Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева LOGO Химия элементов Be, Mg и щелочноземельные металлы Содержание 1. Нахождение в природе 2. Получение 3. Общие химические свойства 4. Гидриды 5. Взаимодействие с кислотами 6. Амфотерность Be, BeO, Be(OH)2 7. Взаимодействие с водой 8. Бинарные соединения 9. Горение магния 10. Сульфиды 11. Карбиды 12. Гидролиз солей 13. Жесткость воды 14. Устранение временной жесткости 15. Методы устранения постоянной жесткости 16. Особенности химии бериллия 17. Применение Click to edit text styles Edit your company slogan Нахождение в природе Be, Mg Click to edit text styles Edit your company slogan Ве Полудрагоценный минерал берилл состава 3BeO∙Al2O3∙6SiO2; голубые кристаллы берилла – драгоценный камень аквамарин; бериллы с примесью Cr+3 – изумруды, самые дорогие драгоценные камни. Mg MgCO3 – магнезит; CaCO3∙3MgCO3 – доломит; KCl∙MgCl2∙6H2O – карналлит; 3MgO∙4SiO2∙H2O – тальк; 2MgO∙SiO2 – оливин. Нахождение в природе Ca, Sr, Ba, СаСО3 – известняк, мел, мрамор; CaSO4∙2H2O – гипс; CaF2 – плавиковый шпат. Элементы Sr и Ba представлены в природе сульфатами и карбонатами. Получение Be и Mg Click to edit text styles Edit your company slogan Конечным продуктом переработки бериллов является BeCl2, электролизом расплава его смеси с NaCl (добавляют для снижения температуры плавления) и получают металлический бериллий. BeCl2 −(электролиз)→ Be + Cl2 магний получают электролизом расплава MgCl2 или обезвоженного карналлита. Получение Ca, Sr и Ba Кальций получают электролизом расплава смеси CaCl2 с KCl или CaF2. Возможно и алюмотермическое восстановление: 2Al + 6CaO −(t◦)→ 3CaO∙Al2O3 + 3Ca Алюмотермический метод применяют также для получения стронция и бария Общие химические свойства Click to edit text styles Edit your company slogan В компактном виде серебристо-белые, сравнительно лёгкие металлы, твёрже щелочных металлов, плотнее их и имеют более высокие температуры кипения и плавления. Длительное время блестящими на воздухе остаются лишь Ве и Mg. Ca, Sr и Ва быстро покрываются плёнкой из оксидов и нитридов, которая в отличие от оксидной плёнки на поверхности Ве и Mg не обладает защитными свойствами. Общие химические свойства Валентность в соединениях II. Степень окисления +2. Химическая активность по группе растёт медленнее, чем у щелочных металлов; основания слабее, соли Ве+2 и Mg+2 гидролизуются. Особняком стоит химия Ве, Mg также отличается от Са, Sr и Ва. Гидриды Click to edit text styles Edit your company slogan С сухим водородом металлы (кроме Ве) при небольшом нагреве образуют гидриды: Э + Н2 −(t◦)→ ЭН2 Гидрид бериллия получают следующим образом: BeCl2 + 2LiH = BeH2 + 2LiCl Гидриды являются сильными восстановителями Взаимодействие с кислотами Click to edit text styles Edit your company slogan E◦M2+/M < 0 поэтому легко растворяются в минеральных кислотах. Металлы восстанавливают разбавленную азотную кислоту до NH4+ или N2; c H2SO4(конц) – S или H2S. Ве пассивируется в HNO3(конц.) на холоду. Амфотерность Be, BeO, Be(OH)2 Ве, его оксид и гидроксид проявляют амфотерные свойства, в частности растворяются и сплавляются со щелочами: Be + 2NaOH(изб.) + 2H2O = Na2[Be(OH)4] + 2H2 Be + 2NaOH −(t◦)→ Na2BeO2 + H2 BeO + 2KOH + H2O = K2[Be(OH)4] Be(OH)2 + 2KOH −(t◦)→ K2BeO2 + 2H2O Взаимодействие с водой В воде при комнатной температуре растворяются Ca, Sr, Ba (Be и Mg – нет): Э + 2Н2О = Э(ОН)2 + Н2 Совершенно аналогично в воде растворимы СаО, SrO, BaO (BeO и MgO – нет): ЭО + Н2О = Э(ОН)2 Са(ОН)2, Sr(ОН)2, Ba(ОН)2, - щелочи Бинарные соединения Многие бинарные соединения (галогениды, фосфиды, нитриды, сульфиды) бериллия, магния и щёлочноземельных металлов получают прямым синтезом. При сгорании металлов образуется оксид ЭО, лишь в случае Ва кроме оксида образуется заметное количество пероксида ВаО2. Горение магния Магний, будучи зажжённым на воздухе, продолжает гореть в атмосфере углекислого газа, образуя сажу: 2Mg + O2 −(t◦)→ 2MgO 2Mg + CO2 −(t◦)→ 2MgO + C Горящий магний активно реагирует с водой, иногда со взрывом: Mg + 2Н2О −(t◦)→ Mg(ОН)2 + Н2 Сульфиды Сульфиды ЭS, можно получить восстановливая коксом сульфаты металлов: ЭSO4 + 4C −(t◦)→ 4CO + ЭS. Сульфиды гидролизованы в водных растворах, гидролиз усиливается от BaS к BeS, сульфиды бериллия и магния гидролизованы практически полностью. Карбиды При спекании металлов и их оксидов с углем образуются карбиды: Ве2С−4, Mg2C3−4/3, CaC2−1. При обработке этих карбидов водой (кислотой) выделяются соответствующие углеводороды: Be2C + 2H2SO4 = 2BeSO4 + CH4 Mg2C3 + 4HCl = 2MgCl2 + C3H4 CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2 Гидролиз солей В водных растворах соли бериллия и магния гидролизованы, кальция, стронция и бария – нет. 2MgCl2 + 2Na2CO3 + H2O = (MgOH)2CO3↓ + CO2↑ + 4NaCl CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaCl Жесткость воды Жёсткость воды определяется наличием в ней растворимых солей Ca2+, Mg2+, Fe3+. Процесс протекающий при растворении карбонатных пород: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 Жесткость воды Различают временную (карбонатную) жесткость (это гидрокарбонаты Ca2+, Mg2+, Fe3+) и постоянную (это сульфаты и хлориды Са2+, Mg2+) жесткость воды. Менее 4 ммоль экв/л мягкая вода, 4–8 ммоль экв/ л вода средней жёсткости, жёсткая – 8−12 ммоль экв/л. Устранение временной жесткости Временная жесткость удаляется кипячением воды: Ca(HCO3)2 −(t◦)→ CaCO3↓ + CO2 + H2O 2Mg(HCO3)2 −(t◦)→ Mg2(OH)2CO3↓ + 3CO2 + H 2O Mg(HCO3)2 −(t◦)→ Mg(OH)2↓ + 2CO2 Методы устранения постоянной жесткости Постоянную (и временную) жёсткость удаляют путем осаждения малорастворимых солей кальция и магния: CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3↓ + Na2SO4 3MgSO4 + 2Na3PO4 = Mg3(PO4)2↓+ + 3Na2SO4 Ионный обмен: 2RH + Ca2+ = R2Ca + 2H+ (на катионите). Особенности химии бериллия Амфотерность Ве, ВеО и Ве(ОН)2; Образование сравнительно прочных комплексных ионов, например: [Be(H2O)4]2+; [Be(OH)4]2−; [BeHal4]2−; Соединения бериллия склонны к полимеризации и образованию многоядерных комплексных соединений в растворах. Применение Ве используется как компонент сплавов и замедлитель нейтронов. Магний для получения сплавов, производство других металлов методом металлотермии. Соли магния входят в состав удобрений и добавок к кормам для животных. CaCO3 является основным источником CO2 и CaO; Применение Охлаждённый раствор CaCl2 используется для намораживания льда на крытых катках. Хлорная известь, получаемая по реакции Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O, применяется как отбеливатель и дезинфицирующее вещество. Применение В огромных масштабах соединения кальция и магния применяются в строительстве в качестве вяжущих средств. Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева LOGO
