Zemnoalkalni metali su elementi koji pripadaju drugoj grupi periodnog sistema. To uključuje supstance kao što su kalcijum, magnezijum, barijum, berilijum, stroncijum i radijum. Naziv ove grupe ukazuje da daju alkalnu reakciju u vodi.
Alkalni i zemnoalkalni metali, odnosno njihove soli, rasprostranjeni su u prirodi. Predstavljeni su mineralima. Izuzetak je radij, koji se smatra prilično rijetkim elementom.
Svi gore navedeni metali imaju neke zajedničke kvalitete, što je omogućilo njihovo kombinovanje u jednu grupu.
Zemnoalkalni metali i njihova fizička svojstva
Gotovo svi ovi elementi su sivkaste čvrste tvari (barem u normalnim uvjetima, a uzgred, fizička svojstva su malo drugačija - iako su te tvari prilično postojane, lako se podliježu.
Zanimljivo je da se sa serijskim brojem u tabeli povećava i takav pokazatelj metala kao što je gustoća. Na primjer, u ovoj grupi kalcij ima najniži pokazatelj, dok je radij po gustoći sličan željezu.
Zemnoalkalni metali: hemijska svojstva
Za početak, vrijedno je napomenuti da se kemijska aktivnost povećava prema serijskom broju periodnog sistema. Na primjer, berilij je prilično stabilan element. S kisikom i halogenima reagira samo uz jako zagrijavanje. Isto važi i za magnezijum. Ali kalcijum može polako oksidirati čak i na sobnoj temperaturi. Preostala tri predstavnika grupe (radij, barij i stroncij) brzo reagiraju s atmosferskim kisikom već na sobnoj temperaturi. Zato se ovi elementi pohranjuju prekrivanjem slojem kerozina.
Aktivnost oksida i hidroksida ovih metala raste po istom obrascu. Na primjer, berilijev hidroksid nije topiv u vodi i smatra se amfoternom tvari, ali se smatra prilično jakom alkalijom.
Zemnoalkalni metali i njihove kratke karakteristike
Berilijum je izdržljiv, svijetlo sivi metal koji je vrlo toksičan. Element je prvi otkrio davne 1798. godine hemičar Vauquelin. U prirodi postoji nekoliko minerala berilijuma, od kojih su najpoznatiji: beril, fenacit, danalit i krizoberil. Inače, neki izotopi berilijuma su visoko radioaktivni.
Zanimljivo je da su neki oblici berila dragocjeno drago kamenje. To uključuje smaragd, akvamarin i heliodor.
Berilijum se koristi za pravljenje nekih legura Ovaj element se koristi za ublažavanje neutrona.
Kalcijum je jedan od najpoznatijih zemnoalkalnih metala. U svom čistom obliku, to je meka, bijela supstanca sa srebrnastom nijansom. Čisti kalcijum je prvi put izolovan 1808. U prirodi je ovaj element prisutan u obliku minerala kao što su mermer, krečnjak i gips. Kalcijum se široko koristi u modernim tehnologijama. Koristi se kao hemijski izvor goriva i kao materijal otporan na vatru. Nije tajna da se spojevi kalcija koriste u proizvodnji građevinskih materijala i lijekova.
Ovaj element se takođe nalazi u svakom živom organizmu. U osnovi, odgovoran je za rad motornog sistema.
Magnezijum je lagan i prilično savit metal karakteristične sivkaste boje. Izolovana je u čistom obliku 1808. godine, ali su njene soli postale poznate mnogo ranije. Magnezijum se nalazi u mineralima kao što su magnezit, dolomit, karnalit i kizerit. Inače, magnezijeva sol osigurava ogroman broj spojeva ove tvari koja se može naći u morskoj vodi.
Svojstva elemenata grupe II A.
