plik

Materiały internetowe

• http://www.angelo.edu/faculty/kboudrea/index/Notes_C

hapter_08.pdf

• http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/power_point/

Ch24.ppt

• http://web.mit.edu/2.813/www/Class%20Slides/Lecture

%207%20Mat.Prod.pdf

• http://www.google.pl/search?hl=pl&lr=&client=firefox-

a&channel=s&rls=org.mozilla:pl:official&q=uklad+okre
sowy+pierwiastkow%2BPower+Point&start=20&sa=N

•

http://www.its.caltech.edu/~chem1/Lecture%20Notes%
20pdfs/Series%204%20Periodic%20Trends.pdf

• http://zchoin.fct.put.poznan.pl

Inne ważne związki litowców

Azotany (KNO

, NaNO

) – przemysł zapałczany, pirotechniczny, spożywczy, farmaceutyczny,

szklarski i ceramiczny, nawozów naturalnych i sztucznych.

Fosforany (głównie sodowe) – zmiękczanie wody, przemysł środków do prania

i czyszczenia, przemysł spożywczy (pirofosforany).

Sole fluorowe (głównie sodowe): NaF – produkcja środków ochrony roślin, impregnacja

drewna, metalurgia glinu; Na

AlF

(kriolit) – metalurgia glinu, przemysł emalierski i szklarski.

Chlorany (głównie sodowe) – do wybielania i dezynfekcji (NaClO, NaClO

), do utleniania

(NaClO

), przemysł pirotechniczny (NaClO

Sole potasowe (sylwinit – KCl + NaCl, karnalit - KCl▪MgCl

▪6H

O, K

, leonit i szenit –

odpowiednio K

▪MgSO

▪4H

O i K

▪MgSO

▪6H

O) – całość przerabiana na KCl nawozowy.

Sól kamienna (NaCl) – stosowana bezpośrednio lub po oczyszczeniu w warzelniach, głównie

jako sól jadalna i surowiec przemysłowy.

Naturalne glinokrzemiany sodowe (np. analcym – Na

O▪Al

▪4SiO

▪2H

O) – jonity do

zmiękczania wody.

Kaoliny, gliny i skalenie (skalenie: ortoklaz – K[AlSi

], albit - K[AlSi

]) – surowce

w przemyśle materiałów ceramicznych.

O, K

O, Li

O oraz Rb

O, Cs

O (często Na

)– topniki w przemyśle szklarskim.

, KNO

, NaNO

, Na

▪10H

O – topniki i substancje klarujące szkło.

Inne ważne związki litowców

Azotany (KNO

, NaNO

) – przemysł zapałczany, pirotechniczny, spożywczy, farmaceutyczny,

szklarski i ceramiczny, nawozów naturalnych i sztucznych.

Fosforany (głównie sodowe) – zmiękczanie wody, przemysł środków do prania

i czyszczenia, przemysł spożywczy (pirofosforany).

Sole fluorowe (głównie sodowe): NaF – produkcja środków ochrony roślin, impregnacja

drewna, metalurgia glinu; Na

AlF

(kriolit) – metalurgia glinu, przemysł emalierski i szklarski.

Chlorany (głównie sodowe) – do wybielania i dezynfekcji (NaClO, NaClO

), do utleniania

(NaClO

), przemysł pirotechniczny (NaClO

Sole potasowe (sylwinit – KCl + NaCl, karnalit - KCl▪MgCl

▪6H

O, K

, leonit i szenit –

odpowiednio K

▪MgSO

▪4H

O i K

▪MgSO

▪6H

O) – całość przerabiana na KCl nawozowy.

Sól kamienna (NaCl) – stosowana bezpośrednio lub po oczyszczeniu w warzelniach, głównie

jako sól jadalna i surowiec przemysłowy.

Naturalne glinokrzemiany sodowe (np. analcym – Na

O▪Al

▪4SiO

▪2H

O) – jonity do

zmiękczania wody.

Kaoliny, gliny i skalenie (skalenie: ortoklaz – K[AlSi

], albit - K[AlSi

]) – surowce

w przemyśle materiałów ceramicznych.

O, K

O, Li

O oraz Rb

O, Cs

O (często Na

)– topniki w przemyśle szklarskim.

, KNO

, NaNO

, Na

▪10H

O – topniki i substancje klarujące szkło.

Ważne reakcje metali alkalicznych

2 pierwsze

kolumny

układu

blok s

Zmiana promienia atomowego

Porównanie – grupa I i II

Grupa I

Grupa II

Nazwa

Metale alkaliczne

M. Ziem

Alkalicznych

Konfiguracja elektr.

