Щелочноземельные металлы – кальций и магний1

1. Щелочноземельные металлы – кальций и магний

2. Общая характеристика металлов IIА группы

Электронная
конфигурация
г/см3
Амфотерный
металл
4
Бериллий Be
9,01
[He] 2s2
1,86
1283
2970
1,5
0,113
+2
Металл
11
Магний Mg
24,3
[Ne]3s2
1,74
649,5
1120
1,2
0,16
+2
19
Кальций Ca
40,08
[Ar] 4s2
1,54
850
1487
1,0
0,2
+2
27
Стронций Sr
87,62
[Kr] 5s2
2,67
770
1367
1,0
0,213
+2
55
Барий Ba
137,34
[Xe] 6s2
3,61
710
1637
0,9
0,25
+2
87
Радий Ra
226
[Rn] 7s2
6
700
1140
0,9
–
+2
Атомный
номер
Название
Щелочнозем
ельные
металлы
t пл.
C
t кип.
C
ЭО
Атомный
радиус,
нм
Степень
окисления
Атомная
масса
IIА-группу образуют s-элементы: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
к щелочноземельным металлам относят Ca, Sr, Ba, Ra (их гидроксиды — щелочи, а оксиды — «земли»)

3. Общая характеристика металлов IIА группы

Тип элементов
Металлы (активные, s-элементы)
Тип связи в соединениях
Преимущественно ионный характер
Высшие оксиды
Состава MeO (основные)
Высшие гидроксиды
Состава Me(OH)₂ (основания, щелочи), растворимость
ниже, чем у гидроксидов щелочных металлов (I группы).
Водородные соединения
Твердые гидриды состава MeH₂ (солеподобные)

4. Химические свойства щелочно-земельных металлов

5. Физико - химические свойства оксидов щелочноземельных металлов

Формула
Характер свойств
Растворимость в воде
Температура
плавления, °C
BeO
Амфотерный
Нерастворим
2570
MgO
Основный
Нерастворим
2850
CaO
Основный
Растворим (реагирует с водой)
2614
SrO
Основный
Растворим (реагирует с водой)
2430
BaO
Основный
Растворим (реагирует с водой)
1923
Рост растворимости →
Снижение
термостойкости →
Направление
Усиление основных свойств →
изменения
Процесс растворения (взаимодействия с водой) оксидов Ca, Sr, Ba носит экзотермический характер и
протекает очень энергично.

6. Физико - химические свойства гидроксидов щелочноземельных металлов

Формула
Характер свойств
Растворимость в воде
Be(OH)₂
Амфотерный
Нерастворим
Mg(OH)₂
Основный
Нерастворим
Ca(OH)₂
Основный
Малорастворим
Sr(OH)₂
Основный
Растворим
Ba(OH)₂
Основный
Растворим
Усиление основных свойств →
Увеличение растворимости →
Направление изменения:
Известковое молоко
Известковая вода
Густая, мутная суспензия белого цвета Прозрачный бесцветный раствор
(взвесь частиц Ca(OH)₂ в воде)
(после отстаивания)

7. Распространение в природе: минералы и геохимия

Магний (Mg)
Кальций (Ca)
Распространенность: 6-е место в земной коре (2,76%).
Менее распространен, чем Ca, но более, чем Na и K.
Распространенность: 5-е место в земной коре (4,66%).
3-й по распространенности металл (после Al и Fe).
Основные минералы:
Доломит [MgCa(CO₃)₂]
Магнезит (MgCO₃)
Эпсомит (MgSO₄·7H₂O)
Карналлит (KCl·MgCl2·6H₂O)
Шпинель (MgAl₂O₄).
Основные минералы:
Кальцит (ромбоэдрический), арагонит (ромбический),
их разновидности: известняк, мрамор, мел, исландский
шпат.
кораллы, жемчуг, морские раковины
Гипс (CaSO₄·2H₂O)
Ангидрит (CaSO₄)
Флюорит (CaF₂)
Апатит [Ca₅(PO₄)₃F]
Особый факт: входит в состав хлорофилла (магнийпорфириновый комплекс), обеспечивая фотосинтез
растений.
Особый факт: огромные залежи CaCO₃ имеют
биогенное происхождение (окаменевшие останки
древних морских организмов).

