Металлы (стр. 2 из 4)
Гидроксиды имеют общую формулу МеОН.
Получение
Гидроксиды получают с помощью обменных реакций из сульфатов и карбонатов:
Me2SO4 + Ba(OH)2 = BaSO4¯ + 2 MeOH,
Me2CO3 + Ca(OH)2 = CaCO3¯ + 2 MeOH,
электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов:
2 МеCl + 2 H2O = 2 МеOH + H2 + Cl2,
катод: 2H+ + 2e = H2; анод: 2Cl- - 2e = Cl2.
Свойства
Галогениды щелочных металлов в воде полностью диссоциируют на ионы - это самые сильные основания. Твердые щелочи очень гигроскопичны и это позволяет использовать их в качестве эффективных осушителей. Они энергично взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами, с многоосновными кислотами могут давать кислые соли.
2Al + 2 MeOH + 6 H2O = 2Me[Al(OH)4] + 3H2,
Cl2 + 2MeOH = MeCl + MeClO + H2O,
MeOH + HCl = MeCl + H2O,
NH4Cl + MeOH = MeCl + NH3 + H2O,
CuCl2 + 2MeOH = Cu(OH)2¯ + 2MeCl,
NaH2PO4 + NaOH = Na2HPO4 + H2O,
2 MeOH + CO2 = Me2CO3 + H2O,
2 MeOH + H2SO4 = Me2SO4 + 2 H2O.
Натриевые соли очень широко используются в химической промышленности, их применение рассматривается в соответствующих группах неметаллов.
Калийные соли используют как удобрение и при получении стекла.
Элементы главной IIA группы: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
Общая характеристика
К элементам главной IIA группы относятся Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. История открытия химических элементов группы IIA.
Атомы металлов IIA подгруппы имеют валентную электронную конфигурацию ns2, где n - номер периода, в котором находится металл.
Плотность, температура плавления, температура кипения простых веществ элементов IIA группы.
Как видно из табл. 13.2, металлы IIА группы относительно легкоплавки. Самым тугоплавким является Ве. Все эти металлы сравнительно легкие.
Первый потенциал ионизации (ПИ1), сродство к электрону (СЭ) и электроотрицательность по Полингу атомов элементов группы IIA.
Металлы от кальция до радия могут взаимодействовать с водой, давая гидроксиды, растворимые в воде (т.е. щелочи), поэтому их называют щелочноземельными:
Me + 2 H2O = Me(OH)2 + H2.
Щелочноземельные металлы самые активные после щелочных металлов. Поэтому иногда говорят, что атомы щелочноземельных металлов "стремятся отдавать валентные электроны, чтобы приобрести устойчивую электронную оболочку инертного газа". Из данных табл. следует, что это не совсем так. Чтобы у атома металла отнять даже один электрон и превратить его в положительно заряженный ион
Me - e + ПИ1 = Me+
необходимо затратить достаточно большую энергию ПИ1. Чтобы у иона Ме+ отнять еще один электрон, необходимо затратить еще большую энергию ПИ2:
Me+ -e + ПИ2 = Ме2+.
Эта большая, (по химическим масштабам) затрата энергии будет компенсирована прежде всего электростатическим взаимодействием с противоположно заряженными ионами. При переходе от Be к Ra и ПИ1, и ПИ2 уменьшаются, и поэтому активность металла, т.е. способность к химическому взаимодействию - увеличивается. Типичные степени окисления элементов IIA группы в различных соединениях +2.
Получение
Be, Mg, Ca и Sr (Ме) получают электролизом расплавов их хлоридов:
MeCl2 = Me2+ + 2Cl-,
катод: Me2+ + 2e = Me; анод: 2Cl- -2e = Cl2,
а Ва - электролизом его окислов.
Используя относительно меньшую, чем у Al, С, Si, температуру кипения, можно получать эти металлы восстановлением их из оксидов и фторидов при высоких температурах:
4МеO + 2Al
Ме(AlO2)2+ 3Me(Ме = Ca, Sr, Ba),
MeO + C
CO + Me, 2MeO + CaO + Si
CaSiO3 + 2Me, BeF2 + Mg = MgF2 + Be.
Свойства
Хранят Са, Sr, Ва под слоем керосина, так как при обычной температуре они окисляются кислородом воздуха.
Металлы IIA группы (Ме) - сильные восстановители. Они сравнительно легко реагируют с большинством неметаллов, разлагают воду (кроме Ве и Мg), растворяются в кислотах. В общем виде эти реакции будут выглядеть так:
Me + H2
MeH2(гидриды),Me + Г2
MeГ2 (галогениды),Me + S
MeS (сульфиды),3Me + 2P
Me3P2 (фосфиды),3Me + N2
Me3N2(нитриды),Me + 2H2O = Me(OH)2 + H2 (кроме Be и Mg),
Ме + 2НГ = МеГ2 + Н2.
