Chemia/Pierwiastki grupy 2 - berylowce

Z Brain-wiki
Wersja z dnia 18:28, 3 cze 2015 autorstwa Magdaz (dyskusja | edycje) (Utworzono nową stronę "thumb|Berylowce == Właściwości fizyczne== *Promienie jonowe berylowców są mniejsze niż promienie jonowe litowców (w tym samym okresie) ze...")
(różn.) ← poprzednia wersja | przejdź do aktualnej wersji (różn.) | następna wersja → (różn.)
Berylowce

Właściwości fizyczne

  • Promienie jonowe berylowców są mniejsze niż promienie jonowe litowców (w tym samym okresie) ze względu na większy ładunek jądra.
  • Berylowce zawierają dwa elektrony walencyjne, mają więc wyższe temperatury topnienia i wrzenia oraz większą gęstość.
  • Berylowce są elektrododatnie, reaktywne chemicznie i mają wysokie ujemne standardowe potencjały redoks.
  • Beryl tworzy wiązania kowalencyjne spolaryzowane w większości związków.
  • Magnez wykazuje właściwości pośrednie pomiędzy berylem a pozostałymi metalami grupy, których związki mają charakter całkowicie jonowy.
  • Wapń, stront i bar tworzą grupę blisko spokrewnionych pierwiastków, których właściwości chemiczne i fizyczne zmieniają się systematycznie ze wzrostem rozmiarów jonu.

Wodorki berylowców

  • Wszystkie berylowce ogrzewane w atmosferze gazowego wodoru tworzą wodorki typu MH2 (M oznacza atom metalu)
M + H2 → MH2.
  • Są to bezbarwne ciała stałe, które reagują z wodą wydzielając wodór:
MH2 + 2H2O → M2+ + 2OH¯ + 2H2.
  • Wodorki BeH2 i MgH2 są związkami o charakterze pośrednim między jonowym a kowalencyjnym.
  • Wodorki wapnia, strontu i baru należą do wodorków jonowych typu soli.

Tlenki berylowców

  • Tlenki berylowców otrzymuje się w wyniku ogrzewania metali w tlenie lub przez termiczny rozkład węglanów bądź wodorotlenków:
MCO3 → MO + CO2,
M(OH)2 → MO + H2O.
  • BeO tworzy sieć przestrzenną charakterystyczna dla substancji w znacznym stopniu kowalencyjnych; dalsze tlenki mają strukturę jonową i tworzą sieci przestrzenne typu chlorku sodowego.
  • BeO nie reaguje z wodą, MgO reaguje tylko wówczas, gdy ma silnie rozwiniętą powierzchnię, pozostałe tlenki łatwo reagują z wodą
MO + H2O → M(OH)2.
  • Tlenki berylowców mają wysokie temperatury topnienia (są używane do wykładania wnętrz pieców używanych do produkcji stali).

Nadtlenki

  • Beryl nie tworzy nadtlenku, magnez tworzy tylko uwodniony nadtlenek, pozostałe metale tworzą nadtlenki MO2 podczas ogrzewania odpowiednich tlenków w strumieniu powietrza w temp. 500°C.
  • Nadtlenek baru rozkłada się w temperaturze powyżej 700°C:
BaO2 → BaO + ½ O2.
  • Nadtlenek baru rozkłada się w rozcieńczonych roztworach kwasów z wydzieleniem nadtlenku wodoru:
BaO2 + 2H+ → Ba+ + H2O2.
  • Ze względu na przebieg tych reakcji nadtlenek baru wykorzystuje się do otrzymywania tlenu i nadtlenku wodoru.

Wodorotlenki

  • Wodorotlenki berylowców otrzymuje się w egzotermicznym procesie nazywanym gaszeniem
MO + H2O → M(OH)2,        ΔH = -67kJ.
  • Wodorotlenki słabo rozpuszczają się w wodzie, o czym świadczą ich iloczyny rozpuszczalności.

Iloczyn rozpuszczalności

  • Iloczyn rozpuszczalności jest wielkością charakteryzującą roztwory pozostające w równowadze z osadem.
  • Jeżeli jon M+ reaguje z jonem A¯ tworząc trudno rozpuszczalny związek MA, to równowagę reakcji
M+ + A¯ ⇔ MA(¯)
można opisać stałą równowagi strącania osadu [math]K_{os}[/math] lub stałą równowagi rozpuszczania osadu [math]K_s[/math].
  • [MA] jest wielkością stałą (faza stała, którą jest wytrącony z roztworu osad), zatem stałe [math]K_{os}[/math] i [math]K_s[/math] można wyrazić tylko za pomocą stężeń jonów.
  • Iloczyn [math]K_s = [\mathrm M^+][\mathrm A^-][/math] jest nazywany iloczynem rozpuszczalności.

