Les oxydes de métaux alcalino-terreux ont une formule moléculaire générale. Métaux alcalino-terreux

De l’ensemble du tableau périodique, la plupart des éléments représentent le groupe des métaux. amphotères, transitoires, radioactifs - il y en a beaucoup. Tous les métaux jouent rôle énorme non seulement dans la nature et la vie biologique humaine, mais aussi dans diverses industries. Ce n’est pas pour rien que le XXe siècle a été appelé « fer ».

Métaux : caractéristiques générales

Tous les métaux partagent des propriétés chimiques et physiques communes, grâce auxquelles ils se distinguent facilement des substances non métalliques. Par exemple, la structure du réseau cristallin leur permet d'être :

• conducteurs de courant électrique;
• bons conducteurs de chaleur;
• malléable et ductile;
• durable et brillant.

Bien entendu, il existe des différences entre eux. Certains métaux brillent d’une couleur argentée, d’autres d’un blanc plus mat, et d’autres encore d’une couleur généralement rouge et jaune. Il existe également des différences de conductivité thermique et électrique. Cependant, ces paramètres restent communs à tous les métaux, tandis que les non-métaux présentent plus de différences que de similitudes.

De par leur nature chimique, tous les métaux sont des agents réducteurs. Selon les conditions de réaction et les substances spécifiques, ils peuvent également agir comme agents oxydants, mais rarement. Capable de former de nombreuses substances. Composants chimiques les métaux se trouvent dans la nature en quantités énormes dans la composition de minerais ou de minéraux, minéraux et autres roches. Le degré est toujours positif et peut être constant (aluminium, sodium, calcium) ou variable (chrome, fer, cuivre, manganèse).

Beaucoup d’entre eux sont largement utilisés comme matériaux de construction et sont utilisés dans une grande variété de branches scientifiques et technologiques.

Composés chimiques des métaux

Parmi celles-ci, il convient de mentionner plusieurs classes principales de substances, qui sont des produits de l'interaction de métaux avec d'autres éléments et substances.

1. Oxydes, hydrures, nitrures, siliciures, phosphures, ozonides, carbures, sulfures et autres - composés binaires avec des non-métaux, appartiennent le plus souvent à la classe des sels (sauf les oxydes).
2. Hydroxydes - formule générale Me + x (OH) x.
3. Sel. Composés métalliques avec des résidus acides. Peut être différent :

• moyenne;
• aigre;
• double;
• basique;
• complexe.

4. Connexions de métaux avec substances organiques- les structures métallo-organiques.

5. Composés de métaux entre eux - alliages obtenus de différentes manières.

Options d'assemblage de métaux

Les substances pouvant contenir deux ou plusieurs métaux différents en même temps sont divisées en :

• alliages;
• sels doubles;
• composés complexes;
• composés intermétalliques.

Les méthodes d’assemblage des métaux varient également. Par exemple, pour produire des alliages, la méthode de fusion, de mélange et de solidification du produit résultant est utilisée.

Les composés intermétalliques se forment à la suite de réactions chimiques directes entre métaux, souvent explosifs (par exemple le zinc et le nickel). De tels procédés nécessitent des conditions particulières : température, pression, vide très élevées, manque d’oxygène, etc.

Soude, sel, soude caustique - tous ces composés métaux alcalins dans la nature. Ils existent sous forme pure, formant des dépôts, ou font partie des produits de combustion de certaines substances. Parfois ils les obtiennent méthode de laboratoire. Mais ces substances sont toujours importantes et précieuses, car elles entourent une personne et façonnent sa vie.

Les composés de métaux alcalins et leurs utilisations ne se limitent pas au sodium. Des sels tels que :

• chlorure de potassium;
• (nitrate de potassium);
• carbonate de potassium;
• sulfate.

Tous sont de précieux engrais minéraux utilisés en agriculture.

Métaux alcalino-terreux - composés et leurs applications

Cette catégorie comprend des éléments du deuxième groupe du sous-groupe principal du système éléments chimiques. Leur état d'oxydation constant est +2. Ce sont des agents réducteurs actifs qui entrent facilement dans des réactions chimiques avec la plupart des composés et substances simples. Présentent toutes les propriétés typiques des métaux : éclat, malléabilité, conductivité thermique et électrique.

Les plus importants et les plus courants sont le magnésium et le calcium. Le béryllium est amphotère, le baryum et le radium sont des éléments rares. Tous sont capables de former les types de connexions suivants :

• intermétallique;
• des oxydes;
• les hydrures;
• sels binaires (composés avec des non-métaux) ;
• les hydroxydes;
• sels (doubles, complexes, acides, basiques, moyens).

Examinons les liens les plus importants avec point pratique vision et leurs domaines d’application.

Sels de magnésium et de calcium

Les composés de métaux alcalino-terreux tels que les sels sont importants pour les organismes vivants. Après tout, les sels de calcium sont la source de cet élément dans le corps. Et sans cela, la formation normale du squelette, des dents, des cornes des animaux, des sabots, des poils et du pelage, etc. est impossible.

Ainsi, le sel le plus courant du calcium du métal alcalino-terreux est le carbonate. Ses autres noms :

• marbre;
• calcaire;
• dolomie.

Il est utilisé non seulement comme fournisseur d'ions calcium pour un organisme vivant, mais également comme matériau de construction, matière première pour la production chimique, dans l'industrie cosmétique, dans l'industrie du verre, etc.

Les composés de métaux alcalino-terreux tels que les sulfates sont également importants. Par exemple, le sulfate de baryum (nom médical « bouillie de barytine ») est utilisé dans les diagnostics par rayons X. Le sulfate de calcium sous forme d'hydrate cristallin est du gypse que l'on trouve dans la nature. Il est utilisé en médecine, dans la construction et dans les moulages d’estampage.

Phosphore alcalino-terreux

Ces substances sont connues depuis le Moyen Âge. Auparavant, on les appelait des phosphores. Ce nom apparaît encore aujourd'hui. De par leur nature, ces composés sont des sulfures de magnésium, de strontium, de baryum et de calcium.

Avec certains traitements, ils sont capables de présenter des propriétés phosphorescentes et la lueur est très belle, du rouge au violet vif. Celui-ci est utilisé dans la fabrication de panneaux routiers, de vêtements de travail et autres.

Connexions complexes

Les substances qui comprennent deux ou plusieurs éléments différents de nature métallique sont des composés métalliques complexes. Le plus souvent, ce sont des liquides aux couleurs belles et colorées. Utilisé en chimie analytique pour la détermination qualitative des ions.

De telles substances sont capables de former non seulement des métaux alcalins et alcalino-terreux, mais également tous les autres. Il existe des complexes hydroxo, des complexes aquatiques et autres.

Le sous-groupe principal du deuxième groupe du tableau périodique couvre les éléments : béryllium, magnésium, calcium, strontium, baryum et radium. Sur la base des principaux représentants de ce sous-groupe - le calcium, le strontium et le baryum - connus collectivement sous le nom de métaux alcalino-terreux, l'ensemble du sous-groupe principal du deuxième groupe est également appelé le sous-groupe métaux alcalino-terreux.

Ces métaux (on y ajoute parfois du magnésium) ont reçu le nom de « alcalino-terreux » car leurs oxydes dans leurs propriétés chimiques sont intermédiaires, d'une part, entre les alcalis, c'est-à-dire les oxydes ou hydroxydes de métaux alcalins et, d'autre part, Les « terres », c'est-à-dire les oxydes de ces éléments, dont un représentant typique est l'aluminium, composant principal des argiles. En raison de cette position intermédiaire, les oxydes de calcium, de strontium et de baryum ont reçu le nom de « terres alcalines ».

Le premier élément de ce sous-groupe, le béryllium (si l'on ne tient pas compte de sa valence), est beaucoup plus proche dans ses propriétés de l'aluminium que des analogues supérieurs du groupe supérieur auquel il appartient. Le deuxième élément de ce groupe, le magnésium, se distingue également à certains égards de manière significative des métaux alcalino-terreux au sens étroit du terme. Certaines réactions le rapprochent des éléments du sous-groupe secondaire du deuxième groupe, notamment le zinc ; Ainsi, les sulfates de magnésium et de zinc, contrairement aux sulfates de métaux alcalino-terreux, sont facilement solubles, isomorphes les uns par rapport aux autres et forment des sels doubles de composition similaire. Auparavant, une règle était énoncée selon laquelle le premier élément présente des propriétés transitoires vers le sous-groupe principal suivant, le second - vers un sous-groupe secondaire du même groupe ; et généralement seul le troisième élément a des propriétés caractéristiques du groupe ; Cette règle se manifeste particulièrement clairement dans le groupe des métaux alcalino-terreux.

Le plus lourd des éléments du deuxième groupe - le radium - dans ses propriétés chimiques correspond bien entendu aux représentants typiques des métaux alcalino-terreux. Cependant, il n'est généralement pas habituel de l'inclure dans le groupe des métaux alcalino-terreux dans un sens plus étroit. sens. En raison des particularités de sa distribution dans la nature, ainsi que de sa propriété la plus caractéristique - la radioactivité, il est plus approprié de l'attribuer endroit spécial. Dans la discussion des propriétés générales des éléments de ce sous-groupe, le radium ne sera pas pris en compte, puisque le caractéristiques physico-chimiques n’a pas été suffisamment étudié jusqu’à présent.

À l’exception du radium, tous les éléments du sous-groupe alcalino-terreux sont des métaux légers. Les métaux légers sont ceux dont la densité ne dépasse pas 5. En termes de dureté, les métaux du sous-groupe principal du groupe II sont nettement supérieurs aux métaux alcalins. Le plus mou d'entre eux, le baryum (dont les propriétés se rapprochent le plus des métaux alcalins) a approximativement la dureté du plomb. Les points de fusion des métaux de ce groupe sont nettement supérieurs à ceux des métaux alcalins.

Ce qui est commun à tous les éléments du sous-groupe principal du groupe II est leur propriété de présenter une valence positive 2 dans leurs composés, et ce n'est que dans des cas très exceptionnels qu'ils sont positivement monovalents. Leur valence typique 2+, ainsi que les numéros atomiques des éléments, obligent sans aucun doute à classer ces métaux dans le sous-groupe principal du deuxième groupe. De plus, ils présentent tous un caractère fortement électropositif, déterminé par leur position sur le côté gauche de la série de tensions électrochimiques, ainsi qu'une forte affinité pour les éléments électronégatifs.

