43. Щелочноземельные металлы и магний. Получение, химические свойства оксидов, гидроксидов и солей магния, кальция и бария. Жесткость воды и способы ее устранения.

К главной подгруппе второй группы относятся металлы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий, радий.

Щелочноземельные металлы - кальций, стронций, барий, радий.

НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

В земной коре содержится бериллия - 0,00053%, магния - 1,95%, кальция - 3,38%, стронция - 0,014%, бария - 0,026%, радий - искусственный элемент.

Встречаются в природе только в виде соединений - силикатов, алюмосиликатов, карбонатов, фосфатов, сульфатов и т.д.

Получение

1. Бериллий получают восстановлением фторида:

BeF2 + Mg t˚C→ Be + MgF2

2. Барий получают восстановлением оксида:

3BaO + 2Al t˚C→ 3Ba + Al2O3

3. Остальные металлы получают электролизом расплавов хлоридов:

Т.к. металлы данной подгруппы сильные восстановители, то получение возможно только путем электролиза расплавов солей. В случае Са обычно используют CaCl2 (c добавкой CaF2 для снижения температуры плавления)

CaCl2=Ca+Cl2↑

Mg

KCl • MgSO4 • 3H2O – каинит

KCl • MgCl2 • 6H2O – карналлит

MgCl2·6H2O – бишофит Ca

CaCO3 – кальцит (известняк, мрамор и др.)

Ca3(PO4)2 – апатит, фосфорит

CaSO4 • 2H2O – гипс

CaSO4 – ангидрит

CaF2 – плавиковый шпат (флюорит)

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

1. Очень реакционноспособны, сильные восстановители. Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду: Be–Mg–Ca–Sr–Ba

2. Обладают положительной валентностью +2.

3. Реагируют с водой при комнатной температуре (кроме Be) с выделением водорода.

4. С водородом образуют солеобразные гидриды ЭH2.

5. Оксиды имеют общую формулу ЭО.

1. Реакция с водой.

В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде, но с горячей водой магний образует основание Mg(OH)2.

В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, которые являются сильными основаниями:

Ве + H2O → ВеO+ H2

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

2. Реакция с кислородом.

Все металлы образуют оксиды RO, барий образует пероксид – BaO2:

2Mg + O2 → 2MgO

Ba + O2 → BaO2

3. С другими неметаллами образуются бинарные соединения:

Be + Cl2 → BeCl2 (галогениды)

Ba + S → BaS (сульфиды)

3Mg + N2 → Mg3N2 (нитриды)

Ca + H2 → CaH2 (гидриды)

Ca + 2C → CaC2 (карбиды)

3Ba + 2P → Ba3P2 (фосфиды)

Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами.

4. Все металлы растворяются в кислотах:

Ca + 2HCl → CaCl2 + H2

Mg + H2SO4(разб.) → MgSO4 + H2

Бериллий также растворяется в водных растворах щелочей:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2

5. Качественная реакция на катионы щелочноземельных металлов – окрашивание пламени в следующие цвета:

Ca2+ - темно-оранжевый

Sr2+- темно-красный

Ba2+ - светло-зеленый

Оксиды щелочноземельных металлов

Получение

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

2) Термическое разложение нитратов или карбонатов

CaCO3 t˚C→ CaO + CO2

2Mg(NO3)2 t˚C→ 2MgO + 4NO2 + O2

Химические свойства

Типичные основные оксиды. Реагируют с водой (кроме BeO и MgO), кислотными оксидами и кислотами

СаO + H2O → Са(OH)2

3CaO + P2O5 → Ca3(PO4)2

BeO + 2HNO3 → Be(NO3)2 + H2O

BeO - амфотерный оксид, растворяется в щелочах:

BeO + 2NaOH + H2O → Na2[Be(OH)4]

Гидроксиды щелочноземельных металлов R(OH)2

Получение Реакции щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:

Ba + 2H2O → Ba(OH)2 + H2 CaO (негашеная известь) + H2O → Ca(OH)2(гашеная известь)

Химические свойства

Гидроксиды R(OH)2 - белые кристаллические вещества, в воде растворимы хуже, чем гидроксиды щелочных металлов (растворимость гидроксидов уменьшается с уменьшением порядкового номера; Be(OH)2 – нерастворим в воде, растворяется в щелочах). Основность R(OH)2 увеличивается с увеличением атомного номера:

Be(OH)2 – амфотерный гидроксид

Mg(OH)2 – слабое основание Са(OH)2 - щелочь

остальные гидроксиды - сильные основания (щелочи).

1) Реакции с кислотными оксидами: Ca(OH)2 + СO2 → CaСO3↓ + H2O ! Качественная реакция на углекислый газ

Ba(OH)2 + SO2 → BaSO3↓ + H2O

2) Реакции с кислотами:

Ba(OH)2 + 2HNO3 → Ba(NO3)2 + 2H2O

3) Реакции обмена с солями:

Ba(OH)2 + K2SO4 → BaSO4↓+ 2KOH

4) Реакция гидроксида бериллия со щелочами:

Be(OH)2 + 2NaOH → Na2[Be(OH)4]

Жесткость воды

Удаление жесткости воды осуществляется путем осаждения из раствора ионов Ca2+ и Mg2+ :

1) кипячением:

Сa(HCO3)2 t˚C→ CaCO3↓+ CO2 + H2O

Mg(HCO3)2 t˚C→ MgCO3↓+ CO2 + H2O

2) добавлением известкового молока:

Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 → 2CaCO3↓ + 2H2O

3) добавлением соды:

Ca(HCO3)2 + Na2CO3 →CaCO3↓+ 2NaHCO3

CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3↓ + Na2SO4

MgCl2 + Na2CO3 → MgCO3↓ + 2NaCl