S-элементы 2 группы

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. К щелочноземельным металлам обычно

относят кальций, стронций и барий, поскольку их оксиды (земли) при

растворении в воде дают щелочи. Оксиды бериллия и магния в воде не

растворяются. Иногда и все металлы из 2А группы называют

щелочноземельными. На внешнем уровне атомы имеют 2 электрона (Be -

2s2, Mg - 3s2, Ca - 4s2 и т.д.).

При возбуждении s-электроны переходят на р-

подуровень и тогда возможно образование двух связей

(валентность равна двум). В соединениях металлы

проявляют степень окисления +2.

1. Щелочноземельные металлы сильные восстановители, хотя и

уступают щелочным металлам. Восстановительные свойства растут

сверху вниз, что совпадает с увеличением атомных радиусов (Be - 0,113

нм, Ba - 0,221 нм) и ослаблением связи электронов с ядром. Так, Ве и Mg

разлагают воду очень медленно, а Са, Sr, Ва бурно.

2. На воздухе Be и Mg покрываются защитной пленкой и сгорают при

только при поджигании, тогда как Ca, Sr, Ba самовоспламеняются при

контакте с воздухом.

3. Оксиды Be и Mg нерастворимы в воде и гидроксиды Be и Mg

получают косвенным путем, тогда как оксиды Ca, Sr, Ba cоединяясь с

водой, образуют гидроксиды. Оксид бериллия имеет амфотерные

свойства, остальные оксиды - основные свойства.

4. Be(OH)2 и Mg(OH)2 почти нерастворимы в воде (0,02 и 2 мг на 100 г).

Растворимость Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(OH)2 составляет 0,1, 0,7 и 3,4 г. При

этом Be(OH)2 - амфотерный гидроксид, Mg(0H)2, - слабое основание,

Ca(OH)2, Sr(OH)2, Ba(0H)2 - сильные основания.

5. Галогениды хорошо растворимы в воде, но растворимость

сульфатов падает сверху вниз. Так, в 100 г воды растворяется 35,6 г

MgSO4, но только 0,2 г CaSO4, 0,01 г SrSO4 и 0,0002 г BaSO4.

6. Растворимость карбонатов снижается сверху вниз. MgCO3 - 0,06 г на

100 г воды, ВаСО3 всего - 0,002г. Термическая устойчивость карбонатов

растет сверху вниз: Если BeCO3 разлагается при 100о, MgCO3 - при 350о, то

СаСО3 - при 900о, SrCO3 - 1290о BaCO3 - при 1350о.

БЕРИЛЛИЙ - имеет более выраженные ковалентные

(неметаллические) свойства, чем другие элементы 2А группы. И сам

бериллий, его оксид и гидроксид имеют амфотерные свойства.

Ве + 2НСl = BeCl2 + H2 Вe + 2KOH + 2H2O = K2 + H2

BeO + 2HCl = BeCl2 + H2O BeO + 2KOH + H2O = K2

Be(OH)2 + 2HCl = BeCl2 + 2H2O Be(OH)2 + 2KOH = K2

Магний и кальций

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ . Содержание магния и кальция в земной коре 2,1

и 3,6%. Минералы магния - MgCO3. CaCO3 - доломит, MgCO3 - магнезит, KCl .

6H2O - карналлит; MgSO4

KCl . 3H2O - каинит. Минералы кальция :

CaCO3 - кальцит (известняк, мел, мрамор), СaSO4

2H2O - гипс, Ca3(PO4)2 -

фосфорит, 3Ca3(PO4)2

CaF2 - апатит.

Магний и кальций - серебристо-белые металлы плавятся при 651 и

851о С. Кальций и его соли окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.

ПОЛУЧЕНИЕ. Кальций и магний получают электролизом расплава

хлорида кальция или хлорида магния или алюмотермическим методом.

электролиз to

СaCl2  Ca + Cl2 4CaO + 2Al = 3Ca + CaO . Al2O3

Химические свойства кальция и магния.

В соединениях оба металла проявляют степень окисления +2. При

этом кальций более активен, чем магний, хотя и уступает стронцию и

1. Взаимодействие с кислородом идет с воспламенением и

выделением тепла и света.

Mg + O2 = 2MgO;  2Ca + O2 = 2CaO

2. Взаимодействие с галогенами. Фтор соединяется с Са и Mg

непосредственно, остальные галогены только при нагревании.

Mg + Cl2 = MgCl2; Ca + Br2 = CaBr2

3. При нагревании Са и Mg образует с водородом гидриды, которые

легко гидролизуются и окисляются. to to

Mg + Н2 = MgН2 ; Ca + Н2 = CaН2

СаН2 + 2Н2О = Са(ОН)2 + 2H2; CaН2 + О2 = СаО + Н2О

4. При нагревании оба металла взаимодействуют с другими

неметаллми:

Mg + S = MgS; 3Ca + N2 = Ca3N2; 3Mg + 2P = Mg3P2

3Ca + 2As = Mg3As2; Ca + 2C = CaC2; Mg + 2C = MgC2

Нитриды, сульфиды и карбиды кальция и магния подвержены

гидролизу:

Ca3N2 + 6H2O = 3Ca(OH)2 + 2NH3 ; CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 +

5. Бериллий и магний с водой и спиртами взаимодействуют только

при нагревании, тогда как кальций бурно вытесняет из них

Mg + H2O = MgO + H2; Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2

Са + 2С2Н5ОН = Са(С2Н5О)2 + Н2

6. Магний и кальций отнимают кислород у оксидов менее активных

металлов.

