До сімейства лужноземельних елементіввідносять кальцій, стронцій, барій та радій. Д. І. Менделєєв включав у це сімейство та магній. Лужноземельними елементи називаються з тієї причини, що їх гідроксиди, подібно до гідроксидів лужних металів, розчиняються у воді, тобто є лугами. «Земельними ж вони названі тому, що в природі вони зустрічаються в стані сполук, що утворюють нерозчинну масу землі, і самі у вигляді оксидів RO мають землистий вигляд», - пояснював Менделєєв в Основах хімії.

Загальна характеристика елементів II а групи

Метали головної підгрупи II групи мають електронну конфігурацію зовнішнього енергетичного рівня ns² і є s-елементами.

Легко віддають два валентні електрони, і у всіх сполуках мають ступінь окислення +2

Сильні відновники

Активність металів та їх відновна здатність збільшується в ряду: Be–Mg–Ca–Sr–Ba

До лужноземельних металів відносять лише кальцій, стронцій, барій та радій, рідше магній.

Берилій за більшістю властивостей ближче до алюмінію.

Фізичні властивості простих речовин

Лужноземельні метали(порівняно з лужними металами) мають більш високі t°пл. і t°кип., потенціалами іонізації, щільністю та твердістю.

Хімічні властивості лужноземельних металів

1. Реакція із водою.

У звичайних умовах поверхня Be і Mg покриті інертною оксидною плівкою, тому вони стійкі до води. На відміну від них Ca, Sr та Ba розчиняються у воді з утворенням лугів:

Mg + 2H 2 O – t° → Mg(OH) 2 + H 2

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2

2. Реакція із киснем.

Усі метали утворюють оксиди RO, барій-пероксид – BaO 2:

2Mg + O 2 → 2MgO

Ba + O 2 → BaO 2

3. З іншими неметалами утворюють бінарні сполуки:

Be + Cl 2 → BeCl 2 (галогеніди)

Ba + S → BaS (сульфіди)

3Mg + N 2 → Mg 3 N 2 (нітриди)

Ca + H 2 → CaH 2 (гідриди)

Ca + 2C → CaC 2 (карбіди)

3Ba + 2P → Ba 3P 2 (фосфіди)

Берилій та магній порівняно повільно реагують з неметалами.

4. Усі лужноземельні метали розчиняються в кислотах:

Ca + 2HCl → CaCl 2 + H 2

Mg + H 2 SO 4 (розб.) → MgSO 4 + H 2

5. Берилій розчиняється у водних розчинах лугів:

Be + 2NaOH + 2H 2 O → Na 2 + H 2

6. Летючі сполуки лужноземельних металів надають полум'ю характерного кольору:

сполуки кальцію – цегляно-червоний, стронцію – карміново-червоний, а барію – жовтувато-зелений.

Берилій, як і літій, належить до s-елементів. Четвертий електрон, що у атомі Be, міститься на 2s-орбіталі. Енергія іонізації берилію вища, ніж у літію, через більший заряд ядра. У сильних підставах він утворює іон-беріллат ВеО 2-2. Отже, берилій - метал, але його сполуки мають амфотерність. Берилій, хоч і метал, але значно менш електропозитивний, порівняно з літієм.

Високою енергією іонізації атома берилій помітно відрізняється від інших елементів ПА-підгрупи (магнію та лужноземельних металів). Його хімія багато в чому подібна до хімії алюмінію (діагональна подібність). Таким чином, це елемент з наявністю у його сполук амфотерних якостей, серед яких переважають все ж таки основні.

Електронна конфігурація Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 в порівнянні з натрієм має одну істотну особливість: дванадцятий електрон міститься на 2s-орбіталі, де вже є 1е - .

Іони магнію та кальцію – незамінні елементи життєдіяльності будь-якої клітини. Їхнє співвідношення в організмі має бути строго визначеним. Іони магнію беруть участь у діяльності ферментів (наприклад, карбоксилази), кальцію – у побудові скелета та обміну речовин. Підвищення вмісту кальцію покращує засвоєння їжі. Кальцій збуджує та регулює роботу серця. Його надлишок різко посилює діяльність серця. Магній частково відіграє роль антагоніста кальцію. Введення іонів Mg 2+ під шкіру викликає наркоз без періоду збудження, паралічу м'язів, нервів і серця. Потрапляючи в рану у формі металу, він викликає гнійні процеси, що довго не гояться. Оксид магнію у легенях викликає так звану ливарну лихоманку. Частий контакт поверхні шкіри з його сполуками призводить до дерматитів. Найширше використовуються в медицині солі кальцію: сульфат СаSO 4 і хлорид CaCL 2 . Перший використовується для гіпсових пов'язок, а другий застосовується для внутрішньовенних вливань як внутрішній засіб. Він допомагає боротися з набряками, запаленнями, алергією, знімає спазми серцево-судинної системи, покращує згортання крові.