8. Магний (Mg): история открытия

Название «магний» происходит от античного города Магнезия в Малой Азии, близ
которого находились залежи магнезита; в России это название официально принято с
1831 года.
В 1695 году из воды английского Эпсомского источника выделили
соль с горьким вкусом, названную «английской» или «эпсомской
солью» (минерал эпсомит, MgSO₄·7H₂O).
В 1792 году Антон фон Рупрехт восстановлением углем белой
магнезии получил загрязненный металл («австрий»), который позже
признали нечистым магнием.
В 1809 году Гемфри Дэви электролизом смеси магнезии и оксида
ртути впервые получил амальгаму металла, назвав его «магнезиум».
В 1829 году француз А. Бюсси впервые выделил относительно чистый
магний, восстанавливая его хлорид металлическим калием, в 1830
году Майкл Фарадей усовершенствовал метод, получив магний
электролизом расплавленного хлорида магния.

9. Кальций (Ca): история открытия

От латинского слова calx, что означает «известь» или «мягкий камень»
Древность: известняк, мрамор,
гипс и известь использовались в
строительстве тысячелетиями.
1789 г.: великий французский химик
Антуан Лавуазье высказал
предположение, что известь (CaO),
а также магнезия, барит, глинозем
и кремнезем на самом деле
являются сложными веществами
(оксидами неизвестных тогда
металлов).
В 1808 году Гемфри Дэви
выделил металлический
кальций, он подверг
электролизу смесь влажной
гашеной извести (Ca(OH)₂) с
оксидом ртути (HgO).

10. Свойства магния

Внешний вид: серебристо-белый, блестящий металл.
Особенность: на воздухе быстро покрывается тонкой оксидной пленкой, из-за
чего тускнеет.
Пластичность: хорошо поддается механической обработке.
Горение: сгорает ослепительно-белым пламенем (используется в пиротехнике и
фотовспышках).
В периодической таблице наблюдается диагональное
сходство лития (I группа) и магния (II группа)
Свойство
Литий (Li)
Магний (Mg)
Взаимодействие с азотом
(N2)
Образует нитрид Li3N
Образует нитрид Mg3N2
Взаимодействие с
кислородом
Образует оксид Li2O(не пероксид!)
Образует оксид MgO
Фториды
LiF — малорастворим
MgF2 — малорастворим
Разложение нитратов
LiNO3→Li2O+NO2+O2
Mg(NO3)2→MgO+NO2+O2

11. Свойства магния

Тип
взаимодействия
С простыми
веществами
Реагент
Условия / Особенности
Кислород (O₂)
Ослепительное пламя
2Mg+O2→2MgO
Азот (N₂)
При нагревании
Водород (H₂)
Под давлением, при нагревании
Галогены (Cl₂)
При нагревании
Сера (S)
При нагревании
Фосфор (P)
При нагревании
С холодной — медленно, с
горячей и паром — активно
3Mg+N2→Mg3N2
Mg+H2→MgH2
Mg+Cl2→MgCl2
Mg+S→MgS
3Mg+2P→Mg3P2
С водой
Вода (H₂O)
С оксидами
Углекислый газ (CO₂) Горит в CO₂
Легко растворяется (кроме
плавиковой HF)
Соли аммония
Растворяется при комнатной
С солями
(NH₄Cl)
температуре
Металлотермия
Магний — сильный
Хлорид титана (TiCl₄)
(восстановление)
восстановитель
С кислотами
Уравнение реакции
Кислоты (HCl)
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2↑
2Mg+CO2→2MgO+C
Mg+2HCl→MgCl2+H2↑
Mg+2NH4Cl→MgCl2+2NH3↑+H2↑
TiCl4+2Mg→2MgCl2+Ti

12. Соединения магния

Гидрид магния MgH₂ представляет собой твердое белое нелетучее
вещество полимерного строения с ковалентными связями. Он
плохо растворим в воде, так как химически взаимодействует с ней,
и разлагается при нагревании выше 290°C.
Получение:
Mg+H2→MgH2
Химические свойства (реакция с водой):
MgH2+2H2O→Mg(OH)2+2H2↑

13. Соединения магния

Оксид магния MgO - жженая магнезия, представляет собой легкий
рыхлый порошок белого цвета. Он обладает высокой
гигроскопичностью, то есть легко впитывает влагу из воздуха,
основный оксид.
Получение (термическое разложение):
MgCO3→MgO+CO2↑
Химические свойства:
MgO+H2O→Mg(OH)2
MgO+2HCl→MgCl2+H2O

14. Соединения магния

Гидроксид магния Mg(OH)₂ — это аморфное вещество белого цвета,
практически нерастворимое в воде. Проявляет основные свойства.
При хранении на воздухе гидроксид магния постепенно поглощает
углекислый газ и воду, превращаясь в основной карбонат.
Характерной особенностью является его способность растворяться в
солях аммония, например:
Mg(OH)₂ + 2NH₄Cl → MgCl₂ + 2NH₃↑ + 2H₂O.

