Характеристика элементов главной подгруппы II группы.

Главную подгруппу II группы Периодической системы элементов составляют бериллий Be, магний Mg, кальций Ca, стронций Sr, барий Ba и радий Ra.

Атомный номер	Название	Атомная масса	Электронная конфигурация	 г/см3	tпл. C	tкип. C	ЭО	Атомный радиус, нм	Степень окисления
4	Бериллий Be	9,01	[He] 2s2	1,86	1283	2970	1,5	0,113	+2
11	Магний Mg	24,3	[Ne]3s2	1,74	649,5	1120	1,2	0,16	+2
19	Кальций Ca	40,08	[Ar] 4s2	1,54	850	1487	1,0	0,2	+2
27	Стронций Sr	87,62	[Kr] 5s2	2,67	770	1367	1,0	0,213	+2
55	Барий Ba	137,34	[Xe] 6s2	3,61	710	1637	0,9	0,25	+2
87	Радий Ra	226	[Rn] 7s2	6	700	1140	0,9	–	+2

Атомы этих элементов имеют на внешнем электронном уровне два s-электрона: ns². В хим. реакциях атомы элементов подгруппы легко отдают оба электрона внешнего энергетического уровня и образуют соединения, в которых степень окисления элемента равна +2.

Все элементы этой подгруппы относятся к металлам. Кальций, стронций, барий и радий называются щелочноземельными металлами.

В свободном состоянии эти металлы в природе не встречаются. К числу наиболее распространенных элементов относятся кальций и магний. Основными кальцийсодержащими минералами являются кальцит CaCO₃ (его разновидности – известняк, мел, мрамор), ангидрит CaSO₄, гипс CaSO₄ ∙ 2H₂O , флюорит CaF₂ и фторапатит Ca₅(PO₄)₃F. Магний входит в состав минералов магнезита MgCO₃, доломита MgCO₃ ∙ CaCo₃, карналлита KCl ∙ MgCl₂ ∙ 6H₂O. Соединения магния в больших количествах содержатся в морской воде.

Свойства. Бериллий, магний, кальций, барий и радий – металлы серебристо-белого цвета. Стронций имеет золотистый цвет. Эти металлы легкие, особенно низкие плотности имеют кальций, магний, бериллий.

Радий является радиоактивным химическим элементом.

Бериллий, магний и особенно щелочноземельные элементы – химически активные металлы. Они являются сильными восстановителями. Из металлов этой подгруппы несколько менее активен бериллий, что обусловлено образованием на поверхности этого металла защитной оксидной пленки.

1. Взаимодействие с простыми веществами. Все легко взаимодействуют с кислородом и серой, образуя оксиды и сульфаты:

2Be + O₂ = 2BeO

Ca + S = CaS

Бериллий и магний реагируют с кислородом и серой при нагревании, остальные металлы – при обычных условиях.

Все металлы этой группы легко реагируют с галогенами:

Mg + Cl₂ = MgCl₂

При нагревании все реагируют с водородом, азотом, углеродом, кремнием и другими неметаллами:

Ca + H₂ = CaH₂ (гидрид кальция)

3Mg + N₂ = Mg₃N₂ (нитрид магния)

Ca + 2C = CaC₂ (карбид кальция)

Карибит кальция – бесцветное кристаллическое вещество. Технический карбит, содержащий различные примеси, может иметь цвет серый, коричневый и даже черный. Карбит кальция разлагается водой с образованием газа ацетилена C₂H₂ – важного продукта хим. промышленности:

CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + C₂H₂

Расплавленные металлы могут соединяться с другими металлами, образуя интерметаллические соединения, например CaSn₃, Ca₂Sn.

2. Взаимодействуют с водой. Бериллий с водой не взаимодействует, т.к. реакции препятствует защитная пленка оксида на поверхности металла. Магний реагирует с водой при нагревании:

Mg + 2H₂O = Mg(OH)₂ + H₂

Остальные металлы активно взаимодействуют с водой при обычных условиях:

Ca + 2H₂O = Ca(OH)₂ + H₂

3. Взаимодействие с кислотами. Все взаимодействуют с хлороводородной и разбавленной серной кислотами с выделением водорода:

Be + 2HCl = BeCl₂ + H₂

Разбавленную азотную кислоту металлы восстанавливают главным образом до аммиака или нитрата аммония:

2Ca + 10HNO₃(разб.) = 4Ca(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

В концентрированных азотной и серной кислотах (без нагревания) бериллий пассивирует, остальные металлы реагируют с этими кислотами.

4. Взаимодействие с щелочами. Бериллий взаимодействует с водными растворами щелочей с образованием комплексной соли и выделением водорода:

Be + 2NaOH + 2H₂O = Na₂[Be(OH)₄] + H₂

Магний и щелочноземельные металлы с щелочами не реагируют.

5. Взаимодействие с оксидами и солями металлов. Магний и щелочноземельные металлы могут восстанавливать многие металлы из их оксидов и солей:

TiCl₄ + 2Mg = Ti + 2MgCl₂

V₂O₅ + 5Ca = 2V + 5CaO

Бериллий, магний и щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов их хлоридов или термическим восстановлением их соединений:

BeF₂ + Mg = Be + MgF₂

MgO + C = Mg + CO

3CaO + 2Al = 2Ca + Al₂O₃

3BaO + 2Al = 3Ba + Al₂O₃

Радий получают в виде сплава с ртутью электролизом водного раствора RaCl₂ с ртутным катодом.

Получение:

1)     Окисление металлов (кроме Ba, который образует пероксид)

2)     Термическое разложение нитратов или карбонатов

 

CaCO₃  –^t° CaO + CO₂­

2Mg(NO₃)₂  –^t°  2MgO + 4NO₂­ + O₂­

Жесткость воды. Вода, содержащая соли кальция и магния, называется жесткой. В ней не пенится мыло, при ее кипячении образуется накипь. Жесткость воды может быть временной, которая устраняется при кипячении, и постоянной, которая не устраняется при кипячении. Временная жесткость воды обусловлена наличием в ней гидрокарбонатов кальция и магния. ЕЕ также называют карбонатной жесткостью. При кипячении гидрокарбонаты разлагаются:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃↓+ CO₂↑ + H₂O

Постоянная обусловлена содержанием главным образом хлоридов и сульфатов кальция и магния.

Мягкую воду можно получить, добавляя к жесткой воде соду и гашеную известь для одновременного устранения временной и постоянной жесткости:

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = 2CaCO₃↓ + 2H₂O

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ = MgCO₃ ↓ + CaCO₃↓ + 2H₂O

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl

MgCl₂ + Na₂CO₃ = MgCO₃↓ + 2NaCl

Для умягчения воды используют также катиониты. Например, при пропускании жесткой воды через катионит типа RNa протекают следующие процессы ионного обмена:

2RNa + Ca²⁺=R₂Ca + 2Na⁺

2RNa + Mg²⁺=R₂Mg + 2Na⁺

Лучшим способом умягчения воды является ее перегонка.