Щелочноземельные металлы

💸 Как сделать бизнес проще, а карман толще?

Тот, кто работает в сфере услуг, знает — без ведения записи клиентов никуда. Мало того, что нужно видеть свое раписание, но и напоминать клиентам о визитах тоже. Проблема в том, что средняя цена по рынку за такой сервис — 800 руб/мес или почти 15 000 руб за год. И это минимальный функционал. Нашли самый бюджетный и оптимальный вариант: сервис VisitTime.
⚡️ Для новых пользователей первый месяц бесплатно. А далее 290 руб/мес, это в 3 раза дешевле аналогов. За эту цену доступен весь функционал: напоминание о визитах, чаевые, предоплаты, общение с клиентами, переносы записей и так далее.
✅ Уйма гибких настроек, которые помогут вам зарабатывать больше и забыть про чувство «что-то мне нужно было сделать».
Сомневаетесь? нажмите на текст, запустите чат-бота и убедитесь во всем сами!

Кальций широко распространен в земной коре, его кларк равен 2 мол.%, стронций и барий - более редкие элементы (кларк Sr - 0, 01; Ba - 6× 10^-3 мол.%). Основные минералы: CaCO₃ - кальцит, CaCO₃× MgCO₃ - доломит, CaSO₄× 2H₂O - гипс, CaF₂ - флюорит, Ca₅(PO₄)₃(OH, F, Cl) - апатиты, SrCO₃ - стронцианит, BaCO₃ - витерит, BaSO₄- барит. Кальций входит в состав костной ткани и зубной эмали животных и человека. Катионы кальция играют важную роль в механизме сокращения мышц.

Серебристо-белые металлы, быстро корродирующие на воздухе. Кальций твердый, барий и стронций мягкие, как свинец. В промышленности их получают электролизом расплавов хлоридов. Барий получают также восстановлением его оксида алюминием:

Щелочноземельные металлы химически очень активны, при комнатной температуре реагируют с кислородом и галогенами, при нагревании - с водородом, серой, азотом и фосфором, углеродом и кремнием. Взаимодействуют с водой и водными растворами кислот. В ряду кальций, стронций, барий активность металлов увеличивается.

В отличие от бериллия и магния, гидриды щелочноземельных металлов можно получить прямым синтезом:

Гидриды представляют собой белые солеподобные вещества, разлагающиеся водой с выделением водорода, сильные восстановители.

Щелочноземельные металлы образуют основные оксиды, которые взаимодействуют с водой с образованием растворимых сильных оснований. При переходе от Ca(OH)₂к Ba(OH)₂ растворимость заметно увеличивается (от 0, 02 М до 0, 2 М). Катионы щелочноземельных металлов образуют соли со всеми кислотами. Хорошо растворимы галогениды, нитраты, перхлораты и большинство кислых солей. Плохо растворимы в воде фториды, карбонаты, силикаты и фосфаты. Образование мелкокристаллического осадка сульфата бария является качественной реакцией на сульфат-анион:

Присутствие в природной воде растворимых солей кальция и магния обуславливают ее жесткость. Количественно жесткость измеряют суммарной концентрацией катионов Ca²⁺ и Mg²⁺ (ммоль экв/л). Различают временную (карбонатную) и постоянную жесткость. Первая удаляется кипячением:

Для удаления постоянной жесткости к воде добавляют вещества, переводящие катионы кальция и магния в осадок (соду, фосфат натрия и т.п.), или применяют метод ионного обмена. В последнем случае катионы Ca²⁺ и Mg²⁺ меняются на катионы водорода или щелочного металла, удерживаемые на поверхности полимерной смолы (катионита).

Кальций применяют в химической промышленности для получения некоторых металлов в качестве восстановителя. Карбонат, оксид и гидроксид кальция, а также гипс и алебастр (жженый гипс) применяются как строительные материалы. Фосфаты кальция используют как фосфорные удобрения, хлорид кальция применяется в медицине.

Металлический стронций используют в качестве добавок к некоторым сплавам. Соединения стронция используют в пиротехнике, в медицине при лечении некоторых кожных заболеваний. Изотоп ⁹⁰Sr - один из самых опасных продуктов деления урана, он замещает кальций в костях, облучая организм изнутри (период полураспада около 30 лет).

Применение бария очень сильно ограничено высокой токсичностью его растворимых соединений. Из нерастворимых соединений бария наиболее широко применяется BaSO₄ как рентгеноконтрастное вещество.

Литература: [1] с. 587 - 599, [2] с. 481 - 486, [3] с. 447 - 460

Лекция № 25. Элементы IA-подгруппы (щелочные металлы)

Элементы IIA-подгруппы: литий - Li, натрий - Na, калий - K, рубидий - Rb, цезий - Cs и радиоактивный франций часто называют щелочными металлами. Общая формула ns¹ обуславливает проявление щелочными металлами степени окисления +1.

