Относится ли магний к щелочноземельным металлам

Обновлено: 19.05.2024

К щелочноземельным металлам относятся металлы IIa группы: бериллий, магний, кальций, стронций, барий и радий. Отличаются легкостью, мягкостью и сильной реакционной способностью.

Общая характеристика

От Be к Ra (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционная способность. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Be - 2s 2
Mg - 3s 2
Ca - 4s 2
Sr - 5s 2
Ba - 6s 2
Ra - 7s 2

Природные соединения

Be - BeO*Al₂O₃*6SiO₂ - берилл
Mg - MgCO₃ - магнезит, MgO*Al₂O₃ - шпинель, 2MgO*SiO₂ - оливин
Ca - CaCO₃ - мел, мрамор, известняк, кальцит, CaSO₄*2H₂O - гипс, CaF₂ - флюорит

Получение

Это активные металлы, которые нельзя получить электролизом раствора. С целью их получения применяют электролиз расплавов, алюминотермию и вытеснением их из солей другими более активными металлами.

MgCl₂ → (t) Mg + Cl₂ (электролиз расплава)

CaO + Al → Al₂O₃ + Ca (алюминотермия - способ получения металлов путем восстановления их оксидов алюминием)

Химические свойства

Все щелочноземельные металлы (кроме бериллия и магния) реагируют с холодной водой с образованием соответствующих гидроксидов. Магний реагирует с водой только при нагревании.

Щелочноземельные металлы - активные металлы, стоящие в ряду активности левее водорода, и, следовательно, способные вытеснить водород из кислот:

Хорошо реагируют с неметаллами: кислородом, образуя оксиды состава RO, с галогенами (F, Cl, Br, I). Степень окисления у щелочноземельных металлов постоянная +2.

Mg + O₂ → MgO (оксид магния)

При нагревании реагируют с серой, азотом, водородом и углеродом.

Mg + S → (t) MgS (сульфид магния)

Ca + H₂ → (t) CaH₂ (гидрид кальция)

Ba + C → (t) BaC₂ (карбид бария)

Ba + TiO₂ → BaO + Ti (барий, как более активный металл, вытесняет титан)

Оксиды щелочноземельных металлов

Имеют общую формулу RO, например: MgO, CaO, BaO.

Оксиды щелочноземельных металлов можно получить путем разложения карбонатов и нитратов:

Рекомендую взять на вооружение общую схему разложения нитратов:

Проявляют преимущественно основные свойства, все кроме BeO - амфотерного оксида.

В нее вступают все, кроме оксида бериллия.

Амфотерные свойства оксида бериллия требуют особого внимания. Этот оксид проявляет двойственные свойства: реагирует с кислотами с образованием солей, и с основаниями с образованием комплексных солей.

BeO + NaOH + H₂O → Na₂[Be(OH)₄] (тетрагидроксобериллат натрия)

Если реакция проходит при высоких температурах (в расплаве) комплексная соль не образуется, так как происходит испарение воды:

BeO + NaOH → Na₂BeO₂ + H₂O (бериллат натрия)

Гидроксиды щелочноземельных металлов

Проявляют основные свойства, за исключением гидроксида бериллия - амфотерного гидроксида.

Получают гидроксиды в реакции соответствующего оксида металла и воды (все кроме Be(OH)₂)

Основные свойства большинства гидроксидов располагают к реакциям с кислотами и кислотными оксидами.

Реакции с солями (и не только) идут в том случае, если соль растворимы и по итогам реакции выделяется газ, выпадает осадок или образуется слабый электролит (вода).

Гидроксид бериллия относится к амфотерным: проявляет двойственные свойства, реагируя и с кислотами, и с основаниями.

Жесткость воды

Жесткостью воды называют совокупность свойств воды, зависящую от присутствия в ней преимущественно солей кальция и магния: гидрокарбонатов, сульфатов и хлоридов.

Различают временную (карбонатную) и постоянную (некарбонатную) жесткость.

