Учебное пособие: Неорганическая химия
Химические связи щелочноземельных металлов с неметаллами носят преимущественно ионный характер. Бериллий и магний по химическим свойствам отличаются от щелочных металлов. Бериллий по своим свойствам больше напоминает алюминий. Ион Ве2+ очень мал, поэтому для него характерно образование ковалентных связей. Гидроксид бериллия амфотерен.
Магний
Магний среди металлов занимает особое место. Его плотность (1.729 г/см3 ) на ⅓ меньше плотности алюминия, а прочность почти в 2 раза выше. Эти качества обеспечивают сплавам на основе магния ведущее место в авиастроении.
В природе магний широко распространен в виде соединений (восьмое место по содержанию в земной коре, 1.87% по массе). Основные минералы – магнезит MgCO3 , доломит MgCO3 ∙CaCO3 .
В химическом отношении магний очень активен, поэтому в свободном состоянии не встречается. На воздухе покрывается оксидной пленкой, дальнейшее окисление возможно лишь при 300-400 °С. Тонкую стружку магния легко поджечь. Реакция образования оксида магния сильно экзотермична (при сгорании 20 г Mg1 л ледяной воды можно нагреть до кипения).
2Mg + O2 = 2MgO + Q
Магний сильный восстановитель. Он восстанавливает при нагревании даже оксид углерода (IV):
2Mg + CO2 = 2MgO + C
Поэтому тушить горящий магний углекислотным огнетушителем нельзя – магний продолжает гореть в атмосфере углекислого газа.
Магний реагирует со всеми неметаллами. Реакции протекают примерно также как с кальцием. Металлический магний медленно реагирует с холодной водой:
Mg + 2H2 O = Mg(OH)2 + H2 ↑
Из кипящей воды и разбавленных кислот магний также вытесняет водород:
Mg + 2HCl = MgCl2 + H2 ↑
Гидроксид магния (как и Са(OH)2 ) плохо растворим в холодной воде, гораздо лучше в горячей и полностью в разбавленных кислотах. Это типичное основание:
Mg(ОН)2 + 2HCl = MgCl2 + 2H2 О
Все растворимые соли магния бесцветны, горьки на вкус, но не ядовиты.
Магний используется в основном для получения легких сплавов. Прокаленный оксид магния прекрасный огнеупорный материал (до 2800 °С). Перхлорат магния (ангидрон) Mg(ClO4 ) используют как осушитель газов (Mg(ClO4 )∙6Н2 О). Асбест (природный силикат магния) – прекрасный теплоизолятор.
Кальций
Типичный щелочноземельный металл – кальций. В земной коре содержится 2.96% кальция (по массе), он занимает пятое место. В горных породах кальций встречается преимущественно в виде нерастворимых соединений: алюмосиликата кальция – анортита CaO. Al2 O3 . 2SiO2 , карбоната кальция CaСO3 (входящего в состав известняков, мела, мрамора), доломита CaCl2 . MgСO3 , фторида кальция CaF2 (плавиковый шпат), фосфата кальция Ca3 (РO4 )2 в виде фосфорита и апатита, содержащего в своем составе также CaF2 и CaCl2 . Только сульфат кальция, встречающийся в виде минералов гипса CaSO4 . 2Н2 О и ангидрита CaSO4 . Кальций в виде различных соединений входит в состав многих горных пород осадочного или метаморфического происхождения; доломитизированных известняков, песчаников, сланцев. Кальций содержится в воде океанов, морей, озер и рек, а также в грунтовых водах.
Кальций в нормальных условиях проявляет степень окисления +2. Соединения одновалентного кальция существуют лишь при высоких температурах. Свободный кальций химически активен.
Кальций получают электролизом расплавленного хлористого кальция или восстановлением из из CaO методами металлотермии в вакууме.
СaCl2 DСa2+ + 2Cl-
1½Ca2+ + 2е- "Caо
1½2Cl- - 2е- "Cl2 о #
Ca2+ + 2Сl- электролиз Caо + Сlо 2 #
CaСl2 электролиз Ca+ Сl2 #
Металлический кальций применяется в качестве восстановителя при получении таких металлов, как торий цирконий, ванадий из их соединений. В небольшом количестве он используется в составе сплавов.
На воздухе кальций при обычной температуре окисляется, покрываясь оксидной пленкой.
Кальций реагирует с водородом, образуя гидрид CaH2 – стойкое соединение, вступающее во взаимодействие с водой с выделением водорода: