BERYLOWCE, METALE ZIEM ALKALICZNYCH

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra ns2

Stopień utlenienia +II, jony typu M2+

Be-wiązania kowalencyjne

Pozostałe pierwiastki- wiązania jonowe

Mniej reaktywne od metali alkalicznych

Atomy i jony berylowców:

-mniejsze od atomów i jonów litowców

-większa gęstość i twardość

-wyższe temperatury topnienia

-wyższe energie jonizacji od litowców

Występowanie

Be -6*10-4 % Mg- 2,1% Ca – 3,6% Sr i Ba – ok. 10-2%

Ra: śladowe ilości (ok. 6*10-7ppm) w rudach uranu

Be: nieliczne i rzadko występujące minerały np. glinokrzemian Be3Al2[Si6O18] – beryl

Mg: oliwin (Mg,Fe)2SiO4

Serpentyn Mg6(OH)8(Si4O10)

Magnezyt MgCO3

Dolomit CaCO3*MgCO3

Kizeryt MgSO₄* H₂O

Kainit i karnalit KCl*MgSO4*3H2O , KCl*MgCl₂*6H2O

-woda morska do 0,5%

-chlorofil – zielony barwnik roślin, Mg – jeden ze składników

Ca: krzemiany, glinokrzemiany, węglany, siarczany

CaCO3 – kalcyt, aragonit – składniki wapieni, kredy i marmuru

CaSO4 – anhydryt

CaSO4*2H20 – gips

Ca3(PO4)2 – fosforyt

CaF2 – fluoryt

Sr i Ba siarczany SrSO4 – celestyn, BaSO4 – baryt

Węglany SrCO3 – stroncjanit, BaCO3 – witeryt

Ra: produkt radioaktywnego rozpadu uranu, najbogatszy minerał w rad – blenda smolista, 100kg blendy – ok.0,14 g Ra

Otrzymywanie:

-elektroliza stopionych soli chlorków lub fluorków

Be: BeCl2 + NaCl 350C 2BeO*5BeF2 1400C

Mg: MgCl2 + NaCl + CaCl2 700C

Także redukcja MgO węglem:

MgO + C = Mg + CO 2000C

Ca: CaCl2, CaF2

Także – prażenie tlenku wapnia z glinem bez dostępu powietrza

3CaO + 2Al = Al2O3 + 3Ca

Sr, Ba

SrCl2, BacL2

Także redukcja BaO (wysoka temp.) Glinem lub węglem

Bardzo czysty Ba – rozkład wodorku baru BaH2

Własności fizyczne:

-metale (srebrzyste, srebrzystobiałe)

-miękkie, lekkie, łatwo topliwe

Be: kruchy (temp. pok.) ciągliwy (temp. Ciemnego żaru)

Mg: najlżejszy materiał użytkowy (d=1,74 g/cm3)

Zabarwienie płomienia:

Ca-ceglastoczerwony

Sr- karminowy

Ba-zielony

Ra –karminowoczerwony

Związki Be, Ba – toksyczne

Właściwości chemiczne:

-aktywność chemiczna rośnie od Be do Ra

Be: wł. Amfoteryczne

- w wilgotnej atmosferze – pokrywa się cienką warstwą ochronną tlenku,

- z wodą nie reaguje nawet w podwyższonej temperaturze

Mg, Ca, Ba, Sr, Ra – silne właściwości zasadowe i metaliczne

Reagują z tlenem

Ca, SR, Ba, Ra – w temp. pokojowej przechowywane pod warstwą nafty

Mg- szybko matowieje (atmosfera wilgotna powietrza)

Tworzy się MgO lub Mg(OH)2

Reagują z wodą

Mg – po podgrzaniu >70C

Ca, Sr, Ba, Ra – w temp. Pokojowej

M + 2H20 -> M(OH)2 + H2, M- metal ziem alkalicznych

Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra

Reagują z kwasami wydzielając H2 i tworząc odpowiednie sole

Wyjątki:

