VII. BERYLOWCE (metale ziem alkalicznych)

1. Właściwości ogólne

Struktura elektronowa s² → + 2 stopień utlenienia

	Be Mg Ca Sr Ba Ra
Gęstość kg/dm^3	1,86 1,74 1,54 2,60 3,74 5,0
Elektroujemność	1,47 1,23 1,04 0,99 0,97 0,97
Promień atom., pm	105 150 180 200 215 235
Potencjał stand., E^o Me^2+/Me, V	-1,85 -2,36 -2,87 -2,89 -2,91 -2,92

Wspólne cechy:

- metale o barwie srebrzystej,

- gęstość i twardość większa niż pierwiastków pierwszej grupy,

wyższe t. topn. i wrzenia,

- występują tylko na +2 stopniu utlenienia,

- Me²⁺ → 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 MeO₂,

- z wyjątkiem berylu ich tlenki tworzą silne zasady:

MeO + H₂O = Me(OH)₂

Me(OH)₂ → Me²⁺ + 2OH^-

Wodorotlenek berylu jest amfoteryczny !

H⁺ OH^-

Be²⁺ + 2H₂O ⇔ Be(OH)₂ ⇔ [Be(OH)₄]^2-

↓

berylany

Rozpuszczalność wodorotlenków w wodzie (25^oC):

Wodorotlenek	Be(OH)2	Mg(OH)2	Ca(OH)2	Sr(OH)2	Ba(OH)2
Rozpuszczalność, g wodorotlenku w 100 g roztworu	2 ⋅ 10^-5	2 ⋅ 10^-3	0,13	0,82	3,8

wzrost rozpuszczalności

Wodny roztwór Ca(OH)₂ - woda wapienna

Zawiesina wodna Ca(OH)₂ - mleko wapienne

Roztwarzalność metali w wodzie :

Beryl - nie roztwarza się

Pozostałe - roztwarzają się:

Me + 2H₂O = Me²⁺ + 2OH^- + H₂

Mg - na gorąco

Pozostałe - na zimno

2. Występowanie w przyrodzie i otrzymywanie

Rozpowszechnienie:

Be 6 ⋅ 10^-4 % Mg 2,09 %

Ca 3,63 % Sr, Ba ~ 10^-2 %

Ra 0,14 g w 100 kg blendy smolistej

Minerały:

Be	Beryl	3BeO ⋅ Al2O3 ⋅6SiO2 - glinokrzemian
Mg	Dolomit Magnezyt Azbest Karnalit	(Ca,Mg)CO3 MgCO3 3MgO ⋅ SiO2 ⋅ 2H2O KCl ⋅ MgCl2 ⋅6H2O
Ca	Gips Anhydryt Kalcyt, Aragonit Kreda	CaSO4 ⋅ 2H2O CaSO4 CaCO3 CaCO3 → mikrokrystaliczny, pochodzenia zwierzęcego
Sr	Celestyn Stroncjanit	SrSO4 SrCO3
Ba	Baryt Witeryt	BaSO4 BaCO3
Ra	Blenda smolista	0,14 g Ra/100 kg U

Otrzymywanie w stanie metalicznym - bardzo utrudnione →

elektroliza stopionych soli lub użycie bardzo silnych reduktorów

Beryl - elektroliza BeCl₂ + NaCl (stopiona mieszanina)

Zastosowanie → jako moderator pochłaniający neutrony

Magnez - podobnie tj. elektroliza stopionej mieszaniny:

MgCl₂ + NaCl

lub: MgO + C = Mg + CO (2300 K)

Jest to najlżejszy metal użyteczny (d = 1,74 kg/dm³)

Stop zawierający 96% Mg to tzw. ELEKTRON

Wapń, stront, bar - ich otrzymywanie nie ma większego znaczenia praktycznego

Ca i Sr → elektroliza stopionych chlorków

Ba: 3BaO + 2Al = Al₂O₃ + 3Ba

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

3. Związki berylowców z wodorem

Wszystkie tworzą wodorki → XH₂

BeH₂, MgH₂ → o charakterze kowalencyjnym

CaH₂, SrH₂, BaH₂ → o charakterze jonowym

CaH₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + 2H₂

4. Sole

Berylowce z kwasami tworzą sole o charakterze jonowym. Jedynie beryl tworzy wiązania o charakterze kowalencyjnym.

