double arrow

Элементы второй группы главной подгруппы

2

К металлам второй группы главной подгруппы относятся бериллий Ве, магний Мg, кальций Са, стронций Sr, барий Ва, радий Rа. Бериллий и магний являются типическими и во многом отличаются от остальных элементов подгруппы. По своим свойствам бериллий напоминает алюминий, а магний - литий. Остальные элементы подгруппы кальций, стронций, барий, радий - щелочноземельные металлы. Название связа­но с тем, что оксиды этих металлов (алхимики их называли «землями») при растворении в воде образуют щелочи.

На внешнем энергетическом уровне находится два электрона ns2. Все эти элементы могут проявлять степень окисления +2.

 

Таблица. Сравнительная характеристика элементов II группы главной подгруппы.

Символ Кем и когда открыт Внешний электронный слой Радиус атома (нм) Плотность(г/см3) t° кипения t° плавления
Be минерал берилл 1798 г. Н. Воклен Франция 2s2 0,133 1,85    
Mg Магнисия -полуостров в Греции 1755 г. Дж. Блэк Шотандия 3s2 0,160 1,74    
Ca известь 1808 г. Г. Дэви Англия 4s2 0,197 1,54    
Sr от названия деревни в Шотландии 1790 г. Крофорд, Крюикшенк Шотландия 5s2 0,215 2,63    
Ba тяжелый 1774 г. Шееле, Ганн Швеция 6s2 0,211 3,76    
Ra луч 1898 г. Кюри, Бемон Франция 7s2 0,235      

Физические свойствамагния и кальция:

Магний: легкий, серебристый металл, устойчив на воздухе.

Кальций - легкий металл беловато-серого цвета, на воздухе быстро окисляется.

Химические свойства магния и кальция:

Оба металла - сильные восстановители.

 

Таблица. Химические свойства магния, кальция и их соединений.

Магний Кальций
Взаимодействие с кислородом: 2Мg + О2 = 2МgО (при поджигании) Взаимодействие с галогенами: Mg + Cl2 = MgCl2 Взаимодействие при нагревании с серой, азотом, водородом, кремнием: Mg + S = MgS 3Mg + N2 = Mg3N2 Mg + H2 = MgH2 2Mg + Si = Mg2Si Взаимодействие с водой: Мg + 2Н2О = Мg(ОН)2 (при нагревании) Взаимодействие с кислотами: Мg + 2НСl = МgСl2 + Н2 МgО - основной оксид МgО + Н2О - практически не реагирует Взаимодействие с кислотными оксидами при нагревании: МgO + SiO2 = МgSiO3 Взаимодействие с коксом: МgО + 3С = Мg2С2 + СО Mg(OH)2 - среднее по силе основание, для которого характерны все общие для оснований свойства. Взаимодействие с кислородом: 2Са + O2 = 2СаО (при комнатной t°) Взаимодействие с галогенами: Са + Сl2 = СаСl2 Взаимодействие при нагревании с серой, азотом, водородом, кремнием: Ca + S = CaS Са + N2 = Са2N3 Са + H2 = СаH2 Взаимодействие с водой: Са + 2Н2О = Са(ОН)2 + Н2 (при комн. t°) Взаимодействие с кислотами: Са + 2НСl = СаСl2 + Н2 СаО - основной оксид Взаимодействие с кислотными оксидами при нагревании: CaO + SiO2 = CaSiO3 Взаимодействие с коксом: CaO + 3C = CaC2 + CO   Са(ОН)2 - сильное основание, для которого характерны все общие для оснований свойства.

 


Получение:

Все металлы этой группы получают только путем электролиза распла­ва солей.

 

Жесткость воды

Жесткость воды определяется наличием в воде растворимых солей магния и кальция. Жесткость воды обуславливает наличие накипи. В жесткой воде плохо мылится мыло.

Жесткость воды подразделяют на карбонатную и некарбонатную. Карбонатная жесткость обуславливается присутствием в воде гидрокар­бонатов магния и кальция Мg(НСО2)2 и Са(НСО3)2. Такую жесткость еще называют временной.

Способы удаления такой жесткости: кипячение или добавление соды:

Са(НСО3)2 = СаСО3↓ + СО2↓ + Н2О

Mg(HCO3)2 + Na2CO3 = 2NaHCO3 + MgCO3

Некарбонатная жесткость обуславливается наличием в воде хлоридов и сульфатов магния и кальция МgСl2, СаСl2, МgSО4, СаSО4. Иначе такую жесткость называют постоянной. Такая жесткость может быть удалена химическим путем, например, добавлением соды или гидроксида кальция:

СаSО4 + Nа2СО3 = СаСО3↓ + Nа24

МgСl2 + Са(ОН)2 = Мg(ОН)2↓ + СаСl2

Один из наиболее современных способов умягчения воды основан на применении синтетических ионообменных смол. Воду пропускают через слой катионита, при этом катионы магния и кальция, содержащиеся в воде, обмениваются на катионы натрия, содержащиеся в катионите.

 

Элементы третьей группы главной подгруппы

К элементам главной подгруппы третьей группы относятся бор В, алюминий Аl, галлий Gа, индий In и таллий Тi. Все эти элементы характеризуются наличием трех электронов в наружном электронном слое атома ns21.