- na Be nie działa HNO3 – pasywacja

-na Mg nie działa HF

Zastosowanie:

Be

Składnik materiałów:

-Pojazdy kosmiczne, moderatory w reaktorach atomowych, osłony na pręty paliwowe (silnie pochłania neutrony)

- w lampach rentgenowskich

- składnik stopów, np. brąz berylowy (Be + Cu)

Mg

-składnik lekkich stopów nie ulegających działaniu alkali

Np. stop elektron (90% Mg + Al, Zn, Mn, Cu)

- materiał konstrukcyjny

Ca, Ba, Sr

- w stanie wolnym – brak większego znaczenia technicznego

Związki chemiczne

Wodorki, MH2

-bezbarwne ciała stałe

-BeH2, MgH2 – charakter jonowo-kowalencyjny

-CaH2, SrH2, BaH2 – typu soli

CaH2 – stosowany niekiedy do otrzymywania H2

CaH2 + 2H2O = Ca(OH)2 + 2H2

Fluorowcopochodne, MX2

BeF2

-kowalencyjny

-dobrze rozpuszczalny w wodzie

-ulega hydrolizie

-po stopieniu zastyga w postaci szkliwa

BeCl2

-kowalencyjny

-dobrze rozpuszczalny w wodzie

-wydzielany z roztworów w postaci uwodnionej: [Be(H2O)4]Cl2

MgF2, SrF2, CaF2, BaF2

-jonowe

-trudno rozpuszczalne w wodzie

Mg, Ca, Sr, Ba – chlorki, bromki, jodki

-dobrze rozpuszczalne w wodzie

MgCl2

-otrzymywany z karnalitu

-bezwodny MgCl2 – silnie higroskopijny

-podczas ogrzewania ->tlenochlorek

2MgCl2 + H2O = Mg2OCl2 + 2HCl

-składnik cementu Sorela (MgCl2 + MgO -> tlenochlorek)

CaCl2

-produkt odpadowy w procesie Solvaya

-silnie higroskopijny (do osuszania gazów przemysłowych)

-rozpuszcza się w wodzie z wydzieleniem ciepła

-z roztworów - wypada w postaci CaCl2*6H2O

-do sporządzania mieszanin oziębiających

CaCl2*6H2O + lód t-- 55C

Tlenki, MO

- wysokie temperatury topnienia ok. 2000C

-otrzymywanie – rozkład termiczny:

Węglanów, azotanów (V), szczawianów, wodorotlenków

BeO – nie reaguje z H2O

MgO – reaguje z H2O, gdy silnie rozwinięta powierzchnia

CaO, SrO, BaO – reagują z H2O

MO + H2O = M(OH)2

CaO + H2O = Ca(OH)2 + 15,2 kcal (gaszenie wapna)

CaO

Otrzymywanie:

1. Rozkład wapieni, 900C

CaCO3 -> CaO + CO2, CaO – tzw. wapno palone (budownictwo, przemysł chemiczny, szklarski)

1. Prażenie szczawianu (metoda laboratoryjna)

Ca(COO)2 (temp.) -> CaCO3 + CO

CaCO3 (temp.) -> CaO + CO2

Nadtlenki berylowców, MO2

Be – nie tworzy

BaO2, najważniejszy

BaO + O2 (500C) -> BaO2 c. stałe

BaO2 + 2H+(kwas) = Ba2+ +H2O2

Wodorotlenki

-rozpuszczalność – rośnie od Be do Ba

- moc – rośnie od Be do Ba

Be(OH)2 – H2BeO2, amfoteryczny

Ba(OH)2 – najsilniejsza zasada

Be(OH)2

-otrzymywanie i rozpuszczanie w kwasach

Be2+ +2H2O ->2H+<- Be(OH)2 ->2OH-<- Be(OH)4 (2-) -2H2O

(Be2+)- sól BeO2 (2-) (anion berylanowy)