CuO + Mg = Cu + MgO;  MoO3 + 3Ca = Mo + 3CaO

7. Из кислот-неокислителей магний и кальций вытесняют водород,

а кислоты-окислители эти металлы глубоко восстанавливают.

Mg + 2HCl = MgCl2 + H2; Ca + 2CH3COOH = Ca(CH3COO)2 + H2

3Mg + 4H2SO4к = 3MgSO4 + S + 4H2O; 4Ca + 10HNO3к= 4Ca(NO3)2 + N2O

4Ca + 10HNO3оч.разб. = 4Ca(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

8. Кальций и магний легко окисляются растворами окислителей:

5Mg + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5MgSO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

Са + K2Cr2O7 + 7H2SO4 = 3СаSO4 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

Оксиды гидроксиды кальция и магния.

Оксид магния - MgO - белый порошок, тугоплавкий (огнеупор),

нерастворимый в воде и кислотах и только аморфная форма оксида

магния медленно взаимодействует с кислотами. Получают оксид магния

нагреванием гидроксида магния.

MgO (аморфный) + 2HCl = MgCl2 + H2O;  Mg(OH)2 = MgO + H2O

Гидроксид магния - Mg(OH)2 - малорастворимое и

малодиссоциирующее основание. Получают действием щелочей на соли

магния. При пропускании диоксида углерода через его раствор выпадает

осадок карбоната магния, который в дальнейшем растворяется при

избытке СО2.

MgCl2 + 2KOH = Mg(OH)2 + 2KCl MgCl2 + 2NH4OH = Mg(OH)2 + 2NH4Cl

Mg(OH)2 + CO2 = MgCO3 + H2O MgCO3 + CO2 + H2O = Mg(HCO3)2

Оксид кальция - СаО - негашенная известь. Белое тугоплавкое

вещество с выраженными основными свойствами (образует с водой

гидроксид, реагирует с кислотными оксидами, кислотами и амфотерными

оксидами).

СаО + Н2О = Са(ОН)2 СаО + СО2 = СаСО3 СаО + 2НCl = CaCl2

СaO + Al2O3 = Ca(AlO2)2 CaO + Fe2O3 = Ca(FeO2)2

Получают обжигом известняка или восстановлением сульфата

СаСО3 = СаО + СО2; 2СаSO4 + 2C = 2CaO + 2SO2 + CO2

Гидроксид кальция Са(ОН)2 - гашеная известь (пушенка), получают

при взаимодействии оксида кальция с водой. Сильное основание, кроме

того растворяет некоторые неметаллы и амфотерные металлы.

Са(ОН)2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2O Ca(OH)2 + SO3 = CaSO4 +

3Ca(OH)2 2FeCl3 = 2Fe(OH)3+ 3CaCl2 2NH4Cl + Ca(OH)2 = CaCl2 + NH3

2Са(ОН)2 + Сl2 = CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O Са(ОН)2 + 2Al + 2H2O =

Гашеная известь входит в состав строительного раствора.

Затвердение основано на реакциях:

Ca(OH)2 + СO2 = CaCO3 + H2O;  Ca(OH)2 + SiO2 = CaSiO3 + H2O

из воздуха песок

При пропускании диоксида углерода через раствор Ca(OH)2

(известковую воду) выпадает осадок карбоната кальция, который при

дальнейшем пропускании СО2 растворяется вследствие образования

растворимого гидрокарбоната кальция.

Са(ОН)2 + СО2 = СаСО3 + Н2О;  СаСО3 + СО2 + Н2О = Са(НСО3)2

Атомы этих элементов содержат на внешнем энергетическом уровне два электрона, которые они отдают при химических взаимодействиях, и поэтому являются сильнейшими восстановителями. Во всех соединениях они имеют степень окисления +2. С ростом порядкового номера сверху вниз в подгруппе восстановительные свойства элементов усиливаются, что связано с увеличением радиусов их атомов.

Радий - радиоактивный элемент, содержание его в природе невелико.

Бериллий, магний и щелочноземельные металлы - простые вещества. Легкие серебристо-белые металлы, стронций имеет золотистый оттенок. Он значительно тверже щелочных металлов , барий же по мягкости напоминает свинец.

На воздухе при обычной температуре поверхность бериллия и магния покрывается защитной оксидной пленкой. Щелочноземельные металлы взаимодействуют с кислородом воздуха более активно, поэтому их хранят под слоем керосина или в запаянных сосудах, как и щелочные металлы.

При нагревании на воздухе все рассматриваемые металлы энергично сгорают с образованием оксидов. Для записи уравнений реакций также воспользуемся общим обозначением металлов М:

Реакция сжигания магния сопровождается ослепительной вспышкой, раньше она применялась при фотографировании объектов в темных помещениях. В настоящее время используют электрическую вспышку.