Увеличение эффективного радиуса и уменьшение энергии ионизации в ряду литий ® цезий сопровождается заметным увеличением активности металлов. Небольшой радиус атома лития вызывает довольно сильные отличия данного элемента от остальных щелочных металлов, что в первую очередь проявляется в склонности к образованию ковалентных связей. Для натрия и особенно элементов подгруппы калия образование ковалентных связей нетипично. Малый размер и большая энергия гидратации катиона лития приводит к нарушению ожидаемой последовательности расположения щелочных металлов в ряду стандартных электродных потенциалов (литий стоит в нем первым). Нарушается ожидаемая последовательность активности щелочных металлов и в расплавах, в которых натрий более активен, что связано с образованием его ионом более прочных кристаллических решеток:

Литий, натрий, калий и рубидий - серебристо-белые металлы, цезий золотисто-желтого цвета. На воздухе поверхность лития, натрия и калия очень быстро тускнеет, рубидий и цезий самопроизвольно воспламеняются. Литий, натрий и калий хранят под слоем вазелина или вазелинового масла, рубидий и цезий хранят в запаянных ампулах. Металлы очень легкие и легкоплавкие, имеют довольно большой диапазон жидкого состояния. Щелочные металлы очень мягкие, натрий и калий легко режутся ножом.

Литий, натрий и калий весьма распространены в природе, образуют много самостоятельных минералов: LiAl(SiO₃)₂ - сподумен, LiAl(PO₄)F - амблигонит, NaCl галит (каменная или поваренная соль), Na₂SO₄× 10H₂O - мирабилит, KCl - сильвин, NaCl× KCl - сильвинит, KCl× MgCl₂× 6H₂O - карналлит, КCl× MgSO₄× 3H₂O - каинит. Рубидий и цезий самостоятельных минералов не образуют, встречаются в виде примесей в минералах калия.

Литий и натрий получают электролизом ионных расплавов. Калий обычно получают восстановлением расплавов его соединений натрием или магнием.

Литий применяется в качестве легирующей добавки (придает сплавам твердость и пластичность). Натрий используется как теплоноситель в ядерных реакторах и восстановитель в металлотермии, а также как катализатор процессов полимеризации диенов. В лабораториях натрий широко используется для осушки газов и органических растворителей. Калий используется в промышленности как восстановитель и теплоноситель (в основном в виде жидкого сплава с натрием). Рубидий и цезий в основном применяются для изготовления фотоэлементов.

Химические свойства. Очень активные металлы, реагируют со всеми неметаллами, кроме инертных газов. Состав продуктов окисления кислородом зависит от природы металла. Литий образует оксид, натрий и калий - перекисные соединения:

С водой реагируют очень энергично, калий - со взрывом:

Растворимы в аммиаке, с которым реагируют в присутствии катализатора:

Растворимы в ртути, образуя амальгамы, которые медленно разлагаются водой и используются в качестве мягкого восстановителя. Активно реагируют с оксидами, отбирая у них кислород, горят в атмосфере оксида углерода(IV):

Важнейшие соединения: гидриды, оксиды, гидроксиды и соли. Гидриды получают нагреванием щелочного металла в атмосфере водорода:

Представляют собой бесцветные, солеподобные вещества, легко разлагаются водой, эффективные восстановители.

Оксиды - белые кристаллические вещества, энергично растворяющиеся в воде с образованием щелочей:

Пероксиды щелочных металлов термически неустойчивы, при нагревании разлагаются:

Последняя реакция используется для регенерации воздуха.

Гидроксиды щелочных металлов получают взаимодействием их оксидов с водой, электролизом водных растворов хлоридов или взаимодействием карбонатов с известковым молоком (суспензией гидроксида кальция в воде):

Гидроксиды хорошо растворимы в воде, сильные основания, термически устойчивы, возгоняются без разложения. Исключение составляет гидроксид лития:

Щелочные металлы образуют соли со всеми известными кислотами. Соли щелочных металлов, за исключением солей лития, обычно хорошо растворимы в воде. Малорастворимыми солями лития являются: фосфат, карбонат, фторид. Малорастворимы в воде Na[Sb(OH)₆], KClO₄, K₂[PtCl₆], RbClO₄, CsClO₄.

Соли щелочных металлов окрашивают пламя в характерные цвета: литий - в карминово-красный, натрий - в желтый, калий - в фиолетовый.

Гидроксид лития используется как электролит для щелочных аккумуляторов. Некоторые соли лития используют в медицине для растворения мочевой кислоты при подагре и как психотропные препараты.

Гидроксид натрия используется при производстве целлюлозы, мыла, очистке растительного масла и нефти. Хлорид натрия широко используется как консервант и вкусовая добавка. Нитрат натрия (натриевая селитра) - азотное удобрение. В организме животных и человека катионы натрия играют важную роль (натрий-калиевый насос) и находятся преимущественно во внеклеточных жидкостях.

Гидроксид калия применяется при производстве жидкого мыла, очистке и осушке газов и растворителей. Хлорид, нитрат, карбонат и сульфат калия используют в качестве калийных удобрений. Катионы калия играют важную роль для растений. Они активируют синтез органических веществ, особенно углеводов, и обеспечивают тургор. При недостатке соединений калия растения медленно растут, листья желтеют по краям, становятся тонкими и непрочными, семена теряют всхожесть. В организме животных катионы калия находятся преимущественно в крови и протоплазме клеток; играют важную роль, обеспечивая проводимость нервного импульса, регулируют работу ферментов.

Соли рубидия - снотворные и болеутоляющие препараты, применяются при лечении некоторых форм эпилепсии.

Литература: [1] с. 543 - 551, [2] с. 486 - 489, [3] с. 461 - 470