Stopień utlenienia

Temp. topnienia

Niskie

Wyższe

Wiązania

Jonowe

Jonowe (z wył. Be)

Tlenki, wodorotlenki

Zasadowe

Zasadowe( ampoter. Be)

Elektrododatność

Najbardziej

Tak

Bardzo reaktywne

Reagują z wodą, powietrzem

Porównanie litowców i berylowców

Pierwiastek

Potencjał standardowy

[V]

Lit

-3.05

Sód

-2.71

Potas

-2.93

Rubid

-2.92

Cez

-2.92

Be Mg Ca Sr Ba Ra

Gęstość kg/dm

1,86 1,74 1,54 2,60 3,74 5,0

Temp. topnienia

(°C)

1280

649

839

768

727

Promień atom.,

105 150 180 200 215 235

Potencjał stand.,

/Me, V

-1,85 -2,36 -2,87 -2,89 -2,91 -2,92

W wielu związkach, Li

przypomina bardziej Mg

niż

Przykłady:
Li

i MgCO

są trudnorozpuszczalne w wodzie,

jest b. dobrze rozpuszczalny.

Promień jonowy:

0.60Å

0.95Å

0.65Å

Relacje diagonalne

Zależność struktur metali od ich położenia w układzie okresowym

struktura regularna przestrzennie
centrowana

struktura heksagonalna zwarta

struktura regularna zwarta

Cechy wspólne berylowców

metale o barwie srebrzystej,

- gęstość i twardość większa niż pierwiastków pierwszej grupy,
- wyższe t. topn. i wrzenia,
- występują tylko na +2 stopniu utlenienia,
- Me



bezbarwne, diamagnetyczne,

- związki wapnia barwią płomień na kolor ceglasty, strontu na
•

karminowy a baru na zielony,

- metale nieszlachetne, bardzo trudne do otrzymania w stanie

wolnym,

- tworzą tlenki MeO,
- ponadto Ca, Sr i Ba tworzą nadtlenki MeO

- z wyjątkiem berylu ich tlenki tworzą silne zasady:
•

MeO + H

O = Me(OH)

•

Me(OH)



+ 2OH

•

Cechy wspólne berylowców

Wodorotlenek berylu jest amfoteryczny!

H+

OH-

+ 2H

O  Be(OH)



[Be(OH)

]



berylany

Wodorotlenek

Be(OH)

Mg(OH)

Ca(OH)

Sr(OH)

Ba(OH)

Rozpuszczalność,
g wodorotlenku
w 100 g roztworu

2  10

-5

2  10

-3

0,13

0,82

3,8

Wodny roztwór Ca(OH)

- woda wapienna

Zawiesina wodna Ca(OH)

- mleko wapienne

Wodny roztwór Ca(OH)

- woda wapienna

Zawiesina wodna Ca(OH)

- mleko wapienne

Roztwarzalność metali w

wodzie

Beryl- nie roztwarza się
Pozostałe - roztwarzają się:
Me + 2H

O = Me

+ 2OH

+ H

Mg - na gorąco
Pozostałe - na zimno

12 najbardziej rozpowszechnionych

pierwiastków w litosferze:

Pierwiastek

% wag.

Oxygen

Silicon

Aluminum

7.5

Iron

4.7

Calcium

3.4

Sodium

2.6

Potassium

2.4

Magnesium

1.9

Hydrogen

0.9

Titanium

0.6

Chlorine

0.2

Phosphorus

0.1

Występowanie w przyrodzie

i otrzymywanie

Rozpowszechnienie:

6  10

-4

2,09 %

3,63 %

Sr, Ba

~ 10

-2

0,14 g w 100 kg blendy smolistej

Minerały

Beryl

3BeO  Al

6SiO

- glinokrzemian

Dolomit

Magnezyt

Azbest

Karnalit

(Ca,Mg)CO

MgCO

3MgO  SiO

 2H

KCl  MgCl

6H

Gips

Anhydryt

Kalcyt, Aragonit

Kreda

CaSO

 2H

CaSO

CaCO

 mikrokrystaliczny, pochodzenia zwierzęcego

Celestyn

Stroncjanit

SrSO

SrCO

Baryt

Witeryt

BaSO

BaCO

Blenda smolista

0,14 g Ra/100 kg U

Berylowce - otrzymywanie

Otrzymywanie w stanie metalicznym - bardzo utrudnione 
elektroliza stopionych soli lub użycie bardzo silnych reduktorów
• Beryl - elektroliza BeCl

+ NaCl (stopiona mieszanina)

• Magnez - podobnie tj. elektroliza stopionej mieszaniny:

MgCl

+ NaCl

lub:

MgO + C = Mg + CO (2300 K)

Jest to najlżejszy metal użyteczny (d = 1,74 kg/dm

)

Stop zawierający 96% Mg  to tzw. ELEKTRON
• Wapń, stront, bar
Ca  i Sr: elektroliza stopionych chlorków
Ba: 3BaO  + 2Al = Al

+ 3Ba

• Jest to tzw. metoda a l u m i n o t e r m i c z n a

Berylowce - otrzymywanie

Mg otrzymywany jest z wody morskiej:

1: Mg

+ 2OH

= Mg(OH)

(s)

2: Roztwarzanie w HCl: Mg(OH)

(s) + 2HCl = MgCl

(aq)

+ 2H

3:Elektroliza: MgCl

(l) = Mg(l) + Cl

(g)

Podstawowe zastosowanie Mg

: stopy lekkie (lżejsze niż

Al czy Fe). Stopy lekkie z Zn, Al, czy Mn – przemysł
lotniczy, kosmiczny, samochodowy.