|
Svojstva |
4Be |
12Mg |
20Ca |
38Sr |
56Ba |
88Ra |
|
Atomska masa |
9,012 |
24,305 |
40,80 |
87,62 |
137,34 |
226,025 |
|
Elektronska konfiguracija* |
||||||
|
0,113 |
0,160 |
0,190 |
0,213 |
0,225 |
0,235 |
|
|
0,034 |
0,078 |
0,106 |
0,127 |
0,133 |
0,144 |
|
|
Energija jonizacije |
9,32 |
7,644 |
6,111 |
5,692 |
5,21 |
5,28 |
|
Relativni elektro- |
1,5 |
1,2 |
1,0 |
1,0 |
0,9 |
0,9 |
|
Moguća oksidaciona stanja |
||||||
|
Clarke, at.% (distribu- |
1*10 -3 |
1,4 |
1,5 |
8*10 -3 |
5*10 -3 |
8*10 -12 |
|
Stanje agregacije (Pa.). |
SOLID THINGS |
|||||
|
Boja |
Siva- |
Srebro |
S E R E B R I S T O - BIJELA |
|||
|
1283 |
649,5 |
850 |
770 |
710 |
700 |
|
|
2970 |
1120 |
1487 |
1367 |
1637 |
1140 |
|
|
Gustina |
1,86 |
1,741 |
1,540 |
2,67 |
3,67 |
|
|
Standardni potencijal elektrode |
1,73 |
2,34 |
2,83 |
2,87 |
2,92 |
|
*Date su konfiguracije vanjskih elektronskih nivoa atoma odgovarajućih elemenata. Konfiguracije preostalih elektronskih nivoa poklapaju se sa onima za plemenite gasove koji završavaju prethodni period i naznačeni su u zagradama.
Kao što proizlazi iz podataka datih u tabeli, elementi grupe IIA imaju niske (ali ipak ne i najniže: u poređenju sa grupom IA) vrednosti energije jonizacije i relativne elektronegativnosti, a ove vrednosti opadaju od Be do Ba, što nam omogućava da zaključimo da su ovi elementi tipični redukcijski metali, a Ba je aktivniji od Be.
Be - eksponati, poput aluminijuma, amfoterna svojstva. Međutim, Be-ova metalna svojstva su i dalje izraženija od nemetalnih. Berilijum reaguje, za razliku od drugih elemenata Grupe IIA, sa alkalijama.
Hemijske veze u jedinjenjima Be uglavnom su kovalentne, dok su veze u jedinjenjima svih ostalih elemenata (Mg - Ra) jonske prirode. Istovremeno, kao i kod elemenata grupe IA, veze sa halogenima i kiseonikom su veoma jake, a sa vodonikom, ugljenikom, azotom, fosforom i sumporom lako se hidroliziraju.
Fizička svojstva. To su srebrno-bijeli metali, relativno lagani, mekani (sa izuzetkom berilijuma), duktilni, topljivi (svi osim berilija) i imaju dobru električnu i toplotnu provodljivost.
Praktična upotreba. Be se koristi u nuklearnoj tehnologiji kao moderator i apsorber neutrona. Legure berilija sa bakrom - bronzom - su veoma otporne, a sa niklom - imaju visoku hemijsku otpornost, zbog čega se koriste u hirurgiji.
Mg, Ca - koriste se kao dobra redukciona sredstva u metalotermiji.
Ca, Sr, Ba - vrlo lako reaguju sa gasovima i koriste se kao getteri (apsorberi iz vazduha) u vakuumskoj tehnici.
Potvrda. Pošto su visoko hemijski aktivni, zemnoalkalni metali se ne javljaju u prirodi u slobodnom stanju, već se dobijaju elektrolizom halogenih talina ili metalotermijom. U prirodi, zemnoalkalni elementi su dio sljedećih minerala: - beril; - feldspat; - bišofit - koristi se u medicini i za dobijanje magnezijuma elektrolizom. Za dobijanje berilija u metalurgiji koriste se fluoroberilati: .
Hemijska svojstva. Zemnoalkalni metali lako reaguju sa kiseonikom, halogenima, nemetalima, vodom i kiselinama, posebno kada se zagreju:
Ova reakcija se posebno lako odvija za kalcijum i barijum, pa se oni čuvaju pod posebnim uslovima.
Barijum persulfid BaS je fosfor.
Hidrolizom acetilenida nastaje acetilen:
Nije bilo moguće dobiti spojeve Be i Mg sa vodikom direktnom interakcijom jednostavnih supstanci: nema reakcije dok ide prilično lako. Nastali hidridi su jaki redukcioni agensi. pasivizacija, bez reakcije
Oksidi zemnoalkalnih metala. Oksidi zemnoalkalnih elemenata se široko koriste u građevinarstvu. Dobijaju se razgradnjom soli: - CaO - živog kreča.
U nizu oksida od BeO do BaO S lijeva na desno raste rastvorljivost oksida u vodi, njihova osnovna svojstva i hemijska aktivnost, i to: BeO - nerastvorljiv u vodi, amfoteren, MgO - slabo rastvorljiv u vodi i CaO, SrO, BaO - visoko rastvorljiv u vodi sa formiranje hidroksida Me(OH) : .
