Erdalkalimetalle: Chemische Eigenschaften, Reaktionen und Anwendungen
Die Erdalkalimetalle bilden die Gruppe 2 des Periodensystems und werden in der violetten Spalte des unteren Bildes angezeigt. Von oben nach unten sind dies Beryllium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium und Radium. Um sich an ihre Namen zu erinnern, ist die Aussprache von Mr. Becamgbara eine ausgezeichnete mnemonische Methode.
Wenn man die Briefe von Herrn Becamgbara bricht, muss man "Sr" Strontium. "Be" ist das chemische Symbol von Beryllium, "Ca" ist das Symbol von Calcium, "Mg" ist das von Magnesium und "Ba" und "Ra" entsprechen den Metallen Barium und Radium, wobei das zweite ein Element der Natur ist radioaktiv
Der Begriff "alkalisch" bezieht sich auf Metalle, die in der Lage sind, sehr basische Oxide zu bilden; und andererseits bezieht sich "terre" auf Länder, ein Name, der wegen seiner geringen Löslichkeit in Wasser vergeben wird. Diese Metalle haben in ihrem reinen Zustand ähnliche silbrige Färbungen, die von Schichten aus grauem oder schwarzem Oxid bedeckt sind.
Die Chemie der Erdalkalimetalle ist sehr reichhaltig: von ihrer strukturellen Beteiligung an vielen anorganischen Verbindungen bis zu den sogenannten metallorganischen Verbindungen; Dies sind diejenigen, die durch kovalente Bindungen oder Koordination mit organischen Molekülen interagieren.
Chemische Eigenschaften
Sie sind physikalisch härter, dichter und temperaturbeständiger als Alkalimetalle (Gruppe 1). Dieser Unterschied liegt in ihren Atomen oder was auch immer, in ihren elektronischen Strukturen.
Wenn sie zur selben Gruppe des Periodensystems gehören, weisen alle ihre Kongenere chemische Eigenschaften auf, die sie als solche identifizieren.
Warum? Weil seine elektronische Valenzkonfiguration n s 2 ist, haben sie zwei Elektronen, um mit anderen chemischen Spezies zu interagieren.
Ionischer Charakter
Aufgrund ihrer metallischen Natur neigen sie dazu, Elektronen zu verlieren und zweiwertige Kationen zu bilden: Be2 +, Mg2 +, Ca2 +, Sr2 +, Ba2 + und Ra2 +.
Ebenso wie die Größe seiner neutralen Atome beim Herabsteigen durch die Gruppe variiert, werden auch seine Kationen von Be2 + zu Ra2 + größer.
Diese Metalle bilden aufgrund ihrer elektrostatischen Wechselwirkungen Salze mit den elektronegativsten Elementen. Diese hohe Neigung zur Kationenbildung ist eine weitere chemische Eigenschaft von Erdalkalimetallen: Sie sind sehr elektropositiv.
Sperrige Atome reagieren leichter als kleine Atome; das heißt, Ra ist das reaktivste Metall und Be ist das am wenigsten reaktive. Dies ist das Produkt der geringeren Anziehungskraft, die der Kern auf die zunehmend entfernten Elektronen ausübt, die nun eher zu anderen Atomen "entweichen".
Es sind jedoch nicht alle Verbindungen ionischer Natur. Beispielsweise ist Beryllium sehr klein und weist eine hohe Ladungsdichte auf, die die Elektronenwolke des Nachbaratoms unter Bildung einer kovalenten Bindung polarisiert.
Welche Konsequenz bringt das? Dass die Berylliumverbindungen im Gegensatz zu den anderen vorwiegend kovalent und nichtionisch sind, auch wenn es sich um das Be2 + -Kation handelt.
Metallverbindungen
Durch zwei Valenzelektronen können sie in ihren Kristallen stärker geladene "Elektronenmeere" bilden, die die Metallatome im Gegensatz zu den Alkalimetallen enger integrieren und gruppieren.
Diese metallischen Bindungen sind jedoch nicht stark genug, um ihnen hervorragende Härteeigenschaften zu verleihen, da sie tatsächlich weich sind.
Auch diese sind im Vergleich zu den Übergangsmetallen schwach, was sich in ihren niedrigeren Schmelz- und Siedepunkten widerspiegelt.