15. Получение магния

Метод
Химическая реакция
Силикотермический
(металлотермия)
2MgO+2CaO+FeSi→2Mg+Ca2​SiO4​+Fe
Электролиз расплава
MgCl2→Mg+Cl2
Карботермический
MgO+C→Mg+CO
Условия
Электролиз
расплава

16. Свойства кальция

Тип взаимодействия
С кислородом
Реагент
O2
Уравнение реакции
С азотом
N2
С галогенами
F2,Cl2
С водородом
H2
С углеродом
C
С кремнием
Si
С водой
С кислотами
(неокислителями)
Восстановление оксидов
H2O
2Ca+O2→2CaO
3Ca+N2→Ca3N2
Ca+F2→CaF2
Ca+Cl2→CaCl2
Ca+H2→CaH2
Ca+2C→CaC2
2Ca+Si→Ca2Si
Ca+2H2O→Ca(OH)2+H2↑
HCl
Ca+2HCl→CaCl2+H2↑
SiO2
4Ca+SiO2→Ca2Si+2CaO

17. Соединения кальция

Соединение Формула
Оксид
CaO
Гидроксид
Ca(OH)2
Карбонат
CaCO3​
Сульфат
CaSO4⋅2H2
O
Фосфат
Ca3(PO4)2
Название
Характерные свойства
Применение
Белый тугоплавкий порошок,
энергично реагирует с водой
Строительные смеси,
Негашеная
(экзотермическая реакция),
производство цемента, сырье
известь
основный оксид
для гашеной извести
CaO+H2​O→Ca(OH)2
Гашеная Малорастворим в воде, сильное
Побелка, строительные
известь
основание (щелочь), на воздухе
растворы, нейтрализация
пушонка поглощает CO₂
кислот, производство сахара
Нерастворим в воде, разлагается при
Мел,
Строительство, школьные
нагревании, реагирует с кислотами с
мрамор,
мелки, производство извести,
выделением CO₂
известняк
удобрений
СаСО3 → CaO + CO2
Кристаллогидрат, при нагревании
Строительство (штукатурка,
Гипс
(150–180°C) теряет воду → алебастр, панели), медицина (гипсовые
схватывается с водой
повязки), скульптура
Нерастворим в воде, растворяется в Производство удобрений
Фосфат
кислотах, основа минеральной части (суперфосфат), кормовые
кальция
костей и зубов
добавки, стоматология

18. Получение кальция

Метод
Сырье
Процесс
Особенности
Электролиз
расплавов
Расплавленный CaCl2,
гидроксид кальция
Электролиз расплава
хлорида кальция
Высокая чистота
продукта, но большой
расход электроэнергии
CaO
Восстановление оксида
кальция алюминием в
вакууме
Кальций возгоняется и
конденсируется в виде
паров; более
экономичный метод
Алюминотермия
(металлотермия)

19. Вопросы для закрепления

Почему кальций хранят под слоем керосина, а
магний — нет?
Что произойдет, если бросить кусочек кальция в
воду? Написать реакцию.
Как отличить мел (CaCO₃) от гипса (CaSO₄) с
помощью кислоты?
Почему магний горит в углекислом газе, а дерево
— нет?

20. Ответы на вопросы

1.
Металл
Активность
Защитная пленка
Условия хранения
Кальций
Очень активный
Рыхлая, не защищает
Под слоем керосина
Магний
Активный, но менее
Плотная, защищает
В сухом месте на воздухе
2. Кальций активно реагирует с водой при комнатной температуре.
3. Гипс с соляной кислотой не реагирует, потому что сульфат кальция — соль более сильной кислоты (серной), и
кислота не может вытеснить ее.
4. Для горения обычно нужен кислород. Но магний — настолько активный металл, что способен "отбирать"
кислород даже у углекислого газа.
При горении магния в CO₂ происходит реакция:
2Mg+CO2→2MgO+C