Tačke topljenja oksida se smanjuju u seriji BeO ® BaO. Tačke topljenja BeO i MgO oksida su » 2500 °C, što im omogućava da se koriste kao vatrostalni materijali.
Hidroksidi zemnoalkalnih metala. U nizu Be(OH) 2 ® Ba(OH) 2 radijus Me 2+ jona se povećava, a kao rezultat toga povećava se vjerovatnoća ispoljavanja osnovnih svojstava hidroksida, njihova rastvorljivost u vodi: Be(OH) 2 - slabo rastvorljiv u vodi, zbog svoje amfoternosti pokazuje slaba kisela i bazična svojstva, a Ba(OH) 2 je visoko rastvorljiv u vodi i po svojoj snazi se može porediti sa tako jakom bazom kao što je NaOH.
Amfoternost berilijum hidroksida može se ilustrovati sledećim reakcijama:
Soli zemnoalkalnih metala. Rastvorljive Be i Ba soli su otrovne i otrovne! CaF 2- slabo rastvorljiva so, koja se u prirodi nalazi kao fluorit ili fluorit, a koristi se u optici. CaCl 2, MgCl 2- visoko rastvorljivi u vodi, koriste se u medicini i hemijskoj sintezi kao sredstva za sušenje. Karbonati se takođe široko koriste u građevinarstvu: CaCO 3H MgCO 3- dolomit - koristi se u građevinarstvu i za dobijanje Vg i Ca. CaCO 3 - kalcit, kreda, mermer, islandska šparta, MgCO 3- magnezit. Sadržaj rastvorljivih karbonata u prirodnoj vodi određuje njenu tvrdoću: . Sulfati su takođe široko rasprostranjena jedinjenja zemnoalkalnih metala: CaSO 4H 2H 2 O- gips - široko se koristi u građevinarstvu. MgSO 4H 7H 2 O- epsomit, “engleska gorka sol”, BaSO 4- nalazi primenu kod fluoroskopije. fosfati: Ca 3 (PO 4) 2-fosforit, Ca (H 2 RO 4) 2, CaHRO 4- talog - koristi se za proizvodnju đubriva, Ca 5 (RO 4) 3H (OH -, F -, Cl -) - apatit je prirodni mineral Ca, NH 4 Mg(PO 4)- slabo rastvorljivo jedinjenje. Poznate su i druge soli: Ca(NO 3) 2H 2H 2 O- norveška salitra, Mg(ClO 4) 2- Anhidron je veoma dobar isušivač.
Grupa IIA sadrži samo metale – Be (berilij), Mg (magnezijum), Ca (kalcijum), Sr (stroncijum), Ba (barijum) i Ra (radijum). Hemijska svojstva prvog predstavnika ove grupe, berilija, najjače se razlikuju od hemijskih svojstava ostalih elemenata ove grupe. Njegova hemijska svojstva su na mnogo načina čak sličnija aluminijumu nego drugim metalima Grupe IIA (tzv. „dijagonalna sličnost“). Magnezijum se po svojim hemijskim svojstvima takođe značajno razlikuje od Ca, Sr, Ba i Ra, ali i dalje ima mnogo sličnija hemijska svojstva sa njima nego sa berilijem. Zbog značajne sličnosti u hemijskim svojstvima kalcijuma, stroncijuma, barijuma i radijuma, oni su kombinovani u jednu porodicu tzv. alkalna zemlja metali.
Svi elementi grupe IIA pripadaju s-elementi, tj. sadrže sve svoje valentne elektrone s-podnivo Dakle, elektronska konfiguracija vanjskog elektronskog sloja svih kemijskih elemenata ove grupe ima oblik ns 2 , Gdje n– broj perioda u kojem se element nalazi.
Zbog specifičnosti elektronske strukture metala grupe IIA, ovi elementi, pored nule, mogu imati samo jedno pojedinačno oksidaciono stanje jednako +2. Jednostavne supstance koje formiraju elementi grupe IIA, kada učestvuju u bilo kojoj hemijskoj reakciji, sposobne su samo za oksidaciju, tj. donirati elektrone:
Ja 0 - 2e - → Ja +2
Kalcijum, stroncijum, barijum i radijum imaju izuzetno visoku hemijsku reaktivnost. Jednostavne supstance koje se formiraju od njih su vrlo jaka redukciona sredstva. Magnezijum je takođe snažan redukcioni agens. Aktivnost redukcije metala je u skladu sa opštim zakonima periodičnog zakona D.I. Mendeljejeva i povećava se niz podgrupu.