Otrzymywanie magnezu z wody

morskiej

Berylowce - otrzymywanie

Wapń metaliczny i stront metaliczny są

stosowane do wielu celów. Wapń jako

pierwiastek stopowy poprawia jakość stali,

zwłaszcza własności mechaniczne jak

kształtowalność, przeciągalność i

obrabialność. Z powodu swojego dużego

potencjału do tworzenia tlenków i siarczynów

wapń jest ważny w produkcji ultraczystej

stali. Wapń metaliczny może być również

stosowany do odbizmutowania ołowiu. Stront

metaliczny jest potrzebny w rafinacji

aluminium oraz do rafinacji żużla

stalowniczego

Berylowce - otrzymywanie

• Wapń metaliczny może być produkowany przez

elektrolizę lub przez redukcję metalotermiczną, ale

obecnie jedynym procesem stosowanym w Unii

Europejskiej jest wysokotemperaturowa redukcja

próżniowa tlenku wapnia glinem, z zastosowaniem

proces metalotermicznego.

• Stront metaliczny jest produkowany w Unii

Europejskiej tylko przez redukcję cieplną tlenku

strontu glinem jako środkiem redukującym. Reakcja

jest prowadzona w podobny sposób jak przy

produkcji wapnia metalicznego w piecu próżniowym.

Odparowany metal jest skraplany w chłodnej części

pieca. Bloki strontu metalicznego i resztka glinianu

strontu są usuwane z pieca.

Zastosowanie - beryl

• Beryl znajduje zastosowanie jako czysty metal lub

jego stopy oraz w postaci związków chemicznych.

• Dodatek 0,25 - 2% berylu zmienia właściwości miedzi,

niklu i aluminium nadając im twardość i większą

wytrzymałość na zrywanie, a także odporność na

kruchość oraz na długotrwałe wstrząsy. Stopy te są

odporne na wysokie temperatury, korozję, iskrzenie

się i są niemagnetyczne. Stosuje się je jako tworzywo

do konstrukcji silników lotniczych, do wyrobu sprężyn

w mechanizmach precyzyjnych, elektrycznych

przekaźnikach i przełącznikach. Stopy berylowo-

miedziowe służą do wyrobu nieiskrzących narzędzi

niezbędnych w przemyśle petrochemicznym oraz w

przemyśle elektronicznym do wyrobu układów scalonych

i złącz elektronicznych.

Zastosowanie - beryl

• Metalu tego używa się w postaci folii berylowej do

wyrobu okienek do lamp rentgenowskich. Promienie

rentgena łatwo przenikają przez pierwiastki o

małej liczbie atomowej, a beryl metaliczny ma

najlepsze właściwości mechaniczne spośród bardzo

lekkich pierwiastków. Znalazł on zastosowanie w

żyroskopach, a także w częściach komputerów.

• Charakteryzując się bardzo wysoką temperaturę

topnienia (około 2530°C),tlenek berylu służy do

wyrobu ceramicznych rur bardzo odpornych na

działanie odczynników chemicznych oraz tygli, w

których wytapia się aktywne chemicznie metale,

np. chrom, cyrkon, uran. Stosowany jest do

produkcji tranzystorów, zestawów półprzewodników

i części mikroelektronicznych. Przepuszczanie

mikrofal pozwoliło na jego zastosowanie w produkcji

elementów do urządzeń mikrofalowych.

Zastosowanie - magnez

• Metaliczny magnez znajduje zastosowanie do

produkcji lekkich

stopów

, np.

elektronu

(magnez z glinem, do 10%, oraz z
domieszkami

cynku

manganu

i krzemu) i in.

(

magnale

duraluminium

magnalium

) oraz

wyrobu

sztucznych ogni

(masy oświetlające,

smugowe, zapalające), chlorek magnezu - do
produkcji

cementu Sorela

, zaś sole magnezu

- w lecznictwie. Światowa produkcja
magnezu wynosi ok. 300 tys. ton rocznie, a
jego średnia cena 3 dolary za 1 kg.

Zastosowanie - wapń

Metaliczny wapń ma ograniczone zastosowanie jako

środek zabezpieczający przed utlenieniem, np. przy

produkcji

miedzi

stali

niklu

, z których usuwa

jednocześnie

siarkę

. Służy też do oczyszczania i

osuszania

ropy

benzyny

alkoholi

gazów

szlachetnych

i in. Używany jest także do

redukcji

tlenków uranu

toru

metali ziem rzadkich

i in. do

postaci metalicznej.