Reaktionen
Die Erdalkalimetalle sind sehr reaktiv, weshalb sie in der Natur nicht in ihrem reinen Zustand vorliegen, sondern in verschiedenen Verbindungen oder Mineralien gebunden sind. Die Reaktionen hinter diesen Formationen können für alle Mitglieder dieser Gruppe allgemein zusammengefasst werden
Reaktion mit Wasser
Sie reagieren mit Wasser (mit Ausnahme von Beryllium aufgrund seiner "Zähigkeit", sein Elektronenpaar anzubieten), um ätzende Hydroxide und Wasserstoffgas zu erzeugen.
M (s) + 2H 2 O (l) => M (OH) 2 (ac) + H 2 (g)
Die Magnesiumhydroxide -Mg (OH) 2 - und Berili-Be (OH) 2 - sind schlecht wasserlöslich; Darüber hinaus ist die zweite nicht sehr basisch, da die Wechselwirkungen kovalent sind.
Reaktion mit Sauerstoff
Sie verbrennen in Kontakt mit dem Luftsauerstoff zu den entsprechenden Oxiden oder Peroxiden. Barium, das zweitgrößte voluminöse Metall, bildet das Peroxid (BaO 2 ), das stabiler ist, da die Ionenradien Ba2 + und O 2 2– ähnlich sind und die Kristallstruktur stärken.
Die Reaktion ist wie folgt:
2 M (s) + O 2 (g) => 2 MO (s)
Daher sind die Oxide: BeO, MgO, CaO, SrO, BaO und RaO.
Reaktion mit Halogenen
Dies entspricht einer Reaktion im sauren Milieu mit den Halogenen zu anorganischen Halogeniden. Dies hat die allgemeine chemische Formel MX 2 und unter diesen sind: CaF 2, BeCl 2, SrCl 2, BaI 2, RaI 2, CaBr 2 usw.
Anwendungen
Beryllium
Beryllium ist aufgrund seiner inerten Reaktivität ein Metall mit hoher Korrosionsbeständigkeit und wird Kupfer oder Nickel in geringen Anteilen zugesetzt, um Legierungen mit interessanten mechanischen und thermischen Eigenschaften für verschiedene Industriezweige zu bilden.
Darunter sind solche, die mit flüchtigen Lösungsmitteln arbeiten, bei denen die Werkzeuge keine Funken aufgrund mechanischer Stöße erzeugen dürfen. Auch finden seine Legierungen Verwendung bei der Entwicklung von Flugkörpern und Materialien für Flugzeuge.
Magnesium
Im Gegensatz zu Beryllium ist Magnesium umweltfreundlicher und ein wesentlicher Bestandteil von Pflanzen. Aus diesem Grund hat es eine hohe biologische Bedeutung und in der Pharmaindustrie. Zum Beispiel ist Milchmagnesia ein Mittel gegen Sodbrennen und besteht aus einer Lösung von Mg (OH) 2 .
Es hat auch industrielle Anwendungen, wie das Schweißen von Aluminium- und Zinklegierungen oder bei der Herstellung von Stahl und Titan.
Calcium
Eine der Hauptanwendungen ist CaO, das mit Aluminosilicaten und Calciumsilicaten reagiert, um Zement und Beton die gewünschten Eigenschaften für Gebäude zu verleihen. Es ist auch ein grundlegender Werkstoff bei der Herstellung von Stahl, Glas und Papier.
Andererseits nimmt CaCO 3 am Solvay-Prozess teil, um Na 2 CO 3 zu produzieren . CaF 2 findet seinerseits Verwendung bei der Herstellung von Zellen für spektrophotometrische Messungen.
Andere Calciumverbindungen werden zur Herstellung von Nahrungsmitteln, Körperpflegeprodukten oder Kosmetika verwendet.
Strontium
Beim Brennen blitzt das Strontium ein intensives rotes Licht auf, das in der Pyrotechnik und zur Herstellung von Fackeln verwendet wird.
Barium
Bariumverbindungen absorbieren Röntgenstrahlen, so dass BaSO 4 - das ebenfalls unlöslich ist und verhindert, dass das giftige Ba2 + vom Körper freigesetzt wird - zur Analyse und Diagnose von Veränderungen in den Verdauungsprozessen verwendet wird.
Radio
Radium wurde aufgrund seiner Radioaktivität zur Behandlung von Krebs eingesetzt. Einige seiner Salze waren dazu bestimmt, Uhren zu färben, und dann verboten sie diese Anwendung wegen der Risiken für diejenigen, die sie trugen.