Interakcija sa jednostavnim supstancama
sa kiseonikom
Bez zagrijavanja, berilij i magnezij ne reagiraju ni s atmosferskim kisikom ni s čistim kisikom zbog činjenice da su prekriveni tankim zaštitnim filmovima koji se sastoje od oksida BeO i MgO. Za njihovo skladištenje nisu potrebne nikakve posebne metode zaštite od zraka i vlage, za razliku od zemnoalkalnih metala koji se čuvaju ispod sloja tekućine inertne za njih, najčešće kerozina.
Be, Mg, Ca, Sr, kada se sagore u kiseoniku, formiraju okside sastava MeO, a Ba - mešavinu barijum oksida (BaO) i barijum peroksida (BaO 2):
2Mg + O2 = 2MgO
2Ca + O2 = 2CaO
2Ba + O 2 = 2BaO
Ba + O 2 = BaO 2
Treba napomenuti da kada zemnoalkalni metali i magnezijum sagorevaju na vazduhu, dolazi i do nuspojave ovih metala sa vazdušnim azotom, usled čega se, pored jedinjenja metala sa kiseonikom, pojavljuju nitridi opšte formule Me 3 N 2 se takođe formiraju.
sa halogenima
Berilijum reaguje sa halogenima samo na visokim temperaturama, a ostali metali iz grupe IIA - već na sobnoj temperaturi:
Mg + I 2 = MgI 2 – Magnezijum jodid
Ca + Br 2 = CaBr 2 – kalcijum bromid
Ba + Cl 2 = BaCl 2 – barijum hlorid
sa nemetalima IV–VI grupe
Svi metali grupe IIA reaguju kada se zagrevaju sa svim nemetalima IV-VI grupa, ali u zavisnosti od položaja metala u grupi, kao i aktivnosti nemetala, potreban je različit stepen zagrevanja. Budući da je berilij hemijski najinertniji među svim metalima grupe IIA, pri izvođenju njegovih reakcija sa nemetalima potrebna je značajna upotreba. O visoke temperature.
Treba napomenuti da reakcija metala s ugljikom može stvoriti karbide različite prirode. Postoje karbidi koji pripadaju metanidima i konvencionalno se smatraju derivatima metana, u kojima su svi atomi vodika zamijenjeni metalom. Oni, kao i metan, sadrže ugljik u -4 oksidacijskom stanju, a kada su hidrolizirani ili u interakciji s neoksidirajućim kiselinama, jedan od proizvoda je metan. Postoji i druga vrsta karbida - acetilenidi, koji sadrže C 2 2- jon, koji je zapravo fragment molekule acetilena. Karbidi kao što su acetilenidi, nakon hidrolize ili interakcije sa neoksidirajućim kiselinama, formiraju acetilen kao jedan od produkta reakcije. Vrsta karbida - metanid ili acetilenid - koji se dobija kada određeni metal reaguje sa ugljenikom zavisi od veličine metalnog kationa. Metalni joni sa malim radijusom obično formiraju metanide, a veći ioni formiraju acetilenide. U slučaju metala druge grupe, metanid se dobija interakcijom berilija sa ugljikom:
Preostali metali grupe II A formiraju acetilenide sa ugljikom:
Sa silicijumom metali IIA grupe formiraju silicide - jedinjenja tipa Me 2 Si, sa azotom - nitride (Me 3 N 2), sa fosforom - fosfide (Me 3 P 2):
sa vodonikom
Svi zemnoalkalni metali reaguju sa vodonikom kada se zagreju. Da bi magnezijum reagovao sa vodonikom, samo zagrevanje, kao u slučaju zemnoalkalnih metala, nije dovoljno, osim visoke temperature potreban je i povećani pritisak vodonika. Berilijum ne reaguje sa vodonikom ni pod kojim uslovima.
