Применение щелочноземельных металлов: Применение и биологическая роль щелочноземельных металлов и их соединений — урок. Химия, 9 класс.

список, свойства, особенности и сферы применения

Этой группе металлов отдан весь второй столбец таблицы Менделеева. И атомщики, и ювелиры используют щелочноземельные металлы. С ними интересно экспериментировать, но требуется осторожность.

Содержание

  1. Что представляют собой
  2. История
  3. Формы нахождения в природе
  4. Физико-химические характеристики
  5. Где используются
  6. Биологическое значение

Что представляют собой

Щелочноземельные металлы – это вся вторая группа таблицы Менделеева.

К щёлочноземельным металлам относятся:

  • бериллий,

    Бериллий, чистота более 99%, поликристаллический фрагмент

  • магний,

    Металлический магний

  • кальций.

    Кальций в атмосфере аргона

Плюс:

  • стронций,
  • барий,

    Барий металлический Ba 99,9%

  • радий.

    Советский армейский компас. Жёлтая краска содержит радий

То есть «щелочноземельный» список насчитывает шесть позиций, которые обычно располагаются по возрастанию атомного номера – от бериллия к радию.

История

Двойное название группы – отражение природы и характеристик входящих в нее элементов:

  1. Они способны образовывать щелочи.
  2. Ряд свойств их оксидов близки окислам алюминия и железа. Такие вещества еще средневековые алхимики именовали «землями».

Сегодняшний состав щелочноземельной группы сформировался не сразу: бериллий и магний отсутствовали.

Это объяснялось отличием свойств данных элементов от остальных:

  • По большинству характеристик они ближе к алюминию, чем к другим элементам группы.
  • Их гидроксиды – не щелочи.
  • Магний взаимодействует с водой в замедленном режиме, у бериллия реакция в таком растворе нулевая. Та же картина при контакте с неметаллами.

Однако специалисты Международного союза теоретической и прикладной химии (IUPAC) решили все-таки причислить бериллий и магний к щелочноземельной группе.

Формы нахождения в природе

Щёлочноземельным металлам присуща чрезмерная активность, поэтому в природе они как самостоятельный элемент отсутствуют.

Почти всегда это составляющая минералов либо руд:

  • Самый распространенный элемент щелочноземельной группы – кальций (2,9-12,9% по массе). Его получают из известняков, им насыщены мрамор, гранит.
  • Почти три процента забирает магний.
  • В сто раз реже в литосфере представлены барий со стронцием.
  • Содержание остальных элементов измеряется тысячными долями процента.

Самым редким на планете щёлочноземельным металлом является радий. Но найти его легче других: это обязательный компонент урановых рудников.

Физико-химические характеристики

Элементы группы наделены общими физическими свойствами:

  • Серебристый с сероватостью цвет.
  • Твердость в стандартных условиях, ножом режется только стронций.
  • Металлический блеск.
  • Тускнение на воздухе с разной скоростью вследствие образования оксидной пленки.
  • Хорошая пропускная способность для тепла и электричества.
  • Два электрона на внешнем слое атома у каждого элемента, степень окисления – всегда +2. Это отражают формулы соединений, образованных металлами группы.

Самая тяжелая «щелочная земля» – радий. Кубик вещества с ребром в 1 см весит 5,5 грамма.

Более интересны химические свойства «земель».

Есть общие и оригинальные:

  • Покрытый пленкой-оксидом бериллий способен на реакцию только при 600+°С (кроме фтора).
  • Окисленный магний при средней температуре не реагирует ни с чем. Получение соединений металла возможно при температуре от 645°C.
  • Кальций окисляется неспешно и только если воздух влажный. При незначительном нагреве горит, растворяется водой.
  • Осмотрительности требуют барий, стронций, радий. На открытом пространстве взаимодействие этих металлов с кислородом и азотом чревато взрывом. Их держат в герметичных контейнерах, залив керосином. Эта особенность объединяет щелочные и щелочноземельные металлы.

Общие свойства щёлочноземельных металлов – растворение в кислотах, образование солей, щелочей при взаимодействии с водой.

Химическая активность щелочноземельных металлов усиливается с увеличением габаритов атома – от бериллия к радию.

