Berylowce

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
BERYLOWCE - grupa 2. (II A)
Metale ziem alkalicznych
-
jony M
2+
w roztworach wodnych są bezbarwne
-
związki cięższych berylowców są lotne w wysokich
temperaturach i barwią płomień gazu:
Ca
2+
–
ceglastoczerwony
, Sr
2+
–
karminowy
,
Ba
2+
–
zielony
,
-
tworzą tlenki MO
Symbol Nazwa
Walenc.
Konfig.
Elektr.
Elektro-
ujemność
(Alfreda-
Rochowa)
Potencjał
standardowy
M
2+
/M [V]
beryl 2s
2
Be
1,47 -1,85
-
ponadto Ca, Sr i Ba tworzą nadtlenki MO
2
Mg
magnez 3s
2
1,23 -2,37
-
tlenki MO (z wyjątkiem BeO) tworzą silne zasady
Ca
wapń 4s
2
1,04 -2,87
MO + H
2
O = M(OH)
2
silnie egzotermiczna
reakcja
M(OH)
2
M
2+
+ 2OH
-
stront 5s
2
Sr
0,99 -2,90
-
reakcje berylowców z wodą:
Ba
bar
6s
2
0,97 -2,91
Be – nie reaguje z H
2
O
pozostałe: M + 2H
2
O = M
2+
+ 2OH
-
+ H
2
Ra
rad
7s
2
0,97 -2,8
(Mg reaguje z H
2
O „na gorąco”, pozostałe bez ogrzewania)
Charakterystyczne cechy wspólne:
wodny roztwór Ca(OH)
2
=
woda wapienna
-
metale o barwie srebrzystej
zawiesina wodna Ca(OH)
2
=
mleko wapienne
-
gęstość i twardość większa niż litowców
Be(OH)
2
Mg(OH)
2
Ca(OH)
2
Sr(OH)
2
Ba(OH)
2
najsłabsza zasada
najmocniejsza
wzrost mocy zasady
i wzrost rozpuszczalności wodorotlenków
-
występują tylko na +2 stopniu utlenienia
-
silnie ujemne potencjały standardowe (metale
nieszlachetne)
135
136
Be
wykazuje nieco odrębne cechy chemiczne
z powodu małych rozmiarów atomu przy stosunkowo
dużej elektroujemności
Minerały:
Be Beryl 3BeO · Al
2
O
3
· 6SiO
2
(glinokrzemian)
Be tworzy wiązania o charakterze kowalencyjnym
Mg Dolomit CaCO
3
· MgCO
3
Magnezyt MgCO
3
Azbest 3MgO
·
SiO
2
·
2H
2
O
Pozostałe metale (o większych rozmiarach i mniejszej
elektroujemności) występują głównie
w związkach jonowych).
podobieństwo diagonalne!
Ca Gips CaSO
4
·
2H
2
O
Anhydryt CaSO
4
Kalcyt, Aragonit CaCO
3
(2 odmiany krystaliczne)
Kalcyt w skałach:
wapienie, marmur
kreda (poch. zwierz.)
CaCO
3
Właściwości chemiczne Be zbliżone są do Al:
Wodorotlenek berylu jest amfoteryczny !
Be
3+
⇔
Be(OH)
2
⇔
Be(OH)
3
-
⇔
[Be(OH)
4
]
2
-
tetrahydroksoberylan
⇐
wzrost stężenia H
+
⇒
wzrost stężenia OH
-
Występowanie w przyrodzie i otrzymywanie
Fosforyt Ca
3
(PO
4
)
2
Apatyty Ca
3
(PO
4
)
2
·
Ca(Cl,F)
2
Fluoryt CaF
2
Rozpowszechnienie: Be 6
·
10
-4
%
Mg 2,3 %
Ca 4,2 %
Sr, Ba, ~ 10
-2
%
Ra 0,14 g/100 kg blendy smolistej
Otrzymywanie
w stanie metalicznym utrudnione –
najczęściej elektroliza stopionych soli
Be: elektroliza BeCl
2
+ NaCl
(stopiona mieszanina)
137
138
b) MgO + C = Mg + CO ( 2300 K)
Związki berylowców z wodorem:
wodorki MH
2
BeH
2
, MgH
2
→ charakter kowalencyjny
Ca, Sr: elektroliza stopionych chlorków
CaH
2
, SrH
2
, BaH
2
→ charakter jonowy
(zawierają jon wodorkowy H
-
)
CaH
2
+ 2H
2
O = Ca(OH)
2
+ 2H
2
Ba: 3BaO + 2 Al = Al
2
O
3
+ 3Ba
metoda
aluminotermiczna
Sole berylowców:
Zastosowanie
Be: sole o charakterze kowalencyjnym
Mg, Ca, Sr, Ba, - charakter jonowy
Beryl:
1)
przy konstrukcji pojazdów kosmicznych (mała gęstość
i duża wytrzymałość)
2)
folia berylowa jako okienka w lampach rentgenowskich
(słabo pochłania prom. X)
3)
do produkcji moderatorów w reaktorach atomowych
(silnie pochłania neutrony)
Sole z Cl
-
, Br
-
, I
-
, NO
3
-
dobrze rozpuszczalne w H
2
O
inne sole słabo rozpuszczalne
Siarczan MgSO
4
CaSO
4
SrSO
4
BaSO
4
Rozpuszcz.
