Щёлочноземельные металлы
Щёлочноземе́льные мета́ллы — химические элементы 2-й группы периодической таблицы элементов: бериллий (Be), магний (Mg), кальций (Ca), стронций (Sr), барий (Ba), радий (Ra).В случае своего открытия гипотетический 120-й элемент унбинилий, согласно строению внешней электронной оболочки, также будет отнесен к щёлочноземельным металлам.
2 |
| ||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|
3 |
| ||||||
4 |
| ||||||
5 |
| ||||||
6 |
| ||||||
7 |
| ||||||
К щёлочноземельным металлам часто относят только кальций, стронций, барий и радий, реже магний и бериллий. Однако согласно номенклатуре ИЮПАК щёлочноземельными металлами следует считать все элементы 2-й группы. Первый элемент этой группы, бериллий, по большинству свойств гораздо ближе к алюминию, чем к высшим аналогами группы, в которую он входит. Второй элемент этой группы, магний, уже обладает некоторыми химическими свойствами, общими для щелочноземельных металлов, но в остальном заметно отличается от них, в частности, значительно меньшей активностью, и рядом свойств напоминает всё тот же алюминий.
Все щёлочноземельные металлы серые, твёрдые при комнатной температуре вещества. В отличие от щелочных металлов, они существенно более твёрдые, и ножом преимущественно не режутся (исключение — стронций). Самый тяжёлый — радий, по плотности сравнимый с германием. В целом металлы второй группы по сравнению с щелочными металлами обладают большей плотностью и твердостью.
Определения и короткие цитатыПравить
— Леонид Максимов, «Частицы, из которых построена Вселенная», 1956 |
Щёлочноземельные металлы активно взаимодействуют с кислородом воздуха, поэтому их хранят под слоем керосина или в запаянных сосудах, как и щелочные металлы.[1] | |
— Леонид Максимов, «Частицы, из которых построена Вселенная», 1956 |
— Николай Глинка, «Общая химия», 1950-е |
В отличие от солей щелочных металлов, многие из солей щелочноземельных металлов малорастворимы в воде.[2] | |
— Николай Глинка, «Общая химия», 1950-е |
В электронных спектрах <щёлочноземельных> ионов M2+, так же как и в спектрах катионов элементов I группы, не существует оптических переходов, и поэтому все они бесцветны.[3] | |
— Франк-Альберт Коттон, Джефри Уилкинсон Современная неорганическая химия (том второй), 1961 |
— Клара Капустинская, «Бериллий», 1967 |
— Борис Некрасов, «Основы общей химии» (том 2), 1967 |
— Виктор Крицман, Владимир Станцо, Энциклопедический словарь юного химика, 1982 |
По своей химической активности щелочноземельные металлы уступают только щелочным металлам, причём и здесь активность увеличивается по мере роста порядкового номера. Все они двухвалентны, и только в особых условиях удаётся получить соединения, в которых они проявляют степень окисления +1, например CaCl, SrCl.[6] | |
— Виктор Крицман, Владимир Станцо, Энциклопедический словарь юного химика, 1982 |
Цитаты из научной и научно-популярной литературыПравить
Уже давно известно, что сжимаемость, подобно некоторым другим свойствам элементов, находится в зависимости от порядкового номера элемента в периодической таблице Д. И. Менделеева. Поэтому можно утверждать, что те или иные изменения в свойствах вещества, которые наблюдаются при высоких давлениях, зависят также и от величины его сжимаемости. Следовательно, изучение этого свойства вещества под давлением представляет первостепенную важность для физики высоких давлений. Современная методика исследования сжимаемости при высоких давлениях позволяет производить измерения до 100 тысяч атмосфер. Опыты показали, что в этом диапазоне давлений наиболее сжимаемыми оказались щелочные и щёлочно-земельные металлы.[7] | |
— Леонид Верещагин, «Высокие давления», 1952 |
Поскольку оксиды металлов раньше назывались «землями», то эта группа металлов получила название щёлочноземельных. Бериллий, магний и щёлочноземельные металлы — простые вещества. Это лёгкие серебристо-белые металлы. Стронций имеет золотистый оттенок, он значительно твёрже бария, барий же по мягкости напоминает свинец. | |
— Леонид Максимов, «Частицы, из которых построена Вселенная», 1956 |
