Глава III. s-металлы IIA группы

Бериллий, магний и щелочноземельные Ме.

 

Кальций, стронций, барий и радий – s- металлы IIA группы периодической системы – содержат на внешнем уровне по два электрона (ns²), которые они стремятся отдать и поэтому во всех соединениях проявляют только одну степень окисления +2.

В соответствии с общей закономерностью способность отдавать электроны у этих Ме увеличивается сверху вниз по группе от Be до Ra. Щелочноземельные Ме, хотя и менее реакционноспособные, чем соответствующие щелочные Ме, из-за уменьшения атомного радиуса все равно являются сильными восстановителями и располагаются вначале ряда напряжений Ме.

 

Восстановительные свойства.

 

s-металлы IIA группы по восстановительным свойствам подобны щелочным Ме, но они менее активно реагируют с неметаллами, образуя галогениды ( MeCl₂ ), оксиды( MeO), сульфиды (MeS), нитриды (Me₃N₂₎, карбиды (MeC₂)и даже гидриды ( МеН₂ ). С водой и растворами кислот щелочноземельные Ме реагируют подобно щелочным, но менее активно, что соответствует их положению в ряду напряжений.

Из всех s-элементов IIА группы только бериллий реагирует и с кислотами и с водными растворами щелочей, так как оксид и гидроксид бериллия амфотерны:

Be + 2HCl = BeCl₂ + H₂↑

Be⁰ + 2H₂⁺O + 2NaOH = Na₂[Be⁺²(OH)₄] + H₂⁰↑

В обеих реакциях восстановителем является бериллий, а окислителем – катион Н⁺, входящий в состав или кислоты, или воды.

 

Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов.

 

Свойства соединений элементов IIА группы, в отличие от соединений IА группы, при движении сверху вниз изменяются более резко. Так, во IIА группе при движении сверху вниз резко усиливаются основные свойства, растворимость и термическая устойчивость оксидов и гидроксидов Ме.

Из этих Ме только бериллий образует амфотерные оксид и гидроксид, которые реагируют как с кислотами, так и со щелочами. В воде эти соединения бериллия не растворяются.

Be(OH)₂ + H₂SO₄ = BeSO₄ + 2H₂O

Be(OH)₂ + 2NaOH = Na₂[Be(OH)₄]

Оксид и гидроксид магния также не растворимы в воде, но проявляют уже только основные свойства: реагируют с кислотными оксидами и кислотами, со щелочами и водой не взаимодействуют. Кальций, стронций и барий образуют оксиды и гидроксиды с сильными основными свойствами. Они растворяются в воде, образуя растворы сильных оснований – щелочи. Отсюда произошла первая часть названия Ме кальция, стронция, бария –«щелочноземельные», вторая часть названия произошла из-за сходства термической устойчивости оксидов CaO, SrO, BaO и оксида алюминия, именовавшегося «землей».

Наибольшее практическое применение из оксидов щелочноземельных Ме имеет оксид кальция СаО (техническое название «негашеная известь»). Известняк, мел, мрамор – карбонатные породы, имеющие общую формулу СаСО₃. Многие соли s-элементов IIА группы находят применение в медицине.CaCl₂*6H₂O применяют для снятия сердечно-сосудистого спазма, для улучшения свертываемости крови, при переломах костей и ревматизме.MgSO₄*7H₂O (горькая соль, магнезия) используется при гипертонии, как слабительное и желчегонное средство.BaSO₄ применяют как контрастное вещество при рентгеноскопии пищевода и желудка. 2CaSO₄*H₂O (алебастр) широко используется в травматологии, стоматологии и строительстве, т.к. при замешивании его с водой образуется нерастворимый CaSO₄*2H₂O (гипс )

2CaSO₄*H₂O + 3H₂O= 2(CaSO₄*2H₂O)

 

Жесткость воды.

 

Содержание в природной воде растворимых солей кальция и магния характеризуется жесткостью воды. Различают временную и постоянную жесткость, из которых складывается общая жесткость.

Общая жесткость воды:

- временная (гидрокарбонатная)жесткость воды – Ca(HCO₃)₂, Mg(HCO₃)₂, Fe(HCO₃)₂;

- постоянная (некарбонатная) жесткость воды – CaCl₂, MgCl₂, CaSO₄, MgSO₄

Жесткая вода непригодна для использования во многих технологических процессах и в быту, она наносит вред организму, т.к. при длительном употреблении приводит к образованию камней в почках. В природной жесткой воде резко уменьшается моющее действие мыла вследствие образования нерастворимых кальциевых и магниевых солей высших жирных кислот, из-за чего мыло плохо пенится в такой воде:

2C₁₇H₃₅COONa_(мыло) + CaCl₂ = (C₁₇H₃₅COO)₂Ca↓ + 2NaCl

Способы устранения жесткости воды:

а). Кипячение применяют для устранения только временной жесткости воды:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ ↓ + CO₂↑ + H₂O

Ma(HCO₃)₂ = Mg(OH)₂↓ + CO₂↑

Разложение гидрокарбоната магния происходит иначе, чем гидрокарбоната кальция, вследствие гидролиза соли по катиону и выпадения в осадок гидроксида магния, менее растворимого, чем карбонат магния.

Остальные способы применяют для устранения общей жесткости воды, как временной, так и постоянной.

б). Известково-содовый способ. При этом методе применяют химические реагенты: известь Са(ОН)₂ или соду Na₂CO₃.

Устранение временной жесткости:

Ca(HCO₃)₂ + Са(ОН)₂ = 2СаСО₃↓ + 2Н₂О

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaHCO₃

Устранение постоянной жесткости:

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCO₃↓ + 2NaCl

MgSO₄ + Na₂CO₃ = MgCO₃↓ + Na₂SO₄

в). Фосфатный способ. Реагент – фосфат натрия:

3CaCl₂ + 2Na₃PO₄ = Ca₃(PO₄)₂↓ + 6NaCl