Berylowce

Berylowce

to metale ziem alkalicznych, wapniowce; pierwiastki chemiczne występujące w drugiej grupie układu okresowego pierwiastków chemicznych.

magnez

wapń

beryl

stront

bar

rad

Beryl

Występowanie:

• jest pierwiastkiem mało rozpowszechnionym w

skorupie ziemskiej, zajmując 43 miejsce,

• występuje często w kamieniach szlachetnych, np. w szmaragdzie lub akwamarynie.
• wydobywa się go na Dolnym Śląsku.

Otrzymywanie:

• Metale te otrzymuje się przez elektrolizę ich stopionych soli - BeCl2 i BeF2.

Zastosowanie:

• niektóre minerały berylu np. szmaragd, akwamaryn wykorzystywane jako kamienie jubilerskie,
• w produkcji narzędzi chirurgicznych - stopy berylu z niklem ze względu na wytrzymałość, twardość i odporność na korozję,
• w przemyśle samochodowym a także samolotowym,
• do reaktorów atomowych.

Właściwości fizyczne:

• masa atomowa - 9 unitów,
• gęstość - 1,84 g/cm3,
• temp. topnienia - 1300°C,
• trwałość - bardzo twardy metal, kruchy,
• toksyczność - silna trucizna,
• o 1/3 lżejszy od aluminium.

Właściwości chemiczne:

• w związkach chemicznych występuje na +II stopniu utlenienia,
• ulega pasywacji (tworzenie się na powierzchni niektórych metali warstewski tlenku, chroniącej metal przed dalszym utlenianiem),
• aby reakcja berylu z wodą zaszła efektywnie należy podgrzać ją niemal do wrzenia,
• rozcieńczony kwas siarkowy i solny reaguje z berylem w temperaturze pokojowej,
• ze względu na swoje amfoteryczne właściwości, beryl rozpuszcza się w roztworach wodorotlenków metali alkalicznych.

Magnez

Otrzymywanie:

• Magnez można wydzielić z wody morskiej - obecnie jest to najpopularniejsza technika.

Zastosowanie:

• stopy z cynkiem, glinem oraz manganem wykorzystywane są w przemyśle samolotowym (lekkość),
• MgCO3 – magnezyt - do wytwarzania cementu, jako wypełniacz do papieru i farb,
• MgSO4 - jako środek przeczyszczający w medycynie - sól gorzka,
• E504 - w przemyśle spożywczym jako substancja spulchniająca,
• MgO - magnezja palona - proszek biały, nierozpuszczalny w wodzie, który wykorzystuje się np. w ceramice.

Właściwości fizyczne:

• masa atomowa - 24 unity,
• gęstość - 1,74 g/cm3,
• temp. topnienia - 650°C,
• trwałość - miękki i lekki.

Właściwości chemiczne:

• magnez łatwo koroduje,
• ogrzewany w osuszonym powietrzu samoistnie zapala się w 500°C i pali jasnym płomieniem, osiągając temperaturę do 2400°C,
• powoduje rozkład wody (dlatego gasi się go piaskiem).

Występowanie:

• jest obecny w roślinach zielonych (jest składnikiem chlorofilu),
• zawartość magnezu w glebach wynosi od 0,5% do 3,2%,
• można go spotkać w postaci związanej, jako sole i minerały,
• wydobywa się go na Dolnym Śląsku (w postaci magnezytu).

Wapń

Właściwości fizyczne:

• masa atomowa - 40 unitów,
• barwa - srebrzysta,
• gęstość - 1,55 g/cm3,
• temp. topnienia - 850°C,
• trwałość - miękki.

Właściwości chemiczne:

• łatwo ulega utlenieniu.

Występowanie:

• jest metalem bardzo powszechnie występującym w przyrodzie, stanowi 3,4% składu chemicznego skorupy ziemskiej,
• stanowi do 2% składu chemicznego gleb,
• można go spotkać w postaci związanej, jako siarczany (gips), węglany (kreda), fosforany oraz krzemiany. Spełnia nadrzędną funkcję w prawidłowym działaniu żywych organizmów (budulec kości).

Otrzymywanie:

• po raz pierwszy otrzymał go H. Davy w 1808r. z wapna gaszonego,
• w dzisiejszych czasach stosuje się metodę wydzielając ten pierwiastek z CaCl2.

Zastosowanie:

• dawniej stosowano go w postaci białej farby,
• do usuwania wody z substancji organicznych, np. alkoholu, ropy czy benzyny,
• do wytwarzania szkła i cementu (tlenek wapnia),
• w laboratorium jako substancja zobojętniająca w postaci zasady wapniowej,
• jako konserwant środków spożywczych (E203, E213, E263).

