металлов 2 группыBeMgCaSrBaТ.пл.

(оС)1280650850768714Т.кип. (оС)24721090149413821805d (г/см3)1.851.741.542.623.51E M2+/M (В)-1.85-2.38-2.87-2.89-2.90ΔатН0298(кДж/моль)Стр. тип324146178164178MgMgCuCuFeBe, MgCa, SrBaСвойства металлов 2 группыBeТ.пл. (оС)Т.кип.d(оС)1280650E, V10902 гр1.74-1.82472-2.1(г/см3)1.85E M2+/M (В)-1.85ΔатН0298(кДж/моль)Стр. типMg-2.4-2.381гр-2.7324146-3.0MgBe, Mg23Mg4CaSrBa8507687141494138218051.542.623.51-2.87-2.89-2.90178164178CuFe5Cu6Ca, SrBaНахождение в природеBeCaберилл, изумруд,аквамарин Be3Al2Si6O18хризоберилл Be(AlO2)2гипс CaSO4 ·2H2Oмел, мрамор, известнякCaCO3MgSrмагнезит MgCO3доломит CaCO3·MgCO3оливин (Mg,Fe)2SiO4карналлитKCl·MgCl2·6H2Oстронцианит SrCO3целестин SrSO4Baбарит BaSO4витерит BaCO3Нахождение в природеBeCaберилл, изумруд,аквамарин Be3Al2SiМас.%6O18хризоберилл Be(AlO2)2гипс CaSO4 ·2H2Oмел, мрамор, известнякCaCO32 грSr1Mg0.1магнезит MgCO30.01доломит CaCO3·MgCO31E-3оливин (Mg,Fe)2SiO423карналлитKCl·MgCl2·6H2Oстронцианит SrCO31 грцелестин SrSO44Ba56барит BaSO4витерит BaCO3Получение металловПолучение магния из доломита:MgCO3·CaCO3 = MgO + CaO + 2CO2 (обжиг)2MgO + 2CaO + FeSi = 2Mg + Fe + Ca2SiO4Mg + 2HCl = MgCl2 + H2MgCl2 = Mg + Cl2 (электролиз расплава)Другие металлы:BeF2 + Mg = MgF2 + Be 1200oC4CaO + 2Al = 3Ca + CaAl2O4(алюмотермия)Sr, Ba – аналогично CaПолучение металловПолучение магния из доломита:MgCO3·CaCO3 = MgO + CaO + 2CO2 (обжиг)2MgO + 2CaO + FeSi = 2Mg + Fe + Ca2SiO4Mg + 2HCl = MgCl2 + H2MgCl2 = Mg + Cl2 (электролиз расплава)Другие металлы:BeF2 + Mg = MgF2 + Be 1200oC4CaO + 2Al = 3Ca + CaAl2O4(алюмотермия)Sr, Ba – аналогично CaПрименениеBe:Mg:Ca:Sr:Ba:в качестве нейтронных отражателейдля изготовления легких и прочных сплавовв авиастроениив медицинев пиротехникев органическом синтезев оптике (CaF2)в металлургиив медицине (фосфаты)в производстве соды, цемента и бетонав пиротехникедля поглощения рентгеновских лучейв красках и пигментах, пиротехникеОсновные химические свойства1.

Все металлы взаимодействуют с O2; Be и Mg – с N2:2Be + O2 = 2BeOBa + O2 = BaO2(500-700 oC)3Mg + N2 = Mg3N2 (500 oC)2. Ca, Sr, Ba реагируют с водой, Mg – при нагревании:Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H23. Все металлы реагируют с кислотами,Be пассивируется HNO3 (конц)Ca + 2CH3COOH = Ca(CH3COO)2 + H24. Бериллий растворяется в щелочах:Be + 2KOH + 2H2O = K2[Be(OH)4] + H2Основные химические свойства5. Магний растворим в NH4Cl, бериллий – в NH4F:Mg + 2NH4Cl + 2H2O = MgCl2 + 2NH3·H2O + H2Be + 4NH4F + 2H2O = (NH4)2[BeF4] + 2NH3·H2O + H26. Все металлы реагируют с галогенами, серой ифосфоромBe + Cl2 = BeCl2Ca + S = CaS4Ba + 3P4 = 4BaP37. Ca, Sr, Ba растворяются в жидком аммиаке:Sr + 2NH3(ж) = Sr(NH2)2 + H28.