Interakcija sa složenim supstancama
sa vodom
Svi zemnoalkalni metali aktivno reaguju sa vodom i formiraju alkalije (topivi hidroksidi metala) i vodonik. Magnezijum reaguje sa vodom samo kada se prokuva zbog činjenice da se pri zagrevanju zaštitni oksidni film MgO otapa u vodi. U slučaju berilija, zaštitni oksidni film je vrlo otporan: voda s njim ne reagira ni pri ključanju, pa čak ni na vrućim temperaturama:
sa neoksidirajućim kiselinama
Svi metali glavne podgrupe grupe II reaguju sa neoksidirajućim kiselinama, budući da su u seriji aktivnosti levo od vodonika. U tom slučaju nastaju sol odgovarajuće kiseline i vodika. Primjeri reakcija:
Be + H 2 SO 4 (razb.) \u003d BeSO 4 + H 2
Mg + 2HBr = MgBr 2 + H 2
Ca + 2CH 3 COOH = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2
sa oksidirajućim kiselinama
− razrijeđena dušična kiselina
Svi metali grupe IIA reaguju sa razblaženom azotnom kiselinom. U ovom slučaju, produkti redukcije, umjesto vodonika (kao u slučaju neoksidirajućih kiselina), su dušikovi oksidi, uglavnom dušikov oksid (I) (N 2 O), a u slučaju jako razrijeđene dušične kiseline, amonij nitrat (NH 4 NO 3):
4Ca + 10HNO3 ( razb .) \u003d 4Ca (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O
4Mg + 10HNO3 (veoma mutno)\u003d 4Mg (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
− koncentrovana azotna kiselina
Koncentrovana dušična kiselina na običnoj (ili niskoj) temperaturi pasivira berilij, tj. ne reaguje sa njim. Prilikom ključanja reakcija je moguća i odvija se pretežno u skladu s jednačinom:
Magnezijum i zemnoalkalni metali reaguju sa koncentrovanom azotnom kiselinom i formiraju širok spektar različitih proizvoda redukcije azota.
− koncentrovana sumporna kiselina
Berilijum se pasivira koncentrovanom sumpornom kiselinom, tj. ne reaguje sa njim u normalnim uslovima, ali reakcija se dešava pri ključanju i dovodi do stvaranja berilijum sulfata, sumpor-dioksida i vode:
Be + 2H 2 SO 4 → BeSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Barij se također pasivizira koncentriranom sumpornom kiselinom zbog stvaranja nerastvorljivog barij sulfata, ali s njim reagira kada se zagrije; barij sulfat se otapa kada se zagrije u koncentriranoj sumpornoj kiselini zbog njegove konverzije u barij hidrogen sulfat.
Preostali metali glavne grupe IIA reaguju sa koncentrovanom sumpornom kiselinom pod bilo kojim uslovima, uključujući i hladnoću. Do redukcije sumpora može doći do SO 2, H 2 S i S u zavisnosti od aktivnosti metala, temperature reakcije i koncentracije kiseline:
Mg + H2SO4 ( konc. .) = MgSO 4 + SO 2 + H 2 O
3Mg + 4H 2 SO 4 ( konc. .) = 3MgSO 4 + S↓ + 4H 2 O
4Ca + 5H 2 SO 4 ( konc. .) = 4CaSO 4 +H 2 S + 4H 2 O
sa alkalijama
Magnezijum i zemnoalkalni metali ne stupaju u interakciju sa alkalijama, a berilijum lako reaguje i sa alkalnim rastvorima i sa bezvodnim alkalijama tokom fuzije. Štoviše, kada se reakcija odvija u vodenom rastvoru, u reakciji sudjeluje i voda, a proizvodi su tetrahidroksoberilati zemnoalkalijskih ili zemnoalkalnih metala i plinoviti vodik:
Be + 2KOH + 2H 2 O = H 2 + K 2 - kalijum tetrahidroksoberilat
Prilikom izvođenja reakcije sa čvrstom alkalijom tokom fuzije nastaju berilati zemnoalkalijskih ili zemnoalkalijskih metala i vodik
Be + 2KOH = H 2 + K 2 BeO 2 - kalijum berilat
sa oksidima
Zemnoalkalni metali, kao i magnezij, mogu smanjiti manje aktivne metale i neke nemetale iz njihovih oksida kada se zagrijavaju, na primjer:
Metoda obnavljanja metala iz njihovih oksida magnezijem naziva se termotermijom magnezija.
Distribucija u prirodi i dobijanje. Magnezijum i kalcijum su uobičajeni elementi na Zemlji (magnezijum je osmi, kalcijum je šesti), a preostali elementi su rjeđi. Stroncijum i radijum su radioaktivni elementi.