Гидриды металлов IIA группы реагируют с водой и кислородом:
MeH2 + 2H2O = Me(OH)2 + 2H2,
MeH2 + O2 = Me(OH)2 (кроме Be и Mg).
Галогениды (Г) Be и Mg сильно гидролизуются, давая оксосоли:
MeГ2 + H2O = Me(OH)Г + HГ
Mg и Ca применяют для получения Ti, U и редкоземельных металлов. Основная масса производимого Ве используется в атомной промышленности. Бериллиевые сплавы обладают высокой химической стойкостью. Магниевые сплавы используют в авиационной промышленности. Для осушки и очистки ряда веществ (CaCl2) и в других областях.
Оксиды и пероксиды металлов IIA группы
Атомы металлов IIA группы в соединениях двухвалентны. Поэтому общая формула оксидов - MeO и пероксидов - MeO2 (ВеО2 - не получен).
Получение
Оксиды получают при нагревании:
2Me + O2 = 2 MeO,
Me(OH)2
MeO + H2O (Me = Be, Mg)MeCO3
MeO + CO2 (Me = Be, Mg, Ca, Sr)2Me(NO3)2
2MeO + 4NO2+ O2Пероксиды получают по реакции нейтрализации Н2О2:
Me(OH)2 + H2O2 = MeO2 + 2H2O (кроме BaO2),
2BaO + O2
2BaO2.Свойства
Оксиды металлов IIA группы являются основными оксидами, а ВеО проявляет амфотерные свойства. Оксиды реагируют с водой:
МеO + H2O = Ме(OH)2 (кроме ВеО),
легко растворяются в кислотах:
MeO + 2HCl = MeCl2 + H2O,
а ВеО взаимодействует и со щелочами:
BeO + 2NaOH
Na2BeO2 + H2O,BeO + 2NaOH + H2O = Na2[Be(OH)4],
BeO + Na2CO3 = Na2BeO2 + CO2.
Пероксиды подвергаются сильному гидролизу:
MeO2 + 2H2O = Me(OH)2 + H2O2,
BaO2 + H2SO4 = BaSO4¯ + H2O2 (в лаборатории),
легко разлагаются кислотами, даже очень слабыми:
MeO2 + H2CO3 = MeCO3 + H2O2.
Пероксиды являются сильными окислителями:
MeO2 + 2NaI + 2H2O ® Me(OH)2 + 2NaOH + I2¯,
но могут и сами окисляться.
Они реагируют с кислотными оксидами и кислотами:
MeO + SO3 = MeSO4,
MeO + 2HNO3 = Me(NO3)2 + H2O.
Гидроксиды имеют общую формулу Ме(ОН)2.
Получение
Их получают взаимодействием оксидов Ca, Sr, Ba (Ме) с водой:
MeO + H2O = Me(OH)2.
Be(OH)2 и Mg(OH)2 получают с помощью обменных реакций:
BeГ2 + 2NaOH = 2NaГ + Be(OH)2¯.
Свойства
Гидроксиды щелочноземельных металлов в воде полностью диссоциируют на ионы. Они энергично взаимодействуют с кислотными и амфотерными оксидами и гидроксидами, с многоосновными кислотами могут давать кислые соли:
Cl2 + Ca(OH)2 = Ca(ClO)Cl + H2O
(хлорная известь),
Me(OH)2 + 2HCl = MeCl2 + 2H2O,
2NH4Cl + Me(OH)2 = MeCl2 + 2NH3 + 2H2O,
CuCl2 + Me(OH)2 = Cu(OH)2¯ + MeCl2,
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3¯ + 2H2O,
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3¯ + H2O,
Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4¯ + 2 H2O.
Все содинения бериллия и растворимые соли бария весьма токсичны.
Известняк и известь применяют в сельском хозяйстве для известкования почв с целью понижения ее кислотности и улучшения структуры. Гипс (CaSO4·2H2O) при нагревании превращается в алебастр (CaSO4·0.5H2O). Они широко используются в строительном деле:.
CaSO4·0,5H2O + 1,5H2O = CaSO4·2H2O.
Катионы кальция и магния обуславливают жесткость воды. При кипячении воды бикарбонаты разлагаются:
Ca(HCO3)2
CaCO3¯ + H2O + CO2и образуется накипь, что приводит к взрыву паровых катлов. Для борьбы с карбонатной жесткостью воду подвергают предварительному кипячению либо обрабатывают гашеной известью. Некарбонатная жесткость воды устраняется с помощью соды.
Ca2+ + CO32- = CaCO3¯ ,
Mg2+ + CO32- = MgCO3¯.
Наиболее эффективным способом борьбы с жесткостью воды является применение ионнообменных смол. Важнейший строительный материал - цемент - это силикат и алюмосиликат кальция.