Земноалкални метал
У IIа групу периодног система елемената спадају: берилијум, магнезијум, калцијум, стронцијум, баријум и радијум, и једним именом се називају земноалкални метали.[1][2] Порекло заједничког имена ових елемената лежи у чињеници да су најраспрострањенији међу њима (калцијум и магнезијум) значајни састојци Земљине коре и да њихови карбонати: кречњак (CaCO3), доломит (CaCO3•MgCO3), а у значајној мери и магнезит (MgCO3), представљају основне стене од којих је изграђен рељеф читавих области на Земљи.
| Земноалкални метали | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||
| ↓ Периода | |||||||||||
| 2 | title="Be, Берилијум" style="text-align:center; vertical-align:bottom; width:210px; background:#f0f0f0; border:2px solid #6e6e8e; ;"|  4 | ||||||||||
| 3 | title="Mg, Магнезијум" style="text-align:center; vertical-align:bottom; width:210px; background:#f0f0f0; border:2px solid #6e6e8e; ;"|  12 | ||||||||||
| 4 | title="Ca, Калцијум" style="text-align:center; vertical-align:bottom; width:210px; background:#f0f0f0; border:2px solid #6e6e8e; ;"|  20 | ||||||||||
| 5 | title="Sr, Стронцијум" style="text-align:center; vertical-align:bottom; width:210px; background:#f0f0f0; border:2px solid #6e6e8e; ;"|  38 | ||||||||||
| 6 | title="Ba, Баријум" style="text-align:center; vertical-align:bottom; width:210px; background:#f0f0f0; border:2px solid #6e6e8e; ;"|  56 | ||||||||||
| 7 | title="Ra, Радијум" style="text-align:center; vertical-align:bottom; width:210px; background:#f0f0f0; border:2px dashed #6e6e8e; ;"|  88 | ||||||||||
|
Легенда
| |||||||||||
Сви су лаки метали, изузев радијума. Сивкасто су беле боје, металног сјаја, али на ваздуху брзо потамне, услед оксидације и пресвлачења танким слојем оксида који их штити од даље оксидације.[3] Тврдоћа се разликује од елемента до елемента због тога што поседују различите типове кристалне решетке, па је тако берилијум прилично тврд а баријум мек као олово. Густина се такође разликује, али су сви тежи од воде.[4]
Атоми ових елемената садрже по два s-електрона у највишем енергетском нивоу те су, према томе, у својим једињењима позитивно двовалентни.[3][5][6] Због присуства два електрона у периферној сфери електронског омотача имају јако изражен позитивни метални карактер, иако имају релативно слабије изражене металне особине у односу на алкалне метале (због мањег полупречника атома и самим тим јаче изражене силе привлачења између језгра и електрона услед чега се они теже отпуштају), а поред тога земноалкални метали треба да отпусте и већи број валентних електрона да би стекли конфигурацију племенитог гаса.[7]
Хемијски су врло реактивни, па се стога не јављају у природи у елементарном стању већ искључиво у облику својих једињења, а међу њима најраспрострањенији су калцијум и баријум.[8] Као и у другим групама периодног система, идући одозго надоле, од берилијума ка радијуму, са растућим редним бројем повећава се метални карактер и активност елемената што је условљено повећањем пречника атома и смањењем потенцијала јонизације елемената. За сада није објашњено зашто, али се зна да је енергија јонизације код радијума већа него што се очекивало. Због негативног редокс потенцијала добра су редукциона средства. Земноалкални метали се, иначе, одликују веома малим енергијама јонизације, па стога имају и мали коефицијент електронегативности који опада са порастом атомских бројева.
Ови елементи се лако растварају у киселинама, а берилијум се раствара и у алкалним хидроксидима јер је амфотеран. Загрејани на ваздуху бурно сагоревају дајући оксиде, који су базични, изузев берилијума чији је оксид амфотеран. Земноалкални метали дејствују и на воду (изузев берилијума) и прелазе у одговарајуће хидроксиде, који представљају јаке базе и веома су слабо растворљиви у води. Иначе ови елементи реагују и са азотом, са угљеником, са халогеним елементима итд.