Всі сполуки барію, крім BaSO 4 , є отруйними. Викликають менегоенцефаліт із ураженням мозочка, ураження гладких серцевих м'язів, параліч, а у великих дозах – дегенеративні зміни печінки. У малих дозах з'єднання барію стимулюють діяльність кісткового мозку.

При введенні в шлунок з'єднань стронцію настає його розлад, параліч, блювання; ураження за ознаками подібні до уражень від солей барію, але солі стронцію менш токсичні. Особливу тривогу викликає поява в організмі радіоактивного ізотопу стронцію 90 Sr. Він винятково повільно виводиться з організму, яке великий період напіврозпаду і, отже, тривалість дії можуть бути причиною променевої хвороби.

Радій небезпечний організму своїм випромінюванням і великим періодом напіврозпаду (Т 1/2 = 1617 років). Спочатку після відкриття та отримання солей радію в більш менш чистому вигляді його стали використовувати досить широко для рентгеноскопії, лікування пухлин і деяких важких захворювань. Тепер з появою інших доступніших і дешевших матеріалів застосування радію в медицині практично припинилося. У деяких випадках його використовують для отримання радону і як добавку до мінеральних добрив.

В атомі кальцію завершується заповнення 4s-орбіталі. Разом із калієм він утворює пару s-елементів четвертого періоду. Гідроксид кальцію - досить сильна основа. У кальцію - найменш активного з усіх лужноземельних металів - характер зв'язку у сполуках іонний.

За своїми характеристиками стронцій займає проміжне положення між кальцієм та барієм.

Властивості барію найбільш близькі до властивостей лужних металів.

Берилій та магній широко використовують у сплавах. Берилієві бронзи – пружні метали міді з 0,5-3% берилію; в авіаційних сплавах (щільність 1,8) міститься 85-90% магнію (електрон). Берилій відрізняється від інших металів IIА групи – не реагує з воднем та водою, зате розчиняється у лугах, оскільки утворює амфотерний гідроксид:

Be+H 2 O+2NaOH=Na 2 +H 2 .

Магній активно реагує з азотом:

3 Mg + N2 = Mg3N2.

У таблиці наведено розчинність гідроксидів елементів ІІ групи.

Традиційна технічна проблема – жорсткість води, пов'язана з наявністю в ній іонів Mg 2+ та Ca 2+. З гідрокарбонатів та сульфатів на стінках нагрівальних котлів та труб з гарячою водоюосідають карбонати магнію та кальцію та сульфат кальцію. Особливо вони заважають роботі лабораторних дистиляторів.

S-елементи в живому організмі виконують важливу біологічну функцію. У таблиці наведено їх зміст.

У позаклітинній рідині міститься у 5 разів більше іонів натрію, ніж усередині клітин. Ізотонічний розчин («фізіологічна рідина») містить 0,9% хлориду натрію, його застосовують для ін'єкцій, промивання ран та очей тощо. Гіпертонічні розчини (3-10% хлориду натрію) використовують як примочки при лікуванні гнійних ран («витягування »гною). 98% іонів калію в організмі знаходиться усередині клітин і лише 2% у позаклітинній рідині. На день людині потрібно 2,5-5 г калію. У 100 г кураги міститься до 2 г калію. У 100 г смаженої картоплі – до 0,5 г калію. У внутрішньоклітинних ферментативних реакціях АТФта АДФ беруть участь у вигляді магнієвих комплексів.

Щодня людині потрібно 300-400 мг магнію. Він потрапляє в організм із хлібом (90 мг магнію на 100 г хліба), крупою (100 г вівсяної крупи до 115 мг магнію), горіхами (до 230 мг магнію на 100 г горіхів). Крім побудови кісток і зубів на основі гідроксилапатиту Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 , катіони кальцію беруть активну участь у згортанні крові, передачі нервових імпульсів, скороченні м'язів. За добу дорослій людині потрібно споживати близько 1 г кальцію. 100 г твердих сирів міститься 750 мг кальцію; у 100 г молока – 120 мг кальцію; у 100 г капусти – до 50 мг.

Властивості лужноземельних металів

Фізичні властивості

Лужноземельні метали (порівняно зі лужними металами) мають більш високі t╟пл. і t∟кип., потенціалами іонізації, щільністю та твердістю.

Хімічні властивості

1. Дуже реакційноздатні.

2. Мають позитивну валентність +2.

3. Реагують з водою за кімнатної температури (крім Be) з виділенням водню.

4. Мають велику спорідненість до кисню (відновники).

5. З воднем утворюють солеподібні гідриди ЕH2.

6. Оксиди мають загальну формулу ЕО. Тенденція до утворення пероксидів виражена слабкіше, ніж лужних металів.

Знаходження у природі

3BeO ∙ Al 2 O 3 ∙ 6SiO 2 берил

Mg

MgCO 3 магнезит

CaCO 3 ∙ MgCO 3 доломіт

KCl ∙ MgSO 4 ∙ 3H 2 O каїніт

KCl ∙ MgCl 2 ∙ 6H 2 O карналіт

CaCO 3 кальцит (вапняк, мармур та ін.)

