Maa-alkalimetallit

◄    maa-alkalimetallit    ►

Sijainti jaksollisessa taulukossa

ryhmä	2
aikana
2	4 Ole
3	12 mg
Neljäs	Noin 20
5	38 Sr
6.	56 Ba
Seitsemäs	88 Ra

Kun maa-alkalimetallit ovat kemiallisia alkuaineita, beryllium , magnesium , kalsium , strontium , barium ja radium mainitun jaksoittaisen taulukon toisesta pääryhmästä . Ne ovat kiiltäviä, reaktiivisia metalleja , joiden valenssikuoressa on kaksi elektronia . Radium on luonnollisen hajoamisen sarjan radioaktiivinen välituote . Nimi on johdettu kahdesta vierekkäisestä pääryhmästä, alkalimetalleista , joiden kanssa heillä on yhteisiä vahvojen emästen muodostuminen , ja maa-metallien , joiden kanssa heillä on yhteisiä, olevan huonosti vesiliukoisia .

ominaisuudet

Tyypillisiä maa-alkalimetalleja ovat kalsium , strontium ja barium . Beryllium muistuttaa muita maa-alkalimetalleja hyvin vähän, joten myös beryllium kuuluu sinkkiryhmään . Maa-alkalimetallit ovat kevyitä metalleja , joilla on metallinen kiilto. Kiilto katoaa nopeasti vuonna ilmassa , koska metalli on hapettunut . Beryllium ja magnesium ovat melko stabiileja kuivassa ilmassa . Magnesium reagoi samalla tavalla kuin litium ilmassa olevan typen kanssa . Siksi yksi puhuu vino suhde on elementti litium. Maa-alkalimetallit suorittaa sähkövirran , ja kumpikin on kaksi ulompaa elektroneja . In yhdisteet ne esiintyy lähes yksinomaan kaksiarvoista kationien .

• 

  Kalsium

• 

  strontium

• 

  barium

Tyypillisillä maa-alkalimetalleilla ja niiden suoloilla on erityinen liekin väri :

• Kalsium ja sen suolat värittävät liekin oranssinpunaisena (622 ja 553 nm).
• Strontium ja sen suolat värittävät liekin punaiseksi (675 ja 606 nm).
• Barium ja sen suolat värittävät liekin vihreäksi (524 ja 514 nm).

Tämän liekin värin vuoksi maa-alkalimetalliyhdisteitä käytetään ilotulitusvälineissä .

Fyysiset ominaisuudet

Yhä atomi numero , atomimassa , atomisäde ja ioninen säde kasvaa .

Kalsiumin tiheys on pienin , 1550 kg / m³. Se kasvaa ylöspäin ja erityisesti alaspäin radiumin ollessa suurin arvo 5500 kg / m³.

Mohsin kovuus berylliumia on 5,5 keskellä alueella. Toisen pääryhmän muilla elementeillä on alhaiset kovuudet, jotka vähenevät atomiluvun kasvaessa.

Kolme ensimmäistä maa-alkalimetallia, erityisesti beryllium ja kalsium, ovat erittäin hyviä sähköjohtimia . Vaikka tämän pääryhmän muut elementit eivät ole missään nimessä huonoja johtajia, ero on huomattava.

Ensimmäinen ionisaatioenergia putoaa kasvavan atomiluvun kanssa berylliumin 9,322 eV: stä bariumiin 5,212 eV: iin. Radiumilla on jälleen hieman suurempi arvo 5,279 eV: ssä.