Бериллий, магний и все щелочноземельные металлы взаимодействуют при нагревании с неметаллами - хлором, серой, азотом и т. д., образуя соответственно хлориды, сульфиды, нитриды:

Из всех металлов главной подгруппы II группы только бериллий практически не взаимодействует с водой (препятствует защитная пленка на его поверхности), магний реагирует с ней медленно, остальные металлы бурно взаимодействуют с водой при обычных условиях:

Подобно алюминию магний и кальций способны восстанавливать редкие металлы - ниобий, тантал, молибден, вольфрам, титан и др. - из их оксидов.

Такие способы получения металлов по аналогии с алюминотермией называют магниетермией и кальциетермией.

Магний и кальций применяют для производства редких металлов и легких сплавов . Например, магний входит в состав дюралюминия, а кальций - один из компонентов свинцовых сплавов, необходимых для изготовления подшипников и оболочек кабелей.

Соединения бериллия, магния и щелочноземельных металлов. В природе щелочноземельные металлы, как и щелочные металлы, находятся только в форме соединений вследствие своей высокой химической активности.

Оксиды МО - твердые белые тугоплавкие вещества, устойчивые к воздействию высоких температур.

Проявляют основные свойства, кроме оксида бериллия, имеющего амфотерный характер.

Оксид магния малоактивен в реакции с водой, все остальные оксиды очень бурно взаимодействуют с ней:

МО + Н20 = М(ОН)2

Оксиды получают обжигом карбонатов: МС03 = МО + С02

В технике оксид кальция СаО называют негашеной известью, а МgО - жженой магнезией. Оба этих оксида используют в производстве строительных материалов.

Гидроксиды щелочноземельных металлов относятся к щелочам. Их растворимость в воде растет от Са(ОН)2 к Ва(ОН)2. Эти гидроксиды получают взаимодействием соответствующего оксида с водой.

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

МЕТАЛЛЫ II ГРУППЫ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ, МАГНИЙ И БЕРИЛЛИЙ Щелочноземельными являются не все элементы IIА группы, а только начиная с кальция и вниз по группе. Оксиды этих элементов («земли» - по старинной терминологии) взаимодействуют с

ПОЛОЖЕНИЕ В ПСХЭ И СТРОЕНИЕ АТОМОВ Rатома Металлические Восстановительн ые свойства увеличиваются Щелочноземельные металлы Основный характер (искл. Ве – амфотерный) Формула высшего оксида высшего гидроксида …ns 2 с. о. +2 RO R(OH)

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА Be Mg Ca Sr Ba Ra Радиус атома и Заряд ядра ув-тся Максимальна я степень Металлические и окисления восстановительные +2 Щелочноземельные металлы св-ва ув-ся. Основные св-ва Оксидов и Гидроксидов ув-ся. Металлы химически активные, в природе встречаются только в виде соединений 2 Взаимодействуют с водой образуя щелочи. n S

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МАГНИЯ, БЕРИЛЛИЯ И ЩЕЛОЧНО-ЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛОВ серебристо-белые вещества. ковкие и пластичные, довольно мягкие, хотя тверже щелочных. Бериллий отличается значительной твердостью и ножом преимущественно не режутся (исключение - стронций). и хрупкостью, барий при резком ударе раскалывается. Металлическая кристаллическая решетка обуславливает их высокую тепло- и электропроводность. Металлы имеют температуры плавления и кипения выше, чем у щелочных металлов. Бериллий и магний покрыты прочной оксидной пленкой и не изменяются на воздухе. Щелочно-земельные металлы очень активны, их хранят в запаянных ампулах, под слоем вазелинового масла или

Физические свойства металлов II А группы плотность Тплавл 1285 850 651 1. 85 770 710 960 3. 76 2. 63 1. 74 Be 6 1. 54 Mg Ca Sr Ba Ra

й и Мягки ый ичн пласт Mg При комн а темп тной ерату покры ре тонча т йш оксид ей н плён ой кой Те м пл пе ав ра 65 ле тур 0 ни а С я ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА Be Чист плас ый тичен, но незна чител ьные прим дела еси ют хрупк его им Т ки уго й п t = м ла 1 ета в 28 л 7 л C тлол све, Метал цвета о серог тый покры ей йш тонча ой н оксид й о плёнк

Лёгкий, беловатосерый, Пластичный металл Ca Температура плавления С Из –за достаточной твёрдости невозможно резать ножом, как щелочные металлы

ПОЛУЧЕНИЕ 1. Барий получают восстановлением оксида: 3 Ba. O + 2 Al = 3 Ba + Al 2 O 3 2. Остальные металлы получают электролизом расплавов хлоридов: Ca. Cl 2 = Ca + Cl 2 (эл. ток)

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА - ВОССТАНОВИТЕЛИ 1. С неметаллами образуют бинарные соединения Реакция с кислородом. Все металлы образуют оксиды RO, барий может-пероксид – Ba. O 2: Ba + O 2 = Ba. O 2 пероксид Ca + O 2 = Ca. O Ba + S = Ba. S сульфид Ca + H 2 = Ca. H 2 гидрид Ca + 2 C = Ca. C 2 карбид 3 Ba + 2 P = Ba 3 P 2 фосфид Ca + N 2 = Ca 3 N 2 нитрид Ca + Cl 2 = Ca. Cl 2 хлорид

2. Реакция с водой. Образуют щелочи. В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде. Ca + 2 H 2 O = Ca(OH)2 + H 2 (при о. у.) Mg + H 2 O = Mg(OH)2 + H 2 (при t)

