Какой элемент 2 группы обладает большими металлическими свойствами

IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.

Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.

Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:

Ме0 – 2e— → Ме+2

Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2):

2Mg + O2 = 2MgO

2Ca + O2 = 2CaO

2Ba + O2 = 2BaO

Ba + O2 = BaO2

Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2.

с галогенами

Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:

Мg + I2 = MgI2 – иодид магния

Са + Br2 = СаBr2 –  бромид кальция

Ва + Cl2 = ВаCl2 – хлорид бария

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C22-, фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2):

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:

Ве + Н2SO4(разб.) = BeSO4 + H2↑

Mg + 2HBr = MgBr2 + H2↑

Ca + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + H2↑

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N2O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH4NO3):

4Ca + 10HNO3(разб.) = 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

4Mg + 10HNO3(сильно разб.) = 4Mg(NO3)2 + NН4NO3 + 3H2O

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:

Be + 2H2SO4 → BeSO4 + SO2↑+ 2H2O

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.

Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:

4Mg + 5H2SO4(конц.) = 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:

Be + 2KOH + 2H2O = H2↑ + K2[Be(OH)4] — тетрагидроксобериллат калия

При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород

Be + 2KOH = H2↑+ K2BeO2 — бериллат калия

с оксидами

Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:

Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.

В результате изучения содержания этой главы студент должен: знать

• • природные соединения бериллия, магния, щелочноземельных металлов;
• • химические и физические свойства простых веществ, их соединений (оксидов, гидроксидов, солей, соединений с неметаллами), способы их получения;
• • чем обусловлена жесткость воды, типы жесткости воды;
• • биологическую роль металлов ИЛ (2-й) группы и их применение в медицине и фармации;

уметь

• • составлять уравнения реакций, характеризующих химические свойства металлов ИА (2-й) группы и их соединений;
• • осуществлять стехиометрические расчеты по полученным уравнениям реакций; владеть
• • навыками составления уравнений химических реакций;
• • методами решения расчетных задач;
• • техникой проведения пробирочных реакций;
• • навыками работы с химическим оборудованием и реактивами.

Общая характеристика металлов

Металлы IIA (2-й) группы Периодической системы химических элементов — бериллий 4Вс, магний 12Mg, кальций 20Са, стронций 38Sr, барий 56Ва и радий 88Ra — являются ^-элементами. Последний радиоактивен, период полураспада изотопа 226Ra — 1620 лет. Элементы Са, Sr, Ва и Ra относят к щелочноземельным металлам, так как их оксиды, называемые ранее «землями», при взаимодействии с водой образуют щелочи.

Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня — ns . Металлы являются восстановителями и в соединениях проявляют единственную степень окисления (+2). Изменение свойств по группе следует общим закономерностям, рассмотренным на примере щелочных металлов: с увеличением порядкового номера увеличивается радиус атома, уменьшаются энергия ионизации, относительная электроотрицательность и сродство к электрону, возрастают восстановительные и металлические свойства (табл. 12.1).

Элемент бериллий по своим свойствам, подобно литию в 1-й группе, отли-

О I

чается от остальных металлов. Малый радиус иона Be , высокая плотность заряда в нем и большое значение энергии ионизации — причины того, что в бинарных соединениях бериллия связь обладает высокой долей ковалентности. Химия водных растворов соединений бериллия также имеет свою снецифиСвойства элементов IIA (2-й) группы

ку, благодаря малому радиусу иона и отсутствию d-орбиталей. Прочная оксидная пленка на поверхности магния и малая растворимость большинства его соединений влияют на реакционную способность этого металла. С одной стороны, магний похож на щелочноземельные металлы, с другой — на бериллий.

В свободном виде элементы 2-й группы — типичные металлы: имеют серебристо-белый или сероватый цвет, обладают высокой тепло- и электропроводностью. Щелочноземельные металлы, подобно щелочным, на воздухе быстро покрываются оксидной пленкой и тускнеют. Бериллий и магний долго сохраняют металлический блеск и при комнатной температуре устойчивы к действию кислорода и воды.

Металлическая связь в металлах 2-й группы существенно прочнее, чем в щелочных, что проявляется в их большей плотности, твердости и более высоких температурах плавления (табл. 12.2). Бериллий отличается от остальных металлов группы высокой твердостью и малой пластичностью. Элементы ( за исключением Be) окрашивают пламя в разный цвет: Mg — в ослепительно-белый, Са — в кирпично-красный, Sr — в малиновый, Ва — в яблочно-зеленый.

Таблица 12.2

Физические свойства металлов ПА (2-й) группы

Таблица 123

Распространенность, изотопный состав и важнейшие природные соединения элементов ПА (2-й) группы

Элементы 2-й группы более распространены в природе, чем элементы 1-й группы, и имеют по несколько стабильных изотопов. Исключение составляет бериллий, имеющий один стабильный изотоп (табл. 12.3). Из элементов 2-й группы широко распространены магний и кальций, распространенность стронция и бария в 100 раз меньше. Основные минералы – галогениды, сульфаты и карбонаты.