Zastosowanie - wapń

• Zastosowanie związków wapnia:
•

siarczan(VI)

(

gips

- dwuwodny,

anhydryt

bezwodny) -

budownictwo

sztuka

, usztywnianie

kończyn przy urazach, nasycony

roztwór

wodny

(woda gipsowa) służy do odróżniania wapnia od

strontu

baru

w toku

analizy jakościowej

•

azotan(V)

nawozy sztuczne

•

węglik (karbid)

- produkcja

acetylenu

•

cyjanamid

herbicyd

, nawóz sztuczny

•

chlorek

mieszaniny oziębiające

, odladzanie dróg,

bezwodny - osuszanie substancji

•

tlenek (wapno palone)

- budownictwo (

tynki

zaprawy murarskie

)

•

wodorotlenek (wapno gaszone)

- nasycony roztwór

wodny (woda wapienna) służy do wykrywania

dwutlenku węgla

węglanów

Zastosowanie - stront

• Stront w czystej postaci jest stosowany jako

dodatek do niektórych gatunków

szkła

- np.

stosowanych do produkcji ekranów
telewizyjnych. Ze względu na to, że barwi
płomień intensywnym, karmino-czerwonym
kolorem jego sole są dodawane do

ogni

sztucznych

rakiet sygnałowych

Zastosowanie - bar

• Metaliczny bar stosuje się jako dodatek do

stopów

ołowiu, zwiększający ich twardość (stopy

typograficzne

), w metalurgii jako odtleniacz, jako

składnik stopów do usuwania gazów resztkowych z

lamp

elektronowych

Zastosowanie - bar

• Szersze zastosowanie mają związki baru, głównie

siarczan(VI) baru

Azotan(V) baru

(Ba(NO

)

) oraz

chloran(V) baru

(Ba(ClO

)

) są używane do wyrobu

sztucznych ogni

, gdzie barwią płomień na zielono.

• Tlenek baru (BaO) jest półproduktem do

otrzymywania

nadtlenku baru

(BaO

Fluorek baru

(BaF

) służy do sporządzania

emalii

Tytanian baru

(BaTiO

) ma właściwości

piezoelektryczne

Chromian(VI) baru

(BaCrO

) jest stosowany jako

żółty pigment do wyrobu farb, zaś

manganian(VI)

baru

(BaMnO

) jako pigment zielony.

• Związki baru dobrze pochłaniają

promieniowanie

rentgenowskie

promieniowanie γ

, są więc

stosowane jako składniki osłon przed

promieniowaniem. Siarczan(VI) baru znajduje

zastosowanie jako kontrast w badaniach

rentgenowskich

tomografii komputerowej

Właściwości chemiczne berylowców – utlenianie

metali powietrzem

Właściwości chemiczne berylowców – utlenianie

metali powietrzem

W odróżnieniu od litowców (poza litem!), berylowce
spalają się w azocie tworząc azotki typu Me

(azotek berylu jest dość lotny):

3Me + N

→

(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

Wszystkie berylowce ulegają spaleniu w tlenie z
utworzeniem tlenków MeO:

2Me + O

→

2MeO (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

Tlenki powstają też podczas termicznego rozkładu
węglanów, wodorotlenków, azotanów i siarczanów
berylowców:

Me(OH)

→

MeO + H

O (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

W odróżnieniu od litowców (poza litem!), berylowce
spalają się w azocie tworząc azotki typu Me

(azotek berylu jest dość lotny):

3Me + N

→

(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

Wszystkie berylowce ulegają spaleniu w tlenie z
utworzeniem tlenków MeO:

2Me + O

→

2MeO (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

Tlenki powstają też podczas termicznego rozkładu
węglanów, wodorotlenków, azotanów i siarczanów
berylowców:

Me(OH)

→

MeO + H

O (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

Właściwości chemiczne berylowców –

utlenianie metali powietrzem

• Ze wzrostem promienia jonowego berylowców wzrasta

tendencja do tworzenia nadtlenków. Beryl nie tworzy

nadtlenku, a żaden z berylowców nie tworzy

ponadtlenków (w odróżnieniu od litowców!). Nadtlenki

tworzą się w bardziej drastycznych warunkach niż

tlenki berylowców i jakiekolwiek tlenki litowców.

• Stront i bar tworzą nadtlenki w czasie spalania w

powietrzu:

Me + O

→

MeO

(Me=Sr, Ba)

• Nadtlenki wapnia i magnezu powstają w wyniku

utleniania wodorotlenków nadtlenkiem wodoru

(konieczne jest odwodnienie produktu):

• Me(OH)

+ H

→

MeO

+ 2H

O (Me=Mg, Ca)

Właściwości chemiczne berylowców – reakcje metali, azotków i

tlenków z wodą

W reakcji berylowców z wodą powstają wodorotlenki i wydziela się

wodór.

Magnez reaguje z gorącą wodą a cięższe metale z zimną (reakcja

dla berylu

nie jest pewna - jeżeli zachodzi, to powstaje tlenek berylu!):

Me + 2H

O → Me(OH)

+ H

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

Be + H

O → BeO + H

W reakcji azotków berylowców z wodą powstają wodorotlenki (lub

tlenki!) i amoniak:

+ 6H

O → 3Me(OH)

+ 2NH

(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

Produktami reakcji tlenków berylowców z wodą są wodorotlenki:

MeO + H

O → Me(OH)

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

Uwaga: Tlenek berylu jest nierozpuszczalny w wodzie.

Właściwości chemiczne berylowców – reakcje metali, azotków i

tlenków z wodą

W reakcji berylowców z wodą powstają wodorotlenki i wydziela się

wodór.