Chlorki, fluorki, węglany

  • Chlorek i fluorek berylu nie przewodzą prądu elektrycznego w stanie stopionym, z czego wynika, że mają one budowę cząsteczkową.
  • Chlorki i fluorki pozostałych metali grupy II są związkami jonowymi.
  • CaF2 jest nierozpuszczalny w wodzie, CaCl2 wykazuje tak duże powinowactwo do wody, że jest stosowany jako środek suszący i odwadniający.
  • Wszystkie węglany berylowców są nierozpuszczalne w wodzie, wskutek czego występują w dużych ilościach jako minerały (CaCO3, znany pod nazwą wapienia, jest najbardziej rozpowszechnionym niekrzemianowym minerałem).
  • Wapień łatwo rozpuszcza się w wodach gruntowych, które zawierają CO2
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3¯.

Siarczany

  • Siarczany wykazują szeroki zakres rozpuszczalności (bardzo dobrze rozpuszczalny BeSO4 do praktycznie nierozpuszczalnego RaSO4).
  • Rozpuszczalność siarczanów zmniejsza się w miarę przechodzenie w dół grupy (efekt przeciwny do rozpuszczalności wodorotlenków).
  • MgSO4∙7H2O (sól gorzka) ma zastosowanie w medycynie.
  • CaSO4∙2H2O (gips) ma zastosowanie w budownictwie.
  • BaSO4 ma zastosowanie w diagnostyce medycznej jako środek kontrastujący oraz w przemyśle jako biały pigment.

Twardość wody

  • Twardość wody jest związana z obecnością jonów Ca2+, Mg2+, Fe2+.
  • Rozróżnia się 2 rodzaje twardości wody: przemijającą (węglanową) spowodowana obecnością jonów HCO3¯ łącznie z wymienionymi jonami oraz trwałą (niewęglanową) spowodowaną obecnością tylko jonów dwudodatnich .
  • Twardość wody jest niepożądana ze względu na fakt wytrącania się węglanu wapnia na skutek reakcji
Ca2+ + 2HCO3¯ ⇔ CaCO3 + H2O + CO2.
  • Dla celów przemysłowych konieczne jest zmiękczanie wody, polegające na usuwaniu kationów na drodze reakcji chemicznej (kompleksowania jonów metali lub wytrącania ich z roztworów w postaci soli trudno rozpuszczalnych) bądź na drodze wymiany jonowej.

Analiza jonów berylowców

  • W analizie jakościowej jonów berylowców wykorzystuje się różnice w rozpuszczalności poszczególnych związków.
  • Procedura analityczna identyfikacji poszczególnych jonów w roztworze zawierającym Mg2+, Ca2+, Sr2+, Ba2+:
    • wytrącanie żółtego osadu BaCrO4 za pomocą K2CrO4 w buforze octanowym (Ks = 1,5 x 10-9),
    • wytrącanie jasnożółtego osadu SrCrO4 po dodaniu do roztworu NH3 w celu zmiany środowiska oraz alkoholu dla zmniejszenia rozpuszczalności (Ks = 7,6 x 10-7),
    • wytrącanie białego osadu CaC2O4 (Ks = 1,3 x 10-9) po dodaniu NH4C2O4,
    • wytrącanie osadu MgNH4PO4 po dodaniu NH3 oraz Na2HPO4.

Jony metali bloku s w strukturach biologicznych

  • Wśród litowców największe znaczenie w strukturach biologicznych mają jony Na+ i K+. Są niezbędnym elementem działania pompy sodowo-potasowej. Jest to jeden z podstawowych systemów transportu jonów przez błony biologiczne, umożliwiający regulację stężeń obu jonów w cytoplazmie i na zewnątrz komórki. Zmiany stężeń jonów sodu i potasu po obu stronach błon komórkowych decydują o zmianach potencjału błonowego, który reguluje działanie kanałów jonowych.
  • Jony Ca2+ pełnią funkcję sygnałową. Zmiany stężeń jonów wapniowych uruchamiają systemy przekazywania sygnałów w komórkach. Działanie jonów Ca2+ związane jest z tworzeniem kompleksów ze specyficznym białkiem kalmoduliną.
  • Jony Mg2+ są składnikami wielu białek enzymatycznych oraz chlorofilu, barwnika fotosyntetycznego roślin zielonych. Obecność jonów Mg2+ w centrach wiążących białek ułatwia wiązanie substratów i przebieg reakcji.