3. Все металлы растворяются в кислотах: Ca + 2 HCl = Ca. Cl 2 + H 2 4. С особыми кислотами (Be похож на Al) Сa + HNO 3(к) = N 2 O + Ca(NO 3)2 + H 2 O Ca + HNO 3(р) = NH 4 NO 3 + Ca(NO 3)2 + H 2 O (N 2 O, NH 3) Ca + H 2 SO 4(к) = H 2 S + Ca. SO 4 + H 2 O Be с азотной кислотой пассивирует, реакция на холоду не идет в независимости от концентрации кислоты

5. Сa, Mg с оксидами тяжелых металлов Восстанавливают металлы из их оксидов - пирометаллургия (кальцетермия, магнетермия) Ca + Cu. O = Cu + Ca. O (t) 2 Mg + Ti. O 2 → 2 Mg. O + Ti 5 Ca + V 2 O 5 → 5 Ca. O + 2 V 2 Mg + CO 2 → 2 Mg. O + C горение Mg в углекислом газе

6. Качественная реакция на катионы щелочноземельных металлов – окрашивание пламени в следующие цвета: Ca 2+ - темно-оранжевый Sr 2+- темно-красный Ba 2+ - светло-зеленый

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЩЕЛОЧНЫХ МЕТАЛЛОВ ОБОБЩЕНИЕ М Е + Cl 2 Хлорид фосфид Т + P + H 2 + N 2 нитрид А + S Сульфид Л + O 2 Оксид + C карбид Л Ca, Sr, Ba + Н 2 О Ы + кислоты Гидрид Щелочь + Н 2 соли и водород

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ С ВОДОЙ Закончите уравнения реакций, назовите продукты реакций и составте о-в реакции. Ca + H 2 O Sr + H 2 O Ba + Н 2 О

ОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ II ГРУППЫ общая формула оксидов - Me. O и пероксидов - Me. O 2 Оксиды металлов IIA группы являются основными оксидами, Ве. О проявляет амфотерные свойства.

СОЕДИНЕНИЯ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ Оксиды щелочноземельных металлов Общая МО формула Тип и класс Основный оксид веществ Физические Твердые кристаллические свойства вещества белого цвета Химические МО + Н 2 О = свойства МО + кислотный оксид = МО + кислота =

ПОЛУЧЕНИЕ Окисление металлов (кроме Ba, который образует пероксид) Ca + O 2 = Ca. O Термическое разложение нитрата магния или нерастворимых карбонатов Ca. CO 3 → Ca. O + CO 2 t˚C 2 Mg(NO 3)2 → 2 Mg. O + 4 NO 2 + O 2 t˚C

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 1. С кислотным оксидом 3 Ca. O + P 2 O 5 = Ca 3(PO 4)2 2. С водой Ca. O + H 2 O = Ca(OH)2 (кроме Ве. О) 3. С кислотой Ca. O + HCl = Ca. Cl 2 + H 2 O 4. С амфотерным оксидом Ca. O + Zn. O = Ca. Zn. O 2

ОСОБЫЕ СВОЙСТВА ОКСИДОВ 2 Ba. O + O 2 = 2 Ba. O 2 пероксид, только для бария Ве. О проявляет амфотерные св-ва взаимодействует со щелочами: Be. O + 2 Na. OH = Na 2 Be. O 2 + H 2 O сплав Be. O + 2 Na. OH + H 2 O = Na 2 раствор Be. O + Na 2 CO 3 = Na 2 Be. O 2 + CO 2 сплав

Соединения щелочноземельных металлов ГИДРОКСИДЫ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ Общая формула М(ОН)2 Тип и класс веществ Щелочи Физические свойства Химические свойства Твердые кристаллические вещества, белого цвета с ионной кристаллической решеткой М(ОН)2 + соль = М(ОН)2 + кислотный оксид =

ГИДРОКСИДЫ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ - ЩЕЛОЧИ . 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).

ПОЛУЧЕНИЕ ГИДРОКСИДОВ 1. Реакции щелочноземельных металлов или их оксидов с водой: Ba + 2 H 2 O Ba(OH)2 + H 2 Ca. O + H 2 O Ca(OH)2 2. Электролиз растворов солей Ca. Cl 2 + H 2 O Ca(OH)2 + Cl 2 + H 2 эл. ток 3. Be(OH)2 и Mg(OH)2 получают с помощью обменных реакций Be. Cl 2 + 2 Na. OH = 2 Na. Cl + Be(OH)2

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 1. изменяют цвет индикатора Лакмус – синий Метилоранж – желтый Фенолфталеин - малиновый Гидроксиды щелочноземельных металлов в воде диссоциируют на

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 2. Реакции с кислотными оксидами: Ca(OH)2 + SO 2 Ca. SO 3 + H 2 O Ba(OH)2 + CO 2 Ba. CO 3 + H 2 O Ca(OH)2 +2 CO 2 CA(HCO 3)2 Ca(OH)2 + CO 2 = Ca. CO 3 + H 2 O Качественная реакция на углекислый газ 3. Реакции с кислотами (нейтрализация) Ba(OH)2 + 2 HNO 3 Ba(NO 3)2 + 2 H 2 O 4. Реакции обмена с солями: Ba(OH)2 + K 2 SO 4 Ba. SO 4+ 2 KOH

