Щелочноземельные
Щёлочноземельные металлы — химические элементы: кальций Ca, стронций Sr, барий Ba, радий Ra (иногда к щёлочноземельным металлам ошибочно относят также бериллий Be и магний Mg). Названы так потому, что их оксиды — «земли» (по терминологии алхимиков) — сообщают воде щёлочную реакцию. Соли щёлочноземельных металлов, кроме радия, широко распространены в природе в виде минералов
На долю кальция приходится 1,5% от общего числа атомов земной коры, тогда как содержание в ней радия очень мало (8·10–12%). Промежуточные элементы – стронций (0,008%) и барий (0,005%) стоят ближе к кальцию.
Помимо различных силикатных пород, Са, Sr и Ва встречаются главным образом в виде своих труднорастворимых углекислых и сернокислых солей, каковы минералы:
CaCO3 – кальцит
SrCO3 – стронцианит
BaCO3 – витерит
CaSO4 – ангидрит
SrSO4 – целестин
BaSO4 – тяжелый шппат
На долю кальция приходится 1,5% от общего числа атомов земной коры, тогда как содержание в ней радия очень мало (8·10–12%). Промежуточные элементы – стронций (0,008%) и барий (0,005%) стоят ближе к кальцию.
Помимо различных силикатных пород, Са, Sr и Ва встречаются главным образом в виде своих труднорастворимых углекислых и сернокислых солей, каковы минералы:
CaCO3 – кальцит
SrCO3 – стронцианит
BaCO3 – витерит
CaSO4 – ангидрит
SrSO4 – целестин
BaSO4 – тяжелый шппат
Углекислый кальций в виде известняка и мела иногда разует целые горные хребты. Значительно реже встречается кристаллизованная форма СаСО3 – мрамор. Для сернокислого кальция наиболее типично нахождение в виде гипса (CaSO4 ·2H2 O), месторождения которого нередко обладают громадной мощностью. Кроме перечисленных выше, важным минералом кальция является флюорит (СаF2 ).
Летучие соединения щелочноземельных металлов окрашивают пламя в характерные цвета: Са – в оранжево–красный, Sr (и Ra)–в карминово–красный, Ва – в желтовато–зеленый. Этим пользуются при химических анализах для открытия рассматриваемых элементов.
На воздухе кальций и его аналоги тотчас покрываются желтоватой пленкой, в которой наряду с нормальными окислами (ЭО) частично содержатся также перекиси (ЭО2 ) и нитриды (Э3 N2 ). В ряду напряжений щелочноземельные металлы располагаются левее магния и поэтому легко вытесняют водород не только из разбавленных кислот, но и из воды. При переходе от Са к Ra энергичность взаимодействия усиливается. Во всех своих устойчивых соединениях рассматриваемые элементы двухвалентны.
Летучие соединения щелочноземельных металлов окрашивают пламя в характерные цвета: Са – в оранжево–красный, Sr (и Ra)–в карминово–красный, Ва – в желтовато–зеленый. Этим пользуются при химических анализах для открытия рассматриваемых элементов.
На воздухе кальций и его аналоги тотчас покрываются желтоватой пленкой, в которой наряду с нормальными окислами (ЭО) частично содержатся также перекиси (ЭО2 ) и нитриды (Э3 N2 ). В ряду напряжений щелочноземельные металлы располагаются левее магния и поэтому легко вытесняют водород не только из разбавленных кислот, но и из воды. При переходе от Са к Ra энергичность взаимодействия усиливается. Во всех своих устойчивых соединениях рассматриваемые элементы двухвалентны.
Соединения эти имеют типичный ионный характер, причем анионом является отрицательно заряженный водород (Н–). Водой они энергично разлагаются по схеме:
ЭН2 + 2НОН = 2Н2 + Э(ОН)2
ЭН2 + 2НОН = 2Н2 + Э(ОН)2
Физические свойства
Внешне – серебристо-белые блестящие металлы, твердость значительно выше, чем у щелочных металлов. Твердость по группе уменьшается сверху вниз, барий по твердости близок к свинцу. Температуры плавления щелочноземельных металлов выше, чем у щелочных и составляют: для кальция 851оС, стронция 770оС, бария 710оС. Плотности щелочноземельных металлов в подгруппе сверху вниз увеличиваются и равны для Са, Sr и Ва, соответственно 1,54, 2,63 и 3,76 г/см3.
Внешне – серебристо-белые блестящие металлы, твердость значительно выше, чем у щелочных металлов. Твердость по группе уменьшается сверху вниз, барий по твердости близок к свинцу. Температуры плавления щелочноземельных металлов выше, чем у щелочных и составляют: для кальция 851оС, стронция 770оС, бария 710оС. Плотности щелочноземельных металлов в подгруппе сверху вниз увеличиваются и равны для Са, Sr и Ва, соответственно 1,54, 2,63 и 3,76 г/см3.
Химические свойства щелочноземельных металлов
Щелочноземельные металлы химически весьма активны, в реакциях проявляют свойства восстановителей. Взаимодействуют с 1. Кислородом (горят на воздухе)
Щелочноземельные металлы химически весьма активны, в реакциях проявляют свойства восстановителей. Взаимодействуют с 1. Кислородом (горят на воздухе)
2Са + О2 = 2СаО
2Sr + O2 = 2SrO
2Ba + O2 = 2BaO
При этом образуются и нитриды состава Me3N2.
При контакте щелочноземельных металлов с воздухом при комнатной температуре на поверхности металлов образуетсяжелтоватая пленка, состоящая из оксидов, гидроксидов и нитридов.
Оксид бария при нагреваии до 500оС образуeт пероксид:
2BaO + O2 = 2BaO2 который разлагается при температуре выше 800оС:
2BaO2 = 2BaO + O2
2. С водородом при нагревании образуют гидриды
Ca + H2 = CaH2
Ba + H2 = BaH2
3. С серой реагируют в обычных условиях, образуя сульфиды Ca + S = CaS и полисульфиды CaS + nS = CaSn+1
4. С азотом – при нагревании образуют нитриды 3Ca + N2 = Ca3N2
5. C фосфором – фосфиды
3Ca + 2Р = Ca3Р2
6. С углеродом – при нагревании образуются карбиды, которые являются производными ацетилена:
Са + 2С = СаС2
7. С водой – растворяются с выделением водорода, реакция протекает спокойнее, чем со щелочными металлами:
Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + Н2
8. Восстанавливают другие металлы из их соединений, например:
UF4 + 2Ca = U + 2CaF2
Активность взаимодействия с водой возрастает от кальция к барию.
Получение щелочноземельных металлов
Кальций получают электролизом расплaва хлорида кальция СаCl2, к которому добавляют 5-7% CaF2 для снижения температуры плавления: СаCl2 = Са(катод) + Cl2(анод)
Кальций получают электролизом расплaва хлорида кальция СаCl2, к которому добавляют 5-7% CaF2 для снижения температуры плавления: СаCl2 = Са(катод) + Cl2(анод)
Стронций и барий получают методом алюмотермии из оксидов: 3BaO + 2Al = 3Ba + Al2O3