ЕXAMCHEMISTRY

Готовимся к сдаче ЕГЭ по химии

Общая характеристика подгруппы

Групповое сходство элементов обусловлено наличием 2-х спаренных электронов на внешнем электронном слое и заключается в следующем:

- постоянная валентность II

- постоянная степень окисления +2

- легкость образования 2-зарядных ионов Me⁺²

С ростом заряда ядра и радиуса атомов свойства элементов за­кономерно изменяются:

- энергия ионизации Е_ион уменьшается

- сродство атомов к электрону уменьшается

- электроотрицательность уменьшается

- металлические свойства усиливаются

По важнейшим атомным характеристикам и по физико-химическим свойствам металлов и их соединений наибольшим сходством между собой обладают Са, Sr , Ba , имеющие общее название - щелочноземельные металлы. Эти элементы имеют практически одинаковые значения ЭО, находятся рядом в электрохимическом ряду напряжений; химическая активность в целом от Са к Ва возрастает незначительно; они во многих отношениях сходны со щелочными металлами.

Среди s²-элементов резко выделяется бериллий, который обнаруживает более значительное сходство с алюминием (диагональное сходство). По распространенности в природе и по практической значимости важнейшими элементами являются Са и Mg.
В свободном состоянии в виде простых веществ все s²-элементы - белые твердые вещества с металлическим блеском на срезе, обладающие всеми общими свойствами металлов. Лишь бериллий хрупкий и плохо поддается обработке.

Характеристические соединения

Магний

₁₂Mg [Ne]3s²

Ar 24.305

Изотопы ²⁴Mg (78.60 %)

²⁵Mg (10.11 %)

²⁶Mg (11.29 %)

ЭО 1.2

E° -2,37 В

Кларк в земной коре 2,35 % по массе. В свободном виде не встречается. Является одним из самых распространенных породообразующих элементов (более 200 минералов). Основные из них:
- магнезит MgCO₃
- доломит СаСО₃ • МgСО₃
- карналлит КСl • МgСl₂ • 6Н₂O
- горькая (английская) соль MgS0₄• 7H₂O В виде катионов Mg²⁺ находится в природных водах (в 1 м³ морской воды содержится около 1 кг Mg²⁺). Наряду с ионами Са²⁺обусловливает жесткость воды.

Магний и его соединения играют важную роль в биологических процессах. В качестве комплексообразователя Mg входит в молекулы хлорофилла, а также в другие важные биокомплексы.
Магний - единственный элемент гл. подгр. II группы, применяемый в сравнительно больших количествах в металлическом состоянии (как свободный металл).

Физические свойства

В чистом виде магний - блестящий серебристобелый металл, быстро тускнеющий на воздухе вследствие окисления. Это легкий, относительно мягкий и пластичный металл, легкоплавкий и обладающий хорошей электропроводностью. В сплавах с Al является основным конструкционным материалом в авиа-, судо- и ракетостроении.

Способы получения

1. Электролитический (основной). Электролизу подвергают тщательно обезвоженный расплав хлорида магния (t ≈ 800°C):

MgCl₂ = Mg + Cl₂↑

2. Карботермический (t ˃ 2000°C)

MgO + С = Mg↑(пары) + СО ↑

Химические свойства

Mg - химически активный металл, особенно в порошкообразном состоянии или в виде ленты. Во всех реакциях магний ведет себя как очень сильный восстановитель:

Mg - 2e^- → Mg²⁺.

Как и другие активные металлы, Mg взаимодействует с кислотами, растворами солей менее активных металлов, со многими неметаллами. Ниже приведены реакции, в которых проявляются некоторые особенности химического поведения магния.

Взаимодействие с кислородом и азотом при горении на воздухе

Реакция сопровождается выделением болышого количества энергии. в т. ч в виде света. При этом ослепительно белое пламя обогащено фотохимически активными лучами (магниевая вспышка).

Происходит одновременное образование оксида и нитрида:

2Мg + О₂ = 2МgО

ЗМg + N₂ = Mg₃N₂

Взаимодействие с водой

При обычной температуре Мg с водой не реагирует, так как сразу покрывается плотной пленкой - нерастворимым в воде Мg(ОН)₂

1) Мg активно реагирует с кипящей водой:

Мg+ 2Н₂O = Мg(ОН)₂ + H₂↑

2) особенно активно реагирует с водяным паром (Т > 380°С), поэтому совершенно недопустимо тушить горящий Мg водой - это может привести к взрыву.

3) Мд легко растворяется в воде в присутствии NH4CI:

Mg + 2Н₂O+ 2NH₄Cl = MgCl₂ + H₂↑ + 2NH₃•Н₂O

Протеканию реакции способствует кислая среда, образующаяся в результате гидролиза NH₄Cl

Взаимодействие с углекислым газом и др. оксидами

Благодаря сильному сродству к кислороду Мg отнимает его у многих оксидов, например, зажженный Мg продолжает гореть в атмосфере CO₂ восстанавливая его до свободного углерода:

2Мg + CO₂ = 2МgО + С

Взаимодействие с оксидами и солями металлов

См. «Основные способы получения металлов. Магнийтермия».

Взаимодействие с галогенопроизводными УВ (в среде безводного эфира)

Мg + С₂Н₅Сl → С₂Н₅-Мg-Сl этилмагнийхлорид

Мg + С₆Н₅Br → С₆Н₅-Мg-Br фенилмагнийбромид

Образующиеся Мg-органические соединения носят общее название реактивов Гриньяра и широко используются в органическом синтезе.

Кальций

₂₀Ca [Ar]4s²

Аr 40.08

Основные изотопы:

⁴⁰Са (96.94 %)

⁴⁴Са (2.09 %)

⁴²2Са (0.667 %)

ЭО 1.0

Е° -2.86 В

Один из основных породообразующих элементов; входит в состав многочисленных минералов в виде соединений:

- СаСО₃ (мел, мрамор, известняк)

- СаСО₃ • МgСО₃ (доломит)

- CaSO₄ (ангидрит)

- CaSO₄• 2Н₂O (гипс)

Химические свойства

Кальций - один из самых активных металлов; во всех реакциях участвует как сильный восстановитель:

Са° - 2e^- → Са²⁺

1 . Взаимодействие с простыми веществами - неметаллами

а) при горении на воздухе образуется преимущественно оксид;

2Са + O₂ = 2СаО оксид

б) при Т - 500° частично происходит реакция с азотом:

ЗСа + N₂ = Ca₃N₂ нитрид

Са + Cl₂ = CaCI₂ хлорид

в) взаимодействие с серой, фосфором, углеродом, кремнием:

Са + S = CaS сульфид

ЗСа + 2Р = Са₃Р₂ фосфид

Са + 2С = СаС₂ карбид

Са + 2Si = CaSi ₂ силицид

г) нагревание в струе Н₂ сопровожда­ется воспламенением:

Са + Н₂ = СаН₂ гидрид

2. Взаимодействие с водой и кислотами с выделением Н₂

(кроме HF и Н₃РO₄, из-за нерастворимости фторида CaF₂ и фосфата Са₃(РO₄)₂)

Са +2Н₂O = Са(ОН)₂ + Н₂;

Са + 2HCl = СаСl₂ + Н₂

Са + 2СН₃СООН → (СН₃СОО)₂Са+ H₂;

3. Взаимодействие с азотной и концентрированной серной кислотами

4Са +10HNO_3(разб) = 4Ca(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + 3H₂O

5Са + 12HNO_3(конц) = 5Ca(NO₃)₂ + N₂ + 6Н₂O

ЗСа + 4H₂SO_4(конц) = 3CaSO₄ + S + 4Н₂O