Вероятно, вы часто устраняете жесткость воды у себя дома, осмелюсь предположить - каждый день. Временная жесткость воды устраняется обычным кипячением воды в чайнике, и известь на его стенках - CaCO₃ - бесспорное доказательство устранения жесткости:

Также временную жесткость можно устранить, добавив Na₂CO₃ в воду:

С постоянной жесткостью бороться кипячением бесполезно: сульфаты и хлориды не выпадут в осадок при кипячении. Постоянную жесткость воды устраняют добавлением в воду Na₂CO₃:

Жесткость воды можно определить с помощью различных тестов. Чрезмерно высокая жесткость воды приводит к быстрому образованию накипи на стенках котлов, труб, чайника.

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

МАГНИЙ — огненный металл

Тем, что название «магний» существует в мире химии, мы обязаны учебнику «Основания чистой химии» русского химика Гесса. Много русских химиков зубрили науку по этой книге — она была переиздана семь раз.

Пейте минералку

История открытия нашего героя начинается на английском курорте. Там скучающие химики решили исследовать, чем же их лечат. Из минеральной воды (горькой, но регулирующей пищеварение) выделили соль — горькую или английскую. Опыты продолжили, в результате почти одновременно Фарадей и Бюсси получили магний.

Этот металл серебристо-белого цвета можно добыть из почти любого булыжника под ногами, хотя для промышленного применения этот метод навряд ли пригоден.

Каков он, «вспыльчивый металл»

Наш герой — элемент второй группы периодической системы Менделеева. Латинское название Magnesium, атомный номер 12.

Магний теперь относится к щелочноземельным металлам. Однако раньше он таким не считался — его гидроксид не является щелочью, хотя раствор в присутствии фенолфталеина (индикатор) окрашивается в слабо-розовый цвет. Полноценные щелочи с фенолфталеином окрашиваются в густой малиновый цвет.

У чистого магния плотноупакованная гексагональная кристаллическая структура.

Строение атома указывает на принадлежность к металлам. Электронная формула элемента — 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2. То есть, на внешнем энергетическом уровне у магния болтается пара электронов, в любой момент готовая «свалить налево» — вступить в реакцию с другим элементом. Кое-кто еще помнит, что свойство металлов на внешнем уровне иметь от 1 до 3 электронов.

И чем же наш герой не металл?

Некоторые характеристики магния:

Свойство металла	Данные
Атомная масса	24,304 г/моль
Степени окисления	0; +2
Плотность	1,74 г/см3
Температура плавления	650оС
Теплопроводность	(300 K) 156 Вт/(м·К)
Температура кипения	1090 оС
Ковалентный радиус	136 пм
Радиус иона	66 (+2e) пм
Электроотрицательность	1,31 (шкала Полинга)
Электродный потенциал	−2,37 В
Степени окисления	0; +2
Энергия ионизации (первый электрон)	737,3 (7,64) кДж/моль (эВ)

Химия магниевых реакций

Вспомним школьные годы. Немного химии во время карантина не повредит.

Итак, химические свойства нашего героя:

К щелочам огненный металл равнодушен (сами такие, к щелочноземельным металлам относимся). В реакции со щелочами не вступает.
Зато во взаимодействие с кислотами вступает охотно, даже бурно, с выделением водорода.
На воздухе магний реагирует с кислородом воздуха, покрывается оксидной пленкой. Эта «одежка» защищает металл от дальнейшего окисления. Но влажная атмосфера разрушает нашего «горячего» героя. Потому его и не хранят во влажных помещениях.

Как он горит!

Немного найдется металлов, горящих на воздухе, и наш герой — один из них. Подожгите магниевую стружку, и вспыхнет яркий, жгучий огонь. Еще бы не жгучий, его температура более 3000 градусов. Только не зажигайте магний на песке. Металл прореагирует с диоксидом кремния в песке, и будет гореть веселее. Потому затушить «магниевый» пожар песочком не получится.

Горящий магний можно использовать как факел в темноте. Пара грамм магния — и даже в самую черную ночь все будет видно в радиусе 5-7 метров.