Различита својства берилијума последица су тога што има мањи атомски и јонски полупречник, а и чињеница је да се код s и p- елемемената јавља дијагонални ефекат .
Карактеристике
уредиХемијска својства
уредиКао и код других група, чланови ове породице показују обрасце у својој електроничкој конфигурацији, нарочито најудаљеније љуске, што резултира трендовима у хемијском понашању:
| Z | Елемент | Бр. електрона/љуски | Електронска конфигурација[n 1] |
|---|---|---|---|
| 4 | берилијум | 2, 2 | [He] 2s2 |
| 12 | магнезијум | 2, 8, 2 | [Ne] 3s2 |
| 20 | калцијум | 2, 8, 8, 2 | [Ar] 4s2 |
| 38 | стронцијум | 2, 8, 18, 8, 2 | [Kr] 5s2 |
| 56 | баријум | 2, 8, 18, 18, 8, 2 | [Xe] 6s2 |
| 88 | радијум | 2, 8, 18, 32, 18, 8, 2 | [Rn] 7s2 |
Највећи део хемије је изучен код првих пет чланова групе. Хемија радијума није довољно успостављена услед његове радиоактивности;[3] и тог разлога су његова својства позната у ограниченој мери.
Сви земноалкални метали су сребрнасто обојени и мекани, и имају релативно ниске густине, тачке топљења, и тачке кључања. У хемијском погледу, сви земноалкални метали реагују са халогенима да формирану земноалкалне металне халиде, од којих су сви јонска кристална једињења (изузев берилијум хлорида, који је ковалентан). Сви земноалкални метали изузев берилијума такође реагују са водом да формирају јаке алкалне хидроксиде и стога је неопходно да се њима рукује са великом пажњом. Тежи земноалкални метали реагују интензивније од лакших.[3] Земноалкални метали имају друге најниже прве јонизационе енергије у њиховим респективном периодама периодног система[6] због њихових донекле ниских ефективних нуклеарних наелектрисања и способности остваривања конфигурације пуне спољашње љуске путем губљења два електрон. Друга јонизациона енергија свих земноалкалних метала је исто тако донекле ниска.[3][6]
Берилијум је изузетак. Он не реагује с водом или паром, а његови халиди су ковалентни. Ако би берилијум формирао једињења са стањем јонизације +2, он би у знатној мери поларизовао оближње електронске облаке и проузроковао би велика орбитална преклапања, јер берилијум има велику густину наелектрисања. Сва једињења која садрже берилијум имају ковалентну везу.[9] Чак и једињење берилијум флуорид, које је у највећој мери јонско једињење берилијума, има ниску тачку топљења и ниску електричну проводљивост када се отопи.[10][11][12]
Сви земноалкални метали имају два електрона у својој валентној љусци, тако да се енергетски преферирано стање постизања попуњене електронске љуске остварује губитком два електрона и формирањем двоструко наелектрисаних позитивних јона.
Једињења и реакције
уредиСви земноалкалијски метали реагују са халогенима да формирају јонске халиде, као што је калцијум хлорид (CaCl
2), и реагују са кисеоником да би се формирали оксиди, као што је стронцијум оксид (SrO). Калцијум, стронцијум и баријум реагују са водом при чему се ствара водонични гас и њихови респективни хидроксиди, а такође су подвргнути реакцијама трансметалације ради размене лиганда.
