Физические и химические свойства элементов главной подгруппы II группы

С ростом порядкового номера элемента отдача электронов облегчается, и поэтому металлические свойства закономерно возрастают. Более ярко они проявляются у щелочноземельных металлов.

Следует отметить, что по своим свойствам бериллий и магний несколько отличаются от щелочноземельных металлов кальция, стронция и бария (последний элемент группы радий отличается от остальных щелочноземельных металлов природными радиоактивными свойствами).

Кальций, стронций и барий окисляются на воздухе до оксидов состава RO, поэтому их хранят без доступа воздуха либо в герметически закрытых сосудах, либо под слоем эфира или керосина. Бериллий и магний при комнатной температуре на воздухе покрываются тонкой оксидной пленкой, предохраняющей их от дальнейшего окисления.

Для получения оксидов этих металлов их необходимо поджечь:

Be+O2=ВеО
Кальций, стронций и барий разлагают воду уже при обычной температуре с образованием соответствующих гидроксидов и выделением водорода:
R+2H2O=R(OH)2+H2­
Гидроксиды щелочноземельных металлов малорастворимы в воде, их растворимость возрастает от Са(ОН)2 к Ва(ОН)2.

Бериллий с водой не взаимодействует, т.к. образующаяся в первый момент пленка малорастворимого гидроксида бериллия Ве(ОН)2 пассивирует металл. Гидроксид бериллия Ве(ОН)2 имеет амфотерный характер:

Be2++2ОН-«Ве(ОН)2«Н2ВеO2«2Н++BeO2-2
Однако свойства Ве(ОН)2 как основания выражены гораздо отчетливее кислотных.
Магний реагирует с водой лишь при нагревании:

Mg+2Н2O=Mg(OH)2+H2­
Гидроксид магния — типичное основание.

При нагревании все металлы главной подгруппы II группы активно реагируют с водородом (давая гидриды RH2, с галогенами, серой, азотом, фосфором, углеродом.
Из металлов этой подгруппы наибольшее значение имеют магний и кальций.

Соли магния и особенно кальция входят в состав многих породообразующих минералов. Из этих горных пород наиболее известны мел, мрамор и известняк, основным веществом которых является карбонат кальция. Карбонаты кальция и магния при нагревании разлагаются на соответствующие оксиды и углекислый газ. С водой, содержащей растворенный диоксид углерода, эти карбонаты реагируют, образуя растворы гидрокарбонатов, например:

MCO₃ + CO₂ + H₂O = M² + 2HCO₃ .

При нагревании, и даже при попытке выделить гидрокарбонаты из раствора, удаляя воду при комнатной температуре, они разлагаются по обратной реакции:

M² + 2HCO₃ = MCO₃ + CO₂ + H₂O.

Гидратированный сульфат кальция CaSO₄·2H₂O представляет собой бесцветное кристаллическое вещество малорастворимое в воде. При нагревании оно частично обезвоживается, переходя в кристаллогидрат состава 2CaSO₄·H₂O. Тривиальное название двуводного гидрата – гипс, а полуводного – алебастр. При смешивании алебастра с водой он гидратируется, при этом образуется плотная твердая масса гипса. Это свойство алебастра используется в медицине (гипсовые повязки) и строительстве (армированные гипсовые перегородки, заделка дефектов). Скульпторы используют алебастр для изготовления гипсовых моделей и форм.

Карбид (ацетиленид) кальция CaC₂. Структурная формула (Ca² )( C C ). Получают спеканием негашеной извести с углем:

CaO + 3C = CaC₂ + CO

Это ионное вещество не является солью и полностью гидролизуется водой с образованием ацетилена, который долгое время и получали таким способом:

CaC₂ + 2H₂O = C₂H₂ + Ca(OH)₂.

Гидратированный ион магния [Mg(H₂O)₆]² – катионная кислота, поэтому растворимые соли магния подвергаются гидролизу. По этой же причине магний может образовывать основные соли, например, Mg(OH) Cl. Гидратированный ион кальция не является катионной кислотой.

Кальций в соединении может быть обнаружен по окрашиванию пламени. Цвет пламени – оранжево-красный. Качественная реакция на ионы Ca² , Sr² и Ba² , не позволяющая однако различить эти ионы между собой – осаждение соответствующих сульфатов разбавленным раствором серной кислоты (или любым раствором сульфата в кислотной среде):

M² + SO₄² = MSO₄ .