Где используются

Свойства металлов щелочноземельной группы обусловили применение каждого во всех сегментах – от авиастроения до медицины и ювелирного дела:

  • Бериллий. Исходник при выплавке сплавов, включая «атомные», получения ракетного топлива. Компонент ювелирных минералов первого ряда – аквамарина, гелиодора, изумруда.
  • Кальций. Базис большинства огнеупоров, строительных материалов. Металл задействован при производстве топлива, аптечных препаратов.
  • Магний. Самый легкий щелочноземельный металл. Как восстановитель нашел применение в металлургии. Без проблем куется, раскатывается. Чаще используется как «ингредиент» сплавов, снижающий их массивность, – материал корпусов и деталей ракет, самолетов, автомобилей, электроники. А также приборов для нужд оборонного комплекса и предприятий приборостроения.

Сегодня на первое место по использованию магниевых сплавов выходят смартфоны, планшеты, другие гаджеты.

  • Стронций. Металлургами используется как лигатура сплавов, очиститель сталей, чугуна, меди от серы, других вредных примесей. Сырье закупают производители радиоэлектроники, химических источников тока, атомщики, пиротехники. Продукция «высокого сегмента» из металла – чистый уран, керамика-сверхпроводник, вакуумный инструментарий.

Стронций создает насыщенно-красные оттенки огней салюта. Изотопом вещества лечат онкологию.

  • Барий. Используются соединения металла. Главный потребитель – атомщики. Ассортимент: вакуумные, пьезоэлектрические приборы, жидкий теплоноситель, линзы, стекло для урановых стержней, керамика-сверхпроводник. Нетоксичный сульфат используется рентгенологами как контрастное вещество.

На особом счету радий. Это самый редкий щелочноземельный металл: на планете его получено всего полтора килограмма.

Даже микродозы радиоактивного вещества смертельно опасны для человека. Однако это свойство используется исследователями ядерных процессов и для лечения онкологии.

Шкалы, стрелки компасов, бортовых приборов, изготовленных до 1970-х годов, покрыты краской, содержащей радий. Она светится в темноте, но с тех пор не используется как опасная для человека.

Биологическое значение

Значение щелочноземельных элементов разнообразно:

  • Без кальция не формируется скелет, зубы, не сокращаются мышцы. Элемент «курирует» параметры крови.
  • Магний – компонент биологических структур (к примеру, хлорофилла у растений). В организме человека содействует синтезу нуклеиновых кислот, работе ферментов, нервной системы.
  • Микродозы стронция присутствуют в организме как аналог кальция. Особо важен щелочноземельный элемент для детей младше четырех лет.

Барий, радий, бериллий, их соединения ядовиты. Поэтому для биологических структур опасны.

Щелочноземельные металлы

Щелочноземельные металлы

Цели:

 

  • Обобщить и системати-зировать знания о щелочноземельных металлах
  • Уметь характеризовать элементы по положению в периодической таблице
  • Знать физические и хими-ческие свойства
  • Знать применение соеди-нений щелочноземельных металлов

Положение в периодической  системе.  
Строение атома

 

Щелочноземельные металлы  в периодической системе находятся  в главной подгруппе II группы.

Являются сильными восстановителями, отдают 2 ē, во всех соединениях  проявляют степень окисления +2.

Mg +12 2ē, 8ē, 2ē

Ca +20 2ē, 8ē, 8 ē, 2ē

Sr +38 2ē, 8ē, 18 ē, 8ē, 2ē

Ba +56 2ē, 8ē, 18 ē, 18 ē, 8ē, 2ē

Физические свойства

 

         цвет пламени        ρ                 t плавления

 

                                   1,74г/см3 651 С0

 

                                   1,54г/см3 851С0

 

                                   2,63г/см3 770С0

 

                                    3,76г/см3 710С0

 

Mg

 

Ca

 

 

Sr

 

 

Ba

Химические свойства

 

2Me0 +O2 →  2Me+2O-2

Me0 +H2 → Me+2H2

Me0 +Cl02 → Me+2Cl2

Me0 +S0 → Me+2S-2

Me0 +2HCl → Me+2Cl2 + H2

Me0 +2HOH → Me+2(OH)22

 

 

 

 

Соединения щелочноземельных 
металлов

 

Оксиды щелочноземельных  металлов легко реагируют с  оксидами неметаллов с образованием  соответствующих солей.