Ca 3 (PO 4) 2 апатит, фосфорит

CaSO 4 ∙ 2H 2 O гіпс

CaSO 4 ангідрит

CaF 2 плавиковий шпат (флюорит)

SrSO 4 целестин

SrCO 3 стронціаніт

BaSO 4 барит

BaCO 3 вітрить

Отримання

Берилій отримують відновленням фториду:

BeF 2 + Mg═ t ═ Be + MgF 2

Барій одержують відновленням оксиду:

3BaO + 2Al═ t═ 3Ba + Al 2 O 3

Інші метали отримують електролізом розплавів хлоридів:

CaCl 2 = Ca + Cl 2 ╜

катод: Ca 2+ + 2ē = Ca 0

анод: 2Cl - - 2ē = Cl 0 2

MgO + C = Mg + CO

Метали головної підгрупи ІІ групи – сильні відновники; у сполуках виявляють лише ступінь окиснення +2. Активність металів та їх відновна здатність збільшується в ряду: Be Mg Ca Sr Ba╝

1. Реакція із водою.

У звичайних умовах поверхня Be і Mg покриті інертною оксидною плівкою, тому вони стійкі до води. На відміну від них Ca, Sr та Ba розчиняються у воді з утворенням гідроксидів, які є сильними основами:

Mg + 2H 2 O═ t ═ Mg(OH) 2 + H 2

Ca + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + H 2 ╜

2. Реакція із киснем.

Усі метали утворюють оксиди RO, барій-пероксид BaO 2:

2Mg + O 2 = 2MgO

Ba + O 2 = BaO 2

3. З іншими неметалами утворюються бінарні сполуки:

Be + Cl 2 = BeCl 2 (галогеніди)

Ba + S = BaS (сульфіди)

3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 (нітриди)

Ca + H 2 = CaH 2 (гідриди)

Ca + 2C = CaC 2 (карбіди)

3Ba + 2P = Ba 3 P 2 (фосфіди)

Берилій та магній порівняно повільно реагують з неметалами.

4. Усі метали розчиняються в кислотах:

Ca + 2HCl = CaCl 2 + H 2 ╜

Mg + H 2 SO 4 (розб.) = MgSO 4 + H 2 ╜

Берилій також розчиняється у водних розчинах лугів:

Be + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 + H 2 ╜

5. Якісна реакція на катіони лужноземельних металів - фарбування полум'я у наступні кольори:

Ca 2+ - темно-жовтогарячий

Sr 2+ - темно-червоний

Ba 2+ - світло-зелений

Катіон Ba 2+ зазвичай відкривають обмінною реакцією із сірчаною кислотою або її солями:

Сульфат барію – білий осад, нерозчинний у мінеральних кислотах.

Оксиди лужноземельних металів

Отримання

1) Окислення металів (крім Ba, що утворює пероксид)

2) Термічне розкладання нітратів чи карбонатів

CaCO 3 ═ t ═ CaO + CO 2 ╜

2Mg(NO 3) 2 ═ t ═ 2MgO + 4NO 2 ╜ + O 2 ╜

Хімічні властивості

Типові основні оксиди. Реагують з водою (крім BeO), кислотними оксидами та кислотами

MgO + H 2 O = Mg(OH) 2

3 CaO + P 2 O 5 = Ca 3 (PO 4) 2

BeO + 2HNO 3 = Be(NO 3) 2 + H 2 O

BeO - амфотерний оксид, розчиняється в лугах:

BeO + 2NaOH + H 2 O = Na 2

Гідроксиди лужноземельних металів R(OH) 2

Отримання

Реакції лужноземельних металів або їх оксидів з водою: Ba + 2H 2 O = Ba(OH) 2 + H 2

CaO(негашене вапно) + H 2 O = Ca(OH) 2 (гашене вапно)

Хімічні властивості

Гідроксиди R(OH) 2 - білі кристалічні речовини, у воді розчинні гірше, ніж гідроксиди лужних металів (розчинність гідроксидів зменшується із зменшенням порядкового номера; Be(OH) 2 - нерозчинний у воді, розчиняється у лугах). Основність R(OH) 2 збільшується із збільшенням атомного номера:

Be(OH) 2 - амфотерний гідроксид

Mg(OH) 2 - слабка основа

інші гідроксиди - сильні основи(луги).

1) Реакції з кислотними оксидами:

Ca(OH) 2 + SO 2 = CaSO 3 + H 2 O

Ba(OH) 2 + CO 2 = BaCO 3 + H 2 O

2) Реакції з кислотами:

Mg(OH) 2 + 2CH 3 COOH = (CH 3 COO) 2 Mg + 2H 2 O

Ba(OH) 2 + 2HNO 3 = Ba(NO 3) 2 + 2H 2 O

3) Реакції обміну із солями:

Ba(OH) 2 + K 2 SO 4 = BaSO 4 + 2KOH

4) Реакція гідроксиду берилію з лугами:

Be(OH) 2 + 2NaOH = Na 2

Жорсткість води

Природна вода, що містить іони Ca 2+ і Mg 2+ називається жорсткою. Жорстка вода при кип'ятінні утворює накип, в ній не розварюються харчові продукти; миючі засоби не дають піни.

