post

IIА група (Втора главна подгрупа) на Периодичната система

IIА група (Втора главна подгрупа) е групата на алкалоземните елементи. Названието има архаичен произход и е свързано със слабата разтворимост на оксидите им. Представители на тази група са (Be) берилилий, (Mg) магнезий, (Ca) калций, (Sr) стронций, (Ba) барий и (Ra) радий. Те притежават подчертано метален характер.

Някои са наименовани на минералите, в които се срещат. Берилият е получил названието си от берилиевата руда – берил. Наименованието на бария пък произхожда от гръцки и означава „тежък“, което пак се свързва с минерала, от който е извличан.

Магнезият също е наименован от древните гърци на магнезиевия камък, добиван в областта Магнезия (Тесалия). Стронцият пък е получил името си от шотландското село (Stroncian), до което за първи път е открита рудата, която го съдържа. Калций произлиза от латински (calx, calcis) и означава варовик. Радият е радиоактивен и e кръстен така от Мария Кюри от латинското radius – лъч.

Берилий – IIА група

Берилият е първият елемент от IIА група и има само един устойчив изотоп, който се среща в природата. Той е изключително лек, но твърд метал, който е устойчив на въздуха. Подобно на останалите метали притежава метален блясък, а цветът му е светлосив. Освен в бериловата руда, берилий се среща и в смарагдите. Интересното е, че берилът и смарагдът имат сходен състав, като вторият се отличава само по наличието на хром. Много подобен на тях е и аквамаринът, който също съдържа берилий.

берилий, IIА група

берилий IIА група – метален, берил, смарагд; изображение: ABRITVS.com; автор на оригиналното изображение: Alchemist-hp (pse-mendelejew.de): лиценз: CC BY-SA 3.0

Химични свойства

Металният берилий не реагира изцяло с кислорода от въздуха, защото се покрива с оксидна коричка. Освен това тя пречи и на рекцията му с водата, която на практика е невъзможна. Обикновено, за да се получи берилиев оксид, се използва берилиев карбонат, който се нагрява. Прахообразният берилий гори на въздуха като се получава смес от берилиев оксид и берилиев нитрид:

2Be + O2 → 2BeO

Получаването на берилиев хидрид е индиректно, защото двете прости вещества не взаимодействат помежду си:

Be(BH4)2 + 2P(C6H5)3 → 2(C6H5)PBH3 + BeH2

Взаимодействието с халогени протича при нагряване, като се изключи флуора, който реагира при обикновена температура:

Be + Cl2 → BeCl2

Берилиев нитрид може да се получи след директното взаимодействие на берилий и азот при температури над 1100ºС:

3Be + 2N → Be3N2

Възможни са и много други реакции с неметали. Освен с тях, берилият реагира и с киселини:

Be + H2SO4 → {Be2+ + SO42-} + H2

Този алкалоземен метал проявява амфотерен характер, затова той реагира и с основи:

Be + 2NaOH + 2H2O → Na2[Be(OH)4] + H2

Получаване и употреба

Берилий се добива предимно от берил, като в процеса на преработване се получават берилиев хлорид и флуорид, като впоследствие флуорида се редуцира с магнезий при температура 1300ºС в графитни тигели (пещи):

BeF2 + Mg → Be + MgF2

Берилиевият хлорид взаимодейства с влагата от въздуха (хидролиза), като реакцията протича и в двете посоки:

BeCl2 + 2H2O ↔ Be(OH)2 + 2HCl

Въпреки това, в атмосфера от хлор, той също може да се използва за получаване на берилий с помощта на електролиза.

Берилият се използва предимно под формата на сплави в много области. От космическите технологии до електрониката и промишлеността, той е добър навсякъде, където е необходим метал, който не се намагнетизира и притежава ниска атомна маса. Все още среща широка употреба в рентгеновата апаратура. Едни от най-популярните сплави са берилий-никел, берилий-мед, берилий-алуминий и берилий-желязо. Този елемент се използва и в ядрените технологии, като в това число и в оръжията за масово поразяване.

Магнезий – IIА група

Магнезият е следващият елемент от IIА група, който е сребристо бял метал. Той бързо се оксидира на въздуха и затова се покрива с оксидна коричка. Притежава всички характеристики на металите: топло- и електропроводим, добра ковкост и изтегливост. Едно от най-популярните му свойства е, че в прахообразно състояние при висока температура, магнезият изгаря енергично със силен блясък. Затова се използва при изработката на магнезиеви запалки.

магнезий IIА група

магнезий – на сърготини с метален блясък и кюлчета, които са оксидирани отвън

Химични свойства

Магнезият притежава характерните за IIА група химични свойства и за разлика от берилия реагира активно с водата при високи температури, след което се получва магнезиев хидроксид или магнезиев оксид, като винаги се отделя водород:

Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2

Mg + H2O → MgО + H2

Ако запален магнезий се внесе във вода, реакцията се ускорява, като отделеният водород се запалва. Поради тази причина горящ магнезий не се гаси с вода, а с пясък, за да се отнеме кислорода от реакцията на горене. Това е важно да се знае особенно от гражданска защита, в ситуация на бомбардировки със запалими бомби.