Stront

Otrzymywanie:

• W 1855r. Bunsen i Matthiessen otrzymali stront w metalicznej postaci przy zastosowaniu elektrolizy stopionych chlorków strontu oraz amonu.

Zastosowanie:

• celestyn - jako farba malarska (biała),
• w przemyśle pirotechnicznym, ze względu na zabarwianie płomienia na kolor czerwony,
• do produkcji rakiet sygnalizacyjnych,
• jako luminofor (wzmacnia uzyskany obraz),
• dodawany jest do szkła służącego do budowy ekranów telewizyjnych.

Właściwości fizyczne:

• masa atomowa - 87,6 unitów,
• barwa - srebrzysta, lśniąca,
• gęstość - 2,6 g/cm3,
• temp. topnienia - 770°C,
• temp. wrzenia - 1360°C,
• trwałość - miękki,
• toksyczność - uszkadza szpik kostny.

Właściwości chemiczne:

• łatwo ulega utlenieniu,
• na powietrzu ulega pasywacji (tworzy warstewkę tlenku strontu lub jego wodorotlenku),
• rozkłada wodę, z utworzeniem wodorotlenku strontu i wydzieleniem wodoru.

Występowanie:

• występuje w postaci związków, głównie w postaci minerałów takich jak: celestyn (siarczan strontowy SrSO4) i stroncjanit (węglan strontowy SrCO3),
• stanowi składnik organizmów morskich.

Bar

Otrzymywanie:

• metaliczny bar otrzymuje się przez redukcję w wysokiej temperaturze tlenku baru (BaO) za pomocą glinu lub węgla,
• bardzo czysty bar otrzymuje się przez rozkład wodorku baru (BaH2).

Zastosowanie:

• pochłaniacz gazów,
• siarczan baru (BaSO4) używany jest w medycynie ze względu na zdolność pochłaniania promieni rentgenowskich,
• azotan - Ba(NO3)2 i chloran - Ba(ClO3)2 baru używane są do produkcji sztucznych ogni (bar i jego związki barwią płomień palnika na zielony kolor).

Właściwości fizyczne:

• masa atomowa - 137 unitów,
• barwa - srebrzysta,
• gęstość - 3,6 g/cm3,
• temp. topnienia - 725°C
• trwałość - dość twardy,
• toksyczność - silna trucizna.

Właściwości chemiczne:

• w temperaturze pokojowej koroduje przy udziale tlenu i tlenku węgla (IV),
• burzliwie reaguje z wodą,
• podczas ogrzewania na powietrzu ulega spaleniu, z utworzeniem tlenku baru BaO i azotku baru Ba3N2.

Występowanie:

• stanowi 0,04% składu chemicznego skorupy ziemskiej,
• nie jest rozpowszechniony.

Rad

Występowanie:

• występuje w śladowych ilościach w skorupie ziemskiej,
• występuje naturalnie w rudach uranu, w formie tlenku RaO i wodorotlenku Ra(OH)2.

Otrzymywanie:

• został odkryty w 1898r. przez Marię Skłodowską - Curie oraz Piotra Curie (Nagroda Nobla w 1911r.).

Zastosowanie:

• był używany w terapii nowotworowej i do produkcji farb luminescencyjnych. Obecnie rad nie jest już stosowany, ze względu na dużą radioaktywność, powodującą białaczkę u osób uczestniczących w produkcji soli radu.

Właściwości fizyczne:

• masa atomowa - 226 unitów,
• barwa - srebrzysta,
• gęstość - 5 g/cm3,
• temp. topnienia - 960°C,
• temp. wrzenia - 1140°C,
• trwałość - miękki,
• toksyczność - silna trucizna.

Właściwości chemiczne:

• rad oraz jego sole barwią płomień palnika na karminowy kolor,
• jako pierwiastek promieniotwórczy jest nietrwały i rozpada się samoistnie.

Związki kompleksowe

Związki kompleksowe, związki koordynacyjne – związki chemiczne zawierające co najmniej jeden atom centralny, otoczony przez inne atomy lub grupy atomów, zwane ligandami, przy czym co najmniej jedno wiązanie atomu centralnego z ligandem ma charakter wiązania koordynacyjnego.

Najprostsze związki kompleksowe składają się z jonu centralnego i powiązanych z nim ligandów.

Jon centralny jest jonem metalu, najczęściej pierwiastka bloku d np: Cu, Fe, Ni, Co, Ag, Au. Jon centralny jest rdzeniem kompleksu, koordynującym wokół siebie aniony i cząsteczki obojętne.

Ligandy są to grupy atomów połączone wiązaniami koordynacyjnymi z jonem centralnym. Ligandami mogą być: jony nieorganiczne (Cl-, Br-, NO3-), organiczne (CH3COO-, C6H5COO-) albo cząsteczki obojętne mające wolne pary elektronowe (H2O, NH3).

Związki kompleksowe

Tetrahydroksoberylan sodu Na2[Be(OH)4] należy do związków koordynacyjnych, nazywanych także związkami kompleksowymi lub kompleksami.

W jonie [Be(OH)4]2 - jonem centralnym jest Be2+, a ligandami są jony OH-.

Tetrahydroksoberylan sodu

Na2[Be(OH)4]

Tlenek berylu nie roztwarza sie w wodzie. Reaguje natomiast z kwasami i mocnymi zasadami. W czasie reakcji tlenku berylu z zasada sodową powstaje tetrahydroksoberylan sodu.

Beryl reaguje ze stężonymi roztworami zasad, ponieważ wykazuje właściwości amfoteryczne.

Jak reagują berylowce?

Berylowce reagują z tlenem. Magnez w reakcji z tlenem tworzy tlenek magnezu, podobnie jak wapń, natomiast bar i stront utworzą nadtlenki.

Wśród tlenków berylowców tylko tlenek berylu ma właściwości amfoteryczne, pozostałe mają charakter zasadowy. Tlenek berylu – w przeciwieństwie do innych tlenków berylowców – nie reaguje z wodą.

Berylowce łatwo reagują z tlenem, niemetalami, wodą i kwasami, natomiast beryl (z powodu charakteru amfoterycznego) również ze stężonymi zasadami:

Produktami reakcji chemicznych z tlenem są tlenki:

2 Be+ O2→ 2 BeO tlenek berylu

2 Mg + O2→ 2 MgO

2 Ca + O2→2 CaO

2 Sr + O2→ 2 SrO

2 Ba + O2→ 2 BaO

2 Ra + O2→ 2 RaO

Tlenki te mają charakter zasadowy.

Produktami reakcji chemicznych z wodorem są wodorki MH2 (wyjątek stanowią beryl i magnez, które nie reagują z nimi bezpośrednio). Berylowce reagują też z siarką, fluorowcami i azotem, tworząc najczęściej połączenia jonowe.

Ca + H2→ CaH2 wodorek wapnia

Sr + H2→ SrH2 wodorek strontu

Mg + S → MgS siarczek magnezu

Be + S → BeS siarczek berylu

Ca + F2→ CaF2 fluorek wapnia

Mg + Br2→ MgBr2 bromek magnezu

Produktami reakcji chemicznej z wodą są wodorotlenki oraz wodór (beryl i magnez reagują z wodą dopiero po ogrzaniu):

Be + 2 H2O→ Be(OH)2 + H2↑ wodorotlenek berylu

Mg + 2H2O→ Mg(OH)2 + H2↑ wodorotlenek magnezu

Ca + 2H2O→ Ca(OH)2 + H2↑ wodorotlenek wapnia

Produktami reakcji chemicznych z kwasami są sole (berylowce wypierają wodór z kwasów):

Mg + 2HCl→ MgCl2 + H2↑ chlorek magnezu

Ca + H2SO4→ CaSO4 + H2↑ siarczan VI wapnia

Ba + H2CO3→ BaCO3 + H2↑ węglan baru

Reakcja berylu ze stężonym wodorotlenkiem sodu:

Be + 2NaOH + 2 H2O→ Na2[Be(OH)4] + H2↑

Konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej berylowców

Beryl --> 2s2

Magnez --> 3s2

Wapń --> 4s2

Stront --> 5s2

Bar --> 6s2

Rad --> 7s2

Bibliografia

• M. Litwin, S. Styka-Wlazło, J. Szymońska "To jest chemia 1" - zakres rozszerzony
• https://pl.wikipedia.org/wiki/Berylowce
• https://pl.wikipedia.org/wiki/Beryl_(pierwiastek)
• https://pl.wikipedia.org/wiki/Magnez
• https://pl.wikipedia.org/wiki/Wap%C5%84
• https://pl.wikipedia.org/wiki/Stront
• https://pl.wikipedia.org/wiki/Bar_(pierwiastek)
• https://pl.wikipedia.org/wiki/Rad_(pierwiastek)
• http://chemia.wpt.kpswjg.pl/semestr1/temat9/temat9.html