2.2.2. Химические свойства металлов IIA группы.

IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами.

Все элементы IIA группы относятся к s-элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s-подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.

Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:

Ме0 – 2e → Ме+2

Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.

Взаимодействие с простыми веществами

с кислородом

Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.

Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO2):

2Mg + O2 = 2MgO

2Ca + O2 = 2CaO

2Ba + O2 = 2BaO

Ba + O2 = BaO2

Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me3N2.

с галогенами

Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:

Мg + I2 = MgI2иодид магния

Са + Br2 = СаBr2 бромид кальция

Ва + Cl2 = ВаCl2хлорид бария

с неметаллами IV–VI групп

Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно большая температура.

Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C22-, фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:

vzaimodejstvie-berillija-s-uglerodom-2

Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:

vzaimodejstvie-magnija-kalcija-i-barija-s-uglerodom

С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me2Si, с азотом – нитриды (Me3N2), фосфором – фосфиды (Me3P2):

vzaimodejstvie-metallov-vtoroj-gruppy-s-fosforom-kremniem-seroj-i-azotom

с водородом

Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.

vzaimodejstvie-kalcija-i-magnija-s-vodorodom-3

Взаимодействие со сложными веществами

с водой

Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:

magnij-kalcij-i-berilij-s-vodoj

c кислотами-неокислителями

Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:

Ве + Н2SO4(разб.) = BeSO4 + H2

Mg + 2HBr = MgBr2 + H2

Ca + 2CH3COOH = (CH3COO)2Ca + H2

c кислотами-окислителями

− разбавленной азотной кислотой

С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N2O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH4NO3):

4Ca + 10HNO3(разб.) = 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O

4Mg + 10HNO3(сильно разб.) = 4Mg(NO3)2 + NН4NO3 + 3H2O

− концентрированной азотной кислотой

Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:

berillij-s-koncentrirovannoj-azotnoj-kislotoj

Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.

− концентрированной серной кислотой

Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:

Be + 2H2SO4 → BeSO4 + SO2↑+ 2H2O

Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.

Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы происходит преимущественно до сероводорода:

4Mg + 5H2SO4(конц.) = 4MgSO4 + H2S↑ + 4H2O

с щелочами

Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:

Be + 2KOH + 2H2O = H2↑ + K2[Be(OH)4] — тетрагидроксобериллат калия

При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород

Be + 2KOH = H2↑+ K2BeO2бериллат калия

с оксидами

Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:

vzaimodejstvie-magnija-i-barija-s-oksidami-nemetallov

Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.

Комментариев 31
  1. Итвиш

    Ва + Cl2 = 2ВаCl2
    Если я не ошибаюсь, тут ошибка, должно быть
    Ва + Cl2 = ВаCl2

    • Сергей Широкопояс

      Да, конечно. Спасибо

  2. Даша

    В реакции Са с разбавленной азотной кислотой,коэффициент пропустили случайно перед Са 4,и индекс двоечку в Ca(NO3)2

    • Сергей Широкопояс

      спасибо, поправлено

  3. Анатолий

    Благодарю за материал, коротко и ясно

  4. Есин

    Кальций реагирует с углекислым газом 5Ca +2CO2 = CaC2 + 4CaO

  5. мед

    сразу извините за возможно глупый вопрос. хочу для себя прояснить.
    вы пишете, что магний и бериллий реагируют с кислородом только при нагреве. здесь понятно, что это из-за оксидной пленки. я не понимаю, почему для протекания реакции щзм + кислород тоже нужен нагрев, если написано, что они настолько активные, что их хранят под керосином с целью предотвращения реакции с кислородом?

    • Сергей Широкопояс

      без нагревания реакция идет достаточно медленно, если нагреть или даже лучше поджечь все идет значительно веселее

  6. Влад

    Школьный учебник говорит, что бериллий реагирует с водой при нагревании

  7. Светлана

    Добрый день, спасибо за материал, к сожалению заметила подозрительное сходство вашего материала с материалом пособия от Лии Менделеевой, за исключением того, что у нее написано без подробностей, думаю, стоит обратиться к ней по этому поводу, ведь за вебинары, на которых она просто смотрит свое пособие с учениками, Лия берёт деньги, в то время, как этот материал находится в свободном доступе

    • Сергей Широкопояс

      спасибо за информацию! приму к сведению!

    • Сергей Широкопояс

      я надеюсь, не нужно пояснять кто у кого утащил материалы)

    • Снежана

      Во,во ,тоже заметила

  8. Степан

    Там, где написано про реакции с концентрированной серной кислотой, у вас сказано, что сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария. Может, имелось в виду превращение в гидросульфид бария? В интернете первое соединение не находит, а второе вполне.

    • Сергей Широкопояс

      нет, все верно, сульфат бария растворяется в концентрированной серной кислоте при нагревании с образованием гидросульфата. Практической ценности данная реакция не имеет, так как при добавлении даже небольшого количества воды гидросульфат бария превратится в осадок сульфата бария и серную кислоту.

  9. алсу

    здравствуйте!
    я бы хотела спросить, а разве эта реакция протекает при разб. азотной кислоте?

    4Ca + 10HNO3(разб.) = 4Ca(NO3)2 + N2O↑ + 5H2O
    Нам в школе говорили, что при разб. азотке выделяется NH4NO3 с щ и щз металлами.
    заранее спасибо)

    • Сергей Широкопояс

      с разбавленной азотной выделяется компот-из продуктов, и говорить что оксид азота 1 верный, а иные варианты нет — это глупость. Этим грешат многие учителя

  10. Мария

    С кислородом. Наверное там щелочные металлы в керосине хранят?

    • Сергей Широкопояс

      щелочные и щелочноземельные хранят. Магний и бериллий, в соответствии со школьной программой, это не ЩЗМ.

  11. Андрей

    А этой информации достаточно для егэ,или помимо этого есть еще ключевые моменты?

  12. Дарья

    Металлы 2А группы не реагируют с солями? Просто здесь ничего не говорится про соли.

  13. Алиса

    Возможно допущена ошибка при написании уравнения реакции с концентрированной азотной кислотой: должен выделяться веселящий газ (оксид азота I), а не оксид азота (IV).
    А вот с разбавленной азотной кислотой — спектр продуктов разнообразен.
    Или я ошибаюсь?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Для ЕГЭ с концентрированной азотной кислотой получаем NO2, это работает. В реальной жизни выделяется смесь продуктов со стороны азота всегда, сомнению не подлежит.

  14. Мария

    Скажите, пожалуйста, будут ли реагировать металлы этой группы с солями менее электроотрицательных металлов?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Да, это возможно.

  15. Рабия

    Что насчет взаимодействия магния и бериллия с азотом? Я так и не поняла))

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! При высокой температуре реакция магния и бериллия с азотом возможна.

  16. Ольга

    СПАСИБО!!! Единственный текст, где нашли всё, что надо о Ве. + ответы на комментарии. В школьных учебниках и пособиях многое в умолчании. А в задачах вариантов к егэ — всё это есть. СПАСИБО!!!!!!

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Все для вас!

  17. Инна

    Будет ли реагировать барий с разбавленной серной кислотой? В некоторых пособиях написано, что реакция идет только при образовании растворимых солей. Как правильно?

    • Соавтор проекта Борисов И.С.

      Добрый день! Не вижу проблемы, металл очень активен. Даже если покроется кусок снаружи слоем нерастворимого сульфата, то все равно внутрь диффузия воды будет. Постепенно разрушится.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.