135

BERYLOWCE - grupa 2. (II A)

Metale ziem alkalicznych

Symbol Nazwa

Walenc.
Konfig.
Elektr.

Elektro-
ujemność
(Alfreda-
Rochowa)

Potencjał
standardowy
M

2+

/M [V]

Be

beryl

2s

2

1,47

-1,85

Mg

magnez 3s

2

1,23

-2,37

Ca

wapń

4s

2

1,04

-2,87

Sr

stront

5s

2

0,99

-2,90

Ba

bar

6s

2

0,97

-2,91

Ra

rad

7s

2

0,97

-2,8

Charakterystyczne cechy wspólne:

- metale o barwie srebrzystej

- gęstość i twardość większa niż litowców

- występują tylko na +2 stopniu utlenienia

- silnie ujemne potencjały standardowe (metale

nieszlachetne)

136

- jony M

2+

w roztworach wodnych są bezbarwne

- związki cięższych berylowców są lotne w wysokich

temperaturach i barwią płomień gazu:
Ca

2+

–

c

c

e

e

g

g

l

l

a

a

s

s

t

t

o

o

c

c

z

z

e

e

r

r

w

w

o

o

n

n

y

y

, Sr

2+

–

k

k

a

a

r

r

m

m

i

i

n

n

o

o

w

w

y

y

,

Ba

2+

–

z

z

i

i

e

e

l

l

o

o

n

n

y

y

,

- tworzą tlenki MO

- ponadto Ca, Sr i Ba tworzą nadtlenki MO

2

- tlenki MO (z wyjątkiem BeO) tworzą silne zasady

MO + H

2

O = M(OH)

2

silnie egzotermiczna

reakcja

M(OH)

2

M

2+

+ 2OH

-

- reakcje berylowców z wodą:

Be – nie reaguje z H

2

O

pozostałe: M + 2H

2

O = M

2+

+ 2OH

-

+ H

2

(Mg reaguje z H

2

O „na gorąco”, pozostałe bez ogrzewania)

wodny roztwór Ca(OH)

2

= woda wapienna

zawiesina wodna Ca(OH)

2

= mleko wapienne

Be(OH)

2

Mg(OH)

2

Ca(OH)

2

Sr(OH)

2

Ba(OH)

2

najsłabsza zasada

najmocniejsza

wzrost mocy zasady
i wzrost rozpuszczalności wodorotlenków

137

Be

wykazuje nieco odrębne cechy chemiczne

z powodu małych rozmiarów atomu przy stosunkowo
dużej elektroujemności

Be tworzy wiązania o charakterze kowalencyjnym

Pozostałe metale (o większych rozmiarach i mniejszej
elektroujemności) występują głównie
w związkach jonowych).

podobieństwo diagonalne!

Właściwości chemiczne Be zbliżone są do Al:
Wodorotlenek berylu jest amfoteryczny !

Be

3+

⇔ Be(OH)

2

⇔ Be(OH)

3

-

⇔ [Be(OH)

4

]

2

-

tetrahydroksoberylan

⇐ wzrost stężenia H

+

⇒ wzrost stężenia OH

-

Występowanie w przyrodzie i otrzymywanie

Rozpowszechnienie: Be 6 · 10

-4

%

Mg 2,3 %
Ca 4,2 %
Sr, Ba, ~ 10

-2

%

Ra 0,14 g/100 kg blendy smolistej

138

Minerały:

Be Beryl 3BeO · Al

2

O

3

· 6SiO

2

(glinokrzemian)

Mg Dolomit CaCO

3

· MgCO

3

Magnezyt MgCO

3

Azbest 3MgO

·

SiO

2

·

2H

2

O

Ca Gips CaSO

4

·

2H

2

O

Anhydryt CaSO

4

Kalcyt, Aragonit CaCO

3

(2 odmiany krystaliczne)

Kalcyt w skałach:

wapienie, marmur
kreda (poch. zwierz.)

CaCO

3

Fosforyt Ca

3

(PO

4

)

2

Apatyty Ca

3

(PO

4

)

2

· Ca(Cl,F)

2

Fluoryt CaF

2

Otrzymywanie

w stanie metalicznym utrudnione –
najczęściej elektroliza stopionych soli

Be: elektroliza BeCl

2

+ NaCl

(stopiona mieszanina)

139

Mg: a) elektroliza MgCl

2

+ NaCl

b) MgO + C = Mg + CO ( 2300 K)

Ca, Sr: elektroliza stopionych chlorków

Ba: 3BaO + 2 Al = Al

2

O

3

+ 3Ba

metoda aluminotermiczna


Zastosowanie

Beryl:
1) przy konstrukcji pojazdów kosmicznych (mała gęstość
i duża wytrzymałość)
2) folia berylowa jako okienka w lampach rentgenowskich