Карбонатна (тимчасова) жорсткість обумовлена ​​присутністю у воді гідрокарбонатів кальцію та магнію, некарбонатна (постійна) жорсткість – хлоридів та сульфатів.

Загальна жорсткість води розглядається як сума карбонатної та некарбонатної.

Видалення жорсткості води здійснюється шляхом осадження з розчину іонів Ca 2+ та Mg 2+ :

1) кип'ятінням:

Сa(HCO 3) 2 ═ t ═ CaCO 3 + CO 2 + H 2 O

Mg(HCO 3) 2 ═ t═ MgCO 3 + CO 2 + H 2 O

2) додаванням вапняного молока:

Ca(HCO 3) 2 + Ca(OH) 2 = 2CaCO 3 ¯ + 2H 2 O

3) додаванням соди:

Ca(HCO 3) 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2NaHCO 3

CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + Na 2 SO 4

MgCl 2 + Na 2 CO 3 = MgCO 3 + 2NaCl

Для видалення тимчасової жорсткості використовують усі чотири способи, а для постійної – лише два останні.

Термічне розкладання нітратів.

Е(NO3)2 =t= ЕO + 2NO2 + 1/2O2

Особливості хімії берилію.

Be(OH)2 + 2NaOH (ізб) = Na2

Al(OH)3 + 3NaOH (б) = Na3

Be + 2NaOH + 2H2O = Na2 + H2

Al + 3NaOH + 3H2O = Na3 + 3/2H2

Be, Al + HNO3 (Кінець) = пасивація

Головна підгрупа другої групи періодичної системи охоплює елементи: берилій, магній, кальцій, стронцій, барій та радій. За головними представниками цієї підгрупи - кальцію, стронцію ж барію, - відомих під загальною назвою лужноземельних металів, вся головна підгрупа другої групи називається також підгрупою лужноземельних металів.

Назву «лужноземельні» ці метали (іноді до них приєднують і магній) отримали тому, що їх окисли за своїми хімічними властивостями є проміжними, з одного боку, між лугами, тобто окислами або гідроксидами лужних металів і, з іншого боку, « землями», тобто окислами таких елементів, типовим представником яких є алюміній – головна складова частинаглин. Внаслідок такого проміжного положення оксидам кальцію, стронцію та барію і дали назву «лужні землі».

Перший елемент цієї підгрупи, берилій (якщо не брати до уваги його валентність), за своїми властивостями набагато ближче до алюмінію, ніж до вищих аналогів топ групи, до якої він входить. Другий елемент цієї групи, магній, також у деяких відношеннях значно відрізняється від лужноземельних металів у вузькому значенні цього терміна. Деякі реакції зближують його з елементами побічної підгрупи другої групи, особливо з цинком; так, сульфати магнію і цинку на противагу сульфатам лужноземельних металів легко розчиняються, ізоморфні один одному і утворюють аналогічні за складом подвійні солі. Раніше було зазначено правило, згідно з яким перший елемент виявляє властивості, перехідні до наступної головної підгрупи, другий - до побічної підгрупи тієї ж групи; і зазвичай характерними для групи властивостями має лише третій елемент; це правило особливо наочно проявляється у групі лужноземельних металів.

Найважчий з елементів другої групи - радій - за своїми хімічними властивостями, безумовно, відповідає типовим представникам лужноземельних металів, Тим не менш, зазвичай його не прийнято включати до групи лужноземельних металів у вужчому сенсі. У зв'язку з особливостями його поширення в природі, а також внаслідок найбільш характерної його властивості – радіоактивності доцільніше відвести йому особливе місце. В обговоренні загальних властивостей елементів цієї підгрупи радій не буде розглянуто, оскільки відповідних фізико-хімічних властивостей досі досліджували недостатньо.

За винятком радію, всі елементи лужноземельної підгрупи відносяться до легких металів. Легкими називають метали, питома вага яких не перевищує 5. За своєю твердістю метали головної підгрупи ІІ групи значно перевершують лужні. Найм'якший з них, барій (властивості якого найбільш близькі до лужних металів) має приблизно твердість свинцю. Точки плавлення металів цієї групи лежать значно вищі, ніж у лужних металів.

Спільним для всіх елементів головної підгрупи II групи є їх властивість виявляти у своїх сполуках позитивну валентність 2 і тільки у виняткових випадках вони бувають позитивно одновалентні. Типова для них валентність 2+, а також порядкові номери елементів змушують безперечно віднести ці метали до головної підгрупи другої групи. Крім того, всі вони виявляють сильно електропозитивний характер, який визначається їх положенням у лівій частині електрохімічного ряду напруг, а також сильним спорідненістю до електронегативних елементів.

Відповідно до величини нормальних потенціалів елементів головної підгрупи другої групи всі перераховані метали розкладають воду; проте дія берилію та магнію на воду Протікає дуже повільно внаслідок малої розчинності гідроксидів, що виходять в результаті цієї реакції, наприклад для магнію:

Мg + 2НОН = Mg(ON) 2 + Н 2

Утворившись на поверхні металу, гідроксиду Ве і Мg ускладнюють подальший перебіг реакції. Тому навіть дрібні помилки магнію доводиться витримувати при звичайній температурі в дотику до води протягом кількох діб, перш ніж вони повністю перетворяться на гідроокис магнію. Інші лужноземельні метали реагують з водою значно енергійніше, що пояснюється кращою розчинністю їх гідроксидів. Гідроокис барію розчиняється найлегше; нормальний потенціал має найнижче значення в порівнянні з іншими елементами групи, тому він реагує з водою, а також зі спиртом дуже енергійно. Стійкість лужноземельних металів до дії повітря зменшується у напрямку від магнію до барію. Відповідно до положення у ряді напруг названі метали витісняють усі важкі метали з розчинів їх солей.

Як продукти горіння лужноземельних металів завжди виходять нормальні оксиди М ІІ О. Перекиси лужноземельних металів набагато менш стійкі, ніж у ряді лужних металів.

З водою оксиду лужноземельних металів з'єднуються, утворюючи гідроокиси, причому енергія цієї реакції дуже помітно зростає у напрямку від ВеО до ВаО. Розчинність гідроокису також сильно збільшується від гідроокису берилію п гідроокису барію; навіть розчинність останньої при нормальній температурі дуже невелика. У тому ж порядку зростає і основний характер цих сполук - від амфоторного гідроксиду берилію до основного їдкого барію.

Цікаво відзначити сильне спорідненість елементів головної підгрупи другої групи азоту. Склопність до утворення сполук з азотом зростає у цих елементів зі збільшенням атомної ваги (попри те, що теплоти утворення нітридів у цьому напрямі зменшуються); у власне лужноземельних металів тепденція до утворення нітридів настільки велика, що останні повільно з'єднуються з азотом вже за звичайної тедгасратури.

Лужноземельні металиподібно до лужних металів з'єднуються з воднем, утворюючи гідриди, наприклад:

Са+Н2 = СаН2.

Етн гідриди також мають солеподібний характер і тому слід вважати, що в них, як і в гідридах лужних металів, водень є електронегативною складовою.

Важче отримати безпосередньо з елементів МgН 2 , а ВеН 2 синтезувати таким шляхом взагалі вдалося. МgН 2 і ВеН 2 тверді і нелеткі сполуки, як і гідриди лужноземельних металів, але на відміну від останніх вони не мають яскраво вираженого солеподібного характеру.

Всі елементи головної підгрупи другої групи утворюють безбарвні іони, що мають позитивний заряд 2: Bе 2+ , Мg 2+ , Са 2+ , Sr 2+ , 2+ , Rа 2+ . Берилій утворює, крім того, безбарвні аніони [ВеО 2 ] 2+ і [Ве(ОН) 4 ] 2+ . Безбарвні і всі солі М II Х 2 зазначених елементів, якщо вони не є похідними забарвлених аніонів.

Солі радію самі по собі теж безбарвні. Однак деякі з них, наприклад, хлорид і бромід радію, поступово забарвлюються під дією випромінювання радію, що міститься в них, і, нарешті, набувають забарвлення від коричневої до чорної. При перекристалізації вони знову стають білими.

Багато солі лужноземельних металів важко розчиняються у воді. У зміні розчинності цих солей часто виявляється певна закономірність: так, у сульфатів розчинність швидко зменшується зі зростанням атомної ваги лужноземельного металу. Приблизно так само змінюється розчинність хромітів. Більшість солей, що утворюються лужноземельними металами зі слабкими кислотами та з кислотами середньої сили, розчиняються насилу, наприклад фосфати, оксалати та карбонати; деякі з них, однак, легко розчиняються; до останніх відносяться сульфіди, ціаніди, роданіди та ацетати. Внаслідок ослаблення основного характеру гідроксидів при переході від Ва до Ве, у цій же послідовності зростає ступінь гідролізу їх карбонатів. У тому ж напрямку змінюється і їх термічна стійкість: у той час як карбонат барію навіть при температурі розжарюється далеко не повністю, карбонат кальцію можна повністю розкласти на СаО і СО 2 вже при порівняно слабкому прожарюванні, а карбонат магнію розкладається ще легше.

З точки зору теорії Косселя причиною двовалентності елементів лужноземельної групи є та обставина, що в періодичній системі всі вони віддалені від відповідних інертних газів з: 2 елемента, тому кожен з них має на 2 електрона більше, ніж попередній інертний газ. Внаслідок прагнення атомів прийняти конфігурацію інертних газів у елементів лужноземельної групи і відбувається легке відщеплення двох електронів, але не більше, тому що подальше відщеплення викликало б вже руйнування конфігурації інертних газів.

