Sifat fisik logam alkali tanah dirangkum. Sifat kimiawi karakteristik logam Be, Mg dan alkali tanah. Semua logam larut dalam asam

Kelompok kedua dari tabel periodik D.I.Mendeleev mengandung sekelompok unsur yang sifatnya sangat mirip dengan logam alkali, tetapi lebih rendah aktivitasnya. Ini termasuk berilium dan magnesium, serta kalsium, strontium, barium dan radium. Mereka secara kolektif dikenal sebagai unsur tanah alkali. Dalam artikel kami, kami akan berkenalan dengan distribusinya di alam dan aplikasinya dalam industri, serta mempelajari yang paling penting sifat kimiawi logam alkali tanah.

karakteristik umum

Semua atom dari unsur-unsur yang tercantum di atas mengandung dua elektron pada lapisan energi terluar. Berinteraksi dengan zat lain, mereka selalu melepaskan partikel negatifnya, berpindah ke keadaan kation dengan muatan 2+. Dalam reaksi redoks, unsur-unsur berperilaku seperti agen pereduksi kuat. Saat muatan inti meningkat, sifat kimia logam alkali tanah dan aktivitasnya meningkat. Di udara, mereka dengan cepat teroksidasi, membentuk lapisan oksida di permukaannya. Rumus umum untuk semua oksida adalah RO. Mereka sesuai dengan hidroksida dengan rumus R (OH) 2. Sifat dasar dan kelarutannya dalam air juga meningkat dengan peningkatan bilangan urut unsur.

Sifat khusus berilium dan magnesium

Dalam beberapa sifatnya, dua perwakilan pertama dari subkelompok utama dari kelompok kedua agak berbeda dari unsur alkali tanah lainnya. Ini memanifestasikan dirinya, khususnya, selama interaksi mereka dengan air. Misalnya, sifat kimiawi berilium sedemikian rupa sehingga tidak bereaksi sama sekali dengan H 2 O. Magnesium, sebaliknya, hanya berinteraksi dengan air saat dipanaskan. Tetapi semua elemen alkali tanah dengan mudah bereaksi pada suhu biasa. Zat apa yang terbentuk dalam kasus ini?

Basa logam alkali tanah

Sebagai unsur aktif, kalsium, barium, dan anggota lain dari grup dengan cepat menggantikan hidrogen dari air, menghasilkan hidroksida. Interaksi logam alkali tanah dengan air berlangsung hebat, dengan pelepasan panas. Larutan basa kalsium, barium, strontium bersabun saat disentuh; bila bersentuhan dengan kulit dan selaput lendir mata, menyebabkan luka bakar yang parah. Pertolongan pertama dalam kasus seperti itu adalah perawatan permukaan luka dengan larutan asam asetat yang lemah. Ini menetralkan alkali dan mengurangi risiko nekrosis jaringan yang rusak.

Sifat kimia logam alkali tanah

Interaksi dengan oksigen, air dan non-logam merupakan daftar utama sifat logam yang termasuk dalam kelompok kedua sistem periodik unsur kimia... Misalnya, kalsium, bahkan dalam kondisi normal, bereaksi dengan halogen: fluor, klor, brom, dan yodium. Saat dipanaskan, ia bergabung dengan belerang, karbon, dan nitrogen. Oksidasi keras - pembakaran, diakhiri dengan pembentukan kalsium oksida: 2Ca + O 2 \u003d 2 CaO. Interaksi logam dengan hidrogen mengarah pada pembentukan hidrida. Mereka adalah zat tahan api putih dengan kisi kristal ionik. Sifat kimia penting dari logam alkali tanah termasuk interaksinya dengan air. Seperti dibahas sebelumnya, produk dari reaksi substitusi ini adalah logam hidroksida. Kami juga mencatat bahwa dalam subkelompok utama dari kelompok kedua, kalsium menempati tempat paling signifikan. Karena itu, mari kita bahas karakteristiknya lebih detail.

Kalsium dan senyawanya

Kandungan unsur dalam kerak bumi mencapai 3,5%, yang menunjukkan persebarannya yang luas pada mineral seperti batugamping, kapur, marmer dan kalsit. Kalsium alami mengandung enam jenis isotop. Itu juga ditemukan di sumber air alami. Senyawa logam alkali dipelajari secara rinci dalam kursus kimia anorganik. Misalnya, di kelas 9, siswa belajar bahwa kalsium adalah logam putih keperakan yang ringan, tetapi kuat. Titik leleh dan titik didihnya lebih tinggi dari pada unsur alkali. Metode produksi utama adalah elektrolisis campuran garam cair kalsium klorida dan fluorida. Sifat kimia utamanya meliputi reaksinya dengan oksigen, air dan non-logam. Dari senyawa logam alkali, kalsium oksida dan basa adalah yang paling penting untuk industri. Senyawa pertama diperoleh dari kapur atau batu kapur dengan cara dibakar.

Selanjutnya, kalsium hidroksida dibentuk dari kalsium oksida dan air. Campurannya dengan pasir dan air disebut mortar bangunan. Itu terus digunakan sebagai plester dan untuk menghubungkan batu bata di dinding. Larutan kalsium hidroksida, yang disebut air kapur, digunakan sebagai reagen untuk mendeteksi karbon dioksida. Ketika karbon dioksida dilewatkan melalui larutan encer Ca (OH) 2 yang transparan, kekeruhannya teramati karena pembentukan endapan kalsium karbonat yang tidak dapat larut.