(słabo pochłania prom. X)

3) do produkcji moderatorów w reaktorach atomowych
(silnie pochłania neutrony)


Magnez: najlżejszy metal użytkowy ( d = 1,7 g/cm

3

)

Składnik lekkich stopów (stop elektron 90 % Mg)

140

Związki berylowców z wodorem: wodorki MH

2

BeH

2

, MgH

2

→ charakter kowalencyjny

CaH

2

, SrH

2

, BaH

2

→ charakter jonowy

(zawierają jon wodorkowy H

-

)

CaH

2

+ 2H

2

O = Ca(OH)

2

+ 2H

2

Sole berylowców:

Be: sole o charakterze kowalencyjnym
Mg, Ca, Sr, Ba, - charakter jonowy

Sole z Cl

-

, Br

-

, I

-

, NO

3

-

dobrze rozpuszczalne w H

2

O

inne sole słabo rozpuszczalne

Siarczan

MgSO

4

CaSO

4

SrSO

4

BaSO

4

Rozpuszcz.
temp. 20

0

C

g MSO

4

/l dm

3

roztworu

35,6

0,202

0,014

0,00022

Rozpuszczalność siarczanów berylowców maleje ze
wzrostem masy atomowej pierwiastka

BaSO

4

stosowany jako materiał kontrastowy w badaniach

rtg. żołądka i jelit
(duża masa atomowa Ba --silnie absorbuje prom. X)

141

Węglany i wodorowęglany:

Ca

2+

+ CO

3

2-

= CaCO

3

(osad)

Wszystkie węglany berylowców są trudno rozpuszczalne
w H

2

O

W obecności CO

2

przechodzą do roztworu jako

rozpuszczalne wodorowęglany

CaCO

3

+ CO

2

+ H

2

O

⇔

Ca

2+

+ 2HCO

3

-

Reakcja odwracalna - zachodzi ustawicznie w
przyrodzie: wody wapienne zawierające CO

2

rozpuszczają skały wapienne Ca(HCO

3

)

2

powstają narastające warstwy CaCO

3

stalaktyty (nacieki zwisające)
stalagmity (nacieki rosnące)

Twardość wody:

- spowodowana jest obecnością soli Ca

2+

i Mg

2+

:

wodorowęglanów (HCO

3

-

), siarczanów (SO

4

2-

) i

chlorków (Cl

-

) wapnia i magnezu

142

Twardość przemijająca:

- pochodzi od Ca(HCO

3

)

2

Można ją usunąć przez gotowanie wody → CaCO

3

gotowanie

Ca(HCO

3

)

2

CaCO

3

+ CO

2

+ H

2

O

kamień kotłowy

Twardość trwała:

- pochodzi głównie od CaSO

4

usuwa się dodając Na

2

CO

3

(sól rozpuszczalna)

CO

3

2-

+ Ca

2+

= CaCO

3

(osad – wytrącanie jonów Ca

2+

)

Inne metody usuwania twardości wody:

1) dodatek polifosforanu Na

5

P

3

O

10

–

(w proszkach do prania)

[P

3

O

10

]

5-

+ Ca

2+

= Ca[P

3

O

10

]

3-

2)

wymiana jonowa

(na jonitach – syntetycznych żywicach organicznych

2 [~ SO

3

-

H

+

] + Ca

2+

= [(~ SO

3

-

)

2

Ca

2+

] + 2H

+

143

Zaprawa murarska:

a) otrzymywanie wapna palonego

Węglan wapnia ulega rozkładowi termicznemu (piece wapienne)

1100 - 1200 K

CaCO

3

CaO + CO

2

wapno palone

b) gaszenie wapna:

CaO + H

2

O = Ca(OH)

2

wapno gaszone

c) twardnienie zaprawy murarskiej: Ca(OH)

2

i SiO

2

Ca(OH)

2

+ CO

2

= CaCO

3

+ H

2

O

CaCO

3

+ SiO

2

= CaSiO

3

+ CO

2

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Cement:

np. cement portlandzki: CaO 58 – 66 %
SiO

2

18 – 26 %

MgO, Al

2

O

3

, Fe

2

O

3

Otrzymuje się prażąc wapień (CaCO

3

) z gliną w temp. 1400 K

Tężenie cementu - reakcja z wodą:
3CaO · SiO

2

+ nH

2

O = 3CaO · SiO

2

· nH

2

O

--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

300 K

Gips: CaSO

4

· 2H

2

O CaSO

4

· ½H

2

O

Tężenie gipsu:

CaSO

4

· ½H

2

O + 3/2 H

2

O = CaSO

4

· 2H

2

O