BaSO4

 

 Благодаря нерастворимости и способности  задерживать рентгеновские лучи применяется в рентгенодиагностике – баритовая каша.

Ca3(PO4)2

 

Входит в состав фосфоритов  и апатитов, а также в состав  костей и зубов. В организме  взрослого человека содержится 1 кг Са в виде фосфата кальция.

CaCO3

 

Карбонат кальция –  одно из самых распространённых  на Земле соедине-ний. Его содержат  горные породы – мел, мрамор, известняк.

CaSO4∙ 2H2O

 

Встречается в  природе  в виде минерала гипса, представляющего  собой кристаллогидрат. Используется  в строитель-стве, в медицине для  наложения гипсовых повя-зок, для  получения слепков.

 

MgCO3

 

    Широко применяется в производстве стекла, цемента, кирпича, а также в металлургии для перевода пустой породы в шлак.

Са(ОН)2

 

    Гидроксид кальция или гашёная известь с песком и водой называется известковым раствором и широко используется в строительстве. При нагревании разлагается на оксид и воду.

Проверка знаний

 

       Сравните атомы элементов, поставив знаки <, > или = вместо *:

 

а)  заряд ядра: Mg * Ca, Na *Mg, Ca * К;

б)  число электронных  слоев: Mg * Ca, Na * Mg,

        Ca * К;

в)  число электронов на внешнем уровне: Mg * Ca, Na *Mg, Ca * К;

г)  радиус атома: Mg * Ca, Na * Mg, Ca * K;

д)  восстановительные свойства: Mg * Ca, Na * Mg,  Ca * K.

 

 Проверь себя  
(самостоятельная работа )

 

          Дополните схемы взаимодействия щелочноземельных металлов с неметаллами общими формулами и названиями продуктов реакции.  

        Запишите конкретные уравнения реакции, расставив коэффициенты в них методом электронного баланса:

 

а)   М +  S                                                б)   М +  N

в)   М +  Н 2 г) М + С12

 

Пример:    ___________________        Пример:  _____________________

 

 

  Допишите уравнения реакций:

 

            а) Са +  H2O → ……………………….    

             б)  Mg +  НСl →………………………. 

             в) Ва +  О2 →………………………..

 

Осуществить превращения  по схеме:

 

Ме  →  МеО  → Ме(ОН)2 →  МеSО4

Домашнее задание:

 

§ 12. упр. № 5, 8

Написать уравнения реакций  с помощью которых можно осуществить  два любых превращения  из составленных  учащимися на уроке.

Используемая литература 

 

  • Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г. Химия 9.- Москва.: Просвещение, 2001
  • Габриелян О.С. Химия 9.-Москва.:Дрофа,

    2008

  • Габриелян О.С., Остроумов И.Г. Настольная книга учителя. Химия 9.-Москва.:Дрофа 2002
  • Коллекция Виртуальной лаборатории. Учебное электронное издание

 

 

 

11

 

Встречается в  природе в виде  минерала гипса, представляющего  собой кристаллогидрат. Используется  в строительстве, в медицине для  наложения гипсовых повязок, для  получения слепков.


Использование щелочноземельных металлов

Периодическая таблица элементов, состоящая из всех химических элементов в виде таблицы, является неотъемлемой частью химии. Щелочноземельные металлы не встречаются в свободном состоянии, так как они очень реакционноспособны, имеют низкую электроотрицательность и сродство к электрону. Они очень реактивны, поскольку имеют тенденцию терять электроны с s-орбиталей и имеют низкую энергию ионизации. Использование щелочноземельных металлов включает производство сплавов, производство рентгеновских трубок, производство зубной пасты, гипса и многие другие промышленные цели. Наблюдается использование щелочноземельных металлов и их значение в природных биологических процессах.

Щелочноземельные металлы состоят из двух электронов, расположенных на их валентной оболочке, которым предшествует конфигурация благородного газа. Следовательно, с точки зрения непрофессионала, конфигурация благородного газа представляется как (благородный газ) ns2, где n — валентная оболочка.

