Загальна характеристика елементів ІІАгрупи.

До s – елементів ІІ групи належать типові елементи – берилій, магній, кальцій, стронцій, барій, радій. Деякі константи цих сполук наводимо:

У відповідності з будовою валентного електронного шару s елементи ІІ групи проявляють ступінь окиснення +2. Як і в інших головних підгрупах, в ряду розглянутих елементів із збільшенням порядкового номера енергія іонізації атомів зменшується, радіуси атомів та іонів збільшуються, металічні властивості хімічних елементів посилюються.

За головними представниками цієї підгрупи – кальцієм, стронцієм і барієм, - відомих під загальною назвою лужноземельних металів, вся головна підгрупа другої групи називається також підгрупою лужноземельних металів.

Назву “лужноземельні” ці метали (інколи до них приєднують і магній) отримали тому, що їх оксиди за своїми хімічними властивостями є проміжними між лугами (тобто оксидами і гідроксидами лужних металів) і “землями” (тобто оксидами таких елементів, типовим представником яких є алюміній – головна складова частина глин). Внаслідок цього перехідного положення оксидам кальцію, стронцію і барію і дали назву “лужні землі”.

Перший елемент цієї підгрупи, берилій (якщо не брати до уваги його валентність), за своїми властивостями набагато ближчий до алюмінію, ніж до вищих аналогів своєї підгрупи. Другий елемент цієї підгрупи, магній, також в окремих відношеннях значно відрізняється від лужноземельних металів у вузькому значенні цього терміну. Деякі окремі реакції зближують його з елементами побічної підгрупи другої групи, особливо з цинком (так сульфати магнію і цинку MgSO₄ i ZnSO₄на противагу сульфатам лужноземельних металів легко розчинні, ізоморфні один одному і утворюють аналогічні по складу подвійні солі).

Отже, як і було вже зазначено нами при вивченні хімії елементів І групи головної підгрупи, перший елемент виявляє властивості, перехідні до наступної головної підгрупи, другий – до побічної підгрупи тої ж групи; і за звичай, характерними для групи властивостямиволодіє лише третій елемент. Це правило особливо наглядно виконується в групі лужноземельних металів.

Самий важкий (r = 6г/см³) з елементів другої групи – радій – за своїми хімічними властивостями, безумовно, відповідає типовим представником лужноземельних металів. Тим не менше частіше всього його не прийнято включати в групу лужноземельних металів в більш вузькому розумінні. В зв’язку з особливостями його поширення в природі, а також внаслідок найбільш характерної його властивості – радіоактивності (звідки й пішла його назва) доцільно відвести йому особливе місце. За виключенням радію, всі елементи лужноземельної підгрупи належать до легких металів. Легкими називаються метали, густина яких не перевищує 5г/см³:

За своєю твердістю метали головної підгрупи ІІ групи значно переважають лужні метали. Найбільш м’який з лужноземельних металів, барій (властивості якого найбільш близькі до лужних металів), володіє приблизно твердістю свинцю.

Їх типова валентність ІІ (лише в виняткових випадках вони бувають одновалентними) заставляє віднести всі ці метали до головної підгрупи ІІ групи. Крім того всі вони вмявляють сильно електропозитивний характер, який визначається їх положення в лівій частині електрохімічного ряду напруг, а також сильною спорідненістю до електронегативних елементів.

Всі метали розкладають воду. Однак дія берилію і магнію на воду протікає дуже повільно внаслідок малої розчинності гідридів, які утворюються в результаті цієї реакції. Наприклад для магнію:

Mg + 2H2O = Mg(OH)₂ + H₂­

Гіроксиди магнію і берилію, утворившись на поверхні металів Be і Mg, закривають металічну поверхню від доступу води. Тому навіть маленькі шматки стружки магнію необхідно витримати при кімнатній температурі в контакті з водою протягом декількох діб, перш ніж вони перетворяться в гідроксид магнію. Інші лужноземельні метали реагують з водою значно енергійніше, що пояснюється кращою розчинністю їх гідроксидів:

Гідроксид барію розчиняється найлегше (барій реагує енергійно із спиртом).

У порядку зростання розчинності гідроксидів зростає їх основний характер – від амфотерного гідроксиду берилію до сильної основи – гідроксиду барію – їдкого барію.

В якості продуктів горіння лужноземельних металів завжди отримують нормальні оксиди MnO. Пероксиди лужноземельних металів набагато менш стійкі, ніж в ряду лужних металів. Оксиди лужноземельних металівреагують з водою з утворенням гідроксидів.

Цікавою особливістю елементів головної підгрупи ІІ групи є сильна спорідненість до азоту. Схильність до утворення споук з азотом зростає в цих елементів із збільшенням порядкового номера. У власне лужноземельних елементів ця тенденція настільки велика, що останні повільно сполучаються з азотом вже при звичайній температурі (незначному нагріванні), утворюючи нітриди:

Лужноземельні метали, подібно до лужних металів, сполучаються з воднем, утворюючи гідриди, наприклад:

Са + Н₂ = СаН₂

Ці гідриди мають також солеподібний характер і тому слід вважати, що в них, як і у гідридів лужних металів, водень є електронегативною складовою молекуи. Важче отримати безпосередньо з елементів MgH₂, BeH₂ синтезувати з елементів так і не вдалося. MgH₂ і BeH₂ – тверді і нелеткі сполуки, як і гідриди лужноземельних металів, але на відміну останнім, вони не володіють яскраво вираженим солевим характером.

