Jordalkalimetaller

fire	Beryllium
Være9,0122
2s 2

12	Magnesium
mg24.305
3s 2

fire

tyve	Kalk
Ca40,078
4s 2

38	Strontium
Sr87,62
5s 2

56	Barium
Ba137,327
6s 2

88	Radium
Ra(226)
7s 2

Jordalkalimetaller er kemiske grundstoffer i den anden gruppe [1] i det periodiske system : beryllium (Be), magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), radium (Ra) [ 2] . I tilfælde af dets opdagelse vil det hypotetiske 120. grundstof unbinilium , ifølge strukturen af den ydre elektronskal, også blive tildelt jordalkalimetaller .

Beryllium og magnesium

Tidligere blev Be og Mg ikke klassificeret som jordalkalimetaller, fordi deres hydroxider ikke er alkalier. Be (OH) 2 - amfotert hydroxid. Mg(OH) 2 er en tungtopløselig base, der giver en let alkalisk reaktion og farver indikatoren.

Be reagerer ikke med vand, Mg meget langsomt (under normale forhold) i modsætning til alle andre jordalkalimetaller.

Men i dag klassificeres beryllium og magnesium ifølge IUPAC-definitionen som jordalkalimetaller.

Fysiske egenskaber

Jordalkalimetaller omfatter ofte kun calcium, strontium, barium og radium, sjældnere magnesium og beryllium. Ifølge IUPAC-nomenklaturen skal alle grundstoffer i den 2. gruppe dog betragtes som jordalkalimetaller [2] . Det første element i denne gruppe, beryllium , er i de fleste egenskaber meget tættere på aluminium end på de højere modstykker af den gruppe, det tilhører ( diagonal lighed ). Det andet grundstof i denne gruppe, magnesium, har allerede nogle kemiske egenskaber, der er fælles for jordalkalimetaller, men adskiller sig ellers markant fra dem, især meget lavere aktivitet, og ligner i en række egenskaber det samme aluminium.

Alle jordalkalimetaller er grå faste stoffer ved stuetemperatur. I modsætning til alkalimetaller er de meget hårdere og kan ikke skæres med en kniv (strontium er en undtagelse). En stigning i tætheden af jordalkalimetaller observeres kun begyndende med calcium. Den tungeste er radium, der i tæthed kan sammenlignes med germanium (ρ = 5,5 g/cm 3 ).

Den elektriske ledningsevne for jordalkalimetaller er omtrent den samme som for alkalimetaller.

Generelt har metaller fra den anden gruppe sammenlignet med alkalimetaller en højere densitet og hårdhed.

Nogle atomare og fysiske egenskaber af jordalkalimetaller

atomnummer _	Navn, symbol	Antal isotoper (naturlige + kunstige)	Atommasse	Ioniseringsenergi, kJ mol −1	Elektronaffinitet, kJ mol −1	EO	Metal. radius, nm (ifølge Pauling)	Ionisk radius, nm (Ifølge Pauling)	t pl , °C	t balle , °C	ρ , g/cm³	Δ H pl , kJ mol -1	Δ H kip , kJ mol −1
fire	Beryllium Be	1+11 a	9,012182	898,8	-50 (estimat)	1,57	0,169	0,031	1278	2970	1.848	12.21	309
12	Magnesium Mg	3+19 a	24.305	737,3	-40 (estimat)	1,31	0,24513	0,065	650	1105	1,737	9.2	131,8
tyve	Calcium 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	Strontium Sr	4+35 a	87,62	549,0	5.02	0,95	0,304	0,113	769	1384	2,54	9.2	144
56	Barium Ba	7+43 a	137,327	502,5	13,95	0,89	0,251	0,135	729	1637	3.5	7,66	142
88	Radium Ra	46 a	226,0254	509,3	9,65 (estimeret)	0,9	0,2574	0,143	700	1737	5.5	8.5	113

a Radioaktive isotoper

Kemiske egenskaber

Jordalkalimetaller har en elektronisk konfiguration med et eksternt energiniveau på ns² og er s-elementer sammen med alkalimetaller , brint og helium . Med to valenselektroner donerer jordalkalimetaller dem let, og i de fleste forbindelser har de en oxidationstilstand på +2 (meget sjældent +1).

Den kemiske aktivitet af jordalkalimetaller stiger med stigende serienummer. Beryllium i en kompakt form reagerer ikke med hverken oxygen eller halogener , selv ved en rød varmetemperatur (op til 600 ° C, en endnu højere temperatur er nødvendig for at reagere med oxygen og andre chalcogener , fluor er en undtagelse). Magnesium er beskyttet af en oxidfilm ved stuetemperatur og højere (op til 650 °C) temperaturer og oxiderer ikke yderligere. Calcium oxiderer langsomt og ved stuetemperatur i dybden (i nærvær af vanddamp ), og brænder ud ved let opvarmning i ilt, men er stabilt i tør luft ved stuetemperatur. Strontium, barium og radium oxideres hurtigt i luften, hvilket giver en blanding af oxider og nitrider, så de ligesom alkalimetaller (med undtagelse af rubidium og cæsium , hvor opbevaring kun er acceptabel i en argonatmosfære, da de er stærkt oxiderede selv i petroleum) og calcium opbevares de under et lag petroleum , højrenhedsreagenser af simple stoffer af calcium, strontium og barium opbevares i ampuller med en inert atmosfære af argon , desuden er barium og dets vandopløselige forbindelser. giftig, derfor kræver arbejdet med det beskyttelse af åndedrætsorganerne og huden mod mulig indtrængning af bariumsaltopløsninger.

Ozonider og superoxider af jordalkalimetaller er ikke blevet undersøgt i detaljer; de er ustabile forbindelser. De er ikke meget brugt.