Кальций и магний незаменимы для человеческого организма. Кальций обеспечивает усвоение организмом железа, помогает при бессоннице, укрепляет кости и скелет, улучшает функцию нервной системы. Его недостаток приводит к размягчению костей, остеопорозу, порче зубов, чувствительности к стрессам, аллергии, судорогам некоторых групп мышц.

Щелочноземельные металлы. Кальций. Это один из пяти (O,C,H,N,Ca) наиболее распространенных элементов в организме человека (1,5%). Основная масса имеющегося в организме кальция находится в костях и зубах в виде фосфата кальция. Внеклеточный кальций влияет на свертываемость крови, нервно-мышечную возбудимость и сердечную мышцу.

Гексагидрат хлорида кальция CaCl_2*6H₂O используется при аллергических заболеваниях.

Жженый гипс 2CaSO₄*H₂O получается путём прокаливания природного гипса. При замачивании в воде он быстро твердеет. На этом свойстве основано его использование при изготовлении гипсовых повязок. В стоматологии применяется в качестве слепочного материала при протезировании зубов.

Жёсткость воды и способы её устранения.

Растворимые соли кальция и магния обуславливают общую жёсткость воды. Если они присутствуют в воде в небольших количествах, то вода называется мягкой. При нагревании кислые карбонаты кальция и магния разлагаются и переходят в нерастворимые основные карбонаты: Са(НСО₃) = Н₂О + СО₂ + СаСО₃↓ Растворимость сульфата кальция СаSO₄ при нагревании также снижается, поэтому он входит в состав накипи. Жёсткость, вызванная присутствием в воде кислых карбонатов кальция и магния, называется карбонатной или временной, так как она может быть устранена. Помимо карбонатной жёсткости, различают ещё некарбонатную жёсткость, которая зависит от содержания в воде ЭСl₂ и ЭSO₄, где Э – Са, Мg. Эти соли не удаляются при кипячении, и поэтому некарбонатную жёсткость называют также постоянной жёсткостью. Карбонатная и некарбонатная жёсткость в сумме дают общую жёсткость. Для полного ее устранения воду иногда перегоняют. Но это дорого. Для устранения карбонатной жёсткости воду можно прокипятить, но это тоже дорого и образуется накипь. Жёсткость удаляют прибавлением соответствующего количества Са(ОН)₂: Са(ОН)₂ + Са(НСО₃)₂ = СаСО₃↓ + 2Н₂О. Общую жёсткость устраняют или добавлением Na₂CO₃, или при помощи так называемых катионитов. При использовании углекислого натрия растворимые соли кальция и магния тоже переводят в нерастворимые карбонаты: Са²⁺ + Na₂CO₃ = 2Na⁺ + CaCO₃↓. Устранение жёсткости при помощи катионитов – процесс более совершенный. Катиониты – высокомолекулярные натрийсодержащие органические соединения, состав которых можно выразить формулой Na₂R, где R – сложный кислотный остаток. При фильтровании воды через слой катионита происходит обмен катионов Na⁺ кристаллической решетки на катионы Са²⁺ и Mg²⁺ из раствора по схеме: Са²⁺ + Na₂R = 2Na⁺ + CaR. Следовательно, ионы Са из раствора переходят в катионит, а ионы Na⁺ переходят из катионита в раствор. Для восстановления использованного катионита его промывают концентрированным раствором поваренной соли. При этом происходит обратный процесс: ионы Са²⁺ в кристаллической решетке в катионита заменяются на ионы Na⁺ из раствора. Регенерированный катионит снова применяют для очистки воды. Подобным образом работают фильтры на основе пермутита:

магний Na₂[Al₂Si₂O₈] + Ca²⁺ = 2Na⁺ + Ca[Al₂Si₂O₈]

 

38. Щелочные металлы: общая характеристика, получение, свойства, важнейшие соединения. Медико-биологическое значение.

Щелочны́е мета́ллы — это элементы 1-й группы периодической таблицы химических элементов (по устаревшей классификации — элементы главной подгруппы I группы)^[1]: литий Li, натрий Na, калий K, рубидий Rb, цезий Cs, франций Fr, и унуненний Uue. При растворении щелочных металлов в водеобразуются растворимые гидроксиды, называемые щёлочами.