На уроці буде розкрито тему «Метали та їх властивості. Лужні метали. Лужноземельні метали. Алюміній». Ви дізнаєтеся загальні властивостіта закономірності лужних та лужноземельних елементів, вивчіть окремо хімічні властивості лужних та лужноземельних металів та їх сполуки. За допомогою хімічних рівняньбуде розглянуто таке поняття, як жорсткість води. Познайомтеся з алюмінієм, його властивостями та сплавами. Ви дізнаєтеся, що таке суміші, що регенерують кисень, озоніди, пероксид барію та отримання кисню.

Тема: Основні метали та неметали

Урок: Метали та їх властивості. Лужні метали. Лужноземельні метали. Алюміній

Головну підгрупу І групи Періодичної системиД.І. Менделєєва складають літій Li, натрій Na, калій K, рубідій Rb, цезій Cs та францій Fr. Елементи цієї підгрупи відносять до . Їхня загальна назва - лужні метали.

Лужноземельні метали перебувають у головній підгрупі II групи Періодичної системи Д.І. Менделєєва. Це магній Mg, кальцій Ca, стронцій Sr, барій Ba та радій Ra.

Лужні та лужноземельні метали як типові метали виявляють яскраво виражені відновлювальні властивості. У елементів основних підгруп металеві властивості зі збільшенням радіусу зростають. Особливо сильно відновлювальні властивості виявляються у лужних металів. Настільки сильно, що практично неможливо проводити їх реакції з розбавленими водними розчинами, оскільки в першу чергу йтиме реакція їх взаємодії з водою. У лужноземельних металів ситуація аналогічна. Вони також взаємодіють із водою, але набагато менш інтенсивно, ніж лужні метали.

Електронні конфігураціївалентного шару лужних металів - ns 1 , де n – номер електронного шару. Їх відносять до s-елементів. У лужноземельних металів - ns 2 (S-елементи). У алюмінію валентні електрони …3 s 2 3р 1(p-елемент). Ці елементи утворюють сполуки з іонним типомзв'язку. При утворенні сполук їм ступінь окислення відповідає номеру групи.

Виявлення іонів металу у солях

Іони металів легко визначити щодо зміни забарвлення полум'я. Рис. 1.

Солі літію - карміново-червоне забарвлення полум'я. Солі натрію – жовтий. Солі калію - фіолетовий через кобальтове скло. Рубідія – червоний, цезія – фіолетово-синій.

Рис. 1

Солі лужноземельних металів: кальцію – цегляно-червоний, стронцію – карміново-червоний та барію – жовтувато-зелений. Солі алюмінію забарвлення полум'я не змінюють. Солі лужних та лужноземельних металів використовуються для створення феєрверків. І можна легко визначити за фарбуванням, солі якого металу застосовувалися.

Властивості металів

Лужні метали- це сріблясто-білі речовини з характерним металевим блиском. Вони швидко тьмяніють на повітрі через окиснення. Це м'які метали, за м'якістю Na, K, Rb, Cs подібні до воску. Вони легко ріжуться ножем. Вони легені. Літій - найлегший метал із щільністю 0,5 г/см 3 .

Хімічні властивостілужних металів

1. Взаємодія з неметалами

Через високі відновлювальних властивостейлужні метали бурхливо реагують із галогенами з утворенням відповідного галогеніду. При нагріванні реагують із сіркою, фосфором та воднем з утворенням сульфідів, гідридів, фосфідів.

2Na + Cl 2 → 2NaCl

Літій – це єдиний метал, який реагує з азотом вже за кімнатної температури.

6Li + N 2 = 2Li 3 N, нітрид літію, що утворюється, піддається незворотному гідролізу.

Li 3 N + 3H 2 O → 3LiOH + NH 3

2. Взаємодія з киснем

Тільки з літієм відразу утворюється оксид літію.

4Li + Про 2 = 2Li 2 Про, а при взаємодії кисню з натрієм утворюється пероксид натрію.

2Na + Про 2 = Na 2 Про 2 . При горінні решти металів утворюються надпероксиди.

К + Про 2 = КО 2

3. Взаємодія з водою

По реакції з водою можна наочно побачити, як змінюється активність цих металів групи зверху вниз. Літій та натрій спокійно взаємодіють з водою, калій – зі спалахом, а цезій – вже з вибухом.

2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2

4.

8K + 10HNO 3 (конц) → 8KNO 3 + N 2 O +5 H 2 O

8Na + 5H 2 SO 4 (конц) → 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Одержання лужних металів

Через високу активність металів, отримувати їх можна за допомогою електролізу солей, найчастіше хлоридів.

З'єднання лужних металів знаходять велике застосування у різних галузях промисловості. Див Табл. 1.

ПОШИРЕНІ СПОЛУКИ лужних металів
	Їдкий натр (каустична сода)
	Кухонна сіль
	Чилійська селітра
Na 2 SO 4 ∙10H 2 O	Глауберова сіль
Na 2 CO 3 ∙10H 2 O	Сода кристалічна
	Їдке калі
	Хлорид калію (сільвін)
	Індійська селітра

Їхня назва пов'язана з тим, що гідроксиди цих металів є лугами, а оксиди раніше називали «землі». Наприклад, оксид барію BaO – барієва земля. Берилій та магній найчастіше до лужноземельних металів не відносять. Ми не розглядатимемо і радій, оскільки він радіоактивний.