Magnesium dan karakteristiknya

Kimia logam alkali tanah mempelajari sifat-sifat magnesium, dengan fokus pada beberapa fiturnya. Ini adalah logam putih keperakan yang sangat ringan. Magnesium yang meleleh di atmosfer dengan kelembapan tinggi secara aktif menyerap molekul hidrogen dari uap air. Mendingin, logam hampir sepenuhnya melepaskannya kembali ke udara. Bereaksi sangat lambat dengan air karena pembentukan senyawa yang sulit larut - magnesium hidroksida. Alkali sama sekali tidak mempengaruhi magnesium. Logam tidak bereaksi dengan beberapa asam: sulfat pekat dan hidrofluorik, karena pasivasi dan pembentukan lapisan pelindung di permukaan. Mayoritas asam mineral melarutkan logam, yang disertai dengan evolusi hidrogen yang hebat. Magnesium adalah zat pereduksi kuat, menggantikan banyak logam dari oksida atau garamnya:

BeO + Mg \u003d MgO + Be.

Logam, bersama dengan berilium, mangan, aluminium, digunakan sebagai tambahan paduan pada baja. Paduan yang mengandung magnesium - elektron - memiliki sifat yang sangat berharga. Mereka digunakan dalam pembuatan pesawat terbang dan mobil, serta di bagian teknologi optik.

Peran unsur dalam kehidupan organisme

Mari kita berikan contoh logam alkali tanah, yang senyawanya umum di alam. Magnesium adalah atom pusat dalam molekul klorofil pada tumbuhan. Ini berpartisipasi dalam proses fotosintesis dan merupakan bagian dari pusat aktif pigmen hijau. Atom magnesium memperbaiki energi cahaya, mengubahnya kemudian menjadi energi ikatan kimia senyawa organik: glukosa, asam amino, gliserol, dan asam lemak. Unsur tersebut berperan penting sebagai komponen penting dari enzim yang mengatur metabolisme dalam tubuh manusia. Kalsium adalah makronutrien yang memastikan aliran impuls listrik yang efisien melalui jaringan saraf. Kehadiran garam fosfat dalam tulang dan enamel gigi memberi mereka kekerasan dan kekuatan.

Berilium dan sifat-sifatnya

Logam alkali tanah juga termasuk berilium, barium, dan strontium. Pertimbangkan berilium. Unsur tersebut tidak tersebar luas di alam, terutama terdapat pada komposisi mineral, misalnya beryl. Varietasnya, mengandung kotoran multi-warna, membentuk batu mulia: zamrud dan aquamarine. Ciri dari sifat fisik adalah kerapuhan dan kekerasan tinggi. Ciri khas atom suatu unsur adalah keberadaannya pada tingkat energi luar kedua, bukan delapan, seperti pada semua logam alkali tanah lainnya, tetapi hanya pada dua elektron.

Oleh karena itu, jari-jari atom dan ion kecil tidak proporsional, energi ionisasinya besar. Ini menentukan kekuatan tinggi kisi kristal logam. Sifat kimia berilium juga membedakannya dari unsur lain dari golongan kedua. Bereaksi tidak hanya dengan asam, tetapi juga dengan larutan alkali, menggantikan hidrogen dan membentuk hidroksiberilat:

Menjadi + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2.

Logam memiliki sejumlah karakteristik unik. Karena kemampuannya untuk mentransmisikan sinar-X, ia digunakan untuk membuat jendela tabung sinar-X. Dalam industri nuklir, unsur ini dianggap sebagai moderator dan reflektor neutron terbaik. Dalam metalurgi, ini digunakan sebagai aditif paduan yang berharga yang meningkatkan sifat anti-korosi paduan.

Strontium dan barium

Unsur-unsurnya cukup umum di alam dan, seperti magnesium logam alkali tanah, merupakan bagian dari mineral. Sebut saja mereka: barite, celestine, strontianite. Barium tampak seperti logam plastik berwarna putih keperakan. Seperti kalsium, ini diwakili oleh beberapa isotop. Di udara, ia secara aktif berinteraksi dengan komponennya - oksigen dan nitrogen, membentuk barium oksida dan nitrida. Untuk alasan ini, logam disimpan di bawah lapisan parafin atau minyak mineral, menghindari kontak dengan udara. Kedua logam membentuk peroksida saat dipanaskan hingga 500 ° C.

Dari jumlah tersebut, barium peroksida, yang digunakan sebagai pemutih kain, memiliki aplikasi praktis. Sifat kimia logam alkali tanah - barium dan strontium - mirip dengan kalsium. Namun, interaksinya dengan air jauh lebih aktif, dan basa yang dihasilkan lebih kuat daripada kalsium hidroksida. Barium digunakan sebagai aditif untuk pendingin logam cair, yang mengurangi korosi, dalam optik, dalam pembuatan perangkat elektronik vakum. Stronsium dibutuhkan dalam produksi fotosel dan fosfor.

Reaksi kualitatif menggunakan ion logam alkali tanah

Senyawa barium dan strontium adalah contoh logam alkali tanah yang banyak digunakan dalam kembang api karena warnanya yang terang pada nyala api. Jadi, strontium sulfat atau karbonat menghasilkan nyala api merah-merah tua, dan senyawa barium yang sesuai - kuning-hijau. Untuk mendeteksi ion kalsium di laboratorium, beberapa butir kalsium klorida dituangkan ke atas api pembakar, nyala api berubah menjadi merah bata.

Larutan barium klorida digunakan dalam kimia analitik untuk mendeteksi ion residu asam dari asam sulfat dalam larutan. Jika pada saat pengeringan larutan terbentuk endapan barium sulfat berwarna putih, berarti terdapat partikel SO 4 2- didalamnya.

Dalam artikel kami, kami mempelajari sifat-sifat logam alkali tanah dan memberikan contoh penggunaannya di berbagai industri.