U zemljinoj kori berilijum je u obliku minerala: beril Be 3 Al 2 (Si0 3) 6 , fenacit Be 2 Si0 4 . Prozirne sorte berila obojene nečistoćom (zelene smaragdi, plava akvamarine itd.) - drago kamenje. Poznata su 54 minerala berilijuma, od kojih su najvažniji beril (i njegove varijante - smaragd, akvamarin, heliodor, vrapovac, roasterit, bazit).
Magnezijum dio je silikatnih stijena (među njima preovlađujuće olivin Mg 2 Si0 4), karbonat ( dolomit CaMg(C0 3) 2, magnezit MgC0 3) i hloridni minerali ( karnalit KClMgCl 2 -6H 2 0). Velika količina magnezijuma nalazi se u morskoj vodi (do 0,38% MgCl 2) iu vodi nekih jezera (do 30% MgCl 2).
Kalcijum sadržan u obliku silikata i aluminosilikata u stijenama (graniti, gnajs, itd.), karbonat u obliku kalcit CaC0 3, mješavine kalcita i dolomita (mramor), sulfat (anhidrit CaS0 4 i gips CaS0 4 -2H 2 0) kao i fluor (fluorit CaF 2) i fosfat (apatit Ca 5 (P0 4) 3) itd.
Esencijalni minerali stroncijum I barijum: karbonati (stroncijanit SrC0 3 , uvenuti BaCO 3) i sulfati (celestine SrS0 4 , barit BaS0 4). Radijum nalazi u rudama uranijuma.
U industriji berilijum, magnezijum, kalcijum, stroncijum i barijum dobiti:
- 1) elektroliza rastopljenih MeCl 2 hlorida u koje se dodaju NaCl ili drugi hloridi radi snižavanja tačke topljenja;
- 2) metalno- i ugljenično-termalnim metodama na temperaturama od 1000-1300°C.
Posebno čisti berilij se dobija zonskim topljenjem. Da bi se dobio čisti magnezijum (99,999% Mg), tehnički magnezijum se više puta sublimira u vakuumu. Barijum visoke čistoće se dobija aluminotermnom metodom iz BaO.
Fizička i hemijska svojstva. U obliku jednostavnih supstanci, to su sjajni srebrno-bijeli metali, berilij je tvrd (može rezati staklo), ali lomljiv, ostali su mekani i duktilni. Posebnost berilija je da je na zraku obložen tankim oksidnim filmom, koji štiti metal od djelovanja kisika čak i na visokim temperaturama. Iznad 800°C, berilij oksidira, a na temperaturi od 1200°C metal berilij sagorijeva pretvarajući se u bijeli BeO prah.
Kako se atomski broj elementa povećava, povećavaju se gustina, tačke topljenja i ključanja. Elektronegativnost elemenata ove grupe je različita. Za Be je prilično visok (ze = 1,57), što određuje amfoternu prirodu njegovih spojeva.
Svi metali u slobodnom obliku su manje reaktivni u odnosu na alkalne metale, ali su prilično aktivni (također se čuvaju pod kerozinom u zatvorenim posudama, a kalcijum se obično skladišti u dobro zatvorenim metalnim limenkama).
Interakcija sa jednostavnim supstancama. Hemijska aktivnost metala raste u podgrupi od vrha do dna sa povećanjem atomskog broja.
Na zraku se oksidiraju u MeO okside, a stroncij i barij, kada se zagriju na zraku do ~500°C, formiraju Me0 2 perokside, koji se na višim temperaturama razlažu na oksid i kisik. Interakcija s jednostavnim supstancama prikazana je na dijagramu:
Svi metali aktivno stupaju u interakciju sa nemetalima: sa kiseonikom formiraju okside MeO (Me = Be - Ra), sa halogenima - halogenidi, na primer MeCl 2 kloridi, sa vodikom - MeH 2 hidridi, sa sumporom - MeS sulfidi, sa azotom - Me 3 nitridi N 2, sa ugljenikom - karbidi (acetilenidi) MeC 2 itd.
Sa metalima formiraju eutektičke smjese, čvrste otopine i intermetalne spojeve. Berilijum sa nekim oblicima d-elemenata berilidi - jedinjenja promjenljivog sastava MeBe 12 (Me = Ti, Nb, Ta, Mo), MeBe tl (Me = Nb, Ta), karakterizirana visokim tačkama topljenja i otpornošću na oksidaciju pri zagrijavanju na 1200-1600°C.
Odnos prema vodi, kiseline i baze. Berilijum u vazduhu je prekriven oksidnim filmom, što uzrokuje njegovu smanjenu hemijsku aktivnost i sprečava njegovu interakciju sa vodom. Pokazuje amfoterna svojstva i reaguje sa kiselinama i alkalijama oslobađajući vodonik. U ovom slučaju nastaju soli kationskog i anionskog tipa:
Koncentrovani hladni HN0 3 i H 2 S0 4 berilij je pasiviran.
Magnezijum je, kao i berilijum, otporan na vodu. Vrlo sporo reaguje sa hladnom vodom, jer je nastali Mg(OH) 2 slabo rastvorljiv; kada se zagrije, reakcija se ubrzava zbog rastvaranja Mg(OII) 2. Vrlo se snažno rastvara u kiselinama. Izuzetak su HF i H 3 P0 4, koji sa njim stvaraju slabo rastvorljiva jedinjenja. Magnezijum, za razliku od berilija, ne stupa u interakciju sa alkalijama.
Metali podgrupe kalcija (zemnoalkalna) reagiraju s vodom i razrijeđenom klorovodičnom i sumpornom kiselinom oslobađajući vodik i formirajući odgovarajuće hidrokside i soli:
Slično magnezijumu, ne stupaju u interakciju sa alkalijama. Svojstva spojeva elemenata podgrupe HA. Jedinjenja kiseonika. Berilijum oksid i hidroksid su amfoterne prirode, ostali su bazični. Baze koje su visoko rastvorljive u vodi su Sr(OH) 2 i Ba(OH) 2, klasifikovane su kao alkalije.
BeO oksid je vatrostalan (δ tačka topljenja = 2530°C), ima povećanu toplotnu provodljivost i, nakon prethodnog kalcinacije na 400°C, hemijsku inertnost. On je amfoterne prirode i reaguje pri fuziji sa kiselim i bazičnim oksidima, kao i sa kiselinama i alkalijama kada se zagreva, formirajući berilijeve soli, odnosno berilate:
Slično se ponaša i odgovarajući berilijum hidroksid Be(OH) 2 - bez otapanja u vodi, rastvorljiv je i u kiselinama i u lužinama:
Za njegovo taloženje ne koristi se alkalija, već slaba baza - amonijum hidroksid:
Hidroliza soli berilija javlja se stvaranjem precipitacije slabo topljivih bazičnih soli, na primjer:
Samo berilati alkalnih metala su rastvorljivi.
MgO oksid (sagoreli magnezijum) - vatrostalna (? pl = 2800°C) inertna supstanca. U tehnologiji se dobiva termičkom razgradnjom karbonata:
Finokristalni MgO je, naprotiv, hemijski aktivan i glavni je oksid. U interakciji s vodom, apsorbira CO 2 , lako se otapa u kiselinama.
Oksidi zemnoalkalni metali dobiti u laboratoriji termička razgradnja odgovarajućih karbonata ili nitrata:
u industriji - termička razgradnja prirodnih karbonata. Oksidi snažno reaguju s vodom, formirajući jake baze, po jačini odmah iza alkalija. U nizu Be(OH) 2 -> Ca(OH) 2 -> Sr(OH) 2 -> Ba(OH) 2 raste osnovna priroda hidroksida, njihova rastvorljivost i termička stabilnost. Svi oni snažno reaguju sa kiselinama da bi formirali odgovarajuće soli:
Za razliku od soli berilijuma, soli zemnoalkalnih metala i magnezijuma rastvorljive u vodi ne podležu hidrolizi katjona.
Rastvorljivost soli elemenata PA podgrupe u vodi je različita. Dobro rastvorljivi su hloridi, bromidi, jodidi, sulfidi (Ca - Ba), nitrati, nitriti (Mg - Ba). Slabo rastvorljiv i praktično nerastvorljiv - fluoridi (Mg - Ba), sulfati (Ca - Ba), ortofosfati, karbonati, silikati.
