Гидроксиды щелочных металлов – ROH

 

Белые, кристаллические вещества, гигроскопичны; хорошо растворимы в воде (с выделением тепла). В водных растворах нацело диссоциированы.

 

Получение

 

1. Электролиз растворов хлоридов:

 

2NaCl + 2H₂O ® 2NaOH + H₂­+ Cl₂­

 

катод: 2H⁺ + 2ē ® H⁰₂­

анод: 2Cl^- – 2ē ® Cl⁰₂­

 

2. Обменные реакции между солью и основанием:

 

K₂CO₃ + Ca(OH)₂ ® CaCO₃¯ + 2KOH

 

3. Взаимодействие металлов или их основных оксидов (или пероксидов и надпероксидов) с водой:

 

2Li + 2H₂O ® 2LiOH + H₂­

Li₂O + H₂O ® 2LiOH

Na₂O₂ + 2H₂O ® 2NaOH + H₂O₂

 

Химические свойства

 

R–OH – сильные основания (щелочи) (основность увеличивается в ряду LiOH – NaOH – KOH – RbOH –CsOH); реагируют с кислотными оксидами и кислотами:

 

2NaOH + CO₂ ® Na₂CO₃ + H₂O

LiOH + HCl ® LiCl + H₂O

 

При сплавлении NaOH с ацетатом натрия образуется метан:

 

NaOH + CH₃COONa –^t°® Na₂CO₃ + CH₄­

 

ЩЕЛОЧНОЗЕМЕЛЬНЫЕ МЕТАЛЛЫ

 

Свойства щелочноземельных металлов

 

Атомный номер	Название	Атомная масса	Электронная конфигурация	r г/см3	t°пл. °C	t°кип. °C	ЭО	Атомный радиус, нм	Степень окисления
	Бериллий Be	9,01	[He] 2s2	1,86			1,5	0,113	+2
	Магний Mg	24,3	[Ne]3s2	1,74	649,5		1,2	0,16	+2
	Кальций Ca	40,08	[Ar] 4s2	1,54			1,0	0,2	+2
	Стронций Sr	87,62	[Kr] 5s2	2,67			1,0	0,213	+2
	Барий Ba	137,34	[Xe] 6s2	3,61			0,9	0,25	+2
	Радий Ra		[Rn] 7s2	~6	~700		0,9	–	+2

 

Физические свойства

 

Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип., потенциалами ионизации, плотностями и твердостью.

 

Химические свойства

 

1. Очень реакционноспособны.

2. Обладают положительной валентностью +2.

3. Реагируют с водой при комнатной температуре (кроме Be) с выделением водорода.

4. Обладают большим сродством к кислороду (восстановители).

5. С водородом образуют солеобразные гидриды ЭH₂.

6. Оксиды имеют общую формулу ЭО. Тенденция к образованию пероксидов выражена слабее, чем для щелочных металлов.

 

Нахождение в природе

 

Be

3BeO • Al₂O₃ • 6SiO₂ – берилл

 

Mg

MgCO₃ – магнезит

CaCO₃ • MgCO₃ – доломит

KCl • MgSO₄ • 3H₂O – каинит

KCl • MgCl₂ • 6H₂O – карналлит

 

Ca

CaCO₃ – кальцит (известняк, мрамор и др.)

Ca₃(PO₄)₂ – апатит, фосфорит

CaSO₄ • 2H₂O – гипс

CaSO₄ – ангидрит

CaF₂ – плавиковый шпат (флюорит)

 

Sr

SrSO₄ – целестин

SrCO₃ – стронцианит

 

Ba

BaSO₄ – барит

BaCO₃ – витерит

 

Получение

 

Бериллий получают восстановлением фторида:

 

BeF₂ + Mg –^t°® Be + MgF₂

 

Барий получают восстановлением оксида:

 

3BaO + 2Al –^t°® 3Ba + Al₂O₃

 

Остальные металлы получают электролизом расплавов хлоридов:

 

CaCl₂ ® Ca + Cl₂­

катод: Ca²⁺ + 2ē ® Ca⁰

анод: 2Cl^- – 2ē ® Cl⁰₂­

 

Металлы главной подгруппы II группы - сильные восстановители; в соединениях проявляют только степень окисления +2. Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду: ––Be–Mg–Ca–Sr–Ba®

 

1. Реакция с водой.

В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде. В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, которые являтся сильными основаниями:

 

Mg + 2H₂O –^t°® Mg(OH)₂ + H₂­

Ca + 2H₂O ® Ca(OH)₂ + H₂­

 

2. Реакция с кислородом.

Все металлы образуют оксиды RO, барий-пероксид – BaO₂:

 

2Mg + O₂ ® 2MgO

Ba + O₂ ® BaO₂

 

3. С другими неметаллами образуются бинарные соединения:

 

Be + Cl₂ ® BeCl₂(галогениды)

Ba + S ® BaS(сульфиды)

3Mg + N₂ ® Mg₃N₂(нитриды)

Ca + H₂ ® CaH₂(гидриды)

Ca + 2C ® CaC₂(карбиды)

3Ba + 2P ® Ba₃P₂(фосфиды)

 

Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами.

