Способ получения щелочных щелочноземельных металлов

Особенности и свойства щелочноземельных металлов

Щелочноземельные металлы — химически активные элементы, которые занимают вторую группу периодической таблицы Менделеева. Найти их в чистом виде не возможно, поскольку они имеют высокую химическую активность. Обладают похожими и уникальными свойствами.

Щелочноземельный металл

Общая характеристика

Щелочноземельные металлы — совокупность химических элементов с похожими характеристиками. При взаимодействии оксидов этих металлов с водой создается щелочная среда.

При нормальных условиях сохраняют твердую структуру, металлический блеск, высокую температура плавления.

Щелочноземельные металлы имеют несколько похожих особенностей. Плотность химического элемента возрастает зависимо от порядкового номера. Эти материалы невозможно разрезать ножом (исключением является стронций).

Элементы и их нахождение в таблице Менделеева

Каждый элемент имеет определенные особенности. Чтобы понять, как работать с подобными металлами, необходимо изучить их характеристики.

Бериллий

• номер — 4;
• простое вещество — твердый материал;
• цвет — светло-серый.

Особенности — металлический блеск, высокая токсичность.

Бериллий (Фото: Instagram / chemistry_easy)

Магний

• номер — 12;
• простое вещество — легкий, ковкий материал;
• цвет — белый с серебристыми отливами.

Особенности — металлический блеск, малый удельный вес.

Кальций

• номер – 20;
• простое вещество – мягкий материал;
• цвет — белый с серебристыми отливами.

Стронций

• номер — 38;
• простое вещество — мягкий, ковкий, пластичный материал;
• цвет — белый с серебристыми отливами.

Барий

• номер — 58;
• простое вещество — ковкий, мягкий материал;
• цвет — белый с серебристыми отливами.

Радий

• номер – 88;
• простое вещество — твердый материал;
• цвет — белый с серебристыми отливами.

Особенности — радиоактивен, поверхности радия быстро тускнеют на воздухе.

Присутствие в природе

Элементы можно найти в природе, но только в виде сплавов, поскольку они имеют высокую химическую активность. Чаще всех встречается кальций. Ему немного уступает магний. Стронций с барием также достаточно распространены. Бериллий с радием считаются самыми редкими из этой группы.

Интересный факт про радий (Фото: Instagram / fakt_zhizni)

Свойства

Свойства щелочных и щелочноземельных металлов позволяют определить в каких сферах деятельности их можно применять.

Физические

Атомный номер	Валентность	Температура плавления	Плотность	Температура кипения
Магний	12	2	650	1.737	1105
Стронций	38	2	769	2.54	1384
Бериллий	4	2	1279	1.848	2970
Кальций	20	2	839	1.55	1484
Радий	88	2	700	5.5	1737
Барий	56	2	729	3.5	1637

Химические

Чем выше порядковый номер элемента, тем сильнее его химическая активность. Надпероксиды, озониды этих элементов ученые еще не изучили до конца. Они нестабильны.

У гидроксидов, оксидов этих химических элементов при возрастании порядкового номера усиливаются свойства. Применяются в разных сферах промышленности.

При взаимодействии с открытым воздухом щелочноземельные металлы покрываются оксидной пленкой. В реакцию с посторонними элементами вступают только при сильном нагревании.

Радий, стронций, барий активно взаимодействуют с азотом, кислородом. Для их хранения нужны герметичные емкости, которые будут заполнены керосином.

Способы получения

Для получения гидроксидов на чистые химические элементы воздействуют водой без примесей. Реакция должна протекать при комнатной температуре. При этом выделяется водород.

Для получения чистых щелочноземельных металлов проводится разложение сложных веществ на более простые. После этого осуществляться восстановление. Для получения стронция, кальция, магния применяется технология электролиза. Барий, бериллий получают с помощью восстановления. Сложнее всего добывать чистый радий. Для его получения нужно перерабатывать урановую руду.

Банки с жидкостью для электролиза (Фото: Instagram / take_n_make)

Сферы применения

1. Кальций. Компонент многих строительных материалов. Он применяется при изготовлении топлива, огнеупорных материалов, лекарственных средств.
2. Бериллий. Применяется для изготовления олова, содержится в составе различных минералов. Используется при производстве ракетного топлива.
3. Соли стронция содержатся в разных минералах. Применяется в металлургии, радиоэлектронике, ядерной энергетике, производстве чистого урана, магнитных материалов, источников электричества. Изотопы применяются для лечения злокачественных образований в организме человека.
4. Магний. Востребован в металлургии, поскольку легко поддается обработке. Используется при изготовлении ноутбуков, электронных книг, телефонов, часов, измерительных приборов. Применяется в военной, космической отрасли.
5. Радий. Востребован в медицине, ядерной промышленности. Раньше применялся в качестве красителя для циферблатов, стрелок. Сейчас его для этого не используют из-за высокой токсичности.
6. Барий. Применяется при производстве вакуумных приборов, оптических линз, источников тока, жидких теплоносителей. Часто используется в атомной энергетике.

Основные представители щелочноземельных металлов химически активны, обладают уникальными свойствами. На открытом воздухе быстро покрываются оксидной пленкой. Применяются в разных сферах деятельности.

Источник

II группа главная подгруппа Периодической таблицы Менделеева (щелочноземельные металлы)

К щелочноземельным металлам относят химические элементы: двувалентные металлы, составляющие IIА группу:

Бериллий Be

магний Mg

кальций Ca,

стронций Sr,

барий Ba и

радий Ra.

Хотя бериллий Be по свойствам больше похож на алюминий, а магний Mg проявляет некоторые свойства щелочноземельных металлов, но в целом отличается от них.

Все щелочноземельные металлы — вещества серого цвета и гораздо более твердые, чем щелочные металлы.

Бериллий Be устойчив на воздухе. Магний и кальций (Mg и Ca) устойчивы в сухом воздухе. Стронций Sr и барий Ba хранят под слоем керосина.

Общая характеристка щелочноземельных металлов

От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение:

• атомного радиуса,
• металлических, основных, восстановительных свойств,
• реакционной способности.

Уменьшается

• электроотрицательность,
• энергия ионизация,
• сродство к электрону.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, все они содержат 2 электрона на внешнем уровне ns 2 :

Be — 2s 2

Mg —3s 2

Ca — 4s 2

Sr — 5s 2

Ba — 6s 2

Ra — 7s 2

Нахождение в природе щелочноземельных металлов

Как правило, щелочноземельные металлы в природе присутствуют в виде минеральных солей: хлоридов, бромидов, йодидов, карбонатов, нитратов и др.

Основные минералы, в которых присутствуют щелочноземельные металлы:

Способы получения щелочноземельных металлов

Магний

• Магний получают электролизом солей, чаще всего хлоридов: расплавленного карналлита (KCl·MgCl₂6H₂O) или хлорида магния с добавками хлорида натрия при 720–750°С:

• восстановлением прокаленного доломита в электропечах при 1200–1300°С:

2(CaO · MgO) + Si → 2Mg + Ca₂SiO₄

Кальций

Кальций получают электролизом расплавленного хлорида кальция с добавками фторида кальция:

Барий

Барий получают алюмотермическим способом — восстановление оксида бария алюминием в вакууме при 1200 °C:

Химические свойства щелочноземельных металлов

Качественные реакции

• Окрашивание пламени солями щелочных металлов

Цвет пламени:

Sr — карминово-красный (алый)

• Взаимодействие с веществами:

Взаимодействие с простыми веществами — неметаллами

С кислородом

С кислородом взаимодействуют при нагревании с образованием оксидов

С галогенами

Щелочноземельные металлы реагируют с галогенами при нагревании с образованием галогенидов .

С водородом

Щелочноземельные металлы реагируют с водородом при нагревании с образованием гидридов:

Бериллий с водородом не взаимодействует.

Магний реагирует только при повышенном давлении:

С серой

Щелочноземельные металлы при нагревании взаимодействуют с серой с образованием сульфидов сульфидов:

Ca + 2C → CaC₂ (карбиды)

С азотом

При комнатной температуре с азотом взаимодействует только магний с образованием нитрида:

Остальные щелочноземельные металлы реагируют с азотом при нагревании.

С углеродом

Щелочноземельные металлы реагируют с углеродом с образованием карбидов, преимущественно ацетиленидов:

Бериллий при нагревании с углеродом с образует карбид — метанид:

С фосфором

Щелочноземельные металлы при нагревании взаимодействуют с фосфором с образованием фосфидов:

Взаимодействие со сложными веществами

С водой

Кальций, стронций и барий взаимодействуют с водой при комнатной температуре с образованием щелочи и водорода:

Магний реагирует с водой при кипячении, а бериллий с водой не реагирует.

С кислотами

• С растворами HCl, H₂SO₄,H₃PO₄щелочноземельные металлы взаимодействуют с образованием соли и выделением водорода:
  Са + H₂SO_4(разб)= СаSO₄ + H₂

• С кислотами-окислителями (HNO₃ и конц. H₂SO₄):

с концентрированной серной:

с разбавленной и концентрированной азотной:

С водными растворами щелочей

В водных растворах щелочей растворяется только бериллий:

С солями

В расплаве щелочноземельные металлы могут взаимодействовать с некоторыми солями:

Запомните! В растворе щелочноземельные металлы взаимодействуют с водой, а не с солями других металлов.

С оксидами

Щелочноземельные металлы могут восстанавливать из оксидов такие неметаллы как кремний, бор, углерод:

2Ca + SiO₂ → 2CaO + Si

Магний сгорает в атмосфере углекислого газа с образованием оксида магния и сажи (С):

Источник