Magnez reaguje z gorącą wodą a cięższe metale z zimną (reakcja

dla berylu

nie jest pewna - jeżeli zachodzi, to powstaje tlenek berylu!):

Me + 2H

O → Me(OH)

+ H

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

Be + H

O → BeO + H

W reakcji azotków berylowców z wodą powstają wodorotlenki (lub

tlenki!) i amoniak:

+ 6H

O → 3Me(OH)

+ 2NH

(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

Produktami reakcji tlenków berylowców z wodą są wodorotlenki:

MeO + H

O → Me(OH)

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

Uwaga: Tlenek berylu jest nierozpuszczalny w wodzie.

Właściwości chemiczne berylowców – reakcje metali,

azotków i tlenków z wodą

W reakcjach nadtlenków berylowców z wodą powstają

wodorotlenki i nadtlenek wodoru, zaś w reakcjach z

kwasami – sole i nadtlenek wodoru:

MeO

+ 2H

O → Me(OH)

+ H

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

MeO

+ 2HCl → MeCl

+ H

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

Tlenek berylu jest amfoteryczny a zasadowość dalszych

tlenków rośnie ze wzrostem liczby atomowej berylowca.

Właściwości chemiczne berylowców – reakcje metali,

azotków i tlenków z wodą

W reakcjach nadtlenków berylowców z wodą powstają

wodorotlenki i nadtlenek wodoru, zaś w reakcjach z

kwasami – sole i nadtlenek wodoru:

MeO

+ 2H

O → Me(OH)

+ H

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

MeO

+ 2HCl → MeCl

+ H

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

Tlenek berylu jest amfoteryczny a zasadowość dalszych

tlenków rośnie ze wzrostem liczby atomowej berylowca.

Właściwości chemiczne berylowców

– reakcje metali z siarką

• Beryl i magnez w podwyższonej temperaturze

reagują z siarką tworząc siarczki:

Me + S → MeS (Me=Be, Mg)

• Siarczki Ca, Sr i Ba częściej otrzymuje się w

reakcji na gorąco wodorotlenków z H

Me(OH)

+ H

S → MeS + 2H2O (Me=Ca, Sr, Ba)

• Znane są nieliczne wielosiarczki Ca, Sr i Ba o

wzorze ogólnym MeS

•xH

(odróżnienie od litowców, łatwo tworzących liczne

wielosiarczki o wzorze Me

, gdzie n=2, 3, 4, 5

lub 6).

Właściwości chemiczne berylowców –

reakcje metali z wodorem

• Wszystkie berylowce (poza berylem) w reakcji z

wodorem tworzą wodorki MeH

Me + H

→

MeH

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

• Wodorek berylu otrzymano redukując chlorek berylu

tetrahydroglinianem litu:

• 2BeCl

+ Li[AlH

] → 2BaH

+ LiCl + AlCl

• Wodorki Ca, Sr i Ba są jonowe (podobnie jakwszystkie

wodorki litowców), natomiast wodorki Be i Mg są

kowalencyjne i polimeryczne.

•
• Wodorki są silnymi reduktorami – reagują z wodą z

wydzieleniem wodoru:

• MeH

+ 2H

O → Me(OH)

+ 2H

(Me=Be, Mg, Ca,

Sr, Ba)

• Berylowce (poza berylem) nie tworzą charakterystycznych dla litowców,

wodorków kompleksowych z pierwiastkami III grupy głównej układu

okresowego (np. Na[BH4]).

Właściwości chemiczne berylowców –

reakcje metali z fluorowcami

• W podwyższonej temperaturze berylowce wiążą się z

fluorowcami tworząc halogenki typu MeX

Me + X

→

MeX

(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba; X=F, Cl,

Br, I)

• Wszystkie halogenki berylu mają budowę

kowalencyjną polimeryczną

a pozostałe są jonowe.

• Fluorek berylu (BeF

)n jest nierozpuszczalny, a

fluorki pozostałych berylowców są słabo

rozpuszczalne w wodzie. Inne halogenki berylowców

są w wodzie dobrze rozpuszczalne.

Właściwości fizykochemiczne

berylowców - hydratacja

• Podatność jonów berylowców na hydratację maleje w szeregu:
Be

> Mg

> Ca

> Sr

> Ba

> Ra

• Berylowce są zdecydowanie lepiej hydratowane od litowców, ze

względu na mniejsze promienie jonowe:

Pierwiastki

Przybliżona entalpia hydratacji

[kJ/mol]

Litowce

-500÷-300

(Li

→ Fr

)

Berylowce

-2500÷-1300

(Be

→ Ba

)

Zgodnie z charakterem zmiany podatności do hydratowania jonów, zmienia
się też podatność do tworzenia uwodnionych soli. Zdecydowana
większość soli berylowców występuje w postaci uwodnionej.

Uwodnione sole berylu zawierają najczęściej (maksymalnie!) cztery
cząsteczki wody, bo na więcej nie pozwala struktura elektronowa berylu.
Sole magnezu mogą zawierać do 12, natomiast sole wapnia, strontu i baru
– do 8 cząsteczek wody.