Подожгите металл в луже, и увидите мощную вспышку. Здесь образуется гидроксид магния (Mg(OH)2) и водород, который многократно усилит мощность огня.

Печально: в 1937 году дирижабль «Гинденбург», наполненный водородом, загорелся. Погибла треть пассажиров. Эта трагедия поставила крест на дирижаблях, как виде воздушного транспорта.

Кстати, головная боль пожарных — магний нельзя тушить водой. От этого огонь разгорится еще больше. Углекислотный огнетушитель тоже не вариант, ведь наш необыкновенный герой в присутствии углекислого газа хорошо горит, образуя уголь и оксид магния:

2Мg + CO2 = C + 2MgO

Минералы, месторождения

Наш герой настолько активен в химическом отношении (просто-таки «неразборчив в связях»), что его нахождение в природе в чистом виде практически невозможно.

Природные источники магния — минералы:

брусит;
кизерит;
доломит;
магнезит;
бишофит;
эпсомит;
карналлит.

Даже из морской воды можно добывать огненный металл. Самосадочные озера (вода в них называется рапой), содержат большое количество минеральных солей, в том числе магния.

Познавательно: таких озер много в Астраханской области. Это Белинские, Зинзилинские, Мочаговские самосадочные озера (список можно продолжить).

Крупнейшая российская группа месторождений — Саткинское — (разведано 14 штук) находится в Челябинской области, рядом с городом Сатка. Тут сосредоточены магнезиальные руды высокой чистоты.

Получение чистого металла

Промышленное получение металла возможно двумя способами:

В первом способе необходимы обезвоженные хлориды магния, натрия, калия. Их смешивают в электролитической ванне, в расплаве происходит восстановления магния.

Чистый металл сливают, добавляя в ванну сырье. В черновом металле содержится до 2% примесей. При необходимости еще не остывший магний рафинируют, доводя чистоту почти до идеальной — 99,999%.

Во втором способе в качестве сырья предпочтительно использовать доломит с добавлением кокса. Возможно использование морской воды. Смесь разогревают до 2100 градусов, пары магния отгоняются и конденсируются.

Польза и вред добавок

Чистый магний ковкий, легкий металл. Только есть у металла свойство — подверженность коррозии. Потому чистый металл используют редко, в отличие от его сплавов. Для сплавов магния очень важны добавки алюминия, циркония, цинка.

Алюминий делает сплав прочнее и удобнее для литейных работ.

Количество лигатуры важно для качеств сплава:

3% алюминия придадут наибольшую пластичность;
6% лигатуры — даст лучшие прочность и пластичность;
9% алюминия подарит сплаву максимальную прочность.

Свойства цинка в сплавах подобны алюминиевым:

3% добавка максимально увеличивает пластичность;
5% цинка даст гармоничное сочетание пластичности и прочности сплава;

Если в сплаве есть вредные примеси (никель, железо), то лигатура цинка повысит коррозионную стойкость.

Кремний повысит способность к литью, но в присутствии железа уменьшит устойчивость к ржавчине.

Никель и железо примеси вредные, они делают сплав подверженным ржавчине.

Сплавы магния делят на деформируемые (МА) и литейные (МЛ); последние применяются значительно чаще. В сплав МЦИ добавляют медь, железо, цинк, никель. Эта смесь металлов хороша при вибронагрузках.

Магний в нашей жизни

Металл и его сплавы нашли широкое применение в разных сферах жизни.

Способность металла давать яркий огонь использовали на заре фотографии.
Легкость металла открыла ему путь в авиацию. Наши ноутбуки, многие фотокамеры содержат магниевые детали — не таскать же тяжелый прибор, если можно сделать легкий.
В химических источниках тока энергия химических реакций напрямую превращается в электрическую. Чистый металл и его соединения в электрических батареях сообщают им высокие ЭДС и отменные энергетические характеристики.

Анодом в таких батареях служит магний. В качестве катода применяют:

серу;
хлористое серебро;
хлористый свинец в смеси с графитом;
диоксид марганца с графитом.

