Metale alcalino-pământoase

patru	Beriliu
Fi9,0122
2s 2

12	Magneziu
mg24.305
3s 2

patru

douăzeci	Calciu
Ca40.078
4s 2

38	Stronţiu
Sr87,62
5s 2

56	Bariu
Ba137,327
6s 2

88	Radiu
Ra(226)
7s 2

Metalele alcalino-pământoase sunt elemente chimice din grupa a 2-a [1] din tabelul periodic al elementelor : beriliu (Be), magneziu (Mg), calciu (Ca), stronțiu (Sr), bariu (Ba), radiu (Ra) [ 2] . În cazul descoperirii sale, ipoteticul al 120-lea element unbiniliu , conform structurii învelișului electron exterior, va fi, de asemenea, atribuit metalelor alcalino-pământoase .

Beriliu și magneziu

Anterior, Be și Mg nu au fost clasificate ca metale alcalino-pământoase, deoarece hidroxizii lor nu sunt alcalii. Be (OH) 2 - hidroxid amfoter. Mg(OH) 2 este o bază puțin solubilă care dă o reacție ușor alcalină și colorează indicatorul.

Be nu reacționează cu apa, Mg foarte lent (în condiții normale), spre deosebire de toate celelalte metale alcalino-pământoase.

Cu toate acestea, astăzi, conform definiției IUPAC, beriliul și magneziul sunt clasificate ca metale alcalino-pământoase.

Proprietăți fizice

Metalele alcalino-pământoase includ adesea doar calciu, stronțiu, bariu și radiu, mai rar magneziu și beriliu. Cu toate acestea, conform nomenclaturii IUPAC , toate elementele din grupa a 2-a ar trebui considerate metale alcalino -pământoase [2] . Primul element al acestui grup, beriliul , este mult mai apropiat în majoritatea proprietăților de aluminiu decât de omologii superiori ai grupului căruia îi aparține ( asemănarea diagonală ). Cel de-al doilea element al acestui grup, magneziul, are deja unele proprietăți chimice comune metalelor alcalino-pământoase, dar, în rest, diferă semnificativ de acestea, în special, o activitate mult mai scăzută și, într-o serie de proprietăți, seamănă cu același aluminiu.

Toate metalele alcalino-pământoase sunt solide gri la temperatura camerei. Spre deosebire de metalele alcaline, acestea sunt mult mai dure și nu pot fi tăiate cu un cuțit (stronțiul este o excepție). O creștere a densității metalelor alcalino-pământoase se observă doar începând cu calciu. Cel mai greu este radiul, comparabil ca densitate cu germaniul (ρ = 5,5 g/cm 3 ).

Conductivitatea electrică a metalelor alcalino-pământoase este aproximativ aceeași cu cea a metalelor alcaline.

În general, metalele din a doua grupă, în comparație cu metalele alcaline, au o densitate și o duritate mai mare.

Unele proprietăți atomice și fizice ale metalelor alcalino-pământoase

număr atomic	Nume, simbol	Numărul de izotopi (naturali + artificiali)	Masă atomică	Energia de ionizare, kJ mol −1	Afinitate electronică, kJ mol −1	EO	Metal. raza, nm (După Pauling)	Raza ionică, nm (După Pauling)	t pl , °C	t balot , °C	ρ , g/cm³	Δ H pl , kJ mol -1	Δ H kip , kJ mol -1
patru	Beriliu Be	1+11 a	9,012182	898,8	-50 (estimare)	1,57	0,169	0,031	1278	2970	1.848	12.21	309
12	Magneziu Mg	3+19 a	24.305	737,3	-40 (estimare)	1.31	0,24513	0,065	650	1105	1.737	9.2	131,8
douăzeci	Calciu 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	Stronțiu Sr	4+35 a	87,62	549,0	5.02	0,95	0,304	0,113	769	1384	2,54	9.2	144
56	Bariu Ba	7+43 a	137,327	502,5	13.95	0,89	0,251	0,135	729	1637	3.5	7,66	142
88	Radiu Ra	46 a	226,0254	509,3	9,65 (est.)	0,9	0,2574	0,143	700	1737	5.5	8.5	113

a Izotopi radioactivi

Proprietăți chimice

Metalele alcalino-pământoase au o configurație electronică cu un nivel de energie extern de ns² și sunt elemente s , împreună cu metalele alcaline , hidrogenul și heliul . Având doi electroni de valență , metalele alcalino-pământoase îi donează cu ușurință, iar în majoritatea compușilor au o stare de oxidare de +2 (foarte rar +1).