Все металлы образуют гидриды MH2Радий и его свойства1. Ra – металл, т.пл. 960 оС, т.кип. 1535 оС, d = 5.0 г/см32. Самый устойчивый изотоп 226Ra (τ1/2 = 1622 года),в природе – как промежуточный продукт распада 238U,α-эмиттер3. Химически очень активен, реагирует с O2, N2 при н.у.4. Изоструктурен барию (стр.

тип α-Fe)5. Ra(OH)2 умеренно растворим,более сильное основание, чем Ba(OH)26. Нерастворимые соли:RaSO4, RaCO3, Ra3(PO4)2RaCl2 + Na2SO4 = RaSO4↓ + 2NaCl(для выделения)Галогениды металлов 2 группыT. пл., oC1500F1250ClBrI1000750500BeBaCl2Mg CaSrBaПолучение и свойства MX21. Прямое галогенированиеMg + Cl2 = MgCl2200 oCBa + Br2 = BaBr2500 oC2. Галогенирование оксидов2BeO + CCl4 = 2BeCl2 + CO2800 oCBeO + C + Cl2 = BeCl2 + CO900 oC3. Обезвоживание гидратов в токе HCl (кроме Be)CaCl2·6H2O = CaCl2 + 6H2O400 oC4.

Фториды (кроме BeF2) плохо растворимы в водеПолучение и свойства MX25. Образование оксогалогенидовMgCl2·6H2O = MgCl2·4H2O + 2H2OMgCl2·4H2O = MgCl2·2H2O + 2H2OMgCl2·2H2O = MgCl2·H2O + H2O2MgCl2·H2O = Mg2OCl2 + 2HCl + H2O120 oC150 oC240 oC400 oC6. Гидролиз хлорида бериллия[Be(H2O)4]Cl2 = Be(OH)2 + 2HCl + 2H2Oкипячение р-ра7. Взаимодействие с водойCaCl2 + H2O = CaCl2·6H2OТ.пл.(мин) = –55 оС8. BeF2 образует комплексные фторидыBeCl2 + (NH4)F = (NH4)2[BeF4] + NH4ClОксиды, пероксиды и гидроксидыBeOMgOCaOSrOBaOТ. пл., оС24702850261424201920ΔfH0298,кДж/мольТвердость–598–602–636–590–5589.06.54.53.53.046666К.ч.

металлаBeOMgO – BaOОксиды, пероксиды и гидроксиды1. Растворяются в кислотахBeO + 2HCl = BeCl2 + H2OSrO + 2CH3COOH = Sr(CH3COO)2 + H2O2. BeO растворяется в щелочахBeO + 2NaOH + H2O = Na2[Be(OH)4]3. SrO и BaO окисляются до пероксида2BaO + O2 ⇔ 2BaO2 500-700 oC4. Реагируют (кроме BeO) с оксидами d-металлов принагреванииBaO + CuO = BaCuO2CaO + Fe2O3 = CaFe2O4Оксиды, пероксиды и гидроксиды5. BeO, MgO теряют реакционную способность послепрокаливания6. Пероксиды SrO2, BaO2 образуются при нагреванииметаллов или оксидов на воздухе, CaO2 неустойчив,BeO2, MgO2 неизвестны7. Пероксиды SrO2, BaO2 выделяют O2 в кислой средеSrO2 + H2SO4 = SrSO4↓ + H2O + ½O28. Пероксиды SrO2, BaO2 – окислителиBaO2 + CO = BaCO32BaO2 + S = SO2 + 2BaOОксиды, пероксиды и гидроксиды9. Образуют гидроксидыCaO + H2O = Ca(OH)2MgCl2 + 2KOH = 2KCl + Mg(OH)2BeCl2 + 2NH3 + 2H2O = Be(OH)2 + 2NH4Cl10.

Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2 растворимы в воде,Mg(OH)2 – в р-рах солей аммонияMg(OH)2 (тв) + 2NH4Cl (aq) = MgCl2 + 2NH3·H2OpKb = 2.611. Be(OH)2Mg(OH)2Ca(OH)2Sr(OH)2Увеличение силы основанияBa(OH)2Соли кислородных кислот1. Фосфаты, гидрофосфаты, карбонаты и сульфатыCa-Ba плохо растворимыBaCl2 + Na2SO4 = BaSO4↓ + 2NaClSrCl2 + Na2CO3 = SrCO3↓ + 2NaClCaCl2 + Na2HPO4 = CaHPO4↓ + 2NaClMgCl2 + 2NaHCO3 = MgCO3↓ +2NaCl +H2O + CO22. Карбонаты разлагаютсяпри нагреванииSrCO3 = SrO + CO2(T)Соли кислородных кислот3. Растворение за счет образования кислых солейCaCO3↓ + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2CaSO4↓ + H2SO4(к) = Ca(HSO4)24.

Be и Mg образуют гидроксосоли5MgCl2 + 5Na2CO3 + 2H2O = Mg(OH)2·3MgCO3↓ + 10NaCl +Mg(HCO3)22BeCl2 + 2Na2CO3 + H2O = Be(OH)2·BeCO3↓ + 4NaCl + CO2Be(OH)2·BeCO3↓ + 3(NH4)2CO3 = 2(NH4)2[Be(CO3)2] +2NH3·H2OПроявление различной основности гидроксидов !Жесткость водыЖесткость воды – присутствие растворимых солейСледствие – образование осадков и взвеси MgCO3,CaCO3, CaSO4, Fe2O3·xH2OВременная жесткость – M(HCO3)2, М = Mg, Ca, FeУдаление кипячениемCa(HCO3)2 = CaCO3↓ + CO2↑ + H2OПостоянная жесткость – MSO4, MCl2, M = Mg, Ca, FeУдаление карбонатным методомCaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4или деминерализацией через ионообменные смолыКомплексные соединения1. Be образует комплексные соединения с простымилигандами2.

Be образует летучие комплексные соединения4Be(OH)2 + 6CH3COOH = Be4O(CH3COO)6 + 7H2O2Be(OH)2·BeCO3 + 6CH3COOH = Be4O(CH3COO)6 + 2CO2 +5H2O3. Mg, Ca образуют устойчивыекомплексы с полидентатными лигандами4. Sr, Ba образуют комплексы скраун-эфирами(аналогия с щелочными металлами)Комплексные соединения1. Be образует комплексные соединения с простымилигандами2. Be образует летучие комплексные соединения4Be(OH)2 + 6CH3COOH = Be4O(CH3COO)6 + 7H2O2Be(OH)2·BeCO3 + 6CH3COOH = Be4O(CH3COO)6 + 2CO2 +5H2O3. Mg, Ca образуют устойчивыекомплексы с полидентатными лигандами4. Sr, Ba образуют комплексы скраун-эфирами(аналогия с щелочными металлами)Особые свойства бериллия1. Be пассивируется HNO3 (конц)2.

Be, BeO растворяются в щелочах3. BeF2 хорошо растворим в воде4. Be образует комплексные соединения M2[BeF4],M2[Be(CO3)4], Be4O(CH3COO)68Z/RBe6μ4-O4O2023456Be4O(CH3COO)6BeДиагональное сходствоОсновная причина:близость Z/RLi ↔ Mg:1. Реагируют с N22. Не образуют пероксидов при взаимодействии с O23. Образуют малорастворимые фториды4.

Нитраты разлагаются до оксидов при невысокой Т4LiNO3 = 2Li2O + 4NO2 + O22Mg(NO3)2 = 2MgO + 4NO2 + O2Биологическая роль Mg, Ca1. АТФ существует в виде комплекса с Mg2+2. Фосфаты Ca2+ вместе с коллагеном формируют костиБиологическая роль Mg, Ca3. Поглощение СО2 Mg-карбоксилазой.