Elektronegatiivisuus putoaa 1,57 berylliumia 0,9 varten radium.

elementti	beryllium	magnesium	Kalsium	strontium	barium	radium
Sulamispiste (1013 hPa)	1560 K (1287 ° C)	923 K (650 ° C)	1115 K (842 ° C)	1050 K (777 ° C)	1000 K (727 ° C)	973 K (700 ° C)
Kiehumispiste (1013 hPa)	3243 K (2969 ° C)	1383 K (1110 ° C)	1760 K (1487 ° C)	1653 K (1380 ° C)	1910 K (1637 ° C)	2010 K (1737 ° C)
Tiheys (20 ° C, 1013 hPa)	1,848 g / cm 3	1,738 g / cm3	1,55 g / cm 3	2,63 g / cm 3	3,62 g / cm 3	5,5 g / cm3
Mohsin kovuus	5.5	2.5	1.75	1.5	1.25
Sähkönjohtavuus	25 x 10 6 S / m	22,7 x 10 6 S / m	29,4 x 10 6 S / m	7,41 x 10 6 S / m	2,94 x 10 6 S / m	1 x 10 6 S / m
Atomimassa	9 012 u	24305 u	40,078 u	87,62 u	137,327 u	226025 u
Elektronegatiivisuus	1.57	1.31	1.00	0,95	0,89	0,9
rakenne
Kristallijärjestelmä	kuusikulmainen	kuusikulmainen	Kuutioalue keskitetty	Kuutioalue keskitetty	kehon keskitetty kuutio	kehon keskitetty kuutio

Elektronikonfiguraatio

Elektronikonfiguraatio on [ X ] y s ². X tarkoittaa elektronin konfiguraation jalokaasua , joka on yksi ajan korkeampi , ja ajanjakso, jonka osa on sijoitettu, on käytettävä varten y .

Yksittäisten elementtien elektronikonfiguraatiot ovat:

• Beryllium: [ Hän ] 2s²
• Magnesium: [ Ne ] 3s²
• Kalsium: [ Ar ] 4s²
• Strontium: [ Kr ] 5s²
• Barium: [ Xe ] 6s²
• Radium: [ Rn ] 7s²

Hapetustilassa +2, koska kaksi elektronia , että ulkokuori voidaan helposti antanut periksi. Me ²⁺ -ioneilla on jalokaasu .

Reaktiot

Maa-alkalimetallit saavuttavat jalokaasun kokoonpanot vapauttamalla molemmat ulkoiset elektroninsa . Alkalimetalleihin verrattuna ne ovat kuitenkin vähemmän reaktiivisia, koska se vaatii suurempaa ionisaatioenergiaa kahden ulomman elektronin hajottamiseksi kuin yksi, kuten alkalimetallien tapauksessa. Tämä voidaan perustella sillä, että maa-alkalimetalleilla on suurempi ydinvaraus ja siten vastaavasti pienemmät atomisäteet kuin alkalimetalleilla.

Sisällä ryhmä on maa-alkali- metalleista reaktiivisuus kasvaa ylhäältä alas, koska välissä ulomman elektronien ja atomin ydin on enemmän ja enemmän koko elektronikuori ja niin välinen etäisyys ulomman elektronien ja ytimen kasvaa. Tämä tarkoittaa, että ne ovat vähemmän vetäneet atomiatumiin ja ne voidaan sen vuoksi jakaa helpommin.

Maa-alkalimetallit helposti luovuttavat kaksi ulompaa elektroneja , jotka tuottavat kaksinkertaisesti positiivisesti ladattu ioneja , ja ovat näin ollen perusta metalleja , jotka on hapetettu , että ilmassa . Beryllium ja magnesium muodostavat kuitenkin stabiileja oksidikerroksia ja passiivoituvat siten, että vain niiden pinta hapetetaan. Tämä passivointi tarkoittaa myös sitä, että vesi hyökkää berylliumia ja magnesiumia vastaan ​​vain hitaasti. Kalsium , strontium ja barium reagoivat sen sijaan veden kanssa muodostaen hydroksideja , jolloin muodostuu vetyä . Kuten alkalimetallit , maa-alkalimetallit ovat myös perusta muodostajia . Muussa tapauksessa maa-alkalimetallit reagoivat hyvin ei-metallien , esim. B. hapen tai halogeenien kanssa .

Seuraavissa reaktioyhtälöissä Me tarkoittaa maa-alkalimetallia.

• Reaktio , jossa happi :

${\ displaystyle {\ ce {2Me + O2 -> 2MeO}}}$

Barium muodostaa myös bariumperoksidia .