Константе везане за растворљивост флорида земноалкалних метала[n 2] Метал
M2+
HE
[13]F−
HE
[14]„MF2”
јединица
HEЕнергије
MF2
решетке
[15]Растворљивост
[16]Be 2.455 458 3.371 3.526 растворан Mg 1.922 458 2.838 2.978 0,0012 Ca 1.577 458 2.493 2.651 0,0002 Sr 1.415 458 2.331 2.513 0,0008 Ba 1.361 458 2.277 2.373 0,006
Физичке и атомске особине
уредиДоња табела садржи преглед кључних физичких и атомских својстава земноалкалних метала.
| Земноалкални метал | Стандардна атомска тежина (u)[n 3][18][19] |
Тачка топљења (K) |
Тачка топљења (°C) |
Тачка кључања (K)[6] |
Тачка кључања (°C)[6] |
Густина (g/cm3) |
Електронегативност (Полинг) |
Прва енергија јонизације (kJ·mol−1) |
Ковалентни радијус (pm)[20] |
Боја пламеног теста | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Берилијум | 9,012182(3) | 1560 | 1287 | 2742 | 2469 | 1,85 | 1,57 | 899,5 | 105 | White[21] | |
| Магнезијум | 24,3050(6) | 923 | 650 | 1363 | 1090 | 1,738 | 1,31 | 737,7 | 150 | сјајно-бела[3] | |
| Калцијум | 40,078(4) | 1115 | 842 | 1757 | 1484 | 1,54 | 1,00 | 589,8 | 180 | цигла-црвена[3] | 
|
| Стронцијум | 87,62(1) | 1050 | 777 | 1655 | 1382 | 2,64 | 0,95 | 549,5 | 200 | гримизна[3] | 
|
| Баријум | 137,327(7) | 1000 | 727 | 2170 | 1897 | 3,594 | 0,89 | 502,9 | 215 | јабука-зелена[3] | |
| Радијум | [226][n 4] | 973 | 700 | 2010 | 1737 | 5,5 | 0,9 | 509,3 | 221 | тамноцрвена[n 5] | |
Напомене
уреди- ^ Нотација племенитог гаса се користи ради концизности; најближи племенити гас који претходи датом елементу је прво написан, и затим се електронска конфигурација наставља од те тачке.
- ^ Енергије су дате у −kJ/mol, растворљивости у mol/L; HE значи „енергија хидрације”.
- ^ Број у заградама се односи на неодређеност мерења. Та неодређеност се односи на најмање значајну цифру броја испред вредсности у заградама (тј., бројећи од најдесније цифре лево од заграда). На пример, 1,00794(7) означава да је неодређеност 1,00794±0,00007, док 1,00794(72) означава 1,00794±0,00072.[17]
- ^ Овај елемент нема стабилне нуклиде, а вредности у заградама означавају масени број најдуже живућег изотопа елемента.[18][19]
- ^ Боја пламена теста чистог радијума никад није била уочена; тамноцрвена боја је екстраполација од боје теста пламена његових једињења.[22]
Референце
уреди- ^ Housecroft, C. E.; Sharpe, A. G. (2008). Inorganic Chemistry (3. изд.). Prentice Hall. ISBN 978-0-13-175553-6.
- ^ Međunarodna unija za čistu i primenjenu hemiju (2005). Nomenclature of Inorganic Chemistry (IUPAC Recommendations 2005). Cambridge (UK): Royal Society of Chemistry – International Union of Pure and Applied Chemistry. ISBN 0-85404-438-8. pp. 51. Electronic version.
- ^ а б в г д ђ е ж з Royal Society of Chemistry. „Visual Elements: Group 2–The Alkaline Earth Metals”. Visual Elements. Royal Society of Chemistry. Архивирано из оригинала 5. 10. 2011. г. Приступљено 13. 1. 2012.
- ^ Parkes, G.D. & Phil, D. (1973). Melorova moderna neorganska hemija. Beograd: Naučna knjiga.
- ^ „Periodic Table: Atomic Properties of the Elements” (PDF). nist.gov. National Institute of Standards and Technology. септембар 2010. Архивирано (PDF) из оригинала 9. 8. 2012. г. Приступљено 17. 2. 2012.
- ^ а б в г д Lide, D. R., ур. (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics (84th изд.). Boca Raton, FL: CRC Press.
- ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (II изд.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN 0080379419.