Golongan IIA hanya mengandung logam - Be (berilium), Mg (magnesium), Ca (kalsium), Sr (strontium), Ba (barium) dan Ra (radium). Sifat kimia dari perwakilan pertama kelompok ini, berilium, paling berbeda dari sifat kimia unsur-unsur lain dalam kelompok ini. Sifat kimianya dalam banyak hal bahkan lebih mirip dengan aluminium daripada logam Golongan IIA lainnya (yang disebut "kesamaan diagonal"). Magnesium, di sisi lain, juga sangat berbeda dari Ca, Sr, Ba dan Ra dalam sifat kimianya, tetapi ia masih memiliki lebih banyak sifat kimianya yang mirip dibandingkan dengan berilium. Karena kesamaan yang signifikan dari sifat kimia kalsium, strontium, barium dan radium, mereka digabungkan menjadi satu keluarga, yang disebut tanah alkali logam.

Semua elemen dari grup IIA termasuk s-elemen, yaitu mengandung semua elektron valensinya s-sub-level. Jadi, konfigurasi elektronik dari lapisan elektron terluar semua unsur kimia dalam suatu kelompok memiliki bentuk ns 2 dimana n - nomor periode di mana elemen tersebut berada.

Karena kekhasan struktur elektronik logam golongan IIA, unsur-unsur ini, selain nol, hanya mampu memiliki satu bilangan oksidasi yang sama dengan +2. Zat sederhana dibentuk oleh unsur-unsur kelompok IIA, dengan partisipasi dalam setiap reaksi kimia hanya dapat dioksidasi, mis. menyumbangkan elektron:

Ме 0 - 2e - → Ме +2

Kalsium, strontium, barium dan radium sangat reaktif. Zat sederhana yang dibentuk oleh mereka adalah agen pereduksi yang sangat kuat. Magnesium juga merupakan agen pereduksi yang kuat. Aktivitas reduksi logam mematuhi hukum umum hukum periodik D.I. Mendeleev dan meningkatkan subkelompok.

Interaksi dengan zat sederhana

dengan oksigen

Tanpa pemanasan, berilium dan magnesium tidak bereaksi dengan oksigen atmosfer atau oksigen murni karena mereka ditutupi dengan film pelindung tipis yang masing-masing terdiri dari oksida BeO dan MgO. Penyimpanannya tidak memerlukan metode perlindungan khusus dari udara dan kelembapan, berbeda dengan logam alkali tanah, yang disimpan di bawah lapisan cairan lembam, paling sering minyak tanah.

Be, Mg, Ca, Sr ketika terbakar dalam oksigen membentuk oksida dari komposisi MeO, dan Ba \u200b\u200b- campuran barium oksida (BaO) dan barium peroksida (BaO 2):

2Mg + O 2 \u003d 2MgO

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

2Ba + O 2 \u003d 2BaO

Ba + O 2 \u003d BaO 2

Perlu dicatat bahwa selama pembakaran logam alkali tanah dan magnesium di udara, reaksi logam-logam ini dengan nitrogen di udara juga terjadi sebagai efek samping, akibatnya, selain senyawa logam dengan oksigen, nitrida. juga dibentuk dengan rumus umum Me 3 N 2.

dengan halogen

Berilium bereaksi dengan halogen hanya pada suhu tinggi, dan logam golongan IIA lainnya - sudah pada suhu kamar:

Mg + I 2 \u003d MgI 2 - magnesium iodida

Ca + Br 2 \u003d CaBr 2 - kalsium bromida

Ba + Cl 2 \u003d BaCl 2 - barium klorida

dengan non-logam dari kelompok IV-VI

Semua logam Golongan IIA bereaksi ketika dipanaskan dengan semua golongan IV - VI bukan logam, tetapi bergantung pada posisi logam dalam golongan tersebut, serta aktivitas logam bukan logam, diperlukan derajat pemanasan yang berbeda. Karena berilium adalah yang paling inert secara kimiawi di antara semua logam golongan IIA, ketika melakukan reaksinya dengan non-logam, diperlukan tentangsuhu yang lebih tinggi.

Perlu dicatat bahwa reaksi logam dengan karbon dapat membentuk karbida dengan sifat yang berbeda. Bedakan antara karbida yang termasuk dalam methanida dan turunan metana yang dianggap konvensional, di mana semua atom hidrogen digantikan oleh logam. Mereka, seperti metana, mengandung karbon dalam keadaan oksidasi -4, dan selama hidrolisis atau interaksi dengan asam non-pengoksidasi, salah satu produknya adalah metana. Ada juga jenis karbida lain - asetilenida, yang mengandung ion C 2 2-, yang sebenarnya merupakan fragmen dari molekul asetilen. Karbida dari jenis asetilen pada hidrolisis atau interaksi dengan asam bukan pengoksidasi membentuk asetilen sebagai salah satu produk reaksi. Jenis karbida apa - methanida atau asetilenida - yang diperoleh dari interaksi logam ini atau itu dengan karbon tergantung pada ukuran kation logam. Dengan ion logam dengan jari-jari kecil, methanida biasanya terbentuk dengan ion berukuran lebih besar, asetilen. Dalam kasus logam golongan kedua, metanida diperoleh dari interaksi berilium dengan karbon:

Logam golongan II A lainnya membentuk asetilenida dengan karbon:

Logam golongan IIA membentuk silikida dengan senyawa silikon tipe Me 2 Si, dengan nitrogen - nitrida (Me 3 N 2), fosfor - fosfida (Me 3 P 2):

dengan hidrogen

Semua logam alkali tanah bereaksi dengan hidrogen saat dipanaskan. Agar magnesium bereaksi dengan hidrogen, pemanasan saja, seperti dalam kasus logam alkali tanah, tidaklah cukup; selain suhu tinggi, tekanan hidrogen juga diperlukan. Berilium tidak bereaksi dengan hidrogen dalam kondisi apapun.

