Элементы А-группы Электронное строение

Характеристика атомов элементов IIA-группы
Увеличение числа электронов в атоме и размеров орбиталей, занимаемых последними электронами
Потеря единственного валентного электрона=> r ион

От l-А группы ко ll-А уменьшаются орбитальные атомные радиусы и увеличивается прочность связи внешних электронов с ядром.
Имеется значительная разница между l1 и l2, поэтому элементы ll-А группы проявляют степень окисления +2

Электроотрицательность
Электроотрицательность уменьшается с возрастанием атомного номера элемента

Особенности химии бериллия
Ион Be2+ устойчив лишь в газовой фазе при высокой температуре
Химическая связь в бинарных соединениях Be с наиболее электроотрицательными элементами обладает высокой долей ковалентности (BeO, BeF2)
Химия водных растворов Be имеет свою специфику: в первой координационной сфере Be могут находиться 4 лиганда [Be(H2O)4]2+ , [Be(H2O)4]2-

В чистом виде Be, Mg и щелочноземельные металлы имеют серебристо-белый цвет.
Все металлы, кроме Be, очень легкие.
Физические свойства
Кальций
Бериллий

В образовании металлической связи участвуют оба валентных электрона, и это приводит к более прочному перекрыванию орбиталей.
t кип и t пл ºC вниз по группе изменяются немонотонно.

Плотность, г/см3
В кристаллическом виде металлы имеют объемно-центрированную кристаллическую решетку с металлическим типом химической связи

Распространенность в природе
Ca и Mg – наиболее широко распространены в природе.
Из-за высокой химической активности, элементы II-А группы в свободном виде не встречаются (только в минералах).

Минералы
2MgO*SiO2 (оливин)
3MgO*4SiO2*4H2O (тальк)

CaCO3 кальцит (известняк, мрамор, мел)
SrSO4 (целестин)

BaSO4 (барит)

Получение
Расплав MgCl2, KCl, NaCl
Cl2 (г.)
Электролит
Железный катод (круговой)
Графитовый анод
Железная сетка (круговая)
Mg
Mg: электролиз расплава MgCl2.
катод: Mg2+ + 2e- =Mg
анод: 2Cl- - 2e- =Cl2
BeF2+ Mg → MgF2 + Be
Ca, Sr, Ba получают восстановлением их оксидов при температуре выше 1200ºC:
1. 4SrO + 2Al → 3Sr + SrO*Al2O3
2. 2MgO + Si + 2СаO → Ca2SiO4 + Mg
3. MgO + C → CO↑+ Mg

Применение
Be и его сплавы применяются в самолето- и ракетостроении, ядерной энергетике.
Mg и его сплавы с алюминием (Al) – применяют для изготовления деталей в самолето- и автомобилестроении. Порошок магния используется в сигнальных ракетах, а другие соединения: жженая магнезия MgO или горькая соль MgSO4*7H2O – применяются в медицине.
Ca служит восстановителем в металлотермии, раскислителем при выплавке стали; CaO и Сa(OH)2 используется в строительстве, металлургии, при производстве стекла, сахара, бумаги.
Sr при добавлении улучшает механические свойства чугуна и титановых сплавов.
Ba используется в качестве геттера (газопоглотитель) в вакуумных трубках.

Качественный анализ на s-металлы по окрашиванию пламени
Ba2+
(желто-зеленый)
Ca2+(кирпично-красный)
Sr2+ (карминово-красный)

Химические свойства.
Взаимодействие с простыми веществами
Be
Mg
Ca
Sr
Ba
Ra
+ H2→MH2
+S →MS2
+ C → MC2
(но Be2C и Mg2C)
+ O2→ MO
(Ba, Sr => MO, MO2)
+ HA → MA2 + H2
M(OH)2← H2O + H2
MГ2 → Г2 +
+ N2→M3N2

M + 2H2O → M(OH)2 + H2↑
Mg + 2NH4Cl → MgCl2 + 2NH3↑ + H2↑
Be + 2NaOHж.→ Na2BeO2 + H2↑
Be + 2NaOHр. + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2↑
2Mg + CO2→ 2MgO + C

Соединения с неметаллами
MH2
M(OH)2 ← O2 +
+H2O → M(OH)2+ 2H2
BaSO4 + 4C → BaS + 4CO
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2

Кислородные соединения
BeO
амфотерный
MgO
CaO
SrO
BaO
BaO + H2O → Ba(OH)2
BaO+CO2→BaCO3
2BaO+O2↔2BaO2
BaO2+H2O+CO2→H2O2+BaCO3↓
BaO2+H2SO4→H2O2+BaSO4↓

Гидроксиды
Mg(OH)2
Ca(OH)2
Sr(OH)2
Ba(OH)2
Be(OH)2
Be(OH)2 + 2H3O+ → Be2+ + 2H2O
Be(OH)2 + 2OH- → [Be(OH)4]2-
Mg(OH)2 ↔ Mg2+ + 2OH-
SrCl2 + 2KOH → Sr(OH)2↓ + 2KCl
Mg(OH)2+ 2NH4Cl → MgCl2 + 2NH3*H2O
M(OH)2→MO + H2O

Хорошо растворимы лишь галогениды (кроме фторидов), нитраты, перхлораты, ацетаты и др.
Многие соли образуют устойчивые кристаллогидраты.
Катионы ЩЗЭ не подвергаются протолизу.
Соли
Карбонаты:
CaCO3 – одна из наиболее растворимых солей
CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2
CaSO4 + CO32- ↔ CaCO3 + SO42-
SrCO3 + 3HNO3 → Sr(NO3)2 + CO2↑ + H2O
MgCO3 → MgO + CO2↑
Сульфаты и хроматы:
BeSO4 и MgSO4- хорошо растворимы в воде, остальные - малорастворимые
CaSO4→ CaO + SO3↑ (T=1450ºC)
Дихроматы всех элементов группы хорошо растворимы в воде
2SrCrO4 + 2CH3COOH → 2 Sr2++ Cr2O72-+ 2CH3COOH- + H2O
2BaCrO4+ 2H3O+→ 2Ba++ Cr2O72- + 3H2O

Нитраты
Ba(NO3)2 кристаллизуется в безводном состоянии
Остальные соли образуют кристаллогидраты
2Mg(NO3)2→ 2MgO + 4NO2 + O2 (при нагревании)
Ba(NO3)2 → Ba(NO2)2 + O2↑(при нагревании)

Образование комплексных соединений более характерно, чем для щелочных металлов.
В водном растворе Be входит в состав аквакатиона [Be(H2O)4]2+ в кислотной среде или в состав гидроксоаниона [Be(H2O)]2- в щелочной среде.
Be2+ способен удерживать большое число электронных пар, образуя различные комплексные ионы с К.Ч.=4; наиболее стабильны гидроксид ион, альдегид, эфиры и др.
Комплексы Mg и ЩЗЭ с монодентатными лигандами малоустойчивы.
Ионы Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+ образуют устойчивые комплексы с краун-эфирами, широко применяются в органическом синтезе (RMgX-реактивы Гриньяра).
Комплексные соединения

Элементы II-А группы содержат на внешнем энергетическом уровне два электрона.
Вниз по группе радиус атомов растет, энергия ионизации и Э.О. уменьшается.
Be по своим физико-химическим свойствам выделяется среди элементов II-А группы (Be пассивирует с холодными концентрированными H2SO4 и HNO3).
Из-за наиболее высокого значения энергии ионизации, Be образует преимущественно ковалентные связи.
Способность образовывать комплексные соединения.
Выводы