Activitatea chimică a metalelor alcalino-pământoase crește odată cu creșterea numărului de serie. Beriliul într-o formă compactă nu reacționează nici cu oxigenul , nici cu halogenii , chiar și la o temperatură de căldură roșie (până la 600 ° C, este necesară o temperatură și mai mare pentru a reacționa cu oxigenul și alți calcogeni , fluorul este o excepție). Magneziul este protejat de o peliculă de oxid la temperatura camerei și la temperaturi mai ridicate (până la 650 °C) și nu se oxidează în continuare. Calciul se oxidează lent și la temperatura camerei în profunzime (în prezența vaporilor de apă ) și se arde cu o ușoară încălzire în oxigen, dar este stabil în aer uscat la temperatura camerei. Stronțiul, bariul și radiul se oxidează rapid în aer, dând un amestec de oxizi și nitruri, astfel încât acestea, ca și metalele alcaline (cu excepția rubidiului și cesiului , pentru care depozitarea este acceptabilă doar în atmosferă de argon, deoarece sunt foarte oxidate). chiar și în kerosen) și calciu, ele sunt depozitate sub un strat de kerosen , reactivii de înaltă puritate din substanțe simple de calciu, stronțiu și bariu sunt depozitați în fiole cu o atmosferă inertă de argon , în plus, bariul și compușii săi solubili în apă sunt toxic, prin urmare, lucrul cu acesta necesită protecția organelor respiratorii și a pielii de posibila pătrundere a soluțiilor de sare de bariu.

Ozonidele și superoxizii metalelor alcalino-pământoase nu au fost studiate în detaliu; sunt compuși instabili. Nu sunt utilizate pe scară largă.

Oxizii și hidroxizii metalelor alcalino-pământoase au tendința de a crește în proprietățile de bază odată cu creșterea numărului de serie.

Substanțe simple

Beriliul reacționează cu soluții acide slabe și puternice pentru a forma săruri:

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

cu toate acestea, este pasivizat cu acid azotic concentrat la rece.

Reacția beriliului cu soluții apoase de alcaline este însoțită de evoluția hidrogenului și formarea hidroxoberilaților:

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

Când se efectuează reacția cu o topitură alcalină la 400-500 ° C, se formează dioxoberilații:

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

Magneziul, calciul, stronțiul, bariul și radiul reacționează cu apa pentru a forma alcalii (magneziul reacționează foarte lent cu apa rece, dar când se adaugă pulbere de magneziu fierbinte în apă, precum și în apă fierbinte, reacționează violent):

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

De asemenea, calciul, stronțiul, bariul și radiul reacționează cu hidrogenul, azotul, borul, carbonul și alte nemetale pentru a forma compușii binari corespunzători:

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

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

Oxizi

Oxid de beriliu - oxid amfoter, se dizolvă în acizi minerali concentrați și alcalii cu formarea de săruri:

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

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

dar cu acizi și baze mai puțin puternice, reacția nu mai are loc.

Oxidul de magneziu nu reacționează cu bazele diluate și concentrate, dar reacționează ușor cu acizii și apa:

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

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

Oxizii de calciu, stronțiu, bariu și radiu sunt oxizi bazici care reacționează cu apa, cu soluții puternice și slabe de acizi și oxizi și hidroxizi amfoteri:

{\mathsf {CaO+H_{2}O\longrightarrow Ca(OH)_{2))}

{\mathsf {SrO+2HCl\longrightarrow SrCl_{2}+H_{2}O))

{\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))

Hidroxizi

Hidroxidul de beriliu este amfoter, când reacționează cu baze puternice formează berilați , cu acizi - săruri de beriliu ale acizilor:

{\mathsf {Be(OH)_{2}+2KOH\longrightarrow K_{2}BeO_{2}+2H_{2}O))

{\mathsf {Be(OH)_{2}+2HCl\longrightarrow BeCl_{2}+2H_{2}O))

Hidroxizii de magneziu , calciu , stronțiu , bariu și radiu sunt baze, rezistența crește de la Mg (OH) 2 slab la Ra (OH) 2 foarte puternic , care este cea mai puternică substanță corozivă, depășind hidroxidul de potasiu în activitate. Se dizolvă bine în apă (cu excepția hidroxizilor de magneziu și de calciu). Se caracterizează prin reacții cu acizi și oxizi acizi și cu oxizi și hidroxizi amfoteri:

{\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}]}}

Fiind în natură

Toate metalele alcalino-pământoase sunt prezente (în cantități variate) pe Pământ . Datorită activității lor chimice ridicate, toate nu se găsesc în stare liberă. Cel mai comun metal alcalino-pământos este calciul, al cărui conținut este egal cu masa scoarței terestre estimat diferit: de la 2% la 13,3% [3] . Puțin inferior magneziului, al cărui conținut este de 2,35%. Bariul și stronțiul sunt, de asemenea, comune în natură, al căror conținut este, respectiv, de 0,039% și respectiv 0,0384% din masa scoarței terestre. Beriliul este un element rar, a cărui cantitate este de 2⋅10 -4 % din masa scoarței terestre. Radiul radioactiv este cel mai rar dintre toate metalele alcalino-pământoase, dar se găsește întotdeauna în cantități mici în minereurile de uraniu . În special, poate fi separat de acolo prin mijloace chimice. Conținutul său este 1⋅10 −10 % (din masa scoarței terestre) [4][5] .

Rolul biologic

Magneziul se găsește în țesuturile animalelor și plantelor (de exemplu, în clorofilă ), este un cofactor în multe reacții enzimatice , este necesar pentru sinteza ATP , participă la transmiterea impulsurilor nervoase și este utilizat activ în medicină ( bischofitoterapie). , etc.). Calciul este un macronutrient comun la plante, animale și oameni. La oameni și la alte vertebrate, cea mai mare parte se găsește în schelet și dinți . Calciul se găsește în oase sub formă de hidroxiapatită . „Scheletele” minerale ale unor reprezentanți ai multor grupuri de nevertebrate ( bureți , celenterate , moluște etc.) constau din diferite forme de carbonat de calciu . Ionii de calciu sunt implicați în procesele de coagulare a sângelui și, de asemenea, servesc ca unul dintre mesagerii secundari universali în interiorul celulelor și reglează o varietate de procese intracelulare: contracția musculară , exocitoza , inclusiv secreția de hormoni și neurotransmițători . Stronțiul poate înlocui calciul în țesuturile naturale [ clarifica ] deoarece este similar în proprietăți cu acesta. În corpul uman, masa de stronțiu este de aproximativ 1% din masa de calciu.

În momentul de față nu se știe nimic despre rolul biologic al beriliului, bariului și radiului. Toți compușii de bariu (cu excepția sulfatului din cauza solubilității sale extrem de scăzute) și beriliu sunt otrăvitori. Radiul este extrem de radiotoxic. În organism, se comportă ca calciul - aproximativ 80% din radiul care intră în organism se acumulează în țesutul osos. Concentrațiile mari de radiu cauzează osteoporoză , fracturi osoase spontane și tumori maligne ale oaselor și țesutului hematopoietic . Radonul , un produs gazos de descompunere radioactivă a radiului, este, de asemenea, periculos.

Note

↑ Conform noii clasificări IUPAC . Conform clasificării învechite, ele aparțin subgrupului principal al grupei II a tabelului periodic.
↑ 1 2 Nomenclatura chimiei anorganice. Recomandările IUPAC 2005 . - Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată , 2005. - P. 51.
↑ M.E. Săptămâni. Descoperirea elementelor. — Ediția a 6-a — Journal of Chemical Education. — p. 990.
↑ Fondul de aur. Enciclopedia școlară. Chimie. M.: Dropia, 2003.
↑ N. Greenwood, A. Earnshaw. Chimia elementelor: în 2 tone/per. din engleză.- Ed. a 3-a - M . : BINOM. Laboratorul de cunoștințe, 2015. - V. 1. - S. 111-112. — 607 p. — (Cel mai bun manual străin). — ISBN 978-5-9963-1733-2 .