Interaksi dengan zat kompleks

dengan air

Semua logam alkali tanah secara aktif bereaksi dengan air membentuk alkali (logam hidroksida larut) dan hidrogen. Magnesium bereaksi dengan air hanya ketika mendidih karena fakta bahwa ketika dipanaskan, lapisan oksida pelindung MgO larut dalam air. Dalam kasus berilium, lapisan oksida pelindung sangat tahan: air tidak bereaksi dengannya selama mendidih, atau bahkan pada panas merah:

dengan asam non-pengoksidasi

Semua logam dari subkelompok utama dari kelompok II bereaksi dengan asam non-pengoksidasi, karena mereka berada pada garis aktivitas di sebelah kiri hidrogen. Ini membentuk garam dari asam dan hidrogen yang sesuai. Contoh reaksi:

Be + H 2 SO 4 (dil.) \u003d BeSO 4 + H 2

Mg + 2HBr \u003d MgBr 2 + H 2

Ca + 2CH 3 COOH \u003d (CH 3 COO) 2 Ca + H 2

dengan asam pengoksidasi

- asam nitrat encer

Semua logam dari golongan IIA bereaksi dengan asam nitrat encer. Dalam hal ini, produk reduksi alih-alih hidrogen (seperti dalam kasus asam non-pengoksidasi) adalah nitrogen oksida, terutama nitrogen oksida (I) (N 2 O), dan dalam kasus asam nitrat yang sangat encer, amonium nitrat ( NH 4 NO 3):

4Ca + 10HNO 3 ( dobrak .) \u003d 4Ca (NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

4Mg + 10HNO 3 (rusak parah) \u003d 4Mg (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

- asam nitrat pekat

Asam nitrat pekat pasif berilium pada suhu biasa (atau rendah), mis. tidak bereaksi dengannya. Saat mendidih, reaksi dimungkinkan dan berlangsung terutama sesuai dengan persamaan:

Magnesium dan logam alkali tanah bereaksi dengan asam nitrat pekat untuk membentuk berbagai macam produk reduksi nitrogen yang berbeda.

- asam sulfat pekat

Berilium dipasivasi dengan asam sulfat pekat, mis. tidak bereaksi dengannya dalam kondisi normal, namun, reaksi berlangsung selama mendidih dan mengarah pada pembentukan berilium sulfat, sulfur dioksida dan air:

Menjadi + 2H 2 SO 4 → BeSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Barium juga dipasivasi oleh asam sulfat pekat karena pembentukan barium sulfat yang tidak larut, tetapi bereaksi dengannya saat dipanaskan; barium sulfat larut ketika dipanaskan dalam asam sulfat pekat karena konversinya menjadi barium hidrogen sulfat.

Sisa logam dari golongan IIA utama bereaksi dengan asam sulfat pekat dalam kondisi apapun, termasuk dingin. Reduksi belerang dapat terjadi pada SO 2, H 2 S dan S, tergantung pada aktivitas logam, suhu reaksi dan konsentrasi asam:

Mg + H 2 SO 4 ( akhir .) \u003d MgSO 4 + SO 2 + H 2 O

3Mg + 4H 2 SO 4 ( akhir .) \u003d 3MgSO 4 + S ↓ + 4H 2 O

4Ca + 5H 2 SO 4 ( akhir .) \u003d 4CaSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

dengan alkali

Magnesium dan logam alkali tanah tidak berinteraksi dengan alkali, dan berilium mudah bereaksi dengan larutan alkali dan dengan alkali anhidrat selama fusi. Dalam hal ini, bila reaksi dilakukan dalam larutan berair, air juga berpartisipasi dalam reaksi, dan produknya adalah tetrahidroksoberilat dari logam alkali atau alkali tanah dan gas hidrogen:

Menjadi + 2KOH + 2H 2 O \u003d H 2 + K 2 - potassium tetrahydroxoberyllate

Saat melakukan reaksi dengan alkali padat selama fusi, terbentuk berilat dari logam alkali atau alkali tanah dan hidrogen.

Menjadi + 2KOH \u003d H 2 + K 2 BeO 2 - kalium berilat

dengan oksida

Logam alkali tanah, serta magnesium, dapat mereduksi logam kurang aktif dan beberapa nonlogam dari oksidanya saat dipanaskan, misalnya:

Metode reduksi logam dari oksidanya dengan magnesium disebut panas magnesium.

Logam dari subkelompok utama kelompok I dan II. Kesadahan air

Dalam tabel periodik unsur, logam terutama terletak di subkelompok utama dari kelompok I-III, serta di subkelompok samping.

Pada golongan IA, atom unsur pada tingkat energi luar memiliki 1 elektron pada keadaan s 1, pada golongan IIA, atom pada unsur pada tingkat energi luar memiliki 2 elektron pada keadaan s 2. Elemen-elemen ini adalah elemen-s. Dalam golongan IIIA, semua elemen pada EI eksternal memiliki 3 elektron dalam keadaan s 2 p 1. Mereka mengacu pada elemen-p.

Gugus IA meliputi logam alkali Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, yang aktivitasnya meningkat saat bergerak dari atas ke bawah karena bertambahnya jari-jari atom, sifat logamnya meningkat dengan cara yang sama seperti pada alkali. -logam bumi golongan IIA Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra dan IIIA golongan logam Al, Ga, In, Tl.

Oksida jenis R 2 O hanya merupakan karakteristik Li, semua logam alkali lainnya dicirikan oleh peroksida R 2 O 2, yang merupakan zat pengoksidasi kuat.