Sole z Cl^-, Br^-, I^-, NO₃^- → dobrze rozpuszczalne w wodzie

Sole z SO₄^2-, CO₃^2-, F^-, PO₄^3-, CrO₄^2- → źle rozpuszczalne w wodzie

Przykłady soli:

MgCl₂ - dichlorek magnezu

CaF₂ - difluorek wapnia

CaCO₃ - węglan wapnia

Ca₃(PO₄)₂ - fosforan wapnia

SrCrO₄ - chromian strontu

BaSO₄ - siarczan baru

Rozpuszczalność siarczanów maleje ze wzrostem masy atomowej berylowca:

Siarczan	MgSO4	CaSO4	SrSO4	BaSO4
rozpuszczalność w temp. 20^oC, g MSO4 w 1 dm^3 r-ru	35,6	0,202	0,014	0,00022

Węglany:

Ca²⁺ + CO₃^2- = CaCO_3↓

Węglan wapnia nie roztwarza się w wodzie, ale w obecności CO₂ zachodzi reakcja:

CaCO₃ + CO₂ + H₂O = Ca²⁺ + 2HCO₃^-

Łatwo ulegają rozkładowi termicznemu:

MeCO₃ = MeO + CO₂

Węglan	BeCO3	MgCO3	CaCO3	SrCO3	BaCO3
temperatura rozkładu, K	373	813	1173	1423	1623

Węgliki

wysoka

Me + 2C MeC₂

temp.

CaC₂ = karbid

CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + C₂H₂

↓

acetylen

5. Twardość wody

Woda twarda i miękka.

Twardość jest spowodowana obecnością w wodzie jonów Ca²⁺, Mg²⁺, HCO₃ ^-, Cl^- i SO₄^2-.

Woda twarda + mydło

+ proszki do prania

Gotowanie wody - usuwanie twardości przemijającej:

Ca(HCO₃)₂ = CaCO₃ + CO₂ + H₂O

↓

kamień kotłowy

Twardość trwała pochodzi głównie od CaSO₄

Stopnie twardości - ^oN, ^oFe, ^oAng, ^oUSA:

podst. jednostka to liczba moli Mg²⁺ (Ca²⁺) w 1 m³ wody.

Usuwanie twardości wody:

1^o Polifosforany (Na₅P₃O₁₀)

[P₃O₁₀]^5- + Ca²⁺ = [CaP₃O₁₀]^3-

2^o Wymieniacze jonowe

2 [~ SO₃^- H⁺] + Ca²⁺ = [(~SO₃^- )₂Ca²⁺] + 2H⁺

6. Cementy

Cement portlandzki → prażenie wapienia (CaCO₃) z gliną

1400 K

marglową klinkier (piece obrotowe) → rozdrabnianie

Skład cementu portlandzkiego:

CaO 58 - 66% MgO 1 - 5%

SiO₂ 18 - 26% Fe₂O₃ 2 - 5%

Al₂O₃ 4 - 12%

Skład fazowy klinkieru :

ALIT 3CaO ⋅ SiO₂

BELIT 2CaO ⋅ SiO₂

CELIT 4CaO ⋅ Al₂O₃ ⋅ Fe₂O₃

Inny cement to cement hutniczy → mielenie żużla wielkopiecowego
z klinkierem portlandzkim

Tężenie cementu → ALIT

3CaO ⋅ SiO₂ + xH₂O = 3CaO ⋅ SiO₂ ⋅ xH₂O

7. Zaprawa murarska

Wapno palone (piece wapienne):

1000 - 1200^oC

CaCO₃ CaO + CO₂

Gaszenie wapna i produkcja wapna hydratyzowanego:

CaO + H₂O = Ca(OH)₂ ΔH^o = -64 kJ/mol

Twardnienie zaprawy murarskiej:

Ca(OH)₂ + CO₂ = CaCO₃ + H₂O

CaCO₃ + SiO₂ = CaSiO₃ + CO₂

8. Gips

Gips jako minerał: CaSO₄ ⋅2H₂O

Prażenie w 130^oC:

2(CaSO₄ ⋅ 2H₂O) = 2(CaSO₄ ⋅ ¹/₂ H₂O) + 3H₂O

Tężenie:

2(CaSO₄ ⋅ ¹/₂ H₂O) + 3H₂O = 2(CaSO₄ ⋅ 2H₂O)

Koniec rozdz. VIII

Władysław Walkowiak Wykład - Chemia Nieorganiczna

9/14

ChN_Wykład 8_VIII. Berylowce

---