Conformément à la valeur des potentiels normaux des éléments du sous-groupe principal du deuxième groupe, tous les métaux répertoriés se décomposent dans l'eau ; cependant, l'effet du béryllium et du magnésium sur l'eau se produit très lentement en raison de la faible solubilité des hydroxydes issus de cette réaction, par exemple pour le magnésium :

Mg + 2НН = Mg(OH) 2 + H 2

S'ils se sont formés à la surface du métal, les hydroxydes de Be et de Mg entravent le déroulement ultérieur de la réaction. Par conséquent, même les petites erreurs de magnésium doivent être maintenues à température normale en contact avec l’eau pendant plusieurs jours avant d’être complètement transformées en hydroxyde de magnésium. Les métaux alcalino-terreux restants réagissent beaucoup plus vigoureusement avec l'eau, ce qui s'explique par la meilleure solubilité de leurs hydroxydes. L'hydroxyde de baryum est le plus facile à dissoudre ; Le potentiel normal du Ba est le plus bas par rapport aux autres éléments du groupe, il réagit donc très vigoureusement avec l'eau, ainsi qu'avec l'alcool. La résistance des métaux alcalino-terreux à l’air diminue dans le sens du magnésium vers le baryum. Conformément à leur position dans la série de contraintes, les métaux nommés déplacent tous les métaux lourds des solutions de leurs sels.

Les oxydes normaux M II O sont toujours obtenus comme produits de combustion de métaux alcalino-terreux. Les peroxydes de métaux alcalino-terreux sont beaucoup moins stables que dans la série des métaux alcalins.

Les oxydes de métaux alcalino-terreux se combinent avec l'eau pour former des hydroxydes, De plus, l'énergie de cette réaction augmente très sensiblement dans le sens de BeO vers BaO. La solubilité des hydroxydes augmente également considérablement de l'hydroxyde de béryllium à l'hydroxyde de baryum ; Mais même la solubilité de ce dernier à température normale est très faible. Le caractère basique de ces composés augmente dans le même ordre - de l'hydroxyde de béryllium amphotère au baryum caustique fortement basique.

Il est intéressant de noter la forte affinité des éléments du sous-groupe principal du deuxième groupe pour l'azote. La tendance à former des composés avec l'azote augmente dans ces éléments avec l'augmentation du poids atomique (malgré le fait que la chaleur de formation des nitrures dans cette direction diminue) ; Dans les métaux alcalino-terreux eux-mêmes, la tendance à former des nitrures est si grande que ces derniers se combinent lentement avec l'azote, même à des températures normales.

Métaux alcalino-terreux comme les métaux alcalins, ils se combinent avec l'hydrogène pour former des hydrures, par exemple :

Ca+H2 = CaH2.

Les hydrures d'ethn ont également un caractère salin et il faut donc supposer que, comme dans les hydrures de métaux alcalins, l'hydrogène est un composant électronégatif.

Il est plus difficile d'obtenir MgH 2 directement à partir des éléments, mais il n'a pas du tout été possible de synthétiser BeH 2 de cette manière. MgH 2 et BeH 2 sont des composés solides et non volatils, comme les hydrures de métaux alcalino-terreux, mais contrairement à ces derniers, ils n'ont pas de caractère salin prononcé.

Tous les éléments du sous-groupe principal du deuxième groupe forment des ions incolores de charge positive 2 : Be 2+, Mg 2+, Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+, Ra 2+. Le béryllium forme également des anions incolores [BeO 2 ] 2+ et [Be(OH) 4 ] 2+. Tous les sels M II X 2 de ces éléments sont également incolores, sauf s'ils sont dérivés d'anions colorés.

Les sels de radium eux-mêmes sont également incolores. Cependant, certains d'entre eux, comme le chlorure et le bromure de radium, se colorent progressivement par le rayonnement du radium qu'ils contiennent et acquièrent finalement une couleur allant du brun au noir. Une fois recristallisés, ils redeviennent blancs.

De nombreux sels de métaux alcalino-terreux sont peu solubles dans l’eau. Un certain modèle est souvent révélé dans le changement de solubilité de ces sels : par exemple, pour les sulfates, la solubilité diminue rapidement avec l'augmentation du poids atomique du métal alcalino-terreux. La solubilité des chromites change à peu près de la même manière. La plupart des sels formés par les métaux alcalino-terreux avec des acides faibles et avec des acides de force moyenne sont difficiles à dissoudre, par exemple les phosphates, les oxalates et les carbonates ; cependant, certains d'entre eux sont facilement solubles ; ces derniers comprennent les sulfures, les cyanures, les thiocyanates et les acétates. En raison de l'affaiblissement du caractère basique des hydroxydes lors du passage de Ba à Be, le degré d'hydrolyse de leurs carbonates augmente dans le même ordre. Leur stabilité thermique évolue également dans le même sens : alors que le carbonate de baryum, même à des températures très chaudes, est loin d'être complètement décomposé, le carbonate de calcium peut être complètement décomposé en CaO et CO 2 même avec une calcination relativement faible, et le carbonate de magnésium se décompose encore plus. facilement.

Du point de vue de la théorie de Kossel, la raison de la divalence des éléments du groupe alcalino-terreux est le fait que dans le tableau périodique ils sont tous retirés des gaz inertes correspondants avec : 2 éléments, donc chacun d'eux a 2 plus d'électrons que le gaz inerte précédent. En raison de la tendance des atomes à adopter la configuration des gaz inertes dans les éléments du groupe alcalino-terreux, une légère abstraction de deux électrons se produit, mais pas plus, car une abstraction supplémentaire entraînerait la destruction de la configuration des gaz inertes.

Le groupe IIA ne contient que des métaux – Be (béryllium), Mg (magnésium), Ca (calcium), Sr (strontium), Ba (baryum) et Ra (radium). Propriétés chimiques Le premier représentant de ce groupe - le béryllium - diffère le plus fortement des propriétés chimiques des autres éléments de ce groupe. Ses propriétés chimiques sont, à bien des égards, encore plus similaires à celles de l’aluminium qu’à celles des autres métaux du groupe IIA (ce que l’on appelle la « similarité diagonale »). Le magnésium, dans ses propriétés chimiques, diffère également sensiblement de Ca, Sr, Ba et Ra, mais il possède néanmoins des propriétés chimiques beaucoup plus similaires qu'avec le béryllium. En raison de la similitude significative des propriétés chimiques du calcium, du strontium, du baryum et du radium, ils sont regroupés en une seule famille appelée Terre alcaline les métaux.

Tous les éléments du groupe IIA appartiennent à s-éléments, c'est-à-dire contiennent tous leurs électrons de valence sur s-sous-niveau Ainsi, la configuration électronique de la couche électronique externe de tous les éléments chimiques de ce groupe a la forme ns 2 , Où n– numéro de la période dans laquelle se situe l’élément.

En raison des particularités de la structure électronique des métaux du groupe IIA, ces éléments, en plus de zéro, ne peuvent avoir qu'un seul état d'oxydation égal à +2. Substances simples formées d'éléments du groupe IIA, avec participation à tout réactions chimiques ne sont capables que de s'oxyder, c'est-à-dire donner des électrons :

Moi 0 – 2e — → Moi +2

Le calcium, le strontium, le baryum et le radium ont une réactivité chimique extrêmement élevée. Les substances simples qu'ils forment sont des agents réducteurs très puissants. Le magnésium est également un puissant agent réducteur. L'activité de réduction des métaux obéit aux lois générales de la loi périodique de D.I. Mendeleev et augmente le sous-groupe.

Interaction avec des substances simples

avec de l'oxygène

Sans chauffage, le béryllium et le magnésium ne réagissent ni avec l'oxygène atmosphérique ni avec l'oxygène pur car ils sont recouverts de fines pellicules protectrices constituées respectivement d'oxydes de BeO et de MgO. Leur stockage ne nécessite aucune méthode particulière de protection contre l'air et l'humidité, contrairement aux métaux alcalino-terreux, qui sont stockés sous une couche de liquide inerte pour eux, le plus souvent du kérosène.

Be, Mg, Ca, Sr, lorsqu'ils sont brûlés dans l'oxygène, forment des oxydes de composition MeO et Ba - un mélange d'oxyde de baryum (BaO) et de peroxyde de baryum (BaO 2) :

2Mg + O2 = 2MgO

2Ca + O2 = 2CaO

2Ba + O2 = 2BaO

Ba + O 2 = BaO 2

Il convient de noter que lorsque les métaux alcalino-terreux et le magnésium brûlent dans l'air, une réaction secondaire de ces métaux avec l'azote de l'air se produit également, à la suite de laquelle, en plus des composés de métaux avec l'oxygène, des nitrures de formule générale Me 3 N 2 sont également formés.

avec des halogènes

Le béryllium ne réagit avec les halogènes qu'à haute température, et le reste des métaux du groupe IIA - déjà à température ambiante :

Mg + I 2 = MgI 2 – Iodure de magnésium

Ca + Br 2 = CaBr 2 – bromure de calcium

Ba + Cl 2 = BaCl 2 – chlorure de baryum

avec des non-métaux des groupes IV-VI

Tous les métaux du groupe IIA réagissent lorsqu'ils sont chauffés avec tous les non-métaux des groupes IV à VI, mais en fonction de la position du métal dans le groupe, ainsi que de l'activité des non-métaux, différents degrés de chauffage sont nécessaires. Étant donné que le béryllium est le plus chimiquement inerte parmi tous les métaux du groupe IIA, lors de ses réactions avec des non-métaux, une utilisation importante est nécessaire. Ô température plus élevée.