• Reaktio , jossa vety :

${\ displaystyle {\ ce {Me + H2 -> MeH2}}}$

Muodostuneilla hydrideillä on ionirakenne .

• Reaktio , jossa vesi :

${\ displaystyle {\ ce {Me + 2H2O -> Me (OH) 2 + H2}}}$

• Reaktio halogeenien kanssa ( käyttäen klooria esimerkkinä ):

${\ displaystyle {\ ce {Me + Cl2 -> MeCl2}}}$

Reaktiivisuus , joka kasvaa atomiluvun mukana, voidaan selvästi havaita reaktiokäyttäytymisessä:

• Ilman kestävyys :
  • Beryllium on stabiili kuivassa ilmassa huoneenlämmössä, koska sitä peittää passiivinen oksidikerros .
  • Magnesium on myös passivoitunut ilmassa, mutta ohuet nauhat ja kalvot voidaan helposti sytyttää.
  • Kalsium , strontium , barium ja radium kertyvät nopeasti kuivaan ilmaan ja hienojakoisessa muodossa ovat itsesyttyviä .
• Reaktio , jossa vetyä korkeissa lämpötiloissa :
  • Beryllium ei reagoi vedyn kanssa ilman katalyyttiä .
  • Magnesium reagoi vain korkeassa paineessa .
  • Muut maa-alkalimetallit reagoivat vedyn kanssa jopa ilmanpaineessa.
• Reaktio , jossa vesi :
  • Kuten alumiini, beryllium on passivoitunut vedessä.
  • Magnesium on myös passivoitu , mutta passivointikerros liukenee kuumaan veteen.
  • Muut maa-alkalimetallit reagoivat kiivaasti veden kanssa huoneenlämpötilassa .

linkkejä

Beryllium on ainoa maa-alkalimetalli, joka muodostaa pääasiassa kovalenttisia sidoksia. Muut pääryhmän muut elementit esiintyvät melkein yksinomaan Me ²⁺ -ioneina. Taulukko antaa karkean yleiskuvan tärkeimmistä yhteyksistä:

	beryllium	magnesium	Kalsium	strontium	barium
Oksidit	BeO	MgO	CaO	SrO	BaO
Hydroksidit	Be (OH) 2	Mg (OH) 2	Ca (OH) 2	Sr (OH) 2	Ba (OH) 2
Fluori	BeF 2	MgF 2	CaF 2	SrF 2	BaF 2
Kloridit	BeCl 2	MgCl 2	CaCI 2	SrCl 2	BaCl 2
Sulfaatit	BeSO 4	MgSO 4	CaSO 4	SrSO 4	BaSO 4
Karbonaatit	BeCO 3	MgCO 3	CaCO 3	SrCO 3	BaCO 3
Nitraatit	Ole (NO 3 ) 2	Mg (NO 3 ) 2	Ca (NO 3 ) 2	Sr (NO 3 ) 2	Ba (NO 3 ) 2
Sulfidit	BeS	MgS	CaS	SrS	Bas

Muut

Kalsiumkarbidi

• Että Zintl vaiheissa , assosioituneet anionit muodostavat merkittävän ristikko.
• Grignard-yhdisteet ovat magnesiumyhdisteitä muotoa R -Mg X . R tarkoittaa orgaanista radikaalia ja X on halogeeni . Niitä käytetään orgaanisessa synteesissä .
• Kalsiumkarbidia (Ca C ₂ ) muodostaa ioni ristikko Ca ²⁺ ja (| OC |) ^2- ioneja ( NaCl: rakenne). Yhteys vaaditaan kolmelle päämenettelylle:
  • Etyyni tuotanto mukaan hydrolyysi :
    ${\ displaystyle {\ ce {CaC2 + 2H2O -> Ca (OH) 2 + C2H2}}}$
  • Ent rikinpoisto raakaa terästä
  • Atsotaatio kalsiumsyanamidiksi
• Kalsiumoksalaatti (Ca C ₂ O ₄ ) on munuaiskivien pääkomponentti .
• Kalsiumsyanamidi (Ca CN ₂ ) on lannoite , jota käytetään myös muilla alueilla (esim. Rikkaruohojen ja tuholaisten torjuntaan ).
• Strontiumtitanaattia (Sr Ti O ₃ ) käydään kauppaa jalokivinä nimellä fabuliitti .
• Bariumperoksidilla (Ba ²⁺ (OO) ²⁻ ), jolla on ollut tärkeä rooli vetyperoksidin synteesissä:

${\ displaystyle {\ ce {BaO2 + H2SO4 -> BaSO4 + H2O2}}}$

Veden kovuus

Liuennut kalsium ja magnesium-ionit ovat pääasiassa vastuussa varten veden kovuus . Esimerkiksi vesiliukoinen kalsiumvetykarbonaatti (Ca (HCO ₃ ) ₂ ) muuttuu huonosti liukoiseksi kalsiumkarbonaatin yhdistelmäksi (CaCO ₃ ), joka tunnetaan myös nimellä " asteikko ":

${\ displaystyle {\ ce {Ca (HCO3) 2 -> CaCO3 + CO2 (^) + H2O}}}$

Käänteinen reaktio estetään mukaan karkaamisen hiilidioksidin liuoksesta , ja asteikko on talletettu kattilat jne. Kalsiumvetykarbonaatti luokitellaan sen vuoksi väliaikaisen veden kovuuden alueelle.

Maa-alkalimetalli-ionien, mutta erityisesti Ca ^{2+: n} ja Mg ^{2 +: n} , toinen ominaisuus on muodostaa liukenemattomia yhdisteitä saippualla . Koska saippuat ovat kemialliselta kannalta suoloja , ne koostuvat kationeista ja anioneista . Anionit ovat aina korkeampia rasvahappoja , ja alkalimetalli-ioneja käytetään yleensä kationeina . Maa-alkalimetalli-ionit korvaavat nämä ja muodostavat siten liukenemattomia yhdisteitä, jotka on tiivistetty termillä " kalkkisaippua ".

Esiintyminen

Maa-alkalimetallit ovat mukana maankuoren rakenteessa, mukaan lukien ilman ja veden vaippa, seuraavasti (tiedot painoprosentteina):

• 2,7 · 10 ⁻⁴  % berylliumia
• 2,0 x 10 ⁰  % magnesiumia
• 3,4 x 10 ⁰  % kalsiumia
• 3,6 · 10 ⁻²  % strontiumia
• 4,0 · 10 ^-2  % bariumia
• 1,0 x ^10-10  % radiumia

• 

  dolomiitti

• 

  Kalsiitti

• 

  Celestine

• 

  Bariitti

Maa-alkalimetalleja ei koskaan esiinny luonnossa ja ne sitoutuvat enimmäkseen silikaattina , karbonaattina tai sulfaattina .

Berylliumia sisältävät jalokivet

Vaikka beryllium on hyvin harvinaista, sitä löytyy 30 eri mineraalista . Tunnetuimpia ovat:

• 

  berylli

• 

  Akvamariini

• 

  smaragdi

• 

  Chrysoberyl

todiste

Maa-alkalimetallit havaitaan pääasiassa spektrin analyysi perustuu annetun ominaisuuden spektriviivoja . Märkä kemialliset menetelmät kuten saostus kuin karbonaatit , sulfaatit tai hydroksidit ovat nyt käytetään vain esittelyä varten.