Właściwości fizykochemiczne litowców –

rozpuszczalność związków w wodzie

• Te związki berylowców, dla których energia hydratacji

jest większa od energii sieciowej, są dobrze

rozpuszczalne w wodzie (np. azotany, halogenki z

wyjątkiem fluorków, octany).

• Rozpuszczalność wodorotlenków i fluorków berylowców

rośnie (jest to nietypowy efekt!) ze wzrostem liczby

atomowej berylowca (nierozpuszczalne są tylko Be(OH)

i Mg(OH)

oraz (BeF

)n).

• Spośród siarczanów berylowców rozpuszczalne są tylko

BeSO

i MgSO

. Następne siarczany są nierozpuszczalne

(iloczyn rozpuszczalności maleje ze wzrostem liczby

atomowej berylowca).

• Większość węglanów, ortofosforanów, ortoarsenianów,

metakrzemianów i ortokrzemianów berylowców, to

związki nierozpuszczalne w wodzie.

Stalaktyty i stalagmity

Węglany:

+ CO

= CaCO



Węglan wapnia nie roztwarza się w

wodzie, ale w obecności CO

zachodzi

reakcja:

CaCO

+ CO

+ H

O = Ca

+ 2HCO

Węglany:

+ CO

= CaCO



Węglan wapnia nie roztwarza się w

wodzie, ale w obecności CO

zachodzi

reakcja:

CaCO

+ CO

+ H

O = Ca

+ 2HCO

Trwałość tlenowych soli berylowców

• Ze względu na mniej elektrododatni charakter berylowców niż litowców,

ich sole tlenowe są mniej trwałe niż odpowiednie sole litowców. Między
innymi znacznie mniej trwałe są odpowiednie azotany, wodorotlenki,
węglany i siarczany, z których przez termiczny rozkład otrzymuje się
tlenki:

MeCO

→

MeO + CO

(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba)

• Trwałość poszczególnych soli wzrasta z zasadowością berylowca:

Związek

Temperatura

rozkładu

[

Związek

Temperatura

rozkładu

[

BeCO

<100

BeSO

580

MgCO

540

MgSO

895

CaCO

900

CaSO

1149

SrCO

1290

SrSO

1374

BaCO

1360

BaSO

>1400

Mniej elektrododatni charakter berylowców powoduje, że nie istnieją

ich wodorowęglany w stanie stałym, ale tylko w roztworze

(podobieństwo do litu!).

Mniej elektrododatni charakter berylowców powoduje, że nie istnieją

ich wodorowęglany w stanie stałym, ale tylko w roztworze

(podobieństwo do litu!).

Związki berylowców z węglem

• Jonowe węgliki berylowców (acetylenki) powstają w

wyniku ogrzewania metali (poza berylem!) lub ich

tlenków z węglem:

Me + 2C → MeC

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

• Beryl tworzy węglik (acetylenek) w reakcji z

acetylenem:

• Be + C

→

BeC

+ H

• Z węglem beryl tworzy metanek:

2Be + C → Be

• Acetylenki reagując z wodą wydzielają acetylen,

natomiast produktem reakcji metanku z wodą jest

metan:

• MeC

+ H

O → Me(OH)

+ H

(Me=Mg, Ca, Sr, Ba)

• Be

C + 2H

O → 2BeO + CH4

Związki organiczne berylowców

Berylowce nie są tak reaktywne w reakcjach ze związkami

organicznymi jak litowce. Tworzą sole z kwasami karboksylowymi:

2CH

COOH + Me(OH)

→

(CH

COO)

Me + 2H

O (Me=Ca, Sr, Ba)

2RCOOH + Me(OH)

→

(RCOO)

Me + 2H

(mydła nierozpuszczalne w wodzie, gdy Me=Ca, Sr, Ba oraz

R=C10÷C22)

Karboksylany i mydła berylu i magnezu można otrzymać w

podobnych reakcjach ale z rozpuszczalnymi ich solami (Be(OH)

Mg(OH)

są nierozpuszczalne w wodzie!).

Najliczniejsze związki metaloorganiczne (odczynniki Grignarda)

tworzy magnez z halogenkami alkilowymi:

Mg + RX → RMgX (X=Cl, Br, I)

Z nielicznych innych alkiloberylowców znane są znacznie mniej

reaktywne od związków Grignarda, alkiloberyle.

Kompleksy berylowców

• Tworzenie kompleksów nie jest cechą

charakterystyczną berylowców. Mimo tego berylowce

lepiej kompleksją niż odpowiednie litowce, bo mają

mniejsze promienie jonowe. Najlepiej z berylowców

kompleksuje kation berylu (najmniejszy promień

jonowy), najtrudniej zaś kation baru.

• Znane są typowe kompleksy nieorganiczne kationu

berylu:

np. [BeF

]

, [Be(C

)2]

, [Be(H

]

, [Be(NH

)

]

•
• Zarówno beryl jak i pozostałe berylowce chętniej

kompleksują z chelatującymi odczynnikami

organicznymi, np. z EDTA. Najważniejszym

kompleksem magnezu,o kluczowym znaczeniu dla

fizjologii roślin, jest chlorofil:

Kompleksy berylowców

N CH

—

CH N

—

HO O CCH

C O OH

N CH

—

CH N

—

HO O CCH

C O OH

Kompleksy berylowców

The alkali earth metal ions resemble the alkali metal ions in

having a low electronegativity, and being very hard in the
HSAB classification. The big difference, though, is their charge,
which makes them stronger Lewis acids. The effect of charge
on log K

for hard metal ions with EDTA, all having an ionic

radius of about 1.0 Å, makes this point (see next slide for Ca
EDTA complex):

Metal ion:

Ionic radius (Å):

1.02

1.00

1.03

0.94

log K

(EDTA):

1.86

10.65

15.36 23.2

Kompleksy berylowców

We thus find that the metal ions in Group 2 are much better at

complexing with ligands than are those in Group 1. Being hard,
complexing of Group 2 cations is confined largely to oxygen
donors, and to nitrogens, more so where the nitrogen donors are
part of a ligand that also has some oxygen donors, such as in

EDTA

[Ca(EDTA)(H

]

O O

Kompleksy berylowców

The alkali earth metal ions Ca

, and particularly Sr

, and Ba

are large enough to fit well into the cavities of crown ethers and
cryptands, and actually form more stable complexes than large
alkali metal ions. Thus, we can compare log K

values with some

crown ethers and cryptands for Ba

and K

, which are almost

identical in size:

Ligand:

18-crown-6 15-crown-5 cryptand-222

log K

2.05

0.75

5.5

log K

(Ba

3.89

1.71

9.6

Thus, even with these ligands, the charge on the metal ion has an
effect on complex stability.

Odmienność właściwości berylu i jego

związków

• Atomy berylu są małe i mają tendencję do tworzenia wiązań

kowalencyjnych. Związki berylu ulegają w wodzie hydrolizie

(podobieństwo do glinu z grupy III).

• Beryl tworzy dużo kompleksów, co nie jest typowe dla litowców i

innych berylowców.

• Beryl ulega pasywacji (podobieństwo do glinu z grupy III).

• Beryl jest jedynym pierwiastkiem amfoterycznym wśród

berylowców.

• Halogenki berylu są polimeryczne, co jest wynikiem deficytu

elektronowego. BeCl

może mieć prostą budowę łańcuchową lub

tworzyć dimer (podobieństwo do AlCl

• Beryl tworzy polimeryczne wodorki i związki alkilowe.
• Sole berylu należą do najlepiej rozpuszczalnych. Be

analogicznie do Al

, w czasie hydrolizy uwalnia metan.

Najważniejsze związki berylowców

Azotan wapniowy

–

Ca(NO

)

(

saletra norweska

): ważny składnik nawozowy gleb:

CaCO

+ 2HNO

→ Ca(NO

)

+ H

O + CO

Węglik wapnia

–

CaC

(

karbid

): podstawowy surowiec do produkcji

cyjanamidku

wapnia

–

CaCN

(

azotniaku

CaO + 3C → CaC

+ CO

CaC

+ N

→ CaCN

+ C

CaCO

(

wapniak

CaO

(

wapno palone

Ca(OH)

(

wapno gaszone

superfosfaty

sztuczne nawozy wapniowe.

Magnez

–

: w stanie surowym stosowany do produkcji stopów magnezowych

(Al, Mn i Zn jako główne dodatki), a także jako dodatek do stopów glinowych.

CaCO

CaSO

MgCO

CaCO

•MgCO

: stosowane do produkcji materiałów

wiążących dla budownictwa (wapna, cementy, gipsy, materiały magnezjowe).

MeO

(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba): w przemyśle szklarskim jako stabilizatory masy

szkła.

BaSO

Ba(NO

)

BaCl

CaF

: w przemyśle szklarskim do klarowania masy szkła.

Najważniejsze związki berylowców

Azotan wapniowy

–

Ca(NO

)

(

saletra norweska

): ważny składnik nawozowy gleb:

CaCO

+ 2HNO

→ Ca(NO

)

+ H

O + CO

Węglik wapnia

–

CaC

(

karbid

): podstawowy surowiec do produkcji

cyjanamidku

wapnia

–

CaCN

(

azotniaku

CaO + 3C → CaC

+ CO

CaC

+ N

→ CaCN

+ C

CaCO

(

wapniak

CaO

(

wapno palone

Ca(OH)

(

wapno gaszone

superfosfaty

sztuczne nawozy wapniowe.

Magnez

–

: w stanie surowym stosowany do produkcji stopów magnezowych

(Al, Mn i Zn jako główne dodatki), a także jako dodatek do stopów glinowych.

CaCO

CaSO

MgCO

CaCO

•MgCO

: stosowane do produkcji materiałów

wiążących dla budownictwa (wapna, cementy, gipsy, materiały magnezjowe).

MeO

(Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba): w przemyśle szklarskim jako stabilizatory masy

szkła.

BaSO

Ba(NO

)

BaCl

CaF

: w przemyśle szklarskim do klarowania masy szkła.