Na2BeO2 – berylan sodu, K2BeO2 – berylan potasu

Ca(OH)2

-nieznacznie rozpuszczalny w wodzie

-wodne nasycone roztwory to wody wapienne

-reaguje z CO2

Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O twardnienie zaprawy murarskiej

-zastosowanie:

Cukrownictwo – oczyszczanie soku buraczanego; garbarstwo; wytwarzanie wapna chlorowanego

Ba(OH)2

- r-r wodny nasycony, tzw. woda barytowa (silna zasada)

Sole kwasów tlenowych

CaCo3, MgCO3, SrSO3, BaCO3

- trudno rozpuszczalne w wodzie

- w trakcie ogrzewania – rozkład, najbardziej trwały BaCO3

MCO3 (T) -> MO + CO2

BeCO3 (100C) -> BeO + CO2

BaCO3 (1350C) -> BaO + CO2

- w obecności CO2 przechodzą do roztworów w postaci wodorowęglanów

MCO3 + H2O + CO2 -><- M(HCO3)2

Np. CaCO3 + H2O + CO2 -><- Ca(HCO3)2

-reakcja odwracalna

Obniżenie stężenie CO2 w roztworze poprzez zagotowanie -> wytrącenie obojętnego węglanu

Stalaktyty i stalagmity – powstawanie

Wody podziemne zwierające CO2 rozpuszczają skały wapienne -> na powierzchni tracą CO2 i wydziela się węglan (CaCo3)

CaCO3

-dobrze rozpuszczalny w NH4Cl

CaCO3 + 2NH4Cl = CaCl2 + 2NH3 + H2O + CO2

Twardość wody:

-obecność soli Ca i Mg w wodzie

Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, MCl2

-nietrwała (przemijająca, węglanowa) – wodorowęglany

-trwała – sole innych kwasów (głównie siarczany, chlorki, azotany)

Ogólna twardość wody – suma twardości węglanowej i trwałej

Twardość wody – usuwanie

Metody chemiczne

Sodowa

Ca(HCO3)2 + Na2CO3 -> CaCO3 + 2NaHCO3

CaSO4 + Na2CO3 -> CaCO3 + Na2SO4

Fosforanowa

3 Ca(HCO3)2 + 2 Na3PO4 -> Ca3(PO4)2 + 6 NaHCO3

3 CaSO4 + 2 Na3PO4 -> Ca3(PO4)2 + 3Na2SO4

MgSO4 + 2Na3PO4 -> Mg3(PO4)2 + 3Na2SO4

Wapienna

Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 -> CaCO3 + MgCO3 + 2H20

Za pomocą mydła

Ca(HCO3)2 + 2C17H35COONa -> (C17H35COO)2Ca + 2NaHCO3

Zmiękczanie wody:

Wymieniacze jonowe, typu:

-glinokrzemiany sztuczne (permutyty) NaAlSiO4*2H2O

-żywice syntetyczne – kationity, anionity

Wymieniacz jonowy

-zatrzymuje jony Ca2+ i Mg2+ z wody, wprowadza w ich miejsce jony Na+ lub H+ (kationit), lub

-wymienia reszty kwasowe na OH- (anionit)

Skale twardości wody

-stopnie niemieckie

1st.n = 10 mg CaO/1 dm3 H2O

1st.n – 17,86 mg CaCO3/1 dm3 H2O

Obecnie:

1st. Twardości = 1mval (milival, miligramorównoważnik) dowolnej soli/dm3 H2O nadającej wodzie twardość

Np.

1mval = 0,5 milimol jonów Ca2+ /dm3 H2O

1 mval = 50 mg CaCo3 /dm3 H20

1st=2,8st.n

<3st.n – woda miękka

>30st.n – woda twarda

Przemysł Ca

Przemysł Mg