Огнеупорные материалы необходимы для футеровки металлургических печей, тиглей.

Дешевым и качественным сырьем для этого могут быть минералы магния:

В военном деле магний «освещает темные места». А проще, из него делают светозвуковые и светошумовые боеприпасы (патроны, гранаты, снаряды). До конца не убьет, но оглушит и дезориентирует.

Применяют в антитеррористических операциях, при освобождении заложников, разгоне противозаконных сборищ (при массовых беспорядках).

Зажигательные бомбы, трассирующие пули, ракеты сигнальные и осветительные — везде используется яркое горение металла.

Препараты магния необходимы в медицине. Недостаток макроэлемента губителен для сердечно-сосудистой системы. Ишемическая болезнь, артериальная гипертония, аритмии — каждая из этих болезней усугубляется дефицитом магния.

Недостаток нескольких граммов металла плохо отражается на наших нервах (депрессии, мигрени, головокружения, тревога, раздражительность).

Важно: у каждого потребность в магнии возрастает при стрессах, физических нагрузках; у спортсменов — при изнурительных тренировках и на соревнованиях.

Специалисты фирмы Тойота разработали аккумуляторную батарею (на основе серно-магниевых элементов). Показатели у аккумулятора завидные. Загвоздка в том, что в батарее происходит саморазряд (катод электрохимически восстанавливается, образуются полисульфидные анионы, переходящие в раствор). Пока эта проблема не будет решена, серно-магниевые аккумуляторы специалистам только снятся.

Магний металлический обладает сильными восстановительными свойствами. Его используют для получения бериллия, ванадия, хрома. Металл используют как лигатуру в сталях и чугуне.

Все шире применяют магнийорганические соединения в химическом синтезе галогенопроизводных, спиртов, углеводородов.

Где еще применяют соединения магния

Бесцветные кристаллы фторида магния используют в специальной оптике (вещество прозрачно в диапазонах от ультрафиолетового до инфракрасного.

Стеарат магния — пищевая добавка Е470. Используют в косметической, пищевой промышленности, в фармации.

Магниевые сплавы применяют в изготовлении отбойных молотков, в атомной и нефтяной промышленности.

Стоимость огненного металла

Цена первичного магния (МГ90):

Лом металла и магнийсодержащих элементов будет стоить от 35 до 50 рублей за килограмм.

Мне 42 года и я специалист в области минералогии. Здесь на сайте я делюсь информацией про камни и их свойства — задавайте вопросы и пишите комментарии!

Щелочные металлы

К щелочным металлам относят химические элементы: одновалентные металлы, составляющие Ia группу: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций.

Эти металлы очень активны, быстро окисляются на воздухе и бурно реагируют с водой. Их хранят под слоем керосина из-за их сильной реакционной способности.

От Li к Fr (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств, реакционной способности. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизации, сродство к электрону.

Li - 2s 1
Na - 3s 1
K - 4s 1
Rb - 5s 1
Cs - 6s 1
Fr - 7s 1

NaCl - галит (каменная соль)
KCl - сильвин
NaCl*KCl - сильвинит

Получить такие активные металлы электролизом водного раствора - невозможно. Для их получения применяют электролиз расплавов при высоких температурах (естественно - безводных):

NaCl → Na + Cl₂↑ (электролиз расплава каменной соли)

Одной из особенностей щелочных металлов является их реакция с кислородом. Литий в такой реакции преимущественно образует оксид, натрий - пероксид, калий, рубидий и цезий - супероксиды.

K + O₂ → KO₂ (супероксид калия)

Помните, что металлы никогда не принимают отрицательных степеней окисления. Щелочные металлы одновалентны, и проявляют постоянную степень окисления +1 в различных соединениях: гидриды, галогениды (фториды, хлориды, бромиды и йодиды), нитриды, сульфиды и т.д.