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА 5. C амфотерными металлами, оксидами, гидроксидами Ca(OH)2 + Bе(OH)2 Ca (раствор) Ca(OH)2 + Be(OH)2 Ca. Be. O 2 + H 2 O (сплав) Ca(OH)2 + Be. O + H 2 O Ca (раствор) Ca(OH)2 + Be. O Ca. Be. O 2 + H 2 O (сплав) Ca(OH)2 + Be Ca + H 2 тетрагидроксобериллиат кальция

ТРИВИАЛЬНЫЕ НАЗВАНИЯ ВЕЩЕСТВ Сa. O – негашеная известь Ca(OH)2 –гашенная известь (известковая вода, молоко) Ca. CO 3 – мел, мрамор, известняк Ca. SO 4 * 2 H 2 O -- гипс Ca(Cl. O)Cl – хлорная известь

СОЛИ ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫХ МЕТАЛЛОВ Растворимые соли Be и Ba – токсичны, ядовиты! Катион Ba 2+ обычно открывают обменной реакцией с серной кислотой или ее солями: Сульфат бария – белый осадок, нерастворимый в минеральных кислотами

КАЛЬЦИЙ В ПРИРОДЕ Кальциевые горные породы – известняк, мрамор, мел. Вспомните формулу этих горных пород. В чем их отличие?

МЕЛ, ИЗВЕСТНЯК, МРАМОР НЕ РАСТВОРЯЮТСЯ В ЧИСТОЙ ВОДЕ, НО РАСТВОРИМЫ В КИСЛЫХ РАСТВОРАХ, ДАЖЕ ТАКИХ СЛАБЫХ, КАК ПРИРОДНАЯ ВОДА. При просачивании воды с поверхности земли через залежи известняка происходят процессы: 1. образуются провалы, если порода залегает под тонким слоем почвы

2. Если породы залегают на большой глубине – возникают подземные карстовые пещеры. Как называются отложения, свисающие в виде гигантских сосулек со свода пещеры? А растущие навстречу им со дна пещеры колонны? Какие химические реакции при этом происходят?

ИЗВЕСТНЯК И МРАМОР ИСПОЛЬЗУЮТ В АРХИТЕКТУРЕ И СКУЛЬПТУРЕ При воздействии кислотных дождей строения разрушаются. Какие реакции при этом происходят?

КАЛЬЦИЙ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА Минерал, содержащий фосфат кальция, играет важную роль в человеческом организме. Он строительным материалом костей человека, входит в состав эмали. В сочетании с другими минералами поддерживает работу сердечно-сосудистой системы, предотвращает возникновение рака толстой кишки, регулирует функции нервов, способствует снижению холестерина. В организме взрослого человека содержатся более 1 кг кальция в виде соединения Ca 3(PO 4)2.

Ca. SO 4 -сульфат кальция, встречается в природе в виде минерала гипса Ca. SO 4*2 H 2 O, представляющего собой кристаллогидрат. Используется в строительстве, медицине для наложения неподвижных гипсовых повязок, для получения слепков. Для этого применяют полуводный гипс 2 Ca. SO 4 -алебастр.

БЕРИЛЛИЙ Бериллий сходствует с алюминием и магнием…Получил своё название потому, что находится в минерале берилле. Металл называют также глицием от греческого слова «сладкий» , потому что соли его имеют сладковатый вкус. Д. И. Менделеев

СОЕДИНЕНИЯ БЕРИЛЛИЯ В ПРИРОДЕ Хризоберилл Be. Al 2 O 4 Изумруд Аквамарин Александрит

«Изумруд капризный, как женщина встречается совсем не там, где его ищут» Благодаря насыщенному зелёному цвету и твёрдости очень популярен у ювелиров, чудесная окраска вызвана наличием ионов хрома или ванадия. «Кажется, что если вглядеться в аквамарин, то увидишь тихое море с водой цвета звёзд» К. Г. Паустовский Такой цвет ему придаёт небольшая примесь двухвалентного железа

МАГНИЙ В ПРИРОДЕ Магний входит в состав активного центра зелёного пигмента растений -хлорофилла Автомобильная, авиационная и ракетная промышленность Магналий -твёрдый и прочный сплав с алюминием - 30 % Mg с добавками цинка,

МАГНИЙ В МЕДИЦИНЕ В медицине карбонат магния и окись магния применяют в качестве средств нейтрализующих соляную кислоту желудка и как легкие слабительные (Гастал, Ренни, Алмагель). Сульфат магния («английская соль») применяется в качестве слабительного, желчегонного и болеутоляющего средства при спазмах желчного пузыря. Раствор сернокислой магнезии вводят в качестве противосудорожного средства при эпилепсии и в качестве антиспастического лекарства при задержке мочеиспускания, бронхиальной астме, гипертонической болезни. органические соли магния используют при изготовлении БАД и лекарственных препаратов с широким спектром лечебно-профилактического действия, таких как

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ Жёсткость воды - совокупность химических и физических свойств воды, связанных с содержанием в ней растворённых солей щёлочноземельных металлов, главным образом, кальция и магния (так называемых «солей жёсткости»). Потребление жёсткой или мягкой воды обычно не является опасным для здоровья, есть данные о том, что высокая жёсткость способствует образованию мочевых камней, а низкая - незначительно увеличивает риск сердечно-сосудистых заболеваний. Вкус природной

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ Жёсткая вода при умывании сушит кожу, в ней плохо образуется пена при использовании мыла. Использование жёсткой воды вызывает появление осадка (накипи) на стенках котлов, в трубах и т. п. В то же время, использование слишком мягкой воды может приводить к коррозии труб. Жёсткость природных вод может варьироваться в довольно широких пределах и в течение года непостоянна. Увеличивается жёсткость из-за испарения воды, уменьшается в сезон дождей, а также в период таяния снега и льда.

ЖЕСТКОСТЬ ВОДЫ Виды жесткости воды Присутствующие ионы Способы устранения жесткости воды Временная (карбонатная) Ca(2+), Mg(2+) HCO 3(-) 1. Кипячение 2. Добавление соды или Са(ОН)2 Постоянная Ca(2+), Mg(2+) SO 4(2 -) 1. Добавление соды. 2. Использование катионообменников Общая Ca(2+), Mg(2+), HCO 3(-), Cl(-) SO 4(2 -) Сочетание всех вышеуказанных способов.

СТРОНЦИЙ В ПРИРОДЕ Класс Саркодовые – радиолярии, обладают радикально расположенными псевдоподиями. Минеральный скелет, состоящий из кремнезёма или сульфата стронция, принимает форму правильных геометрических фигур (шаров, многогранников, колец), состоящих из отдельных игл.

ПРИМЕНЕНИЕ СОЛЕЙ СТРОНЦИЯ Как коллекционный минерал целестин ценится высоко, но практически не используется в ювелирном деле из-за своей низкой твердости и высокой хрупкости. Характерны образцы целестина голубого, светло-голубого, серо-голубого и чуть голубоватого цветов; целестин может быть и бесцветным, а также белым, желтоватым, синеватозеленым, красноватым, коричневым, порой еле просвечивающим, иногда – с зональной окраской.

ПРИМЕНЕНИЕ СОЛЕЙ СТРОНЦИЯ Соединения стронция использовались в пиротехнике; стоит бросить щепотку соли стронция в пламя – и оно окрасится в красный цвет. Все красные фейерверки и огни сигнальных ракет – все это благодаря стронцию. Соединения стронция используются в стекольной, керамической промышленности для получения глазированных поверхностей,

ТАЙНЫ ЦЕЛЕСТИНА Герр Хайнеман был доволен своей жизнью. Дела его шли хорошо, даже очень хорошо, если сравнить со многими другими эмигрантами, переехавшими в Соединенные Штаты. Его винный заводик на красивом озерном острове процветал, и вот, понадобилось сделать небольшой колодец для нужд производства. Со вчерашнего дня этим занимались его помощники, долбили породу. А сегодня один из них прибежал, мол, лучше ему взглянуть самому. Эх, все приходится делать самому. Герр Хайнеман спустился в подвал, где шли работы. - Ну, что тут у вас? - Вот, смотрите, мистер, долбили камень да наткнулись на пустоту… - Дайте фонарь. Герр Хайнеман спустился в яму в породе – результат работы целого дня. На дне ее и вправду зияла дыра. Он наклонился и посветил фонарем внутрь. И не поверил своим глазам: свет фонаря выхватил стенки обширной пещеры, покрытые огромными голубовато-белыми кристаллами. Герр Хайнеман уже было решил, что это подземная сокровищница троллей из сказок его родины, но ведь в США нет немецких троллей. Герр Хайнеман захихикал, поражаясь своей логике.

ГЕНЕТИЧЕСКИЙ РЯД КАЛЬЦИЯ Са. О Са(ОН) 2 Са. СО 3 Са(НСО 3)2 Напишите уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить превращения веществ.

ЦЕПОЧКА ПРЕВРАЩЕНИЙ Ca → Ca. O→ Ca. Cl 2→ Ca(OH)2 →Ca. CO 3 →Ca. O Для реакций составить ионные уравнения и ок-восстановительные балансы.

Распространение в природе и получение. Магний и кальций - распространенные на Земле элементы (магний - восьмой, кальций - шестой), а остальные элементы более редкие. Стронций и радий - радиоактивные элементы.

В земной коре бериллий находится в виде минералов: берилл Be 3 Al 2 (Si0 3) 6 , фенакит Be 2 Si0 4 . Окрашенные примесями прозрачные разновидности берилла (зеленые изумруды, голубые аквамарины и др.) - драгоценные камни. Известно 54 собственно бериллиевых минералов, важнейшие из них - берилл (и его разновидности - изумруд, аквамарин, гелиодор, воробьевит, ростерит, баццит).

Магний входит в состав силикатных (среди них преобладает оливин Mg 2 Si0 4), карбонатных (доломит CaMg(C0 3) 2 , магнезит MgC0 3) и хлоридных минералов (карналлит KClMgCl 2 -6H 2 0). Большое количество магния содержится в морской воде (до 0,38% MgCl 2) и в воде некоторых озер (до 30% MgCl 2).

Кальций содержится в виде силикатов и алюмосиликатов в горных породах (граниты, гнейсы и др.), карбоната в виде кальцита СаС0 3 , смеси кальцита и доломита {мрамор), сульфата {ангидрит CaS0 4 и гипс CaS0 4 -2H 2 0) а также фторида {флюорит CaF 2) и фосфата {апатит Са 5 (Р0 4) 3) и др.

Важнейшие минералы стронция и бария: карбонаты {стронцианит SrC0 3 , витерит ВаС0 3) и сульфаты {целестин SrS0 4 , барит BaS0 4). Радий встречается в урановых рудах.

В промышленности бериллий, магний, кальций, стронций и барий получают :

• 1) электролизом расплавов хлоридов МеС1 2 , в которые для понижения температуры плавления добавляют NaCl или другие хлориды;
• 2) мсталло- и углетермическим методами при температурах 1000-1300°С.

Особо чистый бериллий получают зонной плавкой. Для получения чистого магния (99,999% Mg) технический магний многократно сублимируют в вакууме. Барий высокой чистоты получают алюминотермическим методом из ВаО.

Физические и химические свойства. В виде простых веществ это - блестящие серебристо-белые металлы, бериллий - твердый (им можно резать стекло), но хрупкий, остальные мягкие и пластичные. Особенностью бериллия является то, что он покрывается на воздухе тонкой оксидной пленкой, защищающей металл от действия кислорода даже при высоких температурах. Выше 800°С происходит окисление бериллия, а при температуре 1200°С металлический бериллий сгорает, превращаясь в белый порошок ВеО.

С увеличением порядкового номера элемента плотность, температуры плавления и кипения возрастают. Электроотрицательность элементов этой группы различна. Для Be она довольно высока (зе = 1,57), что обусловливает амфотерный характер его соединений.

Все металлы в свободном виде менее реакционноспособны по сравнению со щелочными металлами, но довольно активны (их также хранят под керосином в запаянных сосудах, а кальций обычно в плотно закрывающихся металлических банках).

Взаимодействие с простыми веществами. Химическая активность металлов увеличивается по подгруппе сверху вниз с ростом порядкового номера.

На воздухе они окисляются с образованием оксидов МеО, а стронций и барий при нагревании на воздухе до ~500°С образуют пероксиды Ме0 2 , которые при более высокой температуре разлагаются на оксид и кислород. Взаимодействие с простыми веществами представлено на схеме:

Все металлы активно взаимодейстуют с неметаллами: с кислородом они образуют оксиды MeO (Me = Be - Ra), с галогенами - галогениды, например хлориды МеС1 2 , с водородом - гидриды МеЫ 2 , с серой - сульфиды MeS, с азотом - нитриды Me 3 N 2 , с углеродом - карбиды (ацетилениды) МеС 2 , и т.д.

С металлами они образуют эвтектические смеси, твердые растворы и интерметаллические соединения. Бериллий с некоторыми d-элементами образует бериллиды - соединения переменного состава МеВе 12 (Me = Ti, Nb, Та, Mo), MeBe tl (Me = Nb, Та), характеризующиеся высокими температурами плавления и устойчивостью к окислению при нагревании до 1200- 1600°С.

Отношение к воде , кислотам и щелочам. Бериллий на воздухе покрыт оксидной пленкой, которая обусловливает его пониженную химическую активность и препятствует взаимодействию его с водой. Он проявляет амфотерные свойства, реагирует с кислотами и щелочами с выделением водорода. При этом образуются соли катионного и анионного типов:

Концентрированными холодными HN0 3 и H 2 S0 4 бериллий пассивируется.

Магний, как и бериллий, устойчив по отношению к воде. С холодной водой он взаимодействует очень медленно, так как образующийся Mg(OH) 2 плохо растворим; при нагревании реакция ускоряется за счет растворения Mg(OII) 2 . В кислотах он растворяется очень энергично. Исключение составляют HF и Н 3 Р0 4 , образующие с ним малорастворимые соединения. Со щелочами магний, в отличие от бериллия, не взаимодействует.

Металлы подгруппы кальция (щелочноземельные) реагируют с водой и разбавленными соляной и серной кислотами с выделением водорода и образованием соответствующих гидроксидов и солей:

Со щелочами, аналогично магнию, не взаимодействуют. Свойства соединений элементов подгруппы НА. Соединения с кислородом . Оксид и гидроксид бериллия обладают амфотерным характером, остальные - основным. Хорошо растворимыми в воде основаниями являются Sr(OH) 2 и Ва(ОН) 2 , их относят к щелочам.

Оксид ВеО тугоплавок (? пл = 2530°С), обладает повышенной теплопроводностью и, после предварительно прокаливания при 400°С, химической инертностью. Обладает амфотерным характером, взаимодействует при сплавлении и с кислотными, и с основными оксидами, а также с кислотами и щелочами при нагревании, образуя соответственно соли бериллия и бериллаты:

Аналогичным образом ведет себя и соответствующий гидроксид бериллия Ве(ОН) 2 - не растворяясь в воде, он растворим и в кислотах, и в щелочах:

Для его осаждения применяют не щелочь, а слабое основание - гидроксид аммония:

Гидролиз солей бериллия протекает с образованием осадков малорастворимых основных солей, например:

Растворимы бериллаты только щелочных металлов.

Оксид MgO (жженая магнезия) - тугоплавкое (? пл = 2800°С) инертное вещество. В технике его получают термическим разложением карбоната:

Мелкокристаллический MgO, напротив, химически активен, является основным оксидом. Он взаимодействует с водой, поглощает С0 2 , легко растворяется в кислотах.

Оксиды щелочноземельных металлов получают в лаборатории термическим разложением соответствующих карбонатов или нитратов:

в промышленности - термическим разложением природных карбонатов. Оксиды энергично взаимодействуют с водой, образуя сильные основания, по силе уступающие лишь щелочам. В ряду Ве(ОН) 2 -> Са(ОН) 2 -> Sr(OH) 2 -> Ва(ОН) 2 усиливается основный характер гидроксидов, их растворимость и термическая устойчивость. Все они энергично взаимодействуют с кислотами с образованием соответствующих солей:

В отличие от солей бериллия, растворимые в воде соли щелочноземельных металлов и магния гидролизу по катиону не подвергаются.

Растворимость в воде солей элементов ПА-подгруппы различна. Хорошо растворимыми являются хлориды, бромиды, иодиды, сульфиды (Са - Ва), нитраты, нитриты (Mg - Ва). Малорастворимыми и практически нерастворимыми - фториды (Mg - Ва), сульфаты (Са - Ва), ортофосфаты, карбонаты, силикаты.

Соединения с водородом и неметаллами . Гидриды МеН 2 , нитриды Me 3 N 2 , карбиды (ацетилениды) МеС 2 неустойчивы, разлагаются водой с образованием соответствующих гидроксидов и водорода или водородных соединений неметаллов:

Применение. Бериллий легко образует сплавы со многими металлами, придавая им большую твердость, прочность, жаростойкость и коррозионную стойкость. Уникальными свойствами обладают бериллиевые бронзы (сплавы меди с 1-3% бериллия). В отличие от чистого бериллия, они хорошо поддаются механической обработке, из них можно, например, изготовить ленты толщиной всего 0,1 мм. Разрывная прочность этих бронз больше, чем у многих легированных сталей. При старении их прочность возрастает. Они немагнитные, обладают высокими показателями электро- и теплопроводности. Благодаря такому комплексу свойств они широко используются в авиационной и космической технике. В атомных реакторах бериллий используется как замедлитель и отражатель нейтронов. В смеси с препаратами радия он служит источником нейтронов, образующихся при действии на Be альфа-частиц:

ВеО применяют в качестве химически стойкого и огнеупорного материала для изготовления тиглей и специальной керамики.

Магний в основном используется для производства «сверхлегких» сплавов, в металлотермии - для производства Ti, Zr, V, U и др. Наиболее важный сплав магния - электрон (3-10% А1 2 0 3 , 2-3% Zn, остальное Mg), который благодаря его прочности и малой плотности (1,8 г/см 3) применяют в ракетной технике и авиастроении. Смеси порошка магния с окислителями применяются для осветительных и зажигательных ракет, снарядов, в фото- и осветительной технике. Жженую магнезию MgO применяют в производстве магния, в качестве наполнителя в производстве резины, для очистки нефтепродуктов, в производстве огнеупоров, строительных материалов и др.

Хлорид MgCl 2 применяется для получения магния, в производстве магнезиального цемента, который получают смешиванием предварительно прокаленного MgO с 30%-ным водным раствором MgCl 2 . Эта смесь постепенно превращается в белую твердую массу, устойчивую но отношению к кислотам и щелочам.

Основное применение металлического кальция - восстановитель при получении многих переходных металлов, урана, редкоземельных элементов (РЗЭ).

Карбид кальция СаС 2 - для производства ацетилена, СаО - при получении хлорной извести, Са(ОН) 2 , СаС0 3 , CaS0 4 H 2 0 - в строительстве. Са(ОН) 2 (известковое молоко , гашеная известь) применяется в качестве дешевого растворимого основания. Природные соединения кальция широко применяются в производстве вяжущих материалов для строительных растворов, для изготовления бетона, строительных деталей и конструкций. К вяжущим веществам относятся цементы , гипсовые материалы , известь и др. Гипсовые материалы - это прежде всего жженый гипс , или алебастр , - гидрат состава 2CaS0 4 H 2 0. Главное применение стронция и бария - газопоглотители в электровакуумных приборах. Раствор Ва(ОН) 2 (баритовая вода , едкий барит) - лабораторный реактив для качественной реакции на С0 2 . Титанат бария (BaTi0 3) - основной компонент диэлектриков, пьезо- и сегнето- электриков.

Токсичность элементов. Все соединения бериллия токсичны! Особенно опасна пыль бериллия и его соединений. Стронций и барий, являясь нервными и мышечными ядами, также обладают общей токсичностью. Соединения бария вызывают воспалительные заболевания головного мозга. Ядовитость солей бария весьма зависит от их растворимости. Практически нерастворимый сульфат бария (чистый) не ядовит, растворимые же соли: хлорид, нитрат, ацетат бария и др. - сильно токсичны (0,2-0,5 г хлорида бария вызывают отравление, смертельная доза - 0,8-0,9 г). Токсическое действие солей стронция сходно с действием солей бария. Оксиды кальция и других щелочноземельных металлов в виде пыли раздражают слизистые оболочки, а при попадании на кожу вызывает тяжелые ожоги. Оксид стронция действует аналогично оксиду кальция, но значительно сильнее. Соли щелочноземельных металлов вызывают кожные заболевания.