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📜  碱土金属化合物的特性

📅  最后修改于: 2022-05-13 01:57:12.363000             🧑  作者: Mango

碱土金属化合物的特性

经过几年的研究工作，自然界中存在的所有元素都排列在周期表中，这些元素根据一些预定义的标准按组和行排列。有些元素可能不符合标准，但由于它们在质量数上的相似性或性质上的相似性，它们仍然被放置在同一列或组中。碱土金属属于第2族，该族有以下元素铍、镁、钙、锶、钡和镭。铍与其他元素具有不同的性质，它与铝呈对角线关系。

碱土金属的特性

  • 半径：原子有两种半径，一种是金属半径，另一种是Ionic半径。原子半径和离子半径都遵循相同的趋势，这意味着碱土金属的原子尺寸随着基团的增加而增加。金属半径大于离子半径。在元素周期表中，两者都遵循从上到下和从左到右的相同趋势。

Be< Mg< Ca< Sr< Ba< Ra

  • 电离焓：电离焓有两种类型：电离焓 (I) 和电离焓 (II)。每种元素的电离焓 (II) 都大于电离焓 (I)，尽管这两个焓都高于碱金属的电离焓。电离焓 (I) 和电离焓 (II) 在组中均降低。

Be> Mg> Ca> Sr> Ba> Ra

  • 电子构型：碱土金属的电子构型可以用惰性气体表示，两个价电子位于 s 轨道上。所以表示就像 [Noble Gas] ns 2 。
  • 标准电位：碱土金属的标准电位遵循相反的趋势，因为原子大小意味着离子的负标准电位随着原子大小的增加而降低。

Be> Mg> Ca> Sr> Ba> Ra

碱土金属的物理性质

  1. 碱土金属本质上是有光泽的。
  2. 这类元素放在软金属中，因为该组中的几乎所有元素都是软的。
  3. 碱土金属的熔点和沸点远高于碱金属。
  4. 在暴露于热电子时，电子会变得兴奋，当它们回到它们的能级时，它们会显示颜色。
  5. 这些金属具有自由电子，这使得它们在自然界中具有导电性。
  6. 碱土金属具有高电离能。
  7. 在这组中，铍和镁在暴露于火焰时不会产生任何颜色，因为这些元素中的电子紧密结合。
  8. 碱土金属比碱金属密度大。
  9. 在碱土金属中，镭的密度最高。
  10. 这些金属在自然界中大多是水合的。

碱土金属的化学性质

  • 碱土金属与水反应形成氢氧化物。在第 2 族元素中，Be 和 Mg 是唯一不与水反应的元素，因为它们在这些碱金属表面形成了保护层。
  • 它们还与空气反应形成不同的金属氧化物。在第 2 族元素中，Be 和 Mg 是唯一不与空气反应的元素，这也是因为这些金属表面上形成了保护层。
  • 这些元素与由氟、氯、溴和碘组成的卤素基团反应形成相应的卤化物。

M + X 2 → MX 2

（其中 X 是卤素，M 是碱土金属）

  • 加热时，碱土金属可以与氢反应形成相应的氢化物。钙的氢化物也称为 Hydrolith。碱土金属的氢化物是金属氢化物，除了 Be 和 Mg 形成共价氢化物。

X + H 2 → 2XH 2

（其中 X 是碱土金属）

  • 这些元素倾向于与酸反应释放氢气。

X + 2HCl → XCl 2 + H 2

  • 碱土金属的性质是还原性的。
  • 碱土金属与碳反应时形成碳化物。

X + 2C → XC 2 XC 2

（其中 X 是碱土金属，Be 除外）

  • 碱土金属的碳化物通过与水反应来生产乙炔气。

XC 2 XC 2 + 2H 2 O → X(OH) 2 + C 2 H 2

  • 碱土金属也具有形成络合物的能力。
  • 碱土金属与氨的液体溶液本质上是顺磁性的。

碱土金属的用途

  1. 由于其燃烧特性，镁主要用于烟花。
  2. 镁还用于药物中，用于制造用于妊娠并发症的药丸。
  3. 镭同位素用于核反应堆。
  4. 钙用于制造水泥。
  5. 钡用于制造汽车火花塞。
  6. 钙用于制造碳化钙，而碳化钙又用于制造不同类型的塑料。
  7. 碱土金属与酸反应时会释放氢气，这种氢气可用于其他用途。
  8. 碱土金属用于制造称为碱性燃料电池 (AFC) 的不同类型的电池。
  9. 锶用于锌的精炼过程和磁铁的制造。
  10. 锶也被油漆工业用来制造在黑暗中发光的特殊油漆。

碱土金属形成的化合物的特性

氧化物

碱土金属与氧反应时可形成相应的氧化物。这些氧化物本质上是离子的。这些氧化物的结构是岩盐型的。钡是碱土金属中唯一形成过氧化物而不是氧化物的元素。这些氧化物本质上是碱性的。除了氧化镁之外的这些氧化物本质上是离子的，但氧化镁本质上是共价的。

X + O 2 → 2XO

（其中 X 是碱土金属）

氢氧化物

碱土金属的氧化物与水反应形成氢氧化物。这些氢氧化物本质上也是碱性的，并且它们也是热稳定的。这些氢氧化物可以溶解在水中。

XO + H 2 O → X(OH) 2

（其中 X 是碱土金属）

卤化物

碱土金属化合物与由氟、氯、溴和碘组成的卤素基团反应形成相应的卤化物。这些卤化物本质上是离子的，但卤化铍本质上是共价的。这些卤化物可以溶于水，但氟化物除外，因为它们不溶于水。这些卤化物可用于多种用途，如脱水剂。大多数这些卤化物与结晶水一起出现。在固相中，卤化物不能以单个分子的形式出现，除了 Be。

碱土金属也可以形成盐，如碳酸盐、硫酸盐和硝酸盐。

碳酸盐

碱土金属可以形成碳酸盐。这些碳酸盐具有碱性，遇热会分解释放二氧化碳。如果使碱土金属的氢氧化物与二氧化碳反应，则会形成碳酸