Oxider og hydroxider af jordalkalimetaller har en tendens til at stige i grundlæggende egenskaber med stigende serienummer.

Simple stoffer

Beryllium reagerer med svage og stærke syreopløsninger og danner salte:

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

dog passiveres den med kold koncentreret salpetersyre.

Reaktionen af beryllium med vandige opløsninger af alkalier ledsages af udviklingen af hydrogen og dannelsen af hydroxoberyllater:

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

Ved udførelse af reaktionen med en alkalismelte ved 400-500 ° C dannes dioxoberyllater:

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

Magnesium, calcium, strontium, barium og radium reagerer med vand og danner alkalier (magnesium reagerer meget langsomt med koldt vand, men når varmt magnesiumpulver tilsættes vand, såvel som i varmt vand, reagerer det voldsomt):

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

Calcium, strontium, barium og radium reagerer også med hydrogen, nitrogen, bor, kulstof og andre ikke-metaller for at danne de tilsvarende binære forbindelser:

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

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

Oxider

Berylliumoxid - amfotert oxid, opløses i koncentrerede mineralsyrer og alkalier med dannelse af salte:

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

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

men med mindre stærke syrer og baser forløber reaktionen ikke længere.

Magnesiumoxid reagerer ikke med fortyndede og koncentrerede baser, men reagerer let med syrer og vand:

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

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

Oxider af calcium, strontium, barium og radium er basiske oxider, der reagerer med vand, stærke og svage opløsninger af syrer og amfotere oxider og hydroxider:

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

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

{\displaystyle {\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))

Hydroxider

Berylliumhydroxid er amfotert, når det reagerer med stærke baser, danner det beryllater , med syrer - berylliumsalte af syrer:

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

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

Magnesium- , calcium- , strontium- , barium- og radiumhydroxider er baser, styrken stiger fra svag Mg (OH) 2 til meget stærk Ra (OH) 2 , som er det stærkeste ætsende stof, der overstiger kaliumhydroxid i aktivitet. De opløses godt i vand (undtagen magnesium- og calciumhydroxider). De er karakteriseret ved reaktioner med syrer og sure oxider og med amfotere oxider og hydroxider:

{\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}]}}

At være i naturen

Alle jordalkalimetaller er til stede (i varierende mængder) på Jorden . På grund af deres høje kemiske aktivitet findes dem ikke alle i fri tilstand. Det mest almindelige jordalkalimetal er calcium, hvis indhold er lig med massen af jordskorpen estimeres forskelligt: fra 2 % til 13,3 % [3] . Lidt ringere end magnesium, hvis indhold er 2,35%. Barium og strontium er også almindelige i naturen, hvis indhold er henholdsvis 0,039% og 0,0384% af massen af jordskorpen. Beryllium er et sjældent grundstof, hvis mængde er 2⋅10 −4 % af massen af jordskorpen. Radioaktivt radium er det sjældneste af alle jordalkalimetaller, men det findes altid i små mængder i uranmalme . Især kan det adskilles derfra med kemiske midler. Dens indhold er 1⋅10 −10 % (af massen af jordskorpen) [4][5] .

Biologisk rolle

Magnesium findes i væv hos dyr og planter (for eksempel i klorofyl ), er en cofaktor i mange enzymatiske reaktioner, er nødvendig for syntesen af ATP , deltager i overførslen af nerveimpulser og bruges aktivt i medicin ( biskofytoterapi). , etc.). Calcium er et almindeligt makronæringsstof i planter, dyr og mennesker. Hos mennesker og andre hvirveldyr findes det meste af det i skelettet og tænderne . Calcium findes i knogler i form af hydroxyapatit . Mineralskeletterne fra nogle repræsentanter for mange grupper af hvirvelløse dyr ( svampe , coelenterater , bløddyr osv.) består af forskellige former for calciumcarbonat . Calciumioner er involveret i blodkoagulationsprocesser og fungerer også som en af de universelle sekundære budbringere inde i celler og regulerer en række intracellulære processer: muskelsammentrækning , eksocytose , herunder sekretion af hormoner og neurotransmittere . Strontium kan erstatte calcium i naturlige væv [ afklare ] , fordi den i egenskaber ligner den. I den menneskelige krop er massen af strontium omkring 1% af massen af calcium.

I øjeblikket er der intet kendt om den biologiske rolle af beryllium, barium og radium. Alle forbindelser af barium (undtagen sulfat på grund af dets ekstremt lave opløselighed) og beryllium er giftige. Radium er ekstremt radiotoksisk. I kroppen opfører det sig som calcium – omkring 80 % af det radium, der kommer ind i kroppen, ophobes i knoglevæv. Store koncentrationer af radium forårsager osteoporose , spontane knoglebrud og ondartede tumorer i knogler og hæmatopoietisk væv . Radon , et gasformigt radioaktivt henfaldsprodukt af radium, er også farligt.

Noter

↑ Ifølge den nye IUPAC- klassifikation . Ifølge den forældede klassifikation tilhører de hovedundergruppen af gruppe II i det periodiske system.
↑ 1 2 Nomenklatur for uorganisk kemi. IUPAC- anbefalinger 2005 . - International Union of Pure and Applied Chemistry , 2005. - S. 51.
↑ M.E. Uger. Opdagelse af elementerne. — 6. udg. — Journal of Chemical Education. — S. 990.
↑ Guldfond. Skoleleksikon. Kemi. M.: Bustard, 2003.
↑ N. Greenwood, A. Earnshaw. Grundstoffernes kemi: i 2 tons / pr. fra engelsk. - 3. udg. - M . : BINOM. Videnlaboratoriet, 2015. - V. 1. - S. 111-112. — 607 s. — (Den bedste udenlandske lærebog). — ISBN 978-5-9963-1733-2 .