 

4. Все металлы растворяются в кислотах:

 

Ca + 2HCl ® CaCl₂ + H₂­

Mg + H₂SO₄(разб.) ® MgSO₄ + H₂­

 

Бериллий также растворяется в водных растворах щелочей:

 

Be + 2NaOH + 2H₂O ® Na₂[Be(OH)₄] + H₂­

 

5. Качественная реакция на катионы щелочноземельных металлов – окрашивание пламени в следующие цвета:

 

Ca²⁺ - темно-оранжевый

Sr²⁺- темно-красный

Ba²⁺ - светло-зеленый

 

Катион Ba²⁺ обычно открывают обменной реакцией с серной кислотой или ее солями:

Сульфат бария – белый осадок, нерастворимый в минеральных кислотах.

 

Оксиды щелочноземельных металлов

 

Получение

 

1) Окисление металлов (кроме Ba, который образует пероксид)

2) Термическое разложение нитратов или карбонатов

 

CaCO₃ –^t°® CaO + CO₂­

2Mg(NO₃)₂ –^t°® 2MgO + 4NO₂­ + O₂­

 

Химические свойства

 

Типичные основные оксиды. Реагируют с водой (кроме BeO), кислотными оксидами и кислотами

 

MgO + H₂O ® Mg(OH)₂

3CaO + P₂O₅ ® Ca₃(PO₄)₂

BeO + 2HNO₃ ® Be(NO₃)₂ + H₂O

 

BeO - амфотерный оксид, растворяется в щелочах:

 

BeO + 2NaOH + H₂O ® Na₂[Be(OH)₄]

 

Гидроксиды щелочноземельных металлов R(OH)₂

 

Получение

Реакции щелочноземельных металлов или их оксидов с водой:

Ba + 2H₂O ® Ba(OH)₂ + H₂­

CaO(негашеная известь) + H₂O ® Ca(OH)₂(гашеная известь)

Химические свойства

 

Гидроксиды R(OH)₂ - белые кристаллические вещества, в воде растворимы хуже, чем гидроксиды щелочных металлов (растворимость гидроксидов уменьшается с уменьшением порядкового номера; Be(OH)₂ – нерастворим в воде, растворяется в щелочах). Основность R(OH)₂ увеличивается с увеличением атомного номера:

 

Be(OH)₂ – амфотерный гидроксид

Mg(OH)₂ – слабое основание

 

остальные гидроксиды - сильные основания (щелочи).

 

1) Реакции с кислотными оксидами:

 

Ca(OH)₂ + SO₂ ® CaSO₃¯ + H₂O

Ba(OH)₂ + CO₂ ® BaCO₃¯ + H₂O

 

2) Реакции с кислотами:

 

Mg(OH)₂ + 2CH₃COOH ® (CH₃COO)₂Mg + 2H₂O

Ba(OH)₂ + 2HNO₃ ® Ba(NO₃)₂ + 2H₂O

 

3) Реакции обмена с солями:

 

Ba(OH)₂ + K₂SO₄ ® BaSO₄¯+ 2KOH

 

4) Реакция гидроксида бериллия со щелочами:

 

Be(OH)₂ + 2NaOH ® Na₂[Be(OH)₄]

 

Жесткость воды

 

Природная вода, содержащая ионы Ca²⁺ и Mg²⁺, называется жесткой. Жесткая вода при кипячении образует накипь, в ней не развариваются пищевые продукты; моющие средства не дают пены.

Карбонатная (временная) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, некарбонатная (постоянная) жесткость – хлоридов и сульфатов.

Общая жесткость воды рассматривается как сумма карбонатной и некарбонатной.

Удаление жесткости воды осуществляется путем осаждения из раствора ионов Ca²⁺ и Mg²⁺:

 

1) кипячением:

Сa(HCO₃)₂ –^t°® CaCO₃¯ + CO₂­ + H₂O

Mg(HCO₃)₂ –^t°® MgCO₃¯ + CO₂­ + H₂O

 

2) добавлением известкового молока:

 

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ ® 2CaCO₃¯ + 2H₂O

 

3) добавлением соды:

 

Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ ® CaCO₃¯+ 2NaHCO₃

CaSO₄ + Na₂CO₃ ® CaCO₃¯ + Na₂SO₄

MgCl₂ + Na₂CO₃ ® MgCO₃¯ + 2NaCl

 

4) пропусканием через ионнообменную смолу

 

а) катионный обмен:

2RH + Ca²⁺ ® R₂Ca + 2H⁺

б) анионный обмен:

2ROH + SO₄^2- ® R₂SO₄ + 2OH^-

(где R - сложный органический радикал)

 

Для удаления временной жесткости используют все четыре способа, а для

постоянной - только два последних.

 

 

ПОДГРУППА АЛЮМИНИЯ