temp. 20
0
C
g MSO
4
/l dm
3
roztworu
0,202
0,014
0,00022
Magnez:
najlżejszy metal użytkowy ( d = 1,7 g/cm
3
)
Składnik lekkich stopów (stop elektron 90 % Mg)
Rozpuszczalność siarczanów berylowców maleje ze
wzrostem masy atomowej pierwiastka
BaSO
4
stosowany jako materiał kontrastowy w badaniach
rtg. żołądka i jelit
(duża masa atomowa Ba --silnie absorbuje prom. X)
139
140
Mg: a) elektroliza MgCl
2
+ NaCl
35,6
Węglany i wodorowęglany:
Ca
2+
+ CO
3
2-
= CaCO
3
(osad)
Twardość przemijająca:
-
pochodzi od Ca(HCO
3
)
2
Można ją usunąć przez gotowanie wody → CaCO
3
gotowanie
Ca(HCO
3
)
2
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O
kamień kotłowy
Wszystkie węglany berylowców są trudno rozpuszczalne
w H
2
O
W obecności CO
2
przechodzą do roztworu jako
rozpuszczalne wodorowęglany
Twardość trwała:
-
pochodzi głównie od CaSO
4
CaCO
3
+ CO
2
+ H
2
O
⇔
Ca
2+
+ 2HCO
3
-
Reakcja odwracalna - zachodzi ustawicznie w
przyrodzie: wody wapienne zawierające CO
2
rozpuszczają skały wapienne Ca(HCO
3
)
2
powstają narastające warstwy CaCO
3
CO
3
2-
+ Ca
2+
= CaCO
3
(osad – wytrącanie jonów Ca
2+
)
Inne metody usuwania twardości wody:
stalaktyty (nacieki zwisające)
stalagmity (nacieki rosnące)
1)
dodatek polifosforanu Na
5
P
3
O
10
–
(w proszkach do prania)
[P
3
O
10
]
5-
+ Ca
2+
= Ca[P
3
O
10
]
3-
Twardość wody:
- spowodowana jest obecnością soli Ca
2+
i Mg
2+
:
wodorowęglanów (HCO
3
-
), siarczanów (SO
4
2-
) i
chlorków (Cl
-
) wapnia i magnezu
2)
wymiana jonowa
(na jonitach – syntetycznych żywicach organicznych
2 [~ SO
3
-
H
+
] + Ca
2+
= [(~ SO
3
-
)
2
Ca
2+
] + 2H
+
141
142
usuwa się dodając Na
2
CO
3
(sól rozpuszczalna)
Zaprawa murarska:
a)
otrzymywanie wapna palonego
Węglan wapnia ulega rozkładowi termicznemu (piece wapienne)
1100 - 1200 K
CaCO
3
CaO + CO
2
wapno palone
b)
gaszenie wapna:
CaO + H
2
O = Ca(OH)
2
wapno gaszone
c)
twardnienie zaprawy murarskiej: Ca(OH)
2
i SiO
2
Ca(OH)
2
+ CO
2
= CaCO
3
+ H
2
O
CaCO
3
+ SiO
2
= CaSiO
3
+ CO
2
-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Cement:
np. cement portlandzki: CaO 58 – 66 %
SiO
2
18 – 26 %
MgO, Al
2
O
3
, Fe
2
O
3
Otrzymuje się prażąc wapień (CaCO
3
) z gliną w temp. 1400 K
Tężenie cementu - reakcja z wodą:
3CaO · SiO
2
+ nH
2
O = 3CaO · SiO
2
· nH
2
O
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
300 K
Gips:
CaSO
4
· 2H
2
O CaSO
4
· ½H
2
O
Tężenie gipsu:
CaSO
4
· ½H
2
O + 3/2 H
2
O = CaSO
4
· 2H
2
O
143
[ Pobierz całość w formacie PDF ]