Il est à noter que la réaction des métaux avec le carbone peut former des carbures de différentes natures. Il existe des carbures qui appartiennent aux méthanides et sont classiquement considérés comme des dérivés du méthane, dans lesquels tous les atomes d'hydrogène sont remplacés par du métal. Comme le méthane, ils contiennent du carbone à l'état d'oxydation -4, et lorsqu'ils sont hydrolysés ou interagissent avec des acides non oxydants, l'un des produits est le méthane. Il existe également un autre type de carbures - les acétyléniures, qui contiennent l'ion C 2 2-, qui est en fait un fragment de la molécule d'acétylène. Les carbures tels que les acétyléniures, lors de l'hydrolyse ou de l'interaction avec des acides non oxydants, forment de l'acétylène comme l'un des produits de réaction. Le type de carbure - méthanide ou acétyléniure - obtenu lorsqu'un métal particulier réagit avec le carbone dépend de la taille du cation métallique. Les ions métalliques de petit rayon forment généralement des métanides et les ions plus gros forment des acétyléniures. Dans le cas des métaux du deuxième groupe, le méthanide est obtenu par interaction du béryllium avec le carbone :

Les métaux restants du groupe II A forment des acétyléniures avec le carbone :

Avec le silicium, les métaux du groupe IIA forment des siliciures - composés du type Me 2 Si, avec de l'azote - des nitrures (Me 3 N 2), avec du phosphore - des phosphures (Me 3 P 2) :

avec de l'hydrogène

Tous les métaux alcalino-terreux réagissent avec l'hydrogène lorsqu'ils sont chauffés. Pour que le magnésium réagisse avec l'hydrogène, le chauffage seul, comme dans le cas des métaux alcalino-terreux, ne suffit pas ; il faut en outre haute température, aussi hypertension artérielle hydrogène. Le béryllium ne réagit en aucun cas avec l’hydrogène.

Interaction avec des substances complexes

avec de l'eau

Tous les métaux alcalino-terreux réagissent activement avec l’eau pour former des alcalis (hydroxydes métalliques solubles) et de l’hydrogène. Le magnésium ne réagit avec l'eau que lorsqu'il est bouilli, car lorsqu'il est chauffé, le film d'oxyde protecteur MgO se dissout dans l'eau. Dans le cas du béryllium, le film protecteur d'oxyde est très résistant : l'eau ne réagit avec lui ni à l'ébullition ni même à des températures brûlantes :

avec des acides non oxydants

Tous les métaux du sous-groupe principal du groupe II réagissent avec les acides non oxydants, car ils se trouvent dans la série d'activités à gauche de l'hydrogène. Dans ce cas, un sel de l'acide correspondant et de l'hydrogène se forme. Exemples de réactions :

Be + H 2 SO 4 (dilué) = BeSO 4 + H 2

Mg + 2HBr = MgBr 2 + H 2

Ca + 2CH 3 COOH = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2

avec des acides oxydants

− acide nitrique dilué

Avec dilué acide nitrique Tous les métaux du groupe IIA réagissent. Dans ce cas, les produits de réduction, au lieu de l'hydrogène (comme dans le cas des acides non oxydants), sont des oxydes d'azote, principalement de l'oxyde d'azote (I) (N 2 O), et dans le cas de l'acide nitrique très dilué, de l'ammonium nitrate (NH 4 NO 3) :

4Ca + 10HNO3 ( Razb .) = 4Ca(NON 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O

4Mg + 10HNO3 (très flou)= 4Mg(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O

− acide nitrique concentré

L'acide nitrique concentré à température ordinaire (ou basse) passive le béryllium, c'est-à-dire ne réagit pas avec. A l'ébullition, la réaction est possible et se déroule principalement selon l'équation :

Le magnésium et les métaux alcalino-terreux réagissent avec l'acide nitrique concentré pour former un large spectre divers produits récupération de l'azote.

− acide sulfurique concentré

Le béryllium est passivé avec de l'acide sulfurique concentré, c'est-à-dire ne réagit pas avec lui dans des conditions normales, mais la réaction se produit à l'ébullition et conduit à la formation de sulfate de béryllium, de dioxyde de soufre et d'eau :

Be + 2H 2 SO 4 → BeSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

Le baryum est également passivé par l'acide sulfurique concentré en raison de la formation de sulfate de baryum insoluble, mais réagit avec lui lorsqu'il est chauffé ; le sulfate de baryum se dissout lorsqu'il est chauffé dans l'acide sulfurique concentré en raison de sa conversion en hydrogénosulfate de baryum.

Les métaux restants du groupe principal IIA réagissent avec l'acide sulfurique concentré dans toutes les conditions, y compris à froid. La réduction du soufre peut se produire en SO 2, H 2 S et S en fonction de l'activité du métal, de la température de réaction et de la concentration d'acide :

Mg + H2SO4 ( conc. .) = MgSO 4 + SO 2 + H 2 O

3Mg + 4H2SO4 ( conc. .) = 3MgSO 4 + S↓ + 4H 2 O

4Ca + 5H 2 SO 4 ( conc. .) = 4CaSO 4 +H 2 S + 4H 2 O

avec des alcalis

Le magnésium et les métaux alcalino-terreux n'interagissent pas avec les alcalis et le béryllium réagit facilement à la fois avec les solutions alcalines et avec les alcalis anhydres lors de la fusion. De plus, lorsqu'une réaction est effectuée en solution aqueuse, l'eau participe également à la réaction, et les produits sont des tétrahydroxobéryllates de métaux alcalins ou alcalino-terreux et de l'hydrogène gazeux :

Être + 2KOH + 2H 2 O = H 2 + K 2 - tétrahydroxobéryllate de potassium

Lors de la réaction avec un alcali solide lors de la fusion, des béryllates de métaux alcalins ou alcalino-terreux et de l'hydrogène se forment

Be + 2KOH = H 2 + K 2 BeO 2 - béryllate de potassium

avec des oxydes

Les métaux alcalino-terreux, ainsi que le magnésium, peuvent réduire moins métaux actifs et certains non-métaux de leurs oxydes lorsqu'ils sont chauffés, par exemple :

La méthode de réduction des métaux de leurs oxydes avec du magnésium est appelée magnésium.