Semua logam dari kelompok ini membentuk oksida dan hidroksida basa, kecuali Be dan Al, yang menunjukkan sifat amfoter.

Properti fisik

Dalam keadaan bebas, semua logam adalah zat berwarna putih keperakan. Magnesium dan logam alkali tanah mudah dibentuk dan ulet, agak lunak, meskipun lebih keras daripada logam alkali. Berilium terkenal karena kekerasan dan kerapuhannya yang cukup besar, barium terbelah saat terjadi benturan yang tajam.

Dalam keadaan kristal dalam kondisi normal, berilium dan magnesium memiliki kisi kristal heksagonal, kalsium, strontium - kisi kristal berpusat pada wajah kubik, barium - kisi kristal berpusat tubuh kubik dengan jenis logam ikatan kimia, yang menentukan tingginya konduktivitas termal dan listrik.

Logam memiliki titik leleh dan titik didih lebih tinggi daripada logam alkali, dan dengan peningkatan nomor seri suatu unsur, titik leleh logam berubah secara non-monoton, yang dikaitkan dengan perubahan jenis kisi kristal.

Berilium dan magnesium dilapisi dengan lapisan oksida kuat dan tidak berubah di udara. Logam alkali tanah sangat aktif, disimpan dalam ampul tertutup, di bawah lapisan petroleum jelly atau minyak tanah.

Beberapa sifat fisik logam berilium, magnesium, dan alkali tanah ditunjukkan pada tabel.

Logam alkali Merupakan zat berwarna putih keperakan dengan karakteristik kilau logam. Mereka cepat ternoda di udara karena oksidasi. Ini adalah logam lunak, Na, K, Rb, Cs memiliki kelembutan yang mirip dengan lilin. Mereka mudah dipotong dengan pisau. Mereka ringan. Lithium adalah logam paling ringan dengan massa jenis 0,5 g / cm 3.

Sifat kimia logam alkali

1... Interaksi dengan non-logam

Karena sifat pereduksi tinggi, logam alkali bereaksi hebat dengan halogen untuk membentuk halida yang sesuai. Saat dipanaskan, mereka bereaksi dengan sulfur, fosfor dan hidrogen untuk membentuk sulfida, hidrida, fosfida.

2Na + Cl 2 → 2NaCl

2Na + S → Na 2 S

2Na + H 2 → 2NaH

3Na + P → Na 3 P.

Litium adalah satu-satunya logam yang bereaksi dengan nitrogen bahkan pada suhu kamar.

6Li + N 2 \u003d 2Li 3 N, litium nitrida yang dihasilkan mengalami hidrolisis yang tidak dapat diubah.

Li 3 N + 3H 2 O → 3LiOH + NH 3

Hanya dengan litium, litium oksida segera terbentuk.

4Li + О 2 \u003d 2Li 2 О, dan natrium peroksida terbentuk ketika oksigen berinteraksi dengan natrium.

2Na + О 2 \u003d Na 2 О 2. Ketika semua logam lain terbakar, superoksida akan terbentuk.

K + O 2 \u003d KO 2

Melalui reaksi dengan air, kita dapat melihat dengan jelas bagaimana aktivitas logam-logam ini dalam gugus berubah dari atas ke bawah. Litium dan natrium berinteraksi dengan tenang dengan air, kalium - dengan sekejap, dan sesium - dengan ledakan.

2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2

4.

8K + 10HNO 3 (akhir) → 8KNO 3 + N 2 O +5 H 2 O

8Na + 5H 2 SO 4 (conc) → 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Mendapatkan logam alkali

Karena aktivitas logam yang tinggi, mereka dapat diperoleh dengan elektrolisis garam, paling sering klorida.

Senyawa logam alkali banyak digunakan di berbagai industri.

Logam alkali tanah

Namanya disebabkan oleh fakta bahwa hidroksida logam ini bersifat basa, dan oksida tersebut sebelumnya disebut "tanah". Misalnya barium oksida BaO adalah barium earth. Berilium dan magnesium paling sering tidak diklasifikasikan sebagai logam alkali tanah. Kami juga tidak akan mempertimbangkan radium, karena bersifat radioaktif.

Sifat kimia logam alkali tanah

1. Interaksi dengan non-logam

Сa + Cl 2 → 2СaCl 2

Ca + S → CaS

Ca + H 2 → CaH 2

3Ca + 2P → Ca 3 P 2-

2. Interaksi dengan oksigen

2Сa + O 2 → 2CaO

3. Interaksi dengan air

Sr + 2H 2 O → Sr (OH) 2 + H 2, tetapi interaksinya lebih tenang dibandingkan dengan logam alkali.

4. Interaksi dengan asam - zat pengoksidasi kuat

4Sr + 5HNO 3 (conc) → 4Sr (NO 3) 2 + N 2 O + 4H 2 O

4Ca + 10H 2 SO 4 (conc) → 4CaSO 4 + H 2 S + 5H 2 O

Memperoleh logam alkali tanah

Kalsium logam dan strontium diperoleh dengan elektrolisis garam cair, paling sering klorida.

CaCl 2 Ca + Cl 2

Barium dengan kemurnian tinggi dapat diperoleh dengan metode alumotermal dari barium oksida

Logam alkali tanah termasuk logam golongan IIA dari D.I. Mendeleev - kalsium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba) dan radium (Ra). Selain mereka, subkelompok utama dari kelompok II termasuk berilium (Be) dan magnesium (Mg). Pada tingkat energi terluar logam alkali tanah, terdapat dua elektron valensi. Konfigurasi elektronik dari tingkat energi eksternal logam alkali tanah adalah ns 2. Dalam senyawanya, mereka menunjukkan bilangan oksidasi tunggal yang sama dengan +2. Dalam OVR mereka adalah agen pereduksi, mis. menyumbangkan elektron.