Хімічні властивості лужноземельних металів.

1. Взаємодія знеметалами

Сa + Cl 2 → 2СaCl 2

Сa + H 2 СaH 2

3Сa + 2P Сa 3P 2-

2. Взаємодія з киснем

2Сa + O 2 → 2CaO

3. Взаємодія з водою

Sr + 2H 2 O → Sr(OH) 2 + H 2 але взаємодія більш спокійна, ніж з лужними металами.

4. Взаємодія з кислотами – сильними окислювачами

4Sr + 5HNO 3 (кінець) → 4Sr(NO 3) 2 + N 2 O +4H 2 O

4Ca + 10H 2 SO 4 (конц) → 4CaSO 4 + H 2 S + 5H 2 O

Отримання лужноземельних металів

Металевий кальцій та стронцій отримують електролізом розплаву солей, найчастіше хлоридів.

CaCl 2 Сa + Cl 2

Барій високої чистоти можна отримати алюмотермічним способом із оксиду барію.

3BaO +2Al 3Ba + Al 2 O 3

ПОШИРЕНІ СПОЛУКИ лужноземельних металів

Найвідомішими сполуками лужноземельних металів є: CaО - негашене вапно. Ca(OH) 2 - гашене вапно,або вапняна вода. При пропущенні Вуглекислий газчерез вапняну воду відбувається помутніння, тому що утворюється нерозчинний карбонат кальцію СаСО 3. Але треба пам'ятати, що при подальшому пропусканні вуглекислого газу утворюється розчинний гідрокарбонат і осад зникає.

Рис. 2

СaO + H 2 O → Ca(OH) 2

Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓+ H 2 O

CaCO 3 ↓+ H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2

Гіпс -це CaSO 4 ∙2H 2 O, алебастр - CaSO 4 ∙0,5H 2 O. Гіпс та алебастр використовуються в будівництві, в медицині та для виготовлення декоративних виробів. Рис. 2.

Карбонат кальцію CaCO 3 утворює безліч різних мінералів. Рис. 3.

Рис. 3

Фосфат кальцію Ca 3 (PO 4) 2 - фосфорит, фосфорне борошно використовується як мінеральне добриво.

Чистий безводний хлорид кальцію CaCl 2 - це гігроскопічна речовина, тому широко застосовується в лабораторіях як осушувач.

Карбід кальцію- CaC 2 . Його можна отримати так:

СaO + 2C →CaC 2 +CO. Одне з його застосувань – це одержання ацетилену.

CaC 2 + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + C 2 H 2

Сульфат барію BaSO 4 - барит. Рис. 4. Використовується як стандарт білого в деяких дослідженнях.

Рис. 4

Жорсткість води

У природній воді містяться солі кальцію та магнію. Якщо вони містяться в помітних концентраціях, то в такій воді миліться мило через утворення нерозчинних стеаратів. При її кип'ятінні утворюється накип.

Тимчасова жорсткістьобумовлена ​​присутністю гідрокарбонатів кальцію та магнію Ca(HCO 3) 2 та Mg(HCO 3) 2 . Таку жорсткість води можна усунути кип'ятінням.

Ca(HCO 3) 2 CaCO 3 ↓ + СО 2 + Н 2 О

Постійна жорсткість водиобумовлена ​​наявністю катіонів Ca 2+ ., Mg 2+ та аніонів H 2 PO 4 - ,Cl - , NO 3 - та ін Постійна жорсткість води усувається тільки завдяки реакціям іонного обміну, в результаті яких іони магнію і кальцію будуть переведені в осад.

Домашнє завдання

1. №№3, 4, 5-а (с. 173) Габрієлян О.С. Хімія. 11 клас. Базовий рівень. 2-ге вид., стер. – М.: Дрофа, 2007. – 220 с.

2. Яку реакцію середовища має водний розчинсульфіду калію? Відповідь підтвердіть рівнянням реакції гідролізу.

3. Визначте масову частку натрію в морській водіяка містить 1,5% хлориду натрію.

Найбільш активними серед металевої групи є лужні та лужноземельні метали. Це м'які легкі метали, які у реакції з простими і складними речовинами.

Загальний опис

Активні метали займають першу та другу групи періодичної таблиціМенделєєва. Повний списоклужних та лужноземельних металів:

• літій (Li);
• натрій (Na);
• калій (К);
• рубідій (Rb);
• цезій (Cs);
• францій (Fr);
• берилій (Be);
• магній (Mg);
• кальцій (Ca);
• стронцій (Sr);
• барій (Ba);
• радій (Ra).

Рис. 1. Лужні та лужноземельні метали в таблиці Менделєєва.

Електронна конфігурація лужних металів - ns 1 , лужноземельних металів - ns 2 .