La leçon portera sur le thème « Les métaux et leurs propriétés. Métaux alcalins. Métaux alcalino-terreux. Aluminium". Tu vas apprendre les propriétés générales et les modèles d'éléments alcalins et alcalino-terreux, étudient séparément les propriétés chimiques des métaux alcalins et alcalino-terreux et de leurs composés. À l'aide d'équations chimiques, nous considérerons un concept tel que la dureté de l'eau. Familiarisez-vous avec l'aluminium, ses propriétés et ses alliages. Vous en apprendrez davantage sur les mélanges régénérateurs d'oxygène, les ozonides, le peroxyde de baryum et la production d'oxygène.

Thème : Métaux de base et non-métaux

Leçon : Les métaux et leurs propriétés. Métaux alcalins. Métaux alcalino-terreux. Aluminium

Sous-groupe principal du groupe I Tableau périodique DI. Les éléments de Mendeleev sont le lithium Li, le sodium Na, le potassium K, le rubidium Rb, le césium Cs et le francium Fr. Les éléments de ce sous-groupe appartiennent. Leur nom commun est métaux alcalins.

Les métaux alcalino-terreux font partie du sous-groupe principal du groupe II du tableau périodique D.I. Mendeleïev. Il s'agit du magnésium Mg, du calcium Ca, du strontium Sr, du baryum Ba et du radium Ra.

Les métaux alcalins et alcalino-terreux, en tant que métaux typiques, présentent des propriétés réductrices prononcées. Pour les éléments des sous-groupes principaux, les propriétés métalliques augmentent avec l'augmentation du rayon. Les métaux alcalins présentent des propriétés réductrices particulièrement fortes. Si fort qu'il est presque impossible d'effectuer leurs réactions avec des solutions aqueuses diluées, car la réaction de leur interaction avec l'eau se produira en premier. La situation est similaire pour les métaux alcalino-terreux. Ils interagissent également avec l’eau, mais de manière beaucoup moins intense que les métaux alcalins.

Configurations électroniques couche de valence de métaux alcalins - ns 1 , où n est le numéro de la couche électronique. Ils sont classés comme éléments s. Pour les métaux alcalino-terreux - ns 2 (éléments s). L'aluminium possède des électrons de valence …3 s 2 3р 1(élément p). Ces éléments forment des composés de type liaison ionique. Lorsque des composés se forment, leur état d'oxydation correspond au numéro de groupe.

Détection d'ions métalliques dans les sels

Les ions métalliques peuvent être facilement identifiés grâce aux changements de couleur de la flamme. Riz. 1.

Sels de lithium - couleur rouge carmin de la flamme. Sels de sodium - jaune. Sels de potassium - violets à travers le verre de cobalt. Le rubidium est rouge, le césium est bleu violet.

Riz. 1

Sels de métaux alcalino-terreux : calcium - rouge brique, strontium - rouge carmin et baryum - vert jaunâtre. Les sels d'aluminium ne changent pas la couleur de la flamme. Des sels de métaux alcalins et alcalino-terreux sont utilisés pour créer des feux d'artifice. Et vous pouvez facilement déterminer par la couleur quels sels métalliques ont été utilisés.

Propriétés des métaux

Métaux alcalins- Ce sont des substances blanc argenté avec un éclat métallique caractéristique. Ils s'estompent rapidement à l'air en raison de l'oxydation. Ce sont des métaux mous ; la douceur de Na, K, Rb, Cs est similaire à celle de la cire. Ils sont faciles à couper avec un couteau. Ils sont légers. Le lithium est le métal le plus léger avec une densité de 0,5 g/cm 3 .

Propriétés chimiques des métaux alcalins

1. Interaction avec les non-métaux

En raison de leurs propriétés réductrices élevées, les métaux alcalins réagissent violemment avec les halogènes pour former l'halogénure correspondant. Lorsqu'ils sont chauffés, ils réagissent avec le soufre, le phosphore et l'hydrogène pour former des sulfures, des hydrures et des phosphures.

2Na + Cl2 → 2NaCl

Le lithium est le seul métal qui réagit avec l’azote déjà à température ambiante.

6Li + N 2 = 2Li 3 N, le nitrure de lithium obtenu subit une hydrolyse irréversible.

Li 3 N + 3H 2 O → 3LiOH + NH 3

2. Interaction avec l'oxygène

Ce n'est qu'avec le lithium que l'oxyde de lithium se forme immédiatement.

4Li + O 2 = 2Li 2 O, et lorsque l'oxygène réagit avec le sodium, du peroxyde de sodium se forme.

