Berylowce.doc

Berylowce- (metale ziem alkalicznych) - pierwiastki chemiczne występujące w drugiej grupie układu okresowego pierwiastków. Są to beryl, magnez, wapń, stront, bar i rad. Wszystkie są dwuwartościowe. Wszystkie berylowce są metalami o srebrzystym połysku. Pierwiastki należące do tej grupy są miękkie, lekkie i łatwo topliwe. Miękkość i topliwość rośnie z kolejnymi okresami w grupie. Wszystkie berylowce są ciałami stałymi. Występują na +II stopniu utlenienia. Zgodnie z położeniem w układzie okresowym są bardzo aktywne, ponieważ mają w powłoce zewnętrznej 2 elektrony walencyjne (łatwo je oddają tworząc 2+ kationy). Łatwo ulegają utlenieniu (beryl i magnez pokrywają się ochronną warstwą tlenku). Rozkładają wodę (oprócz berylu), a pod jej wpływem przechodzą w silne zasady. Ich sole mają duże znaczenie praktyczne. W przyrodzie występują w stanie związanym-głównie jako minerały. Magnez i wapń należą do pierwiastków pospolitych, pozostałe są dosyć rzadkie.

Berylowce  to silnie elektrododatnie metale, tworzą tlenki zasadowe MeO, które pod działaniem wody przechodzą w silne zasady Me(OH)2.  Są jednak mniej reaktywne niż litowce. Tylko wodorotlenek wapnia należy do silnych zasad. Są to lekkie metale, twardsze niż litowce. Z wodorem tworzą jonowe wodorki (wodór jako jon H-), które w reakcji z wodą dają odpowiedni wodorotlenek i H2.

W przyrodzie w stanie wolnym nie występują. W wysokiej temperaturze tworzą pary, barwiące płomień na charakterystyczny dla danego pierwiastka kolor:
Ca –   ceglastoczerwony  
Ba –    zielony                  
Sr –   fioletowoczerwony 

Beryl, jako pierwszy z grupy, najbardziej odbiega właściwościami od właściwości pozostałych pierwiastków tej grupy. Wśród pozostałych pierwiastków magnez wykazuje pewne cechy indywidualne (tworzenie wiązań z węglem w tzw. związkach Grignarda) a pozostałe pierwiastki tworzą grupę blisko spokrewnionych chemicznie pierwiastków dwuwartościowych o silnie zasadowym charakterze, tworzących związki prawie wyłącznie o jonowym charakterze. Do soli trudno rozpuszczalnych należą fluorki, węglany, siarczany(VI) i fosforany. Siarczany berylu i magnezu są dość dobrze rozpuszczalne w wodzie.

Beryl (Be)

Masa atomowa: 9u

Konfiguracja elektronowa:  

1 s2    2s2

Grupa:2

Okres: 2

Jest to metal bardzo twardy. Został odkryty przez Louisa Vauquelina w 1798 r. Jego gęstość wynosi 1,84g/cm3    jest zatem o 30% lżejszy niż aluminium, dzięki temu mógłby go wyprzeć z przemysłu kosmicznego . Beryl ma wysoką temperaturę topnienia (1 278 °C )i jest bardzo kruchy, co ogranicza jego zastosowanie jako materiału konstrukcyjnego. Beryl może służyć jako dodatek do stopów innych metali. Stop miedzi i berylu jest wykorzystywany w produkcji narzędzi nieiskrzących, elementów sprężystych, podzespołów aparatury chemicznej oraz elementów żaroodpornych. Pył berylowy jest stosowany jako składnik stałego paliwa rakietowego o najwyższym impulsie właściwym w rakietowych silnikach o zastosowaniach militarnych. Pierwszy pierwiastek grupy berylowców. Ma tylko jeden trwały izotop: 9Be. W przyrodzie spotykany bardzo rzadko (rozpowszechnienie wag. 0,0005%), wyłącznie w postaci związków. Metaliczny beryl otrzymuje się poprzez elektrolizę jego stopionych soli. Spala się w tlenie do BeO. Z wodą praktycznie nie reaguje, na powietrzu pokrywa się warstwą tlenku (pasywacja- proces, w którym substancja aktywna chemicznie w danym środowisku wytwarza na swojej powierzchni powłokę pasywną, utworzoną z produktów reakcji chemicznej tej substancji z otoczeniem. O pasywacji mowa jest wtedy, gdy powłoka ta jest całkowicie odporna na dalsze reakcje z tym środowiskiem i jednocześnie na tyle szczelna, że stanowi barierę ochronną dla reszty substancji, którą otacza.) Tlenek berylu nie reaguje z wodą. Wodorotlenek berylu, w postaci galaretowatej masy, można wytrącić przez dodanie wodorotlenku do roztworu soli berylu. Rozpuszczając się w nadmiarze wodorotlenku daje jony berylanowe (reszta kwasowa z H2BeO2):

BeX2 + OH- ——>  Be(OH)2 

Be(OH)2 + OH- ——> BeO2 2-

Fluorek berylu, w odróżnieniu od pozostałych berylowców jest dobrze rozpuszczalny w wodzie Pył i pary berylu stanowią silną truciznę dla organizmu człowieka.
Jest go mało w skorupie ziemskiej- 0.00053%, co oznacza że pod względem rozpowszechnienia zajmuje 43 miejsce. W Polsce jego złoża znajdują się na Dolnym Śląsku.
Jest podstawowym składnikiem wielu kamieni szlachetnych takich jak szmaragd czy akwamaryna.
Ciekawostką może być fakt, że beryl wytwarza podczas spalania najwięcej energii cieplnej ze wszystkich substancji. Mógłby być więc bardzo dobrym paliwem, gdyby nie jego wysoka temperatura topnienia.

Magnez (Mg)

Masa atomowa: 24,3u

Konfiguracja elektronowa:  

1 s2    2 s2p6    3 s2.

Grupa:2

Okres: 3

Magnez
Należy do metali lekkich, jego gęstość wynosi tylko 1.74g/cm3. Czysty magnez jest miękki i łatwo ulega korozji (nazywa się stopniowe niszczenie tworzywa pod wpływem chemicznego oddziaływania środowiska). Zapobiegają temu jego stopy z glinem, cynkiem i manganem. Są one jednymi z lżejszych, dlatego służą między innymi do produkcji samolotów.
Topi się w temperaturze 6500C, ogrzewany suchym powietrzem zapala się w 5000C i pali pięknym, jasnym płomieniem. Kiedyś wykorzystywany był do produkcji jednorazowych lamp fotograficznych. Magnez paląc się osiąga temperaturę do 24000C, rozkłada wodę i dlatego należy gasić go piaskiem.
Jest potrzebny do życia wszystkim roślinom zielonym (wchodzi w skład chlorofilu). Jego zawartość w glebach waha się od 0.5% do 3.2%. W przyrodzie występuje pospolicie, w postaci soli i minerałów. Popularną techniką otrzymywania tego metalu jest przetwarzanie wody morskiej.
Najważniejsze związki to:
MgO -magnezja palona-biały, nierozpuszczalny w wodzie proszek wykorzystywany np. w ceramice;
MgCO3 –magnezyt-stosowany do produkcji cementu, jako wypełniacz do farb i papieru;
MgSO4- w medycynie jako środek przeczyszczający-sól gorzka;
E504-w przemyśle spożywczym używany jest jako środek spulchniający.
W Polsce występuje w złożach na Dolnym Śląsku (magnezyt).

Ma trzy trwałe izotopy:24Mg, 25Mg i 26Mg. Ciągliwy, srebrzysty metal. Zapalony w powietrzu spala się jasnym płomieniem (ognie sztuczne, magnezja). W kwasach rozpuszcza się łatwo, wydzielając wodór i tworząc sole. Węglan i fosforan magnezu są bardzo słabo rozpuszczalne. Siarczan magnezu(VI)  MgSO4  jest dość dobrze rozpuszczalny.

Charakterystyczną cecha magnezu jest zdolność do tworzenia bezpośrednich wiązań z atomami węgla "organicznego" - tzw. odczynniki Grignarda. Służą one w syntezie organicznej jako reaktywne związki przejściowe, umożliwiające syntezę związków, trudnych do otrzymania w inny sposób.

R-CH2-Cl + MgCl2 ——> R-CH2-MgCl

Np.

Mg + C2H5Br = C2H5MgBr (bromek etylomagnezu).

Wapń (Ca)

Masa atomowa: 40,1u

konfiguracja elektronowa: 

1 s2    2 s2p6    3s2p6 (3d)    4 s2

Grupa: 2

Okres: 4

Wapń

Wydzielony w 1808 z wapna gaszonego, przez H.Davy’ego, obecnie metodą Faradaya z CaCl2. Jest to metal barwy srebrzystej, łatwo utlenia się na powietrzu, musi być przechowywany w nafcie. Jest dosyć miękki; topi się w 8500C.
Jest na niego niewielkie zapotrzebowanie, za to jego związki są od dawna w masowym użytku. W przyrodzie występuje w ogromnych ilościach, głównie są to węglany (kreda), siarczany (gips), fosforany, krzemiany. Stanowi 3.4% chemicznego składu skorupy ziemskiej. Odgrywa dużą rolę w funkcjonowaniu organizmów żywych. W glebach zajmuje do 2%. Na ziemi o małej zawartości wapnia rośnie chaber i rumianek, zaś na ziemiach przesyconych tym metalem-mak, jaskier i oset.
Służy do oczyszczania „zabrudzonych” wodą cieczy takich jak ropa, benzyna czy alkohol. Tlenek wapnia służy do produkcji szkła i cementu. Zasada wapniowa jest powszechnie stosowana w reakcjach zobojętniania. Kiedyś był stosowany jako biała farba. W Polsce obficie występują węglany i siarczany wapnia, są one surowcem dla wielu gałęzi przemysłu. W przemyśle spożywczym używany jest jako konserwant (E203, E213, E263). Ma sześć trwałych izotopów :40Ca, 42Ca, 43Ca, 44Ca, 46Ca i 48Ca. Jest silnie reaktywny., Stanowi materiał budulcowy (kości, muszle). Otrzymuje się go przez elektrolizę stopionych soli. Na powietrzu pokrywa się warstwą tlenku. Zapalony spala się w powietrzu tworząc CaO.  Z wodą reaguje łatwo dając silny wodorotlenek wapnia. Także tlenek CaO ulega reakcji z wodą z wytworzeniem Ca(OH)2. Wodorotlenek wapnia nosi nazwę wapna gaszonego, mleka wapiennego (zawiesina nierozpuszczonej części wodorotlenku w nasyconym roztworze wodnym) oraz wody wapiennej (klarowny roztwór). Jest najsilniejszą zasadą wśród wodorotlenków berylowców.

Wapń w kwasach rozpuszcza się łatwo, wydzielając wodór i tworząc sole. Węglan, siarczan, fosforan i fluorek wapnia są bardzo słabo rozpuszczalne w wodzie.Metaliczny wapń znajduje zastosowanie jako składnik stopów do budowy łożysk ślizgowych.  Sole wapnia (węglany, fosforany, siarczany) znajdują zastosowanie w budownictwie.  Siarczan wapnia w formie uwodnionej soli CaSO4·2H2O  to popularny gips. Forma bezwodna nosi zwyczajową nazwę anhydryt.
 

Stront (Sr)
Masa atomowa: 87,6u

Konfiguracja elektronowa:  

1 s2    2 s2p6     3 s2p6d10    4 s2p6    5 s2

Grupa: 2

Okres: 5

Stront
W czystej, metalicznej formie został uzyskany w 1855 roku przez Bunsena i Matthiessena, poprzez elektrolizę stopionych chlorków strontu i amonu.
Jest to lśniący metal, mało odporny na wpływy atmosferyczne. Na powietrzu szybko pokrywa się warstwą tlenku bądź wodorotlenku strontowego. Musi być przechowywany w toluenie (   

(Toluen (metylobenzen), C6H5CH3 - organiczny związek chemiczny z grupy węglowodorów aromatycznych, stosowany często jako rozpuszczalnik organiczny. Toluen jest bezbarwną cieczą o przyjemnym, intensywnym zapachu. Nie miesza się z wodą, jest natomiast mieszalny z większością rozpuszczalników organicznych. Toluen jest substancją łatwopalną, w postaci płynnej spala się żółtym, silnie kopcącym płomieniem.) Działa na wodę, rozkłada ją wydzielając z niej wodór i tworząc zasadę strontową. Ma ciężar właściwy równy 2.6g/cm3, topi się w 7700C, wrze w 13600C.
Pierwiastek ten, jak i jego sole mają niewielkie zastosowanie, choć stront dość powszechnie występuje w przyrodzie (0.018%). Nie występuje w stanie wolnym, jego najbardziej znane związki to stroncjanit (węglan strontowy SrCO3) i celestyn (siarczan strontowy SrSO4). Celestyn służy jako biała farba malarska.
Zabarwia płomień na czerwony kolor, dlatego używany jest w przemyśle pirotechnicznym. Ani sam stront ani jego sole nie są trujące, a nawet wchodzi w skład wielu organizmów żywych, głównie morskich. Niebezpieczny jest za to jego izotop, stront90, gdyż może uszkodzić szpik kostny. Ma cztery trwałe izotopy : ...