Электронное строение атомов
На внешнем энергетическом уровне атомы металлов IIA группы имеют два электрона.
Поэтому для всех щелочноземельных металлов характерна степень окисления +2.
Этим объясняется сходство их свойств.
Для металлов IIA группы (сверху вниз) характерно:
· увеличение радиуса атомов;
· уменьшение электроотрицательности;
· усиление восстановительных, металлических свойств.
Нахождение в природе
Из щелочноземельных металлов кальций наиболее широко распространён в природе, а радиоактивный радий — менее всего.
Все щелочноземельные металлы обладают высокой химической активностью, поэтому встречаются в природе только в виде соединений.
Основными источниками кальция являются его карбонаты CaCO3 (мел, мрамор, известняк).
В свободном виде простые вещества представляют собой типичные металлы от серого до серебристого цвета.
Физические свойства простых веществ
В твёрдом агрегатном состоянии атомы связаны металлической связью. Это обусловливает общие физические свойства простых веществ металлов: металлический блеск, ковкость, пластичность, высокую тепло- и электропроводность.
Тем не менее, металлы IIA группы имеют разные значения температуры плавления, плотности и других физических свойств.
Химические свойства
Щелочноземельные металлы обладают высокой химической активностью, реагируют с кислородом, водородом, другими неметаллами, оксидами, кислотами, солями.
Они являются сильными восстановителями.
Щелочноземельные металлы активно реагируют с:
водой, образуя соответствующие гидроксиды и выделяя водород:
Ba+2H2O=Ba(OH)2+H2↑;
кислотами, легко растворяясь в их растворах с образованием соответствующих солей:
Ba+2HCl=BaCl2+H2↑;
с неметаллами, образуя оксиды или соответствующие соли (гидриды, галогениды, сульфиды и др.):
2Ca+O2=2CaO,
Ca+H2=CaH2,
B а +Cl2=B а Cl2,
B а +S=B а S.
Получение
Щелочноземельные металлы получают в основном электролизом расплавов галогенидов. Чаще используются хлориды металлов.
При этом на катоде восстанавливаются катионы, а на аноде окисляются анионы.
Суммарное уравнение реакции электролиза расплава хлорида кальция:
CaCl2= эл. ток=Ca+Cl2↑.
2. Оксиды и гидроксиды щелочноземельных металлов
Оксиды
Щелочноземельные металлы образуют оксиды общей формулы ЭО:
CaO, SrO, BaO, RaO.
Все оксиды обладают выраженными основными свойствами.
В ряду от оксида кальция к оксиду бария основные свойства усиливаются.
Оксиды щелочно-земельных металлов реагируют с:
водой:
CaO+H2O=Ca(OH)2.
Обрати внимание!
Реакция взаимодействия оксида кальция с водой протекает с выделением большого количества теплоты. Её называют реакцией гашения извести, так как оксид кальция входит в состав негашёной извести, а гидроксид кальция — гашёной извести.
кислотными оксидами:
CaO+CO2=CaCO3.
кислотами:
BaO+2HCl=BaCl2+H2O.
Гидроксиды
Щелочноземельные металлы при их взаимодействии (или их оксидов) с водой образуют основные гидроксиды (основания).
Сила оснований увеличивается в группе сверху вниз.
Гидроксиды щелочноземельных металлов являются сильными основаниями, растворимыми в воде — щелочами.
Гидроксиды щелочноземельных металлов проявляют все характерные свойства оснований, взаимодействуя с кислотными (и амфотерными) оксидами, кислотами (и амфотерными гидроксидами), солями.
При нагревании гидроксиды разлагаются на соответствующий оксид и воду:
Ca(OH)2−t→CaO+H2O.
Гидроксид кальция является сильным основанием, но малорастворим в воде. Его насыщенный раствор называется известковой водой.
На воздухе раствор постепенно мутнеет, так как поглощает углекислый газ, из которого образуется карбонат кальция:
Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O.
Эта реакция используется как качественная реакция для обнаружения углекислого газа.
3. Соли щелочноземельных металлов
Получение солей
Соли щелочноземельных металлов можно получить при взаимодействии оксидов или гидроксидов металлов с соответствующими кислотами:
CaO+2HCl=CaCl2+H2O,
Ba(OH)2+2HCl=BaCl2+2H2O.
Соли бескислородных кислот образуются при непосредственном взаимодействии простых веществ:
Ca+S=CaS,
Ba+I2=BaI2.
Важнейшие соли кальция: его карбонаты и сульфаты.
Карбонат кальция CaCO3 (мел, мрамор, известняк),
гидрокарбонат кальция Ca(HCO3)2,
сульфат кальция CaSO4 и его кристаллогидраты:
CaSO4⋅2H2O (гипс), CaSO4⋅0,5H2O (алебастр).
Химические свойства
Соли щелочноземельных металлов реагируют с кислотами, солями.
При нагревании некоторые соли разлагаются:
CaCO3−t→CaO+CO2.
Качественный анализ
Обрати внимание!
Соединения кальция окрашивают пламя в кирпично-красный цвет.
Ионы бария можно обнаружить в растворе с помощью раствора серной кислоты или её солей. При этом образуется нерастворимый сульфата бария, который выпадает в осадок:
Качественная реакция на ионы бария:
Ba2++SO42−→BaSO4. Причём, сульфат бария не растворяется в кислоте.
Окраска пламени солей кальция- кирпично- красный, стронция- карминово-красный, бария- желто-зелёный, радия- тёмно- красный
| кирпично-красный | карминово-красный | желтовато-зеленый | темно-красный |
|
|
|
|
4. Применение и биологическая роль щелочноземельных металлов и их соединений
Кальций
Металлический кальций используется в производстве стали, чугуна, для их очистки от кислорода, серы и фосфора, для получения сплавов.
Благодаря химической активности металлический кальций также находит применение в восстановлении некоторых тугоплавких металлов (титан, цирконий и др.) из их оксидов.
Биологическая роль кальция
Организм человека содержит около 1 % кальция, в основном в костях и зубах (в виде ортофосфата с примесями карбоната и фторида).
Ионы кальция — важные элементы в жизнедеятельности клетки. Ионы кальция активируют внеклеточные ферменты.
Суточная потребность человека в кальции составляет около 1 г.
Оксид кальция
Оксид кальция является основной составной частью негашёной извести, которая применяется в строительстве.
Гидроксид кальция
Гидроксид кальция (гашёная известь) имеет большое практическое значение.
Его применяют в виде смеси с цементом, водой и песком в строительстве.
Большое значение имеет хлорная известь, которую получают при взаимодействии гашёной извести с хлором. Хлорная известь используется для отбеливания и дезинфекции.
Карбонат кальция
Карбонат кальция (мел, мрамор, известняк) находит применение в строительстве и сельском хозяйстве, используется в производстве извести, цемента, стекла.
Из карбоната кальция состоят школьные мелки.
Раковины, скорлупа яиц, панцири морских животных образованы главным образом из карбоната кальция.
Гипс и алебастр
Гипс и алебастр применяют в строительстве и медицине.
При смешивании алебастра с водой образуется полужидкая масса, которая быстро твердеет. Алебастр в смеси с известью, песком и водой используется в качестве штукатурки.
Чистый алебастр применяется для изготовления художественных изделий и в медицине для накладывания гипсовых повязок.
Сульфат бария
Сульфат бария применяется в медицине. Его используют в качестве рентгенконтрастного вещества благодаря тому, что барий не пропускает рентгеновские лучи, а сульфат бария не является токсичным веществом для человека, не имеет запаха и вкуса.