2Na + O 2 = Na 2 O 2. Lorsque tous les autres métaux brûlent, des superoxydes se forment.

K + O 2 = KO 2

3. Interaction avec l'eau

Par réaction avec l'eau, on voit clairement comment l'activité de ces métaux évolue dans le groupe de haut en bas. Le lithium et le sodium réagissent calmement avec l'eau, le potassium avec un éclair et le césium avec une explosion.

2Li + 2H 2 O → 2LiOH + H 2

4.

8K + 10HNO 3 (conc) → 8KNO 3 + N 2 O +5 H 2 O

8Na + 5H 2 SO 4 (conc) → 4Na 2 SO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Préparation de métaux alcalins

En raison de la forte activité des métaux, ils peuvent être obtenus par électrolyse de sels, le plus souvent des chlorures.

Les composés de métaux alcalins sont largement utilisés dans diverses industries. Voir le tableau. 1.

Leur nom est dû au fait que les hydroxydes de ces métaux sont des alcalis, et les oxydes étaient auparavant appelés « terres ». Par exemple, l'oxyde de baryum BaO est de la terre de baryum. Le béryllium et le magnésium ne sont le plus souvent pas classés parmi les métaux alcalino-terreux. Nous ne considérerons pas non plus le radium, car il est radioactif.

Propriétés chimiques des métaux alcalino-terreux.

1. Interactions avecnon-métaux

Ca + Cl 2 → 2СaCl 2

Ca + H 2 CaH 2

3Ca + 2P Ca3P2-

2. Interaction avec l'oxygène

2Ca + O2 → 2CaO

3. Interaction avec l'eau

Sr + 2H 2 O → Sr(OH) 2 + H 2, mais l'interaction est plus calme qu'avec les métaux alcalins.

4. Interaction avec les acides - agents oxydants forts

4Sr + 5HNO 3 (conc) → 4Sr(NO 3) 2 + N 2 O + 4H 2 O

4Ca + 10H 2 SO 4 (conc) → 4CaSO 4 + H 2 S + 5H 2 O

Préparation de métaux alcalino-terreux

Le calcium et le strontium métalliques sont obtenus par électrolyse de sels fondus, le plus souvent des chlorures.

CaCl 2 Ca + Cl 2

Le baryum de haute pureté peut être obtenu par aluminothermie à partir d'oxyde de baryum

3BaO +2Al 3Ba + Al2O3

COMPOSÉS COMMUNS DE MÉTAUX ALCALINO-TERREUX

Les composés les plus connus des métaux alcalino-terreux sont : CaO - chaux vive. Ca(OH)2- chaux, ou de l'eau de chaux. Lorsque le dioxyde de carbone passe à travers l'eau de chaux, une turbidité se produit, car il se forme du carbonate de calcium insoluble CaCO 3. Mais nous devons nous rappeler qu'avec un passage ultérieur du dioxyde de carbone, du bicarbonate soluble se forme et le précipité disparaît.

Riz. 2

CaO + H 2 O → Ca(OH) 2

Ca(OH) 2 + CO 2 → CaCO 3 ↓+ H 2 O

CaCO 3 ↓+ H 2 O + CO 2 → Ca(HCO 3) 2

Plâtre - il s'agit de CaSO 4 ∙2H 2 O, l'albâtre est CaSO 4 ∙0,5H 2 O. Le gypse et l'albâtre sont utilisés dans la construction, en médecine et pour la fabrication d'objets de décoration. Riz. 2.

Carbonate de calcium CaCO 3 forme de nombreux minéraux différents. Riz. 3.

Riz. 3

Le phosphate de calcium Ca 3 (PO 4) 2 - phosphorite, la farine de phosphore est utilisée comme engrais minéral.

Pur anhydre chlorure de calcium Le CaCl 2 est une substance hygroscopique, il est donc largement utilisé dans les laboratoires comme dessicant.

Carbure de calcium-CaC2. Vous pouvez l'obtenir comme ceci :

CaO + 2C → CaC 2 + CO. L'une de ses utilisations est la production d'acétylène.

CaC 2 + 2H 2 O →Ca(OH) 2 + C 2 H 2

Sulfate de baryum BaSO 4 - barytine. Riz. 4. Utilisé comme étalon blanc dans certaines études.

Riz. 4

Dureté de l'eau

L'eau naturelle contient des sels de calcium et de magnésium. S'ils sont contenus dans des concentrations notables, le savon ne mousse pas dans une telle eau en raison de la formation de stéarates insolubles. Quand il bout, du tartre se forme.

Dureté temporaire en raison de la présence d'hydrocarbures de calcium et de magnésium Ca(HCO 3) 2 et Mg(HCO 3) 2. Ce type de dureté de l’eau peut être éliminé par ébullition.

Ca(HCO 3) 2 CaCO 3 ↓ + CO 2 + H 2 O

Dureté de l'eau constante est causée par la présence de cations Ca 2+, Mg 2+ et d'anions H 2 PO 4 -, Cl -, NO 3 -, etc. La dureté constante de l'eau n'est éliminée qu'en raison de réactions d'échange d'ions, à la suite desquelles le magnésium et les ions calcium seront transférés aux sédiments.