- ^ „Abundance in Earth's Crust”. WebElements.com. Архивирано из оригинала 9. 3. 2007. г. Приступљено 14. 4. 2007.
- ^ Jakubke, Hans-Dieter; Jeschkeit, Hans, ур. (1994). Concise Encyclopedia Chemistry. trans. rev. Eagleson, Mary. Berlin: Walter de Gruyter.
- ^ Bell, N. A. (1972). „Beryllium halide and pseudohalides”. Ур.: Emeléus, Harry Julius; Sharpe, A. G. Advances in inorganic chemistry and radiochemistry, Volume 14. New York: Academic Press. стр. 256—277. ISBN 978-0-12-023614-5.
- ^ Walsh, Kenneth A. (1. 8. 2009). Beryllium chemistry and processing. ASM International. стр. 99—102, 118—119. ISBN 978-0-87170-721-5.
- ^ Hertz, Raymond K. (1987). „General analytical chemistry of beryllium”. Ур.: Coyle, Francis T. Chemical analysis of metals: a symposium. ASTM. стр. 74—75. ISBN 978-0-8031-0942-1.
- ^ Wiberg, Wiberg & Holleman 2001, стр. XXXVI–XXXVII.
- ^ Wiberg, Wiberg & Holleman 2001, стр. XXXVI.
- ^ Lide 2004, стр. 12-23.
- ^ Wiberg, Wiberg & Holleman 2001, стр. 1073.
- ^ „Standard Uncertainty and Relative Standard Uncertainty”. CODATA reference. National Institute of Standards and Technology. Архивирано из оригинала 16. 10. 2011. г. Приступљено 26. 9. 2011.
- ^ а б Wieser, Michael E.; Berglund, Michael (2009). „Atomic weights of the elements 2007 (IUPAC Technical Report)” (PDF). Pure Appl. Chem. IUPAC. 81 (11): 2131—2156. doi:10.1351/PAC-REP-09-08-03. Архивирано (PDF) из оригинала 2. 11. 2012. г. Приступљено 7. 2. 2012.
- ^ а б Wieser, Michael E.; Coplen, Tyler B. (2011). „Atomic weights of the elements 2009 (IUPAC Technical Report)” (PDF). Pure Appl. Chem. IUPAC. 83 (2): 359—396. doi:10.1351/PAC-REP-10-09-14. Архивирано (PDF) из оригинала 11. 2. 2012. г. Приступљено 11. 2. 2012.
- ^ Slater, J. C. (1964). „Atomic Radii in Crystals”. Journal of Chemical Physics. 41 (10): 3199—3205. Bibcode:1964JChPh..41.3199S. doi:10.1063/1.1725697.
- ^ Jensen, William B. (2003). „The Place of Zinc, Cadmium, and Mercury in the Periodic Table” (PDF). Journal of Chemical Education. American Chemical Society. 80 (8): 952—961. Bibcode:2003JChEd..80..952J. doi:10.1021/ed080p952. Архивирано из оригинала (PDF) 11. 6. 2010. г. Приступљено 6. 5. 2012.
- ^ Kirby, H. W; Salutsky, Murrell L (1964). The Radiochemistry of Radium. National Academies Press.
Литература
уреди- Group 2 – Alkaline Earth Metals, Royal Chemistry Society.
- Hogan, C.Michael. 2010. Calcium. eds. A.Jorgensen, C. Cleveland. Encyclopedia of Earth. National Council for Science and the Environment.
- Maguire, Michael E. "Alkaline Earth Metals." Chemistry: Foundations and Applications. Ed. J. J. Lagowski. Vol. 1. New York: Macmillan Reference USA, 2004. 33–34. 4 vols. Gale Virtual Reference Library. Thomson Gale.
- Silberberg, M.S., Chemistry: The molecular nature of Matter and Change (3e édition, McGraw-Hill 2009)
- Petrucci R.H., Harwood W.S. et Herring F.G., General Chemistry (8e édition, Prentice-Hall 2002)