Самото окисление се представя така:

2Mg + O2 → 2MgО

Получаването на хидроксида в лабораторни условия не става директно, а при взаимодействието на магнезиеви соли с алкални основи или амоняк:

MgCO3 + 2NaOH → Mg(OH)2↓ + Na2CO3

Промишлено хидроксидът се получава от магнезиев хлорид  (разтворен в морската вода) и добавянето на калциева основа:

MgCl2 + Ca(OH)2  → CaCl2 + Mg(OH)2

Ако магнезий се запали в атмосфера от  въглероден диоксид или между две блокчета сух лед (замразен диоксид), се наблюдава продължително горене, като металът се проявява в качеството на добър редуктор и извлича кислорода от съединението му с въглерода. В крайна сметка остават само магнезиев оксид и елементен въглерод:

2Mg + CO2 → 2MgO + C

Горната реакция е и добър пример за взаимодействие с киселинни оксиди. При изгарянето на въздуха освен оксид се получава и магнезиев нитрид. Магнезият реагира директно с неметали:

Mg + Cl → MgCl2

Взаимодействието с концентрирани киселини пасивира метала, но с разредени реакцията протича и при стайна температура:

Mg + {2H + SO42-} → MgSO4 + H2

Значение и употреба

Магнезият е неразделна част както от неорганичната, така и от органичната природа. Той е изключително важен за живота на Земята. Над триста известни ензима се нуждаят от магнезий, за да изпълняват своите каталитични функции, в това число АТФ , ДНК и РНК синтетазите (източник Уикипедия). Затова той е един от ключовите микроелементи необходими на човешкия организъм. Магнезият е още по-важен в растенията, защото магнезиевият атом е централният в молекулата на хлорофила. На практика без хлорофил няма фотосинтеза, ерго няма живот на планетата Земя.

Освен биологичното му значение, този метал намира и широко индустиално приложение.  Неговите органометални съединения (Гринярови реактиви) се използват в органичния синтез на алкохоли, карбонилни съединения и органични киселини. Магнезий се употребява и в голям диапазон от неорганични производства (метали и сплави, оръжия, цимент, стъкло и т.н.)

Калций – IIА група

Третият елемент във  IIА група е калцият. Той е сребристобял на цвят, електро- и топлопроводим и притежава добра ковкост и изтегливост. Този алкалоземен метал и неговите съединения са от изключително голямо значение за живата природа. В земната кора, по своето разпространение в масови проценти, калцият се нарежда на пето място.

Калциев карбонат (варовик) и метален калций IIА група

Калциев карбонат (варовик) и метален калций

Химични свойства

На въздуха калцият се окислява лесно. Афинитетът му към кислорода е достатъчно силен, за да се използва в металургичните производства, където остранява кислород от стоманата:

2Ca + O2 → 2CaО (негасена вар)

Също така, той взаимодейства лесно с водата, при което се образува калциев хидроксид (гасена вар):

Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

Калцият реагира директно и с други неметали като например хлора, но в практиката за получавне на калциев хлорид се използва калциев карбонат:

Ca + Cl2 → CaCl2            

2NaCl + CaCO3 → Na2CO3 + CaCl2

Хидридът се получава след директно взаимодействие на двете прости вещества, при температури около 350ºС:

Ca + H2 → CaH2

Калциевият карбид представлява интересно съединение, което може да се използва като изходно вещество за синтез на органични съединения. Получава се в индустриални електрически пещи при много високи температури (над 2000ºС):

CaO + 3C → CaC2 + CO

Калциевият карбонат е изключително разпространено съединение на калция и се среща в земната кора сред скалите. За индустриални и търговски цели, освен чрез добив, той може да се набавя посредством синтез от калциев оксид:

CaO + H2O → Ca(OH)2

Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3↓ +  H2

Получаването на чист калций става чрез електролиза на дехидратиран калциев дихлорид.

Значение и употреба

Калцият е един от онези химични елементи, които са от изключително значение за живота. Калциевите йони и съединения са неизменна част от човешкото тяло. Външният и вътрешният скелет при много животни, в това число и човека, е изграден благодарение на този химичен елемент. Освен това, на клетъчно ниво, калциевите йони изпълняват важни функции, като например тази да участват в мускулното съкращение.

Калциевите съединения също са част от промишлените производства и органичните синтези (карбонат, карбид и пр.). Вар се използва като спойващ компонент в строителството още от дълбока древност та чак до днес. Това се отнася и за мрамора, който е смес от калцит и доломит. Метален калций се употребява в металургията, главно като редуктор, който има за цел да острани кислорода, сярата и излишния въглерод от стоманата и чугуна.

Стронций, Барий, Радий – IIА група

Стронцият и барият са леки метали, а радият е тежък метал. И трите се окисляват лесно на въздуха, затова се съхраняват при специални условия. Първите два са относително слабо разпространени, докато радият се среща в урановата руда като продукт на радиоактивния разпад на урана. Радиевите изотопи също са радиоактивни и се разпадат във времето.

Барий и стронций IIА група

Барий и стронций; автор на второто изображение: Alchemist-hp (www.pse-mendelejew.de); лиценз:FAL

Стронций и Барий се получават от съответстващите им оксиди, посредством алуминотермична редукция. По същият начин се добива радий от урановата руда, но той може да се получава и чрез електролиза на стопилка от радиев хлорид.

4BaO + 2Al → 3Ba + BaO.Al2O3

Химичните свойства и на трите елемента са много сходни с тези на калция. Употребата им е доста ограничена.

Сходни Публикации

Вашият коментар

Вашият имейл адрес няма да бъде публикуван. Задължителните полета са отбелязани с *

Leave the field below empty!