Dengan meningkatnya muatan inti atom unsur-unsur yang termasuk dalam golongan logam alkali tanah, energi ionisasi atom berkurang, dan jari-jari atom dan ion bertambah, tanda-tanda logam unsur kimia meningkat.

Sifat fisik logam alkali tanah

Dalam keadaan bebas, Be adalah logam baja abu-abu dengan kisi kristal heksagonal padat, agak keras dan rapuh. Di udara, Be ditutupi dengan film oksida, yang memberikan warna matte dan mengurangi reaktivitasnya.

Magnesium dalam bentuk zat sederhana adalah logam putih, yang, seperti Be, memperoleh warna matte saat terkena udara karena film oksida yang terbentuk. Mg lebih lembut dan lebih banyak plastik daripada berilium. Kisi kristal Mg berbentuk heksagonal.

Ca, Ba dan Sr dalam bentuk bebas adalah logam berwarna putih keperakan. Ketika terpapar udara, mereka langsung ditutupi dengan film kekuningan, yang merupakan produk interaksi mereka dengan unsur-unsur udara. Kalsium adalah logam yang cukup keras, Ba dan Sr lebih lembut.

Ca dan Sr memiliki kisi kristal berpusat pada wajah kubik, barium - kisi kristal berpusat pada tubuh kubik.

Semua logam alkali tanah dicirikan oleh adanya jenis logam ikatan kimia, yang menentukan konduktivitas termal dan listriknya yang tinggi. Titik didih dan titik leleh logam alkali tanah lebih tinggi daripada logam alkali.

Memperoleh logam alkali tanah

Produksi Be dilakukan dengan reaksi reduksi fluoride nya. Reaksi ini terjadi dengan pemanasan:

BeF 2 + Mg \u003d Be + MgF 2

Magnesium, kalsium dan strontium diperoleh dengan elektrolisis garam cair, paling sering klorida:

CaCl 2 \u003d Ca + Cl 2

Selain itu, jika Mg diperoleh dengan elektrolisis lelehan diklorida, NaCl ditambahkan ke campuran reaksi untuk menurunkan titik leleh.

Untuk mendapatkan Mg dalam industri, metode logam dan karbon-termal digunakan:

2 (CaO × MgO) (dolomit) + Si \u003d Ca 2 SiO 4 + Mg

Metode utama untuk memperoleh Ba adalah reduksi oksida:

3BaO + 2Al \u003d 3Ba + Al 2 O 3

Sifat kimia logam alkali tanah

Sejak di n.u. permukaan Be dan Mg ditutupi dengan film oksida - logam ini tidak bereaksi terhadap air. Ca, Sr dan Ba \u200b\u200blarut dalam air membentuk hidroksida dengan sifat dasar yang kuat:

Ba + H 2 O \u003d Ba (OH) 2 + H 2

Logam alkali tanah mampu bereaksi dengan oksigen, dan semuanya, kecuali barium, sebagai hasil interaksi ini membentuk oksida, barium - peroksida:

2Ca + O 2 \u003d 2CaO

Ba + O 2 \u003d BaO 2

Oksida logam alkali tanah, dengan pengecualian berilium, menunjukkan sifat dasar, sifat Be - amfoter.

Saat dipanaskan, logam alkali tanah mampu berinteraksi dengan non-logam (halogen, sulfur, nitrogen, dll.):

Mg + Br 2 \u003d 2MgBr

3Sr + N 2 \u003d Sr 3 N 2

2Mg + 2C \u003d Mg 2 C 2

2Ba + 2P \u003d Ba 3 P 2

Ba + H 2 \u003d BaH 2

Logam alkali tanah bereaksi dengan asam - mereka larut di dalamnya:

Ca + 2HCl \u003d CaCl 2 + H 2

Mg + H 2 SO 4 \u003d MgSO 4 + H 2

Berilium bereaksi dengan larutan alkali encer - larut di dalamnya:

Menjadi + 2NaOH + 2H 2 O \u003d Na 2 + H 2

Reaksi kualitatif

Reaksi kualitatif terhadap logam alkali tanah adalah pewarnaan nyala api dengan kationnya: Ca 2+ warna nyala oranye tua, Sr 2+ merah tua, Ba 2+ hijau muda.

Reaksi kualitatif terhadap kation barium Ba 2+ adalah anion SO 4 2-, akibatnya terbentuk endapan putih barium sulfat (BaSO 4), yang tidak larut dalam asam anorganik.

Ba 2+ + SO 4 2- \u003d BaSO 4 ↓

Contoh pemecahan masalah

CONTOH 1

Bagian satu. karakteristik umum IIDan kelompok dari Tabel Periodik Unsur.

Unsur-unsur berikut berada dalam grup ini: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. Mereka memiliki konfigurasi elektronik yang umum: (n-1) p 6 ns 2, kecuali untuk Be 1s 2 2s 2. Karena yang terakhir, properti Be sedikit berbeda dari properti subgrup secara keseluruhan. Sifat-sifat magnesium juga berbeda dari subkelompok, tetapi pada tingkat yang lebih rendah. Dalam deret Ca - Sr - Ba - Ra, propertinya berubah secara berurutan. Elektronegativitas relatif dalam deret Be - Ra menurun karena dengan peningkatan ukuran atom, elektron valensi lebih mudah disumbangkan. Sifat-sifat unsur subkelompok IIA ditentukan oleh kemudahan melepaskan dua elektron ns. Dalam hal ini, ion E 2+ terbentuk. Saat mempelajari difraksi sinar X ternyata dalam beberapa senyawa unsur-unsur subkelompok IIA menunjukkan monovalensi. Contoh senyawa tersebut adalah EG, yang diperoleh dengan menambahkan E ke lelehan EG 2. Semua elemen rangkaian ini tidak ditemukan di alam dalam keadaan bebas karena aktivitasnya yang tinggi.

Bagian kedua. Berilium dan magnesium.

Sejarah berilium

Senyawa berilium berupa batu mulia sudah dikenal sejak jaman dahulu. Untuk waktu yang lama, orang telah mencari dan mengembangkan endapan aquamarine biru, zamrud hijau, beryl kuning kehijauan, dan chrysoberyl emas. Tetapi, baru pada akhir abad ke-18 para ahli kimia mencurigai bahwa beryl mengandung unsur baru yang tidak diketahui. Pada tahun 1798, kimiawan Prancis Lewis Nicolas Vauquelin mengisolasi oksida "La terree du beril" dari beryl, yang berbeda dari alumina. Oksida ini memberi rasa manis pada garam, tidak membentuk tawas, larut dalam larutan amonium karbonat, dan tidak diendapkan oleh kalium oksalat. Berilium logam pertama kali diperoleh pada tahun 1829 oleh ilmuwan Jerman terkenal Weller dan pada saat yang sama ilmuwan Prancis Bussy, yang memperoleh bubuk berilium logam dengan mereduksi berilium klorida dengan kalium logam. Awal produksi industri dimulai pada 30-40-an. abad terakhir.

Sejarah magnesium

Unsur ini mendapat namanya dari daerah Magnesia di Yunani Kuno. Bahan alami yang mengandung magnesium magnesit dan dolomit telah lama digunakan dalam konstruksi.

Upaya pertama untuk mengisolasi dasar logam magnesia dalam bentuk murni dilakukan awal XIX di. fisikawan dan kimiawan Inggris terkenal Humphrey Davy (1778-1829) setelah dia mengalami elektrolisis meleleh kalium hidroksida dan natrium hidroksida dan memperoleh logam Na dan K. Dia memutuskan untuk mencoba dengan cara yang sama untuk melaksanakan dekomposisi oksida tanah alkali logam dan magnesia. Dalam percobaan awalnya, Davy melewatkan arus melalui oksida basah, mencegahnya bersentuhan dengan udara dengan lapisan minyak; Namun, logam menyatu dengan katoda dan tidak dapat dipisahkan.

Davy mencoba banyak metode berbeda, tetapi semuanya, karena berbagai alasan, tidak berhasil. Akhirnya, pada tahun 1808, dia beruntung - dia mencampurkan magnesia basah dengan oksida merkuri, meletakkan massa tersebut di atas plat platina dan mengalirkan arus melaluinya; Amalgam dipindahkan ke tabung kaca, dipanaskan untuk menghilangkan merkuri, dan logam baru diperoleh. Dengan cara yang sama, Davy berhasil memperoleh barium, kalsium, dan strontium. Produksi industri magnesium dengan metode elektrolitik dimulai di Jerman pada akhir abad ke-19. Pekerjaan teoretis dan eksperimental tentang produksi magnesium dengan metode elektrolitik di negara kita dilakukan oleh P.P. Fedot'ev; proses reduksi magnesium oksida oleh silikon dalam ruang hampa dipelajari oleh P.F. Antipin.

Sebaran

Berilium adalah salah satu elemen yang tidak terlalu umum: kandungannya di kerak bumi adalah 0,0004 berat. %. Berilium di alam berada dalam keadaan terikat. Mineral terpenting berilium: beryl - Be 3 Al 2 (SiO 3) 6, chrysoberyl - Be (AlO 2) 2 dan fenakite - Be 2 SiO 4. Sebagian besar berilium disemprotkan sebagai pengotor pada mineral dari sejumlah elemen lain, terutama aluminium. Berilium juga ditemukan di sedimen laut yang dalam dan abu batubara. Beberapa varietas beryl, diwarnai dengan kotoran dalam berbagai warna, diklasifikasikan sebagai batu mulia. Ini adalah, misalnya, zamrud hijau, aquamarine hijau kebiruan.

Magnesium adalah salah satu unsur paling melimpah di kerak bumi. Kandungan magnesiumnya 1,4%. Di antara mineral terpenting adalah, khususnya, batuan karbonat karbonat, yang membentuk massa besar di darat dan bahkan seluruh pegunungan - magnesitMgCO 3 dan dolomitMgCO 3 -CaCO 3. Endapan kolosal dari mineral lain yang mengandung magnesium yang mudah larut diketahui di bawah lapisan berbagai batuan aluvial, bersama dengan endapan garam batu - karnalitMgCl 2 -KCl-6H 2 O. Selain itu, dalam banyak mineral, magnesium terkait erat dengan silika, membentuk, misalnya, olivin [(Mg, Fe) 2 SiO 4] dan kurang umum forsterite (Mg 2 SiO 4). Mineral lain yang mengandung magnesium adalah bruciteMg (OH) 2 , kieseriteMgSO 4 , epsoniteMgSO 4 -7H 2 O , cainiteMgSO 4 -KCl-3H 2 O . Di permukaan bumi, magnesium dengan mudah membentuk hidrous silikat (bedak, asbes, dll.), Contohnya adalah berbelit-belit 3MgO-2SiO 2 -2H 2 O. Dari mineral yang diketahui, sekitar 13% mengandung magnesium. Namun, senyawa magnesium alami banyak ditemukan dalam bentuk terlarut. Selain berbagai mineral dan batu, 0,13% magnesium dalam bentuk MgCl 2 secara konstan terkandung di perairan laut (cadangannya tidak akan habis di sini - sekitar 6-10 16 ton) dan di danau serta mata air asin. Magnesium juga merupakan bagian dari klorofil dengan jumlah hingga 2% dan bertindak di sini sebagai agen pengompleks. Kandungan total unsur ini dalam materi kehidupan bumi diperkirakan sekitar 10 11 ton.

Menerima

Metode utama (sekitar 70%) produksi magnesium adalah elektrolisis karnalit cair atau MgCl 2 di bawah lapisan fluks untuk melindunginya dari oksidasi. Metode termal untuk memperoleh magnesium (sekitar 30%) adalah perolehan kembali magnesit atau dolomit yang ditembakkan. Konsentrat berilium diproses menjadi berilium oksida atau hidroksida, dari mana fluorida atau klorida diperoleh. Saat memperoleh berilium logam, dilakukan elektrolisis peleburan BeCl 2 (50% berat) dan NaCl. Campuran ini memiliki titik leleh 300 ° C versus 400 ° C untuk BeCl 2 murni. Juga, berilium diperoleh magnesium- atau secara alumotermik pada 1000-1200 0 C dari Na 2: Na 2 + 2Mg \u003d Be + 2Na + MgF 2. Berilium sangat murni (terutama untuk industri nuklir) diproduksi dengan peleburan zona, distilasi vakum, dan pemurnian elektrolitik.

Fitur:

Berilium adalah elemen "murni". Magnesium terjadi secara alami dalam bentuk tiga isotop stabil: 24 Mg (78,60%), 25 Mg (10,11%) dan 26 Mg (11,29%). Isotop dengan massa 23, 27 dan 28 diperoleh secara artifisial.

Berilium memiliki nomor atom 4 dan berat atom 9.0122. Dia berada di periode kedua dari sistem periodik dan mengepalai subkelompok utama dari grup 2. Struktur elektronik atom berilium adalah 1s 2 2s 2. Kapan interaksi kimiawi atom berilium tereksitasi (yang membutuhkan biaya 63 kkal / g × atom) dan salah satu elektron 2s ditransfer ke orbital 2p, yang menentukan spesifikasi kimia berilium: ia dapat menunjukkan kovalensi maksimum yang sama ke 4, membentuk 2 ikatan dengan mekanisme pertukaran, dan 2 oleh donor-akseptor. Berilium menempati salah satu posisi atas pada kurva potensial ionisasi. Yang terakhir ini sesuai dengan jari-jarinya yang kecil dan mencirikan berilium sebagai unsur yang tidak secara khusus bersedia menyumbangkan elektronnya, yang terutama menentukan tingkat rendah aktivitas kimia unsur tersebut. Dari sudut pandang keelektronegatifan, berilium dapat dianggap sebagai elemen transisi yang khas antara atom logam elektropositif, yang dengan mudah menyumbangkan elektronnya, dan agen pembentuk kompleks yang khas, yang cenderung membentuk ikatan kovalen... Berilium menunjukkan analogi diagonal dengan aluminium lebih luas daripada LicMg dan merupakan elemen kainosimetris. Berilium dan senyawanya sangat beracun. MPC di udara - 2 μg / m 3.

Dalam tabel periodik unsur, magnesium terletak di subkelompok utama golongan II; nomor urut magnesium adalah 12, berat atom 24,312. Konfigurasi elektronik dari atom yang tidak tereksitasi adalah 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2; struktur kulit elektron terluar atom Mg (3s 2) sesuai dengan keadaan valensinya nol. Eksitasi ke bivalen 3s 1 3p 1 membutuhkan biaya 62 kkal / g-atom. Potensi ionisasi magnesium lebih rendah daripada potensi berilium; oleh karena itu, senyawa magnesium dicirikan oleh proporsi ionisitas ikatan yang lebih tinggi. Dalam hal kemampuan pengompleksan, magnesium juga lebih rendah daripada berilium. Interaksi dengan elemen Grup IIIB dengan cangkang d yang belum selesai memiliki beberapa kekhasan. Grup ini mencakup Sc, Y, Ln, dan Th. Unsur-unsur ini membentuk sejumlah fasa antara dengan magnesium dan larut dengan baik di dalamnya dalam bentuk cair. Diagram keadaan campuran unsur-unsur ini dengan magnesium bersifat eutektik. Kelarutan unsur-unsur ini dalam magnesium dalam keadaan padat tidak besar (2 - 5% berat). Dengan alkali tanah dan terutama dengan logam alkali, magnesium tidak membentuk wilayah kelarutan yang signifikan dalam keadaan padat, yang dikaitkan dengan perbedaan besar dalam jari-jari atom. Pengecualiannya adalah litium, yang radius atomnya berbeda dari radius atom magnesium sebesar 2%. Sistem magnesium dengan tembaga, perak dan emas termasuk dalam tipe eutektik. Kelarutan perak pada suhu eutektik –16% berat.

Properti fisik

Berilium - logam perak-putih. Cukup keras dan rapuh. Ini memiliki sifat diamagnetik. Di udara, itu menjadi ditutupi dengan film oksida tipis yang memberi warna abu-abu pada logam, warna matte dan melindunginya dari korosi lebih lanjut. Kompresibilitas berilium sangat rendah. Paling sedikit dari semua logam (17 kali lebih sedikit Al) menghambat radiasi sinar-X. Ini mengkristal dalam struktur hcp dengan periode a \u003d 0,228 nm dan c \u003d 0,358 nm, CN \u003d 6. Pada 1254 ° C, modifikasi a heksagonal berubah menjadi kubik b. Berilium membentuk paduan eutektik dengan Al dan Si.