ioni	Liekin väri	Reaktio OH: n kanssa -	... CO 3 2: n kanssa	... SO 4: n kanssa 2−	... C 2 O 4 2: n kanssa	... CrO 4: n kanssa 2−
beryllium	ei	Be (OH) 2 saostuu	BeCO 3 on liukoinen	BeSO 4 on liukoinen	BEC 2 O 4 saostuu	BeCrO 4 on liukoinen
magnesium	ei	Mg (OH) 2 saostuu	MgCO 3 saostuu	MgSO 4 on liukoinen	MGC 2 O 4 on liukoinen	MgCrO 4 on liukoinen
Kalsium	tiilenpunainen	Ca (OH) 2 saostuu	CaCO 3 saostuu	CaSO 4 saostuu	SERTIn 2 O 4 saostuu	CaCrO 4 saostuu
strontium	voimakkaan punainen	Sr (OH) 2 saostuu	SrCO 3 saostuu	SrSO 4 saostuu	SRC 2 O 4 on liukoinen	SrCrO 4 saostuu
barium	keltainen-vihreä	Ba (OH) 2 on liukoinen	BaCO 3 saostuu	BaSO 4 saostuu	BAC 2 O 4 on liukoinen	BaCrO 4 saostuu
radium	karmiininpunainen	Ra (OH) 2 on liukoinen	RaCO 3 epäonnistuu	Raso 4 saostuu	Rac 2 O 4 saostuu	RaCrO 4 saostuu

turvallisuusohjeet

Vain beryllium ja magnesium ovat stabiileja ilmassa. Tämän pääryhmän muut osat on varastoitava parafiiniöljyn tai inertin kaasun alla . Varastointi alkoholin alla on mahdollista vain berylliumille, magnesiumille ja kalsiumille, koska barium jakaa jo vedyn niistä ja reagoi alkoholaattiin .

${\ displaystyle {\ ce {Ba + 2 R-OH -> Ba2 + \ (RO ^ -) _ 2 + H2 (^)}}}$

Hienojakoisessa muodossaan magnesium on erittäin helposti syttyvää; Kalsium-, strontium- ja bariumjauheet voivat itsestään syttyä ilmassa. Maa-alkalimetallien palamista ei saa koskaan sammuttaa vedellä!

Maa-alkalimetallit ovat voimakkaita pelkistimiä, jotka kykenevät jopa vapauttamaan alkalimetalleja yhdisteistään. Nämä reaktiot ovat erittäin eksotermisiä ; tietyissä olosuhteissa se voi jopa johtaa räjähdykseen .

Beryllium on keuhkomyrkky , vaikka toimintamekanismia ei vielä ole lainkaan tiedossa. Sen yhdisteet ovat myös syöpää aiheuttavia.

Bariumyhdisteet ovat erittäin myrkyllisiä, jos ne liukenevat helposti veteen. 1  gramma voi olla kohtalokas.

Radium on erittäin haitallinen terveydelle radioaktiivisuutensa vuoksi, mutta vuoteen 1931 asti vettä, johon oli lisätty radiumia, myytiin juomiseksi tuotenimellä Radithor . Niiden loukkaantuneiden tai hukkuneiden lukumäärää, jotka kuten teräsmagnaatti Eben Byers kuluttivat Radithoria, ei tunneta.

nettilinkit

• Ominaisuudet (taulukko)

kirjallisuus

• Hans Breuer: dtv-Atlas Chemie (osa 1: Yleinen ja epäorgaaninen kemia) (2000), ISBN 3-423-03217-0 , s. 94-113.
• Wolfgang Glöckner (Toim.): Kokeellisen kemian käsikirja. nauha 2 : alkali- ja maa-alkalimetallit, halogeenit. Aulis-Verl. Deubner, Hallbergmoos 1996, ISBN 3-7614-1816-7 . 

Yksittäiset todisteet

1. ^ ^{A b} A.F. Holleman , E.Wiberg , N.Wiberg : Epäorgaanisen kemian oppikirja . 102. painos. Walter de Gruyter, Berliini 2007, ISBN 978-3-11-017770-1 , s.1215.
2. Uden Duden Learn Attack GmbH: liekinväritys
3. ↑ ^{b c} P. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. antaja, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V.Stenke, E.Leicht, H.Stenger: Jalokaasut. Julkaisussa: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry . Wiley-VCH, Weinheim 2006 ( doi : 10.1002 / 14356007.a17_485 ).
4. ↑ Duden Learnattack GmbH: maa-alkalimetallit