Ключевые слова: физические и химические свойства металлов, оксиды, гидроксиды, соли металлов IIА группы. Жесткость воды, устранение жесткости.
В главную подгруппу II группы входят металлы бериллий Ве, магний Mg и щелочноземельные металлы кальций Са, стронций Sr, барий Ва. Электронное строение этих металлов:
12Mg 2s22p63s2 - радиус атомов увеличивается
20Ca …3s23p64s2 - прочность связи электрона внешнего
38Sr …4s24p65s2 слоя с ядром уменьшается
56Ba …5s25p66s2 - способность атомов к отдаче электрона
(т.е. восстановительные св-ва) усиливаются
Физические свойства.В свободном состоянии магний и щелочноземельные металлы представляют собой серебристо-белые вещества, более твердые, чем щелочные металлы.
Нахождение в природе.Как и щелочные металлы, магний и щелочноземельные металлы в природе встречаются только в виде соединений. Их природные соединения: CaCO3∙MgCO3 –доломит; MgCO3 –магнезит; KCl∙MgCl2· 6Н2O – карналлит; MgSO4·7Н2O – горькая (английская) соль; CaCO3 - кальцит (известняк, мел, мрамор); СаF2 – флюорит; Ca3(PO4)2 – фосфорит; BaSO4 - барит.
tº
Химические свойства.По химическим свойствам щелочноземельные металлы очень похожи на щелочные металлы, а магний имеет существенные отличия. Во всех реакциях магний и щелочноземельные металлы играют роль восстановителей и окисляются с образованием различных ионных соединений, содержащих ионы этих металлов с зарядом +2. Щелочноземельные металлы уже при обычных условиях окисляются кислородом воздуха, а магний сгорает на воздухе при нагревании до 600ºС, в результате образуются оксиды:
2Са + O2 → 2СаO; 2Mg + O2 → 2MgO
tº
tº
Все рассматриваемые металлы при определенных условиях взаимодействуют с галогенами, серой, азотом, водородом:
Mg + Cl2 → MgCl2; Ca + H2 → CaH2; 3 Mg + N2 → Mg 3N2
Щелочноземельные металлы активно взаимодействуют с холодной водой, а магний реагирует только с кипящей водой:
Са + 2Н2O → Са(OH)2 + Н2 ↑
Соединения s- металлов и их применение.Оксиды s-металлов – типичные основные оксиды. За исключением оксидов бериллия и магния оксиды, пероксиды остальных элементов легко реагируют с водой, образуя сильнощелочные растворы: BaO2 + 2H2O → Ba(OH)2 + H2O2
CaO – негашеная известь. Негашеная жженая известь применяется в строительстве: приготовление известкового раствора, исходный продукт для получения СаС2 и NН3, используется в качестве добавки в процессе переработки руды, компонент цемента, удобрение.
CaO + H2O → Са(ОН)2 + 65 кДж (гашение извести).
Сульфат кальция- CaSO4 – применяется при производстве алебастра, состоящего из CaSO4 · 0,5H2O и высокодисперсного CaSO4. Его получают частичным обезвоживанием (при 160ºС) гипса CaSO4·2H2О. При добавлении воды к алебастру снова образуется CaSO4·2Н2O, кристаллы которого переплетаются, образуя прочную массу:
CaSO4·0,5Н2О + 1,5Н2O → CaSO4 · 2H2O
На этом свойстве основано использование алебастра в строительстве, а также в медицинской практике для накладывания гипсовых повязок.
Растворимые соли кальция и магния (CaSO4, MgCl2, MgSO4, CaSO4, Са(НСО3)2 и т.д.) обусловливает жесткость воды, которая выражается в мг-экв/л. Вода с жесткостью меньше 4 мг-экв/л считается мягкой, а выше 12 мг-экв/л - очень жесткой. Различают временную и постоянную жесткость воды.
Гидрокарбонат кальция Са(НСO3)2 и гидрокарбонат магния - Mg(НСO3)2 обуславливают временную (карбонатную) жесткостьводы. Образование гидрокарбоната кальция в природных условиях имеет место, когда породы, содержащие СаСО3, подвергаются воздействию воды и растворенного в ней углекислого газа СO2:
tº
СаСО3 + Н2O + СO2 → Са(НСО3)2
Удалить временную жесткость воды можно несколькими способами:
1) кипячение: Са(НСO3)2 → CaCO3 + CO2↑ + H2O;
2) известковый способ: Са(ОН)2 + Mg(НСО3)2 → MgCO3 + CaCO3;
3) содовый способ: Ca(HCO3)2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaHCO3;
4) щелочной способ: Ca(HCO3)2+2NaOH → CaCO3+Na2CO3+2H2O.
Растворимые кальциевые и магниевые соли сильных кислот обусловливаютнекарбонатную или постоянную жесткость.Методы устранения постоянной жесткости:
CaSO4 + Na2CO3 = CaCО3↓ +Na2 SO4;
CaCl2 + Na2CO3 = CaCО3↓+ 2NaCl
MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3↓ + 2NaCl;
MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(ОH)2↓ + CaSO4
MgCl2 + Ca(OH)2= Mg(OH)2↓ + CaCl2
MgSO4 + 2NaOH = Mg(OH)2↓ + 2Na2SO4
Контрольные вопросы:
1. Общая характеристика элементов IIA гр.
2. Основные соединения кальция.
3. Чем обусловлена жесткость воды? Виды жесткости.
4. Способы умягчения воды.
Список рекомендуемой литературы:
1. Глинка Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: КНОРУС, 2009. - С. 623 - 635.
2. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направл. и спец. вузов - 7-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2006. - С. 358 - 362.
Е.А. Буйлова, Д.Р. Галиева