Вот некоторые свойства щелочноземельных металлов:

  • Металлы блестящие, полумягкие и нерастворимы в воде.
  • Когда щелочноземельные металлы объединяются с оксидами, это помогает формировать широкий спектр минералов на Земле. Щелочноземельные металлы в их минеральной форме используются в медицине, производстве товаров народного потребления и во многих отраслях промышленности.
  • Обладает высокой реакционной способностью благодаря степени окисления +2 и состоит из двух электронов на внешней оболочке.
  • Щелочноземельные металлы имеют высокую температуру плавления, низкую плотность, низкое сродство к электрону и легко реагируют с водой и галогенами.
  • Является хорошим проводником электричества.

Использование щелочноземельных металлов

Всего существует 6 элементов, подпадающих под категорию щелочноземельных металлов, и каждый из них используется в различных областях. Использование и характеристики этих щелочноземельных металлов упомянуты ниже.

Бериллий

  • Атомный номер бериллия 4.
  • Щелочноземельный металл бериллий используется в производстве высокопрочных пружин из сплава Cu-Be.
  • Он используется в производстве рентгеновских трубок для изготовления деталей компьютеров и является источником нейтронов при бомбардировке альфа-частицами.

Магний

  • Это важный минерал, используемый для правильного функционирования различных функций организма, таких как развитие мышц, нервных функций и кровообращение.
  • Щелочноземельный металл магний используется в качестве восстановителя при получении бора и кремния из их оксидов.
  • Применяется в металлургии как раскислитель. Магний в алкилгалогенидах магния используется для синтеза ряда органических соединений.
  • Магний является важным элементом, который входит в состав хлорофилла и, следовательно, способствует выработке углеводов при солнечном свете.

Кальций

  • Кальций является основным компонентом зубов, наружного скелета, костей, раковин и т. д. Он действует как укрепляющий компонент.
  • Кальций в виде оксидов используется в качестве мощного восстановителя и помогает при извлечении металлов.
  • Поскольку кальций имеет высокое сродство к кислороду и азоту, он помогает удалять следы воздуха из вакуумных трубок. Он даже помогает удалить следы воды от алкоголя.

Стронций

  • Щелочноземельный металл используется в производстве магнитов и цинка. Он используется в коммерческих целях при производстве сплавов.
  • Стронций реагирует с кислородом и другими формами оксидов, такими как нитраты, карбонаты, сульфаты, хлораты и т. д., с образованием солей. Используется в производстве фейерверков.

Барий

  •  Сульфат бария помогает рентгену выявить проблемы с желудочно-кишечным трактом.
  • Нитрат бария и хлорат бария используются в фейерверках. Он используется в производстве пигментов для красок.

Радий

  • Радий обладает свойствами радиоактивности, которые отличают его от всех других элементов. Он используется в различных медицинских терапиях. Используется в производстве светящихся в темноте изделий.
  • Используется для лечения многих видов рака.
Общие характеристики щелочноземельных металлов
  • Поскольку щелочноземельный металл имеет высокий ядерный заряд, ядро ​​сильно притягивает электроны. Следовательно, по мере продвижения соответствующих щелочных металлов вниз по группе атомный и ионные радиусы увеличиваются.
  • Имеет более высокую температуру плавления и кипения.
  • Энергия ионизации щелочноземельных металлов имеет низкую энергию ионизации из-за большого размера атомов. Более низкие энергии ионизации имеют сильный электроположительный заряд, и он увеличивается по группе от бериллия к барию.
  • Все щелочноземельные металлы дают характерные цвета при воздействии пламени, за исключением бериллия и магния.
  • Он имеет более высокую плотность, чем щелочные металлы, из-за его закрытой упаковки, основанной на его меньшем размере и сильных металлических связях.

Заключение

Теперь мы поняли различные свойства щелочноземельных металлов и то, как эти элементы используются в различных продуктах и ​​отраслях. Примечания JEE по щелочноземельным металлам содержат исчерпывающую информацию об элементах периодической таблицы. Элементы используются в форме оксидов или в комбинации с другими молекулами для производства важнейших минералов.

