Что такое характерные химические свойства бериллия, магния и щелочноземельных металлов

Что такое характерные химические свойства бериллия, магния и щелочноземельных металлов IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий).

Бериллий химический элемент. символьное обозначение элемента: Be, латинское название Beryllium, элемент относится к периоду, группе: 2, 2, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Бериллий составляет 9,012182 (3) (а.е.м.) плотность элемента: 1,85 г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления 1278(°C), температура кипения 2970(°C). Первооткрывателем зарегистрирован: Воклен, год открытия: 1797 — Beryllium.

Магний химический элемент. символьное обозначение элемента: Mg, латинское название Magnesium, элемент относится к периоду, группе: 3, 2, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Магний составляет 24,3050 (6) (а.е.м.) плотность элемента: 1,74 г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления 648,8(°C), температура кипения 1107(°C). Первооткрывателем зарегистрирован: Дэви, год открытия: 1808 — Magnesium.

Кальций химический элемент. символьное обозначение элемента: Ca, латинское название Calcium, элемент относится к периоду, группе: 4, 2, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Кальций составляет 40,078 (4) (а.е.м.) плотность элемента: 1,54 г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления 839(°C), температура кипения 1487(°C). Первооткрывателем зарегистрирован: Дэви, год открытия: 1808 — Calcium

Стронций химический элемент. символьное обозначение элемента: Sr, латинское название Strontium, элемент относится к периоду, группе: 5, 2, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Стронций составляет 87,62 (1) (а.е.м.) плотность элемента: 2,63 г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления 769(°C), температура кипения 1384(°C). Первооткрывателем зарегистрирован: Кроуфорд, год открытия: 1790 — Strontium.

Барий химический элемент. символьное обозначение элемента: Ba, латинское название Barium, элемент относится к периоду, группе: 6, 2, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Барий составляет 137,327 (7) (а.е.м.) плотность элемента: 3,65 г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления 725(°C), температура кипения 1640(°C). Первооткрывателем зарегистрирован: Дэви, год открытия: 1808 — Barium.

Радий химический элемент. символьное обозначение элемента: Ra, латинское название Radium, элемент относится к периоду, группе: 7, 2, (atomic mass of matter) атомная масса вещества Радий составляет [226,0254] (а.е.м.) плотность элемента: 5,5 г/ см³ (при 20 градусах Цельсия), температура плавления 700(°C), температура кипения 1140(°C). Первооткрывателем зарегистрирован: Мария и Пьер Кюри, год открытия: 1898.

На сайте chemical-products.ru представлена таблица всех химических элементов с описанием их характеристик и свойств.

Отличие химических свойств

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.

 К s-элементам (s-блок) относятся элементы IIA группы

Все элементы IIA группы относятся к (s-блоку) s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне.

  • 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

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 = MgI2иодид магния

Са + Br2 = СаBr2 бромид кальция

Ва + Cl2 = ВаCl2хлорид 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.

Ацетилениды

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 может происходить до SO2, H2S и S в зависимости от активности металла, температуры проведения реакции и концентрации кислоты:

Mg + H2SO4(конц.) = MgSO4 + SO2↑ + H2O

3Mg + 4H2SO4(конц.) = 3MgSO4 + S↓ + 4H2O

4Ca + 5H2SO4(конц.) = 4CaSO4 +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↑+ K2BeO2бериллат 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.