Всі елементи головної підгрупи другої групи утворюють безколірні іони, які мають заряд +2:

Be²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺, Sr²⁺, Ra²⁺.

Берилій, внаслідок своєї амфотерності утворює ще й безколірні аніони BeO₂^2-, Be(OH)₄^2-. Безколірними є всі солі лужноземельних металів, якщо вони не є похідними аніонів.

Багато солей лужноземельних металів є важкорозчинними у воді. У зміні розчинності цих солей часто виявляється певна закономірність: так, у сульфатів розчинність швидко зменшується у підгрупі зверху вниз. Приблизно так само змінюється і розчинність хроматів MeCrO₄. Більшість солей, утворених лужноземельними металами із слабкими кислотами і з кислотамисередньої сили, розчиняються важко, наприклад, фосфати, оксалати, карбонати; деякі з них, однак, легко розчинні; до останніх належить сульфіди, ціаніди, роданіди і ацетати. Внаслідок ослаблення основного характеру гідроксидів при переході від Ва до Ве в цій же послідовності зростає ступінь гідролізу їх іонів в сполуках, наприклад, карбонатів. В цьому ж напрямку змінюється і їх термічна стійкість. Тоді як карбонат барію навіть при температурі білого каління розкладається далеко не повністю, карбонат кальцію можна повністю розкласти на СаО і СО₂ вже при порівняно слабкому прожарюванні, а карбонат магнію розкладається ще легше.

Теорія Гейтлера і Лондона в застосуванні до лужноземельних металів приводить перш за все до висновку про те, що їх атоми в нормальному стані не можуть утворювати гомеополярних сполук (так як вони не мають неспарених електронів). Оскільки, перехід одного з двох електронів зовнішньої сфери з s- рівня на сусідній р-рівень зв’язаний з невеликою затратою енергії (для Mg 62, 2, для Са 43, 1 ккал/моль), теоретично можна припустити, що при переході атома в “збуджений стан утворюється гомеополярні сполуки. Однак поки що не проведені точні розрахунки стійкості атомних зв’язків, утворених за рахунок р-електронів. Досвід показує, що чисто гомеополярні сполуки лужноземельних металів, наприклад, сполуки з органічними радикалами, мало стійкі. Магній маєтаку особливість, що має здатність утворювати сполуки типу Х-Mg-R, X- галоген, R-органічний радикал.

Поширення в природі. Сполуки елементів головної ІІ групи, за винятком берилію і радію, широко поширені в природі. Кальцій і магній належать до найбільш поширених елементів (Mg – 2, 0%, Са – 3, 4% в земній корі). Але завдяки великій хімічній активності елементи лужноземельної групи ніколи не зустрічаються у вільному стані, а завжди у вигляді сполук.

Карбонати кальцію і магнію:

CaCO₃ – чистий (мрамор)

SrCO₃ – стронціаніт

BaCO₃ – вітерит

CaSO₄ – агідрит

BaSO₄ – важкий шпат

CaCO₃ – (вапняк, крейда)

CaCO₃ × MgCO₃ – доломіт

MgCO₃ – магнезит, гіркий шпат або тальковий шпат

CaSO₄ × 2H₂O – (гіпс, алебастр)

MgSO₄ × H₂O – кізерит

CaF₂ – плавиковий шпат

3Ca₃(PO₄)₂ × Ca(F, Cl)₂ – апатит

MgO × Al₂O₃ – шпінель, різновидом якої є дорогоцінне каміння

BeAl₂[Si₆O₁₈] – берил, смарагд і аквамарин – різновиди берилу

BeO × Al₂O₃ – хризоберил, алесандрит – різновид хризоберилу

SrSO₄ – цілестин

Радій міститься в мізерних кількостях в рудах урану.

Прості речовини. Елементи головної підгрупи ІІ групи представляють собою сірі або білі метали (блискучі на свіжому розрізі або зломі, які швидко тм’яніють на повітрі. Хімічна активність металів зростає від Ве до Ва, і тому вже Са, Ва, Sr зберігають в посуді під шаром гасу, тоді як магнійова стружка та Ве захищаютьсебе оксидними плівками.

Магній (у вигляді стрічки або порошку) при займанні горить сліпучо білим полум’ям з виділенням білого диму. Світло, яке вилучається магнієм при горінні, багате фотохімічно активним промінням. Це використовується у фотографії (миттєва зйомка при світлі магнію).

Дуже важлива особливість магнію помічена в розчині ефіру:

В рідкому аміаку лужноземельні метали, як і лужні, утворюють темно-сині розчини. Після відгонки з цих розчинів аміаку залишаються тверді продукти, які мають мідний аж до золотистого блиск і є аміакатами типу [Ca(NH₃)₆], [Sr(NH₃)₆], [Ba(NH₃)₆]. В присутності каталізаторів аміакати розкладаються з утворенням амідів:

Ca(NH₃)₆ = Ca(NH₂)₂ + 4NH₃­ + H₂­

Аміди при нагріванні у вакуумі можуть переходити в жовті іміди:

Ca(NH₂)₂ = CaNH + NH₃­

З імідів при подальшому нагріванні у високому вакуумі можуть утворитися пернітриди: Sr₃N₄. За хімічними властивостями Ве (в силу своєї амфотерності) різко відрізняється від Mg і Са та елементів підгрупи кальцію. Ве вже при кімнатній температурі розчиняється в 50% розчині гідроксиду калію, або при нагріванні у водних розчинах лугів.