Входящие в состав главной подгруппы кальций, стронций и барий издавна получили название щелочноземельных металлов. Происхождение этого названия связано с тем, что гидроксиды кальция, стронция и бария, так же, как и гидроксиды натрия и калия, обладают щелочными свойствами, оксиды же этих металлов по их тугоплавкости сходны с оксидами алюминия и тяжёлых металлов, носившими прежде общее название земель. | |
— Николай Глинка, «Общая химия», 1950-е |
— Николай Глинка, «Общая химия», 1950-е |
— Николай Глинка, «Общая химия», 1950-е |
Отличие строения атома бериллия от строения атома магния и щелочноземельных элементов сказывается и на свойствах его соединений. Так, Be(ОН)2 — единственное в подгруппе основание, обладающее амфотерными свойствами. Кроме того, для щелочноземельных металлов и магния характерно образование ионных соединений, тогда как атомы бериллия обычно связаны с атомами других элементов скорее ковалентной связью, чем ионной.[2] | |
— Николай Глинка, «Общая химия», 1950-е |
В электронных спектрах <щёлочноземельных> ионов M2+, так же как и в спектрах катионов элементов I группы, не существует оптических переходов, и поэтому все они бесцветны. Окраска их солей определяется либо окраской их аниона, либо дефектами решётки. Так, окиси часто образуются с дефектами решётки, например, кристаллы BaO <окиси бария>, размером до 1 см Х 2 мм, выращенные в вакууме, окрашены в тёмно-красный цвет вследствие содержания ~0,1% избытка металла в решётке.[3] | |
— Франк-Альберт Коттон, Джефри Уилкинсон Современная неорганическая химия (том второй), 1961 |
...будучи помещен в таблице между углеродом и азотом, как того требовал его атомный вес, бериллий вносил полную путаницу в закономерное изменение свойств элементов. Это было серьезной угрозой Периодическому закону. Однако Д. И. Менделеев был уверен в правильности открытой им закономерности и доказывал, что атомный вес бериллия определен неверно, что бериллий должен быть не трехвалентным, а двухвалентным элементом «с магнезиальными свойствами». Исходя из этого, Менделеев поместил бериллий во вторую группу Периодической системы вместе с двухвалентными щелочноземельными металлами, исправив его атомный вес на 9. Первое подтверждение своих взглядов Менделеев нашел в одной из малоизвестных работ русского химика И. В. Авдеева, который считал, что окись бериллия химически подобна окиси магния. А в конце семидесятых годов прошлого века шведские химики Ларс Фредерик Нильсон и Отто Петерсон (некогда бывшие самыми ярыми сторонниками мнения о трёхвалентном бериллии), повторно определив атомный вес бериллия, нашли его равным 9,1. Так бериллий, бывший первым камнем преткновения на пути Периодического закона, только подтвердил его всеобщность.[4] | |
— Клара Капустинская, «Бериллий», 1967 |
— Борис Некрасов, «Основы общей химии» (том 2), 1967 |
С металлоидами щелочноземельные металлы соединяются весьма энергично и с значительным выделением тепла. <...> Особенно интересны гидриды ЭH2, образующиеся при нагревании кальция и его аналогов в токе сухого водорода. Соединения эти имеют типичный ионный характер, причём анионом является отрицательно заряженный водород. Водой они энергично разлагаются <с выделением свободного газообразного водорода>.[5] | |
— Борис Некрасов, «Основы общей химии» (том 2), 1967 |
Галиды щелочноземельных металлов по свойствам делятся на две довольно резко обособленные группы. К одной относятся фториды, к другой — производные остальных галоидов. Фториды почти нерастворимы не только в воде, но и в разбавленных кислотах, а кристаллогидраты для них неизвестны. Напротив, хлориды, бромиды и иодиды хорошо растворимы в воде и из растворов выделяются в виде кристаллогидратов. Из растворов хлориды, бромиды и иодиды щелочноземельных металлов обычно выделяются с шестью (Ca, Sr) или двумя (Ba) молекулами воды. Многие из них расплываются на воздухе и хорошо растворяются в спирте.[5] | |
— Борис Некрасов, «Основы общей химии» (том 2), 1967 |
Элементы 4, 12, 20, 38, 56 и 88 (бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий) являются более твёрдыми, тугоплавкими и менее активными, чем щелочные металлы. Это щелочноземельные металлы. Название «земельные» они получили потому, что их оксиды не растворяются в воде и являются тугоплавкими. Однако оксиды двух из них — известь и жжёная магнезия — обладали некоторыми свойствами соды и поташа, поэтому их назвали «щелочноземельными». Из извести и жжёной магнезии Дэви выделил два первых щелочноземельных металла — кальций и магний.[8] | |