Berylowc

Najważniejsze związki berylowców

• Azotan wapniowy – Ca(NO

)

(saletra norweska): ważny

składnik nawozowy gleb:

CaCO

+ 2HNO

→

Ca(NO

)

+ H

O + CO

• Węglik wapnia – CaC

(karbid): podstawowy surowiec do

produkcji cyjanamidku wapnia – CaCN

(azotniaku):

CaO + 3C → CaC

+ CO

CaC

+ N

→

CaCN

+ C

• CaCO

(wapniak), CaO (wapno palone), Ca(OH)

(wapno

gaszone), superfosfaty: sztuczne nawozy wapniowe.

• Magnez – Mg: w stanie surowym stosowany do produkcji stopów

magnezowych

• (Al, Mn i Zn jako główne dodatki), a także jako dodatek do

stopów glinowych.

Najważniejsze związki berylowców

• MeO (Me=Be, Mg, Ca, Sr, Ba): w przemyśle

szklarskim jako stabilizatory masy szkła.

• CaCO

, CaSO

, MgCO

, CaCO

•MgCO

stosowane do produkcji materiałów wiążących

dla budownictwa (wapna, cementy, gipsy,

materiały magnezjowe).

• BaSO

, Ba(NO

)

, BaCl

, CaF

: w przemyśle

szklarskim do klarowania masy szkła.

Cementy

Cement portlandzki  prażenie wapienia (CaCO

) z gliną

1400 K

marglową klinkier (piece obrotowe)  rozdrabnianie

Skład cementu portlandzkiego:

CaO

58 - 66%

MgO 1 - 5%

SiO

18 - 26%

2 - 5%

4 - 12%

Skład fazowy klinkieru :

ALIT

3CaO  SiO

BELIT

2CaO  SiO

CELIT

4CaO  Al

 Fe

Cement portlandzki  prażenie wapienia (CaCO

) z gliną

1400 K

marglową klinkier (piece obrotowe)  rozdrabnianie

Skład cementu portlandzkiego:

CaO

58 - 66%

MgO 1 - 5%

SiO

18 - 26%

2 - 5%

4 - 12%

Skład fazowy klinkieru :

ALIT

3CaO  SiO

BELIT

2CaO  SiO

CELIT

4CaO  Al

 Fe

Zaprawa murarska

Wapno palone (piece wapienne):

1000 - 1200

CaCO

CaO + CO

Gaszenie wapna i produkcja wapna hydratyzowanego:

CaO + H

O = Ca(OH)

H

= -64 kJ/mol

Twardnienie zaprawy murarskiej:

Ca(OH)

+ CO

= CaCO

+ H

CaCO

+ SiO

= CaSiO

+ CO

Wapno palone (piece wapienne):

1000 - 1200

CaCO

CaO + CO

Gaszenie wapna i produkcja wapna hydratyzowanego:

CaO + H

O = Ca(OH)

H

= -64 kJ/mol

Twardnienie zaprawy murarskiej:

Ca(OH)

+ CO

= CaCO

+ H

CaCO

+ SiO

= CaSiO

+ CO

Gips

Gips jako minerał: CaSO

2H

Prażenie gipsu w temp. 130

2(CaSO

 2H

O) = 2(CaSO



O) + 3H

Tężenie gipsu:

2(CaSO



O) + 3H

O = 2(CaSO

 2H

Gips jako minerał: CaSO

2H

Prażenie gipsu w temp. 130

2(CaSO

 2H

O) = 2(CaSO



O) + 3H

Tężenie gipsu:

2(CaSO



O) + 3H

O = 2(CaSO

 2H

WATER SOFTENING

Hard water contains dissolved Ca

and Mg

These form precipitates with soap – bath tub rings.
Most detergents do not work well to remove this.
Also forms deposits in water pipes.

(aq) + 2HCO

(aq)  CaCO

(s) + CO

(g) + H

from dissolved CO

scale

Scale forms on the bottom of teapots, in faucets, on the
walls of hot water pipes and boilers, etc.

Can be removed with acid (e.g., vinegar)

Wodorki - X

Wg Paulinga
jednakowy udział
wiązania jonowego i
kowalencyjnego
pojawia się przy
różnicy
elektroujemności ok.
1.7
W miarę jak różnica
elektroujemności
maleje, wzrasta
tendencja do
tworzenia się wiązań
kowalencyjnych lub
wiązań metalicznych
Wiązania
kowalencyjne
powstają gdy
elektroujemności

pierwiastków
przekraczają wartość
1.8-1.9. Poniżej tej
wartości powstają

wiązania metaliczne

pierwiastków
przekraczają wartość
1.8-1.9. Poniżej tej
wartości powstają

wiązania metaliczne

Tlenki - X

pierwiastków
przekraczają wartość
1.8-1.9. Poniżej tej
wartości powstają

wiązania metaliczne

pierwiastków
przekraczają wartość
1.8-1.9. Poniżej tej
wartości powstają

wiązania metaliczne

Kwasowo-zasadowe własności

tlenków

Kwasowość wzrasta w górę grupy i z lewa na prawo w okresie