Devoirs

1. N° 3, 4, 5-a (p. 173) Gabrielyan O.S. Chimie. 11e année. Un niveau de base de. 2e éd., effacée. - M. : Outarde, 2007. - 220 p.

2. Quelle réaction l’environnement a-t-il ? Solution aqueuse du sulfure de potassium ? Confirmez votre réponse avec l'équation de la réaction d'hydrolyse.

3. Déterminer la fraction massique de sodium dans eau de mer, qui contient 1,5 % de chlorure de sodium.

Tous les éléments des principaux sous-groupes des groupes I et II du tableau périodique, ainsi que l'hydrogène et l'hélium, appartiennent aux éléments s. Hormis l'hydrogène et l'hélium, tous ces éléments sont les métaux. Les métaux du groupe I du tableau périodique sont appelés alcalin, car ils réagissent avec l’eau pour former des alcalis. Les métaux du groupe II du tableau périodique, à l'exception du béryllium et du magnésium, sont appelés Terre alcaline. Francium, complétant le groupe I, et radium, complétant le groupe II, - éléments radioactifs.

Quelques propriétés des s-métaux 3

Tableau 15.1

et PI est le potentiel d'ionisation (énergie) ; EO - électronégativité.

Tous les métaux s ont un ou deux électrons dans leur enveloppe externe et peuvent facilement les abandonner, formant des ions avec une configuration électronique stable des gaz rares. La forte activité réductrice de ces métaux se manifeste par des potentiels d'ionisation (IP) très faibles et une faible électronégativité (EO) (tableau 15.1). Comparez les potentiels d'ionisation des métaux alcalins et des gaz rares (de tous les éléments, les gaz rares ont l'EO le plus bas et le PI le plus élevé ; voir le tableau 18.1).

Propriétés physiques. Dans des conditions normales, les métaux s sont à l’état solide, formant des cristaux avec une liaison métallique. Tous les métaux du groupe I ont réseau cubique centré sur le corps(BCC, voir § 4.4). Le béryllium et le magnésium se caractérisent par emballage fermé hexagonal(HCP), calcium et strontium réseau cubique à faces centrées(fcc), en baryum cubique centré sur le corps(OTSK).

Les métaux du groupe I sont mous et ont une faible densité par rapport aux autres. Lithium, sodium et potassium plus léger que l'eau et flotter à sa surface, réagissant avec lui. Les métaux du groupe II sont plus durs et plus denses que les métaux alcalins. Les faibles points de fusion et d'ébullition des métaux s (voir tableau 15.1) s'expliquent par la liaison métallique relativement faible dans les réseaux cristallins ; énergie de liaison (en eV) : lithium 1,65, sodium 1,11, potassium 0,92, rubidium 0,84, césium 0,79, béryllium 3,36, magnésium 1,53, calcium 1,85, strontium 1, 70, baryum 1,87.

Pour comparer les énergies de liaison (en eV) : aluminium 3,38, zinc 1,35, fer 4,31, cuivre 3,51, argent 2,94, titane 4,87, molybdène 6,82, tungstène 8,80.

Une liaison métallique est formée par des électrons de valence délocalisés retenant ensemble les ions positifs des atomes métalliques (voir §3.6). Plus le rayon du métal est grand, plus les électrons délocalisés sont répartis en « couche mince » entre les ions positifs, et plus la résistance du réseau cristallin est faible. Ceci explique basses températures fusion et ébullition des métaux des groupes I et II. Les points de fusion et d'ébullition des éléments du groupe II, contrairement aux métaux alcalins, changent de manière non systématique, ce qui s'explique par les différences de structures cristallines (voir ci-dessus).

Prévalence dans la nature. Tous les métaux S se trouvent dans la nature uniquement sous forme de composés : sels minéraux fossiles et leurs dépôts (KS1, NaCl, CaCO 3 et autres) et ions dans l'eau de mer. Le calcium, le sodium, le potassium et le magnésium sont respectivement cinquième, sixième, septième et huitième les plus abondants sur Terre. Le strontium est courant en quantités modérées. La teneur en autres métaux S de la croûte terrestre et des eaux océaniques est insignifiante. Par exemple, la teneur en sodium dans la croûte terrestre est de 2,3 % et dans l'eau de mer de 1,1 %, le césium dans la croûte terrestre est de 3,10 ~ 4 % et dans l'eau de mer de 3,10 -8 %.

Le sodium, le césium et le béryllium n'ont chacun qu'un seul isotope stable, le lithium, le potassium et le rubidium en ont chacun deux : |Li 7,5 % et |Li 92,5 % ; 93,26% et Comité central 6,74% ; f^Rb 72,17 % et fpRb 27,83 %. Le magnésium possède trois isotopes stables (|2 Mg 79,0 %, j|Mg 10,0 % et j|Mg 11,0 %). D'autres métaux alcalino-terreux possèdent un plus grand nombre d'isotopes stables ; les principaux : 4 °Са 96,94% et TSSA 2,09% ; ||Sr 82,58 %, 8 |Sr 9,86 % et ||Sr 7,0 % ; 1 ||Ba 71,7%, 18 |Ba 11,23%, 18 ®Ba 7,85% et 18 |Ba 6,59%.