— Айзек Азимов, «Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики», 1969 |
Понятие «щелочные земли» употреблялось с давних пор для некоторых веществ, имеющих определённые свойства. К ним относились магнезия (MgO), баритовая и стронциевая «земли» (ВаО и SrO). Главная их особенность состояла в том, что при растворении в воде они сообщали ей щелочную реакцию. Металлы, содержащиеся в этих оксидах, получили название щелочноземельных. Иногда щелочноземельным называют также магний, поскольку он имеет много общих свойств с кальцием и его аналогами. Однако причислять сюда же бериллий неправильно, так как его химическая природа отличается большим своеобразием. | |
— Виктор Крицман, Владимир Станцо, Энциклопедический словарь юного химика, 1982 |
Наиболее простой расчёт электронных состояний фаз возможен в случае, когда размер внешней электронной оболочки одного из атомов или ионов значительно превосходит размеры электронных оболочек других атомов. Внешние электроны находятся при этом в электрическом поле ионных остатков других атомов ячейки и испытывают определенное влияние соседних ячеек. В этом случае «холодное» давление определяется в основном сжатием электронной оболочки, имеющей наибольший размер. В оксидах щелочноземельных элементов происходит перенос к атому кислорода двух электронов от щелочноземельного атома с образованием электронной конфигурации благородных газов. В галогенатах щелочноземельных элементов осуществляется перенос электронов от одного атома щелочноземельного элемента к двум атомам галогена, возможны также более сложные случаи образования внешней электронной оболочки, определяющей сжимаемость вещества.[9] | |
— Борис Надыкто, «Электронные фазы твердых тел», 2001 |
— Илья Леенсон, «Превращения вещества», 2013 |
Между тем, существует Периодическая Таблица химических элементов по версии Жанета с четырьмя s-элементами в начале (на самом верху, справа, над всеми остальными s-элементами). Таблица, которую он разработал ещё в конце 20-х годов XX века. <...> | |
— Сен Гук Ким, «Элементы», 2016 |
Цитаты из публицистики и художественных текстовПравить
— Металлы щелочные и щелочноземельные занимают в ряду активности несколько особое положение. Дело в том, что они уже при обычных условиях реагируют с водой, давая щелочь и водород. А затем щелочь реагирует с солью, образуя нерастворимое основание (точнее основную соль, так как щелочь обычно оказывается в недостатке). Таким образом, эта группа металлов обычно не вытесняет менее активные металлы из водных растворов их солей. | |
— Герман Вольеров, «Беседы с абитуриентом», 1970 |
ИсточникиПравить
- ↑ 1 2 3 Л. Максимов. Частицы, из которых построена Вселенная. — М.: «Юный Техник», №2, 1956 г.
- ↑ 1 2 3 4 5 6 Н. Л. Глинка. Общая химия: Учебное пособие для вузов (под. ред. В.А.Рабиновича, издание 23-е, исправленное и дополненное). ― Л.: Химия, 1983 г. ― 720 стр. С. 607―609.
- ↑ 1 2 Коттон Ф., Уилкинсон Дж. Современная неорганическая химия, часть 2 (пер. с англ.: Иванова Е.К., Прохорова Г.В., Чуранов С.С. Под ред.: Астахов К.В.) — М.: Мир, 1969 г.
- ↑ 1 2 К. А. Капустинская. «Бериллий». — М.: «Химия и жизнь», № 2, 1967 г.
- ↑ 1 2 3 4 Б. В. Некрасов. Основы общей химии (в двух томах), издание 2-е, стереотипное. Том второй. ― М.: Химия, 1969 г. — стр. 313-331
- ↑ 1 2 3 Крицман В. А., В. В. Станцо. Энциклопедический словарь юного химика (изд. второе). — М.: «Педагогика», 1990 г.
- ↑ Л. Ф. Верещагин, «Высокие давления». ― М.: «Наука и жизнь», № 1, 1952 г.
- ↑ Айзек Азимов, Популярная физика. От архимедова рычага до квантовой механики. ― М.: Центрполиграф, 2005 г. — 752 стр.
- ↑ Борис Надыкто. Электронные фазы твердых тел. — М.: «Российский химический журнал», 2001 г.
- ↑ И. А. Леенсон, Превращения вещества. Химия. ― М.: ОЛМА-энциклопедия, 2013 г.
- ↑ Сен Гук Ким, Ирина Ким, Дмитрий Ким. Элементы. — Санкт-Петербург: ООО «СУПЕР Издательство», 2019 г.
- ↑ Г. Вольеров, Беседы с абитуриентом. ― М.: «Химия и жизнь», № 1-3, 1970 г.