Металлические свойства рассматриваемых элементов выражены слабее, чем у ранее рассмотренных металлов, а у бора преобладают неметалли­ческие свойства. Алюминий, галлий и индий проявляют амфотерные свойства, таллий - металлические свойства. В соединениях все эти эле­менты проявляют степень окисления +3. Однако с возрастанием атомной массы появляются более низкие степени окисления. У галлия наиболее устойчивы соединения, в которых степень окисления равна +1.

 

Таблица. Химические свойства элементов III группы главной подгруппы.

Символ Кем и когда открыт Внешний электронный слой Радиус атома (нм) Плотность (г/см3) t° кипения t° плавления
B бура 1808 г. Гей-Люссак, Вёлер Франция Г. Дэви Англия 2s21 0,091 2,34    
Аl квасцы 1825 г. Х. Эрстед Дания Зs21 0,143 2,70    
Gа Франция 1875 г. Леккок де Буа-Бодран Франция 4s24p1 0,139 5,90   29,8
In индиго 1863 г. Ф. Райх и Рихтер Германия 5s25p1 0,166 7,31   154,4
Тi зеленый 1861 г. У. Крукс Англия 5s21 0,171 11,85    

Алюминий

Алюминий - самый распространенный в природе металл. Общее содержание в земной коре составляет около 9% по массе. Он входит в состав силикатов и глин. Из соединений алюминия наибольшее значение имеют Аl2O3 - корунд, рубин, сапфир, криолит – Nа3АlF6, боксит Аl2О3Н2О.

Физические свойства:

Алюминий - серебристо-белый металл, пластичный, легкий, хорошо проводит электрический ток.

Химические свойства:

Активный металл, восстановитель, устойчив на воздухе и в воде из-за наличия плотной оксидной пленки Аl2О3.

Таблица. Химические свойства алюминия.

С простыми веществами Со сложными веществами
1. Взаимодействие с кислородом (горит в мелкораздроблнном состоянии): 4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q 2. Взаимодействие с галогенами: 2Al + 3Cl2 = 2AlCl3 3. Взаимодействие с серой и углеродом (коксом) при нагревании: 2Al + 3S = Al2S3 4Al + 3C = Al4C3 4. Алюмотермия – получение металлов, стоящих в ряду напряжения после алюминия: 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + Fe 1. Взаимодействие с водой (после разрушения оксидной пленки): 2Al + 6H2O = 6Al(OH)3 + 3H2   2. Растворяется в щелочах: 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4]+3H2   3. Взаимодействие с кислотами: 2Al + 6HCl = 2AlCl3 + 3H2

 

Получение алюминия:

Электролиз оксида алюминия, растворенного в расплавленном крио­лите:

2Аl2О3 = 4Аl + 3О2

Соединения алюминия:

Оксид алюминия Аl2О3 - это твердое, белое тугоплавкое вещество. Не растворим в воде. В природе встречается в виде корунда или рубина.

Оксид алюминия носит амфотерный характер, но основные свойства у него выражены сильнее, чем кислотные:

Аl2О3 + 6НСl = 2АlСl3 + 3Н2О

Аl2О3 + 2NаОН + 3Н2О = 2Nа[Аl(ОН)4] - тетрагидроксоалюминат натрия

Для перевода в растворимое состояние используют сплавление оксида алюминия с сухими щелочами, с образованием метаалюминатов:

Аl2О3 + 2NaОН = 2NаАlО2 + Н2О

Получают данный оксид разложением гидроксида алюминия:

2Аl(ОН)3 = Аl2О3 + 3Н2O

Гидроксид алюминия Аl(ОН)3 - студенистое вещество, не растворимое в воде. Гидроксид алюминия - типичный амфотерный гидроксид, с кислотами он образует соли, содержащие катион алюминия Аl3-, со щелочами - алюминаты:

2Аl(ОН)3 + 3Н24 = Аl2(SО4) 3 + 6Н2О

Аl(ОН)3 + NаОН = Nа[Аl(ОН)4] - тетрагидроксоалюминат натрия

Получают гидроксид алюминия осаждением из растворов солей:

Al2(SO)3 + 6NaOH = 2Al(OH) 3 + 3Na2SO4

Вопросы по изученной теме:

  1. В чем особенность строения атомов I - III групп главных подгрупп?
  2. Чем являются металлы с точки зрения окислительно-востановительных свойств? Как изменяются эти свойства в периоде? Почему?
  3. Какие степени окисления и валентность проявляют металлы I - III групп главных подгрупп?
  4. Соединения какого характера образуют металлы I - III групп? Записать формулы оксидов, гидроксидов и сравнить их свойства.
  5. Составить схему химических свойств для данных металлов.
  6. В каких областях могут применяться данные металлы?
  7. Какие превращения соединений кальция происходят в природе?
  8. Какие соединения кальция широко применяются?
  9. Почему алюминий может храниться на воздухе, а металлы I и II групп не могут?
  10. Предсказать химические свойства оксида алюминия и гидроксида Аl. Записать уравнения реакций.

Литература: 1, 2, 3.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


2

Сейчас читают про: