Щелочноземельные металлы

К щелочноземельным металлам относятся металлы IIa группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Отличаются легкостью, мягкостью и сильной реакционной способностью.

Общая характеристика

От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционная способность. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Щелочноземельные металлы

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2:

  • Be - 2s2
  • Mg - 3s2
  • Ca - 4s2
  • Sr - 5s2
  • Ba - 6s2
  • Ra - 7s2

Природные соединения

В природе щелочноземельные металлы встречаются в виде следующих соединений:

  • Be - BeO*Al2O3*6SiO2 - берилл
  • Mg - MgCO3 - магнезит, MgO*Al2O3 - шпинель, 2MgO*SiO2 - оливин
  • Ca - CaCO3 - мел, мрамор, известняк, кальцит, CaSO4*2H2O - гипс, CaF2 - флюорит

Кальцит, берилл, магнезит
Получение

Это активные металлы, которые нельзя получить электролизом раствора. С целью их получения применяют электролиз расплавов, алюминотермию и вытеснением их из солей другими более активными металлами.

MgCl2 → (t) Mg + Cl2 (электролиз расплава)

CaO + Al → Al2O3 + Ca (алюминотермия - способ получения металлов путем восстановления их оксидов алюминием)

MgBr2 + Ca → CaBr2 + Mg

Алюминотермия
Химические свойства
  • Реакции с водой
  • Все щелочноземельные металлы (кроме бериллия и магния) реагируют с холодной водой с образованием соответствующих гидроксидов. Магний реагирует с водой только при нагревании.

    Ca + H2O → Ca(OH)2 + H2

    Гашение извести
  • Реакции с кислотами
  • Щелочноземельные металлы - активные металлы, стоящие в ряду активности левее водорода, и, следовательно, способные вытеснить водород из кислот:

    Ba + HCl → BaCl2 + H2

  • Реакции с неметаллами
  • Хорошо реагируют с неметаллами: кислородом, образуя оксиды состава RO, с галогенами (F, Cl, Br, I), серой. Степень окисления у щелочноземельных металлов постоянная +2.

    Mg + O2 → MgO (оксид магния)

    Ca + I2 → CaI2 (йодид кальция)

    Mg + S → MgS (сульфид магния)

    При нагревании реагируют с азотом, водородом и углеродом.

    Ca + N2 → (t) Ca3N2 (нитрид кальция)

    Ca + H2 → (t) CaH2 (гидрид кальция)

    Ba + C → (t) BaC2 (карбид бария)

    Барий
  • С оксидами других металлов
  • Ba + TiO2 → BaO + Ti (барий, как более активный металл, вытесняет титан)

Оксиды щелочноземельных металлов

Имеют общую формулу RO, например: MgO, CaO, BaO.

Получение

Оксиды щелочноземельных металлов можно получить путем разложения карбонатов и нитратов:

MgCO3 → (t) MgO + CO2

Ca(NO3)2 → (t) CaO + O2 + NO2

Рекомендую взять на вооружение общую схему разложения нитратов:

Разложение нитратов
Химические свойства

Проявляют преимущественно основные свойства, все кроме BeO - амфотерного оксида.

  • Реакции с кислотами и кислотными оксидами
  • BaO + HCl → BaCl2 + H2O

    CaO + H2SO4 → CaSO4 + H2O

    MgO + SO3 → MgSO4

    CaO + CO2 → CaCO3

    CaO + SiO2 → CaSiO3

  • Реакция с водой
  • В нее вступают все, кроме оксида бериллия.

    CaO + H2O → Ca(OH)2

    MgO + H2O → Mg(OH)2

  • Амфотерный оксид бериллия
  • Амфотерные свойства оксида бериллия требуют особого внимания. Этот оксид проявляет двойственные свойства: реагирует с кислотами с образованием солей, и с основаниями с образованием комплексных солей.

    BeO + HCl → BeCl2 + H2O

    BeO + NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4] (тетрагидроксобериллат натрия)

    Если реакция проходит при высоких температурах (в расплаве) комплексная соль не образуется, так как происходит испарение воды:

    BeO + NaOH → Na2BeO2 + H2O (бериллат натрия)

    BeO + Na2O → Na2BeO2

    Бериллий
Гидроксиды щелочноземельных металлов

Проявляют основные свойства, за исключением гидроксида бериллия - амфотерного гидроксида.

Получение

Получают гидроксиды в реакции соответствующего оксида металла и воды (все кроме Be(OH)2)

CaO + H2O → Ca(OH)2

Химические свойства

Основные свойства большинства гидроксидов располагают к реакциям с кислотами и кислотными оксидами.

Ba(OH)2 + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O

Ca(OH)2 + H2O + CO2 → Ca(HCO3)2 + H2O

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → CaCO3 + H2O + CO2

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ + H2O

Известковое молоко

Реакция с солями (и не только) идут в том случае, если соль растворимы и по итогам реакции выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода).

Ba(OH)2 + Na2SO4 → BaSO4↓ + NaOH

Гидроксид бериллия относится к амфотерным: проявляет двойственные свойства, реагируя и с кислотами, и с основаниями.

Be(OH)2 + HCl → BeCl2 + H2O

Be(OH)2 + NaOH → Na2[Be(OH)4]

Жесткость воды

Жесткостью воды называют совокупность свойств воды, зависящая от присутствия в ней преимущественно солей кальция и магния: гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов.

Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.

Жесткость воды

Вероятно, вы часто устраняете жесткость воды у себя дома, осмелюсь предположить - каждый день. Временная жесткость воды устраняется обычным кипячением воды в чайнике, и известь на его стенках - CaCO3 - бесспорное доказательство устранения жесткости:

Ca(HCO3)2 → CaCO3↓ + CO2 + H2O

Также временную жесткость можно устранить, добавив Na2CO3 в воду:

Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + NaHCO3

С постоянной жесткостью бороться кипячением бесполезно: сульфаты и хлориды не выпадут в осадок при кипячении. Постоянную жесткость воды устраняют добавлением в воду Na2CO3:

CaCl2 + Na2CO3 → CaCO3↓ + NaCl

MgSO4 + Na2CO3 + H2O → [Mg(OH)]2CO3↓ + CO2↑ + Na2SO4

Жесткость воды можно определить с помощью различных тестов. Чрезмерно высокая жесткость воды приводит к быстрому образованию накипи на стенках котлов, труб, чайника.

Карбонат кальция - накипь в чайнике

Пройдите тест для закрепления знаний

1. Щелочноземельным металлом не является

К щелочноземельным металлам не относится натрий.

2. Количество электронов на внешнем уровне у щелочноземельных металлов

У щелочноземельных металлов - элементов II группы главной подгруппы - на внешнем уровне два электрона.

3. Выберите формулу мрамора

Формула мрамора (мел, известняк) - CaCO3.

4. Выберите реакцию гашения извести

Реакция гашения извести: CaO + H2O → Ca(OH)2

5. Почему оксид бериллия не реагирует с водой? - Потому что ...

Теоретически в результате подобной реакции образуется нерастворимое основание (осадок), что делает протекание такой реакции невозможной.

Ваш результат