Li + H₂ → LiH (в гидридах водород -1)

Na + F₂ → NaF (в фторидах фтор -1)

Na + S → Na₂S (в сульфидах сера -2)

K + N₂ → K₃N (в нитридах азот -3)

Щелочные металлы бурно взаимодействуют с водой, при этом часто происходит воспламенение, а иногда - взрыв.

Na + H₂O → NaOH + H₂↑ (воду можно представить в виде HOH - натрий вытесняет водород)

Иногда в задачах может проскользнуть фраза такого плана: ". в ходе реакции выделился металл, окрашивающий пламя горелки в желтый цвет". Тут вы сразу должны догадаться: речь, скорее всего, про натрий.

Щелочные металлы по-разному окрашивают пламя. Литий окрашивает в алый цвет, натрий - в желтый, калий - в фиолетовый, рубидий - синевато-красный, цезий - синий.

Оксиды щелочных металлов

Имеют общую формулу R₂O, например: Na₂O, K₂O.

Получение оксидов щелочных металлов возможно в ходе реакции с кислородом. Для лития все совсем несложно:

В подобных реакциях у натрия и калия получается соответственно пероксид и супероксид, что приводит к затруднениям. Как из пероксида, так и из супероксида, при желании можно получить оксид:

По свойствам эти оксиды являются основными. Они хорошо реагируют c водой, кислотными оксидами и кислотами:

Li₂O + H₂O → LiOH (осн. оксид + вода = основание - реакция идет, только если основание растворимо)

Na₂O + SO₂ → Na₂SO₃ (обратите внимание - мы сохраняем СО серы +4)

Гидроксиды щелочных металлов

Относятся к щелочам - растворимым основаниям. Наиболее известные представители: NaOH - едкий натр, KOH - едкое кали.

Гидроксиды щелочных металлов получаются в ходе электролиза водных растворов их солей, в реакциях обмена, в реакции щелочных металлов и их оксидов с водой:

KCl + H₂O → (электролиз!) KOH + H₂ + Cl₂ (на катоде выделяется водород, на аноде - хлор)

Проявляют основные свойства. Хорошо реагируют с кислотами, кислотными оксидами и солями, если в ходе реакции выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).

LiOH + H₂SO₄ → LiHSO₄ + H₂O (соотношение 1:1, кислота в избытке - получается кислая соль)

2LiOH + H₂SO₄ → Li₂SO₄ + 2H₂O (соотношение 2:1, основание в избытке - получается средняя соль)

KOH + SO₂ → KHSO₃ (соотношение 1:1 - получается кислая соль)

2KOH + SO₂ → K₂SO₃ + H₂O (соотношение 2:1 - получается средняя соль)

С амфотерными гидроксидами реакции протекают с образованием комплексных солей (в водном растворе) или с образованием окиселов - смешанных оксидов (при высоких температурах - прокаливании).

NaOH + Al(OH)₃ → Na[Al(OH)₄] (в водном растворе образуются комплексные соли)

NaOH + Al(OH)₃ → NaAlO₂ + H₂O (при прокаливании образуется окисел - смесь двух оксидов: Al₂O₃ и Na₂O, вода испаряется)

Реакции щелочей с галогенами заслуживают особого внимания. Без нагревания они идут по одной схеме, а при нагревании эта схема меняется:

NaOH + Cl₂ → NaClO + NaCl + H₂O (без нагревания хлор переходит в СО +1 и -1)

NaOH + Cl₂ → NaClO₃ + NaCl + H₂O (с нагреванием хлор переходит в СО +5 и -1)

В реакциях щелочей с йодом образуется исключительно иодат, так как гипоиодит неустойчив даже при комнатной температуре, не говоря о нагревании. С серой реакция протекает схожим образом:

NaOH + I₂ → NaIO₃ + NaI + H₂O (с нагреванием)

NaOH + S → Na₂S + Na₂SO₃ + H₂O (сера переходит в СО -2 и +4)

Уникальным является также взаимодействие щелочей с кислотным оксидом NO₂, который соответствует сразу двум кислотам - и азотной, и азотистой.

Читайте также: