Щелочноземельные металлы

К щелочноземельным металлам относятся металлы IIA группы Периодической системы Д.И. Менделеева – кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba) и радий (Ra). Кроме них в главную подгруппу II группы входят бериллий (Be) и магний (Mg). На внешнем энергетическом уровне щелочноземельных металлов находится два валентных электрона. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня щелочноземельных металлов – ns². В своих соединениях они проявляют единственную степень окисления равную +2. В ОВР являются восстановителями, т.е. отдают электрон.

С увеличением заряда ядра атомов элементов, входящих в группу щелочноземельных металлов, энергия ионизации атомов уменьшается, а радиусы атомов и ионов увеличиваются, металлические признаки химических элементов усиливаются.

Физические свойства щелочноземельных металлов

В свободном состоянии Be – металл серо-стального цвета, обладающий плотной гексагональной кристаллической решеткой, достаточно твердый и хрупкий. На воздухе Be покрывается оксидной пленкой, что придает ему матовый оттенок и снижает его химическую активность.

Магний в виде простого вещества представляет собой белый металл, который, также, как и Be, при нахождении на воздухе приобретает матовый оттенок за счет образующейся оксидной пленки. Mg мягче и пластичнее бериллия. Кристаллическая решетка Mg – гексагональная.

Ca, Ba и Sr в свободном виде – серебристо-белые металлы. При нахождении на воздухе мгновенно покрываются желтоватой пленкой, которая представляет собой продукты их взаимодействия с составными частями воздуха. Кальций – достаточно твердый металл, Ba и Sr – мягче.

Ca и Sr имею кубическую гранецентрированную кристаллическую решетку, барий – кубическую объемоцентрированную кристаллическую решетку.

Все щелочноземельные металлы характеризуются наличием металлического типа химической связи, что обуславливает их высокую тепло- и электропроводность. Температуры кипения и плавления щелочноземельных металлов выше, чем щелочных металлов.

Получение щелочноземельных металлов

Получение Be осуществляют по реакции восстановления его фторида. Реакция протекает при нагревании:

BeF₂ + Mg = Be + MgF₂

Магний, кальций и стронций получают электролизом расплавов солей, чаще всего – хлоридов:

CaCl₂ = Ca + Cl₂↑

Причем, при получении Mg электролизом расплава дихлорида для понижения температуры плавления в реакционную смесь добавляют NaCl.

Для получения Mg в промышленности используют металло- и углетермические методы:

2(CaO×MgO) (доломит) + Si = Ca₂SiO₄ + Mg

Основной способ получения Ba – восстановление оксида:

3BaO + 2Al = 3Ba + Al₂O₃

Химические свойства щелочноземельных металлов

Поскольку в н.у. поверхность Be и Mg покрыта оксидной пленкой – эти металлы инертны по отношению к воде. Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, проявляющих сильные основные свойства:

Ba + H₂O = Ba(OH)₂ + H₂↑

Щелочноземельные металлы способны реагировать с кислородом, причем все они, за исключением бария, в результате этого взаимодействия образуют оксиды, барий – пероксид:

2Ca + O₂ = 2CaO

Ba + O₂ = BaO₂

Оксиды щелочноземельных металлов, за исключением бериллия, проявляют основные свойства, Be – амфотерные свойства.

При нагревании щелочноземельные металлы способны к взаимодействию с неметаллами (галогенами, серой, азотом и др.):

Mg + Br₂ =2MgBr

3Sr + N₂ = Sr₃N₂

2Mg + 2C = Mg₂C₂

Ca +S = CaS

2Ba + 2P = Ba₃P₂

Ba + H₂ = BaH₂

Щелочноземельные металлы реагируют с кислотами – растворяются в них:

Ca + 2HCl = CaCl₂ + H₂↑

Mg + H₂SO₄ = MgSO₄ + H₂↑

Бериллий реагирует с водными растворами щелочей – растворяется в них:

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

Качественные реакции

Качественной реакцией на щелочноземельные металлы является окрашивание пламени их катионами: Ca²⁺ окрашивает пламя в темно-оранжевый цвет, Sr ²⁺ — в темно-красный, Ba²⁺ — в светло-зеленый.

Качественной реакцией на катион бария Ba²⁺ являются анионы SO₄^2-, в результате чего образуется белый осадок сульфата бария (BaSO₄), нерастворимый в неорганических кислотах.

Ba²⁺ + SO₄^2- = BaSO₄↓

Примеры решения задач