Химические свойства элементов iiа группы
С водородом при нагревании элементы IIА группы образуют соединения гидриды:
Са + Н2
Mg + H2
Гидрид бериллия ВеH2 обычно получают косвенным путем взаимодействием BeCl2 с LiH в эфирном растворе:
BeCl2 + 2LiH = BeH2 + 2LiCl
Гидриды металлов IIА группы разлагаются водой с выделением водорода:
СаH2 + 2H2O = Са(OH)2 + 2H2↑
Как и гидриды щелочных металлов, они легко окисляются кислородом при слабом нагревании
СаH2 + О2 Са(OH)2
При сжигании металлов IIА группы в атмосфере кислорода образуются преимущественно оксиды. Причем щелочноземельные металлы достаточно интенсивно взаимодействуют с О2 уже при обычных условиях:
2Са + О2 = 2СаО 2Ва + О2 = 2ВаО
поэтому, как и щелочные металлы, их хранят под слоем керосина.
Бериллий и магний на воздухе постепенно покрываются прочной оксидной пленкой, предохраняющей их от дальнейшего окисления.
2
+
= 2
Основные свойства оксидов металлов в группе сверху вниз увеличиваются. Бериллий-оксид ВеО является амфотерным, а все остальные – основными.
Оксиды щелочноземельных металлов реагируют с H2O, образуя щелочь:
СаО + H2O = Са(OH)2 ВаО + H2O = Ва(OH)2
Оксиды бериллия и магния с H2O не реагируют, но ВеО взаимодействует с раствором щелочи:
BeO + 2NaOH + H2O = Na2[Be(OH)4]
Металлы IIА группы реагируют при нагревании с галогенами и серой, образуя соли соответствующих бескислородных кислот:
Mg + Cl2 MgCl2 магний-хлорид
Ca + Br2 CaBr2 кальций-бромид
Ca + S CaS кальций-сульфид
При нагревании металлы IIА группы реагируют с азотом, фосфором, углеродом, кремнием:
3Ca + N2
кальций-нитрид
3Mg + 2P
магний-фосфид
Ca + 2C
кальций-карбид
2Mg + Si
магний-силицид
Нитриды, фосфиды, карбиды и силициды легко разлагаются водой и кислотами:
Mg3P2 + 6H2O = 3Mg(OH)2 + 2PH3
CaC2 + 2HCl = CaCl2 + C2H2
Металлы IIА группы реагируют со сложными веществами: водой, кислотами, оксидами.
Бериллий с водой не взаимодействует ни при обычных условиях, ни при нагревании из-за прочной оксидной пленки на его поверхности, но в растворе щелочи реакция становится возможной:
Be + 2NaOH + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + H2↑
Магний при обычных условиях очень медленно реагирует с H2O. Реакция ускоряется при нагревании или при переводе металла в тонкодисперсное состояние (порошок):
Mg + 2H2O Mg(OH)2↓ + H2↑
При взаимодействии с парами воды (t = 200-300оС) образуется не гидроксид металла, а его оксид:
Mg + H2O MgO + H2↑
Щелочноземельные металлы реагируют с H2O уже при обычных условиях, образуя щелочи, растворимость которых возрастает в группе сверху вниз.
Хуже всего растворяется кальций-гидроксид Са(ОН)2 (1 дм3 H2O при 20оС растворяет всего 1,56 г Са(ОН)2). Насыщенный раствор Са(ОН)2 называется иначе известковой водой. Взвесь Са(ОН)2 в известковой воде называется известковым молоком. Она непрозрачна и имеет белый цвет.
Гидроксиды бериллия и магния являются слабыми основаниями, а гидроксиды щелочноземельных металлов относятся к сильным электролитам.
Бериллий-гидроксид Ве(ОН)2 является амфотерным основанием. Его получают косвенным путем, действием щелочей на растворимые соли бериллия:
BeCl2 + 2NaOH = Be(OH)2↓ + 2NaCl
Как и все амфотерные гидроксиды, Ве(ОН)2 реагирует со щелочами:
Ве(ОН)2 + 2NaOH (р-р) = Na2[Be(OH)4]
Be(OH)2
+ 2NaOH тв.
Na2BeO2
+ 2H2O
Металлы IIА группы взаимодействуют с кислотами:
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2↑
Ca + H2SO4 (р-р) = CaSO4 + H2↑
4Ca + 5H2SO4 конц. = 4CaSO4 + 4H2O + H2S
4Ca + 10HNO3 конц. = 4Ca(NO3)2 + 5H2O + N2O
Бериллий и магний из водных растворов солей могут вытеснить менее активные металлы:
Mg + CuCl2 = MgCl2 + Cu
Be + 2AgNO3 = Be(NO3)2 + 2Ag
Для щелочноземельных металлов такие реакции не характерны, так как в растворе соли они будут реагировать, в первую очередь, с водой.
Металлы IIА группы обладают большим сродством к кислороду (теплоты образования их оксидов очень высоки), поэтому они способны восстанавливать многие металлы и некоторые неметаллы из их оксидов:
CuO + Ca CaO + Cu
SiO2 + 2Mg 2MgO + Si
Сродство магния и кальция к кислороду столь велико, что зажженная магниевая лента или образец кальция продолжают гореть в атмосфере углекислого газа:
CO2 + 2Mg C + 2MgO
Металлы IIА группы в наиболее чистом виде получают, главным образом, электролизом расплавов хлоридов:
MgCl2
Mg + Cl2
CaCl2 Ca + Cl2
Многие соединения металлов IIА группы находят широкое применение.
Кальций-сульфат CaSO4 встречается в природе в больших количествах в виде минерала гипса CaSO4 ∙ 2H2O. При нагревании до 150-170оС гипс теряет большую часть содержащейся в нем кристаллизационной воды и переходит в так называемый жженый гипс или алебастр CaSO4 ∙ 0,5H2O (2CaSO4 ∙ H2O). Будучи замешан с H2O в жидкое тесто, алебастр довольно быстро затвердевает, снова превращаясь в CaSO4 ∙ 2H2O. Благодаря этому свойству гипс применяется для изготовления отливочных форм и слепков с различных предметов, а также вяжущего материала для штукатурки стен и потолков.
В хирургии гипсовые повязки используются для фиксации при переломах костей.
Кальций-карбанат CaCO3 в виде минералов мрамора и известняка широко используется как отделочный и строительный материал. Большие количества CaСO3 (мел, известняк) расходуют на получение кальций-оксида (негашеной или жженой извести):
СаСО3 СаО + СО2↑
При взаимодействии СаО с H2O образуется рыхлая масса Са(ОН)2, называемая иначе гашеной известью. Гашеную известь широко используют в строительном деле. Смесь ее с песком и водой называется известковым раствором. Его применяют для скрепления кирпичей при кладке стен, а также в качестве штукатурки. Затвердевание извести происходит сначала из-за испарения H2O, а затем в результате поглощения Са(ОН)2 углекислого газа из воздуха и образования кальций-карбоната.
Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + H2O
Применяют СаСО3 также для получения цемента, стекла.
Кальций-фосфат Са3(РО4)2 используют для получения фосфора и фосфорных удобрений.
Магний-сульфат MgSO4 применяют в медицине как слабительное средство.
Кальций-карбид СаС2 – для получения ацетилена.
Белильную или хлорную известь CaCl2 ∙ Ca(ClO)2 – как дезинфицирующее и отбеливающее средство.
Магний-карбонат MgСО3 входит в состав пудры, зубного порошка.
Барий-сульфат ВаSO4 – как контрастное средство в рентгеноскопии.
Кальций-хлорид CaCl2 используют в лабораториях для сушки газов и жидкостей, приготовления охлаждающих смесей.
А Л Ю М И Н И Й