Jedinjenja sa vodonikom i nemetali. MeH 2 hidridi, Me 3 N 2 nitridi, MeS 2 karbidi (acetilidi) su nestabilni, razlažu se sa vodom i formiraju odgovarajuće hidrokside i vodikova ili vodikova jedinjenja nemetala:
Aplikacija. Berilijum lako formira legure s mnogim metalima, dajući im veću tvrdoću, čvrstoću, otpornost na toplinu i otpornost na koroziju. Berilijum bronze (legure bakra sa 1-3% berilija) imaju jedinstvena svojstva. Za razliku od čistog berilijuma, oni se dobro obrađuju, na primjer, mogu se koristiti za izradu traka debljine do 0,1 mm. Vlačna čvrstoća ovih bronza je veća nego kod mnogih legiranih čelika. Kako stare, njihova snaga raste. Oni su nemagnetni i imaju visoku električnu i toplotnu provodljivost. Zbog ovog kompleksa svojstava imaju široku primjenu u zrakoplovnoj i svemirskoj tehnologiji. U nuklearnim reaktorima berilij se koristi kao moderator i reflektor neutrona. U mješavini s preparatima radijuma služi kao izvor neutrona nastalih djelovanjem alfa čestica na Be:
BeO se koristi kao hemijski otporan i vatrostalni materijal za proizvodnju lonaca i specijalne keramike.
Magnezijum uglavnom se koristi za proizvodnju "ultralakih" legura, u metalotermiji - za proizvodnju Ti, Zr, V, U itd. Najvažnija legura magnezijuma je elektron(3-10% A1 2 0 3, 2-3% Zn, ostatak Mg), koji se zbog svoje čvrstoće i male gustine (1,8 g/cm 3 ) koristi u raketnoj i avionskoj proizvodnji. Mješavine magnezijevog praha sa oksidantima koriste se za rasvjetu i zapaljive rakete, projektile, te u fotografskoj i svjetlosnoj opremi. Spaljeni magnezijum MgO koristi se u proizvodnji magnezijuma, kao punilo u proizvodnji gume, za prečišćavanje naftnih derivata, u proizvodnji vatrostalnih materijala, građevinskog materijala itd.
MgCl 2 hlorid se koristi za dobijanje magnezijuma u proizvodnji magnezijum cementa, koji se dobija mešanjem prethodno kalcinisanog MgO sa 30% vodenim rastvorom MgCl 2. Ova mješavina se postepeno pretvara u bijelu čvrstu masu, otpornu na kiseline i lužine.
Glavna upotreba metala kalcijum - redukciono sredstvo u proizvodnji mnogih prelaznih metala, uranijuma i retkozemnih elemenata (REE).
Kalcijum karbid CaC 2 - za proizvodnju acetilena, CaO - za proizvodnju izbeljivača, Ca(OH) 2, CaC0 3, CaS0 4 H 2 0 - u građevinarstvu. Ca(OH) 2 ( krečno mleko, gašeno vapno) koristi se kao jeftina rastvorljiva baza. Prirodna jedinjenja kalcijuma imaju široku primenu u proizvodnji veziva za maltere, za proizvodnju betona, građevinskih delova i konstrukcija. Veziva uključuju cementi, gipsani materijali, kreč itd. Gipsani materijali su prvenstveno spaljeni gips, ili alabaster, - hidrat sastava 2CaS0 4 H 2 0. Glavna primjena stroncijum I barijum - gasni apsorberi u električnim vakuum uređajima. Otopina Ba(OH) 2 ( baritna voda, kaustični barit) - laboratorijski reagens za kvalitativnu reakciju na CO2. Barijum titanat (BaTi0 3) je glavna komponenta dielektrika, piezo- i feroelektrika.
Toksičnost elemenata. Sva jedinjenja berilijuma su toksična! Posebno je opasna prašina iz berilija i njegovih spojeva. Stroncij i barij, kao otrovi za živce i mišiće, također imaju opću toksičnost. Jedinjenja barija uzrokuju upalne bolesti mozga. Toksičnost soli barija u velikoj mjeri ovisi o njihovoj topljivosti. Praktično nerastvorljivi barijum sulfat (čisti) nije toksičan, ali rastvorljive soli: hlorid, nitrat, barijum acetat itd. su visoko toksične (0,2-0,5 g barijum hlorida izaziva trovanje, smrtonosna doza - 0,8-0,9 G). Toksični učinak soli stroncijuma sličan je učinku soli barija. Oksidi kalcijuma i drugih zemnoalkalnih metala u obliku prašine iritiraju sluzokožu i izazivaju teške opekotine ako dođu u dodir s kožom. Stroncijev oksid djeluje slično kao i kalcijev oksid, ali mnogo jače. Soli zemnoalkalnih metala uzrokuju kožne bolesti.