Відповідно, постійна валентність лужних металів – I, лужноземельних – II. За рахунок невеликої кількості валентних електронів на зовнішньому енергетичному рівні активні металивиявляють потужні властивості відновлювача, віддаючи зовнішні електрони у реакціях. Чим більше енергетичних рівнів, тим менший зв'язок із зовнішніми електронами з ядром атома. Тому металеві властивості зростають у групах зверху донизу.

Через активність метали І і ІІ груп перебувають у природі лише у складі гірських порід. Чисті метали виділяють за допомогою електролізу, прожарювання, реакції заміщення.

Фізичні властивості

Лужні метали мають сріблясто-білий колір із металевим блиском. Цезій – сріблясто-жовтий метал. Це найбільш активні та м'які метали. Натрій, калій, рубідій, цезій ріжуться ножем. М'якістю нагадують віск.

Рис. 2. Розрізання натрію ножем.

Лужноземельні метали мають сірий колір. Порівняно із лужними металами є більш твердими, щільними речовинами. Ножем можна розрізати лише стронцій. Найбільш щільний метал – радій (5,5 г/см 3 ).

Найбільш легкими металами є літій, натрій та калій. Вони плавають лежить на поверхні води.

Хімічні властивості

Лужні та лужноземельні метали реагують із простими речовинами та складними сполуками, утворюючи солі, оксиди, луги. Основні властивості активних металів описані у таблиці.

Взаємодія	Лужні метали	Лужноземельні метали
З киснем	Самозаймаються на повітрі. Утворюють надпероксиди (RO 2), крім літію та натрію. Літій утворює оксид при нагріванні вище 200°C. Натрій утворює суміш пероксиду та оксиду. 4Li + O 2 → 2Li 2 O; 2Na + Про 2 → Na 2 O 2; Rb + O 2 → RbO 2	На повітрі швидко утворюються захисні оксидні плівки. При нагріванні до 500 С самозаймисті. 2Mg + O 2 → 2MgO; 2Ca + O 2 → 2CaO
З неметалами	Реагують при нагріванні із сіркою, воднем, фосфором: 2K+S → K2S; 2Na + H 2 → 2NaH; 2Cs + 5P → Cs 2 P 5 . З азотом реагує тільки літій, з вуглецем - літій та натрій: 6Li + N 2 → 2Li 3 N; 2Na + 2C → Li 2 C 2	Реагують при нагріванні: Ca + Br 2 → CaBr 2; Be + Cl 2 → BeCl 2; Mg + S → MgS; 3 Ca + 2P → Ca 3 P 2; Sr + H 2 → SrH 2
З галогенами	Бурхливо реагують з утворенням галогенідів: 2Na + Cl 2 → 2NaCl
	Утворюються луги. Чим нижче метал розташований у групі, тим активніше протікає реакція. Літій взаємодіє спокійно, натрій горить жовтим полум'ям, калій – зі спалахом, цезій та рубідій вибухають. 2Na + 2H 2 O → 2NaOH + H 2 -; 2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2	Менш активно, ніж лужні метали, реагують за кімнатної температури: Mg + 2H 2 O → Mg(OH) 2 + H 2; Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
З кислотами	Зі слабкими та розведеними кислотами реагують із вибухом. З органічними кислотами утворюють солі. 8K + 10HNO 3 (конц) → 8KNO 3 + N 2 O + 5H 2 O; 8Na + 5H 2 SO 4 (конц) → 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O; 10Na + 12HNO 3 (розб) → N 2 + 10NaNO 3 + 6H 2 O; 2Na + 2CH 3 COOH → 2CH 3 COONa + H 2	Утворюють солі: 4Sr + 5HNO 3 (кінець) → 4Sr(NO 3) 2 + N 2 O +4H 2 O; 4Ca + 10H 2 SO 4 (конц) → 4CaSO 4 + H 2 S + 5H 2 O
З лугами		З усіх металів реагує лише берилій: Be + 2NaOH + 2H 2 O → Na 2 + H 2
З оксидами		Входять у реакцію всі метали, крім берилію. Заміщають менш активні метали: 2Mg + ZrO 2 → Zr + 2MgO

Рис. 3. Реакція калію із водою.

Лужні та лужноземельні метали можна виявити за допомогою якісної реакції. При горінні метали забарвлюються у певний колір. Наприклад, натрій горить жовтим полум'ям, калій – фіолетовим, барій – світло-зеленим, кальцій – темно-оранжевим.

Що ми дізналися?

Лужні та лужноземельні – найбільш активні метали. Це м'які прості речовинисірого чи сріблястого кольору з невеликою щільністю. Літій, натрій та калій плавають на поверхні води. Лужноземельні метали твердіші і щільніші, ніж лужні. На повітрі швидко окислюються. Лужні метали утворюють надпероксиди та пероксиди, оксид утворює лише літій. Бурхливо реагують з водою за кімнатної температури. З неметалами реагують при нагріванні. Лужноземельні метали вступають у реакцію з оксидами, витісняючи менш активні метали. З лугами реагує лише берилій.

Тест на тему

Оцінка доповіді

Середня оцінка: 4.6. Усього отримано оцінок: 294.