Щелочноземельные металлы | Химия для неспециалистов |

Цели обучения

  • Перечислите щелочноземельные элементы.
  • Укажите электронную конфигурацию этой группы.
  • Опишите реакцию щелочноземельных элементов.

Как связаны раковины устриц и химия?

Мы принимаем много химии как должное. Очень немногие из нас задумываются о химическом составе костей или раковин устриц. Оба этих материала содержат большое количество соединений кальция и играют важную роль в поддержании структуры организма. Раковина обеспечивает прочную среду для устрицы. Кости поддерживают тело, поэтому человек может двигаться, а не просто быть мягкой массой ткани.

 

Элементы группы 2 обозначаются как « щелочные земляные » металлы (коричневая колонка ниже). Название « щелочной » происходит от того, что соединения этих элементов при растворении в воде образуют основные (pH больше 7) или щелочные растворы. Если все элементы группы 1 имеют один электрон на своей внешней орбите, мы можем предсказать, что элементы группы 2 будут иметь два электрона на этой внешней оболочке.

Атом бериллия, первого элемента группы 2, имеет атомный номер четыре. Атом имеет заполненную оболочку 1 s , а также оболочку 2 s , что дает в общей сложности четыре электрона (1 s 2 2 s 2 ). Обратите внимание, что на внешней оболочке есть два электрона, структура, характерная для элементов группы 2. Барий (атомный номер 56) имеет такую ​​же структуру внешней оболочки, состоящую из двух электронов на орбите s , хотя внутренняя электронная структура бария довольно сложна.

Радий (атомный номер 88) имеет сходные свойства с барием и также относится к категории группы 2. Однако радий является радиоактивным элементом и обычно относится к категории радиоизотопов в дополнение к тому, что он является щелочноземельным металлом, поскольку он не является стабильным элементом.

Элементы группы 2 менее реактивны, чем их аналоги из группы 1. Необходимость удаления двух электронов для того, чтобы материал вступал в реакцию, означает, что для удаления электронов требуется больше энергии. Однако эти элементы достаточно реакционноспособны, поэтому в природе не существуют в своих элементарных формах, а присутствуют в виде соединений.

Использование соединений щелочноземельных металлов

Поскольку магний ярко горит, его используют в ракетах и ​​фейерверках. Сплавы магния с алюминием обеспечивают легкие и прочные материалы для самолетов, ракет и ракет. Некоторые антациды используют гидроксид магния для нейтрализации избытка желудочной кислоты.

Соединения кальция широко распространены в известняке, мраморе и меле. Кальций является важным компонентом цемента. Другие области применения включают хлорид кальция в качестве антиобледенителя и известняк в качестве белого пигмента в красках и зубной пасте.

Стронций широко используется в фейерверках и магнитах. Соединения бария можно использовать в красках, наполнителях для резины, пластмасс и смол, а также в качестве контрастного вещества для рентгеновских лучей. Многие соединения бериллия токсичны, но эти материалы использовались в металлических сплавах.

Резюме

  • Щелочноземельные элементы находятся во 2-й группе периодической таблицы.
  • Каждый из этих элементов имеет два s электрона на внешней оболочке.
  • Щелочноземельные элементы менее реакционноспособны, чем щелочные металлы.

Практика

Воспользуйтесь приведенной ниже ссылкой, чтобы ответить на следующие вопросы:

http://www.rsc.org/chemsoc/visualelements/pages/data/intro_groupii_data.html

  1. Какого цвета все щелочноземельные элементы?
  2. В каких соединениях магний встречается в природе?
  3. В каких соединениях содержится кальций в природе?

Обзор

  1. Почему эти элементы известны как «щелочноземельные» элементы?
  2. Сколько электронов находится на внешней оболочке щелочноземельных элементов?
  3. Являются ли щелочноземельные элементы более или менее реакционноспособными, чем щелочные металлы? Поясните свой ответ?
  4. Считается ли радий обычно частью категории щелочноземельных металлов с точки зрения химии? Поясните свой ответ.

Глоссарий

  • щелочной: Происходит от того, что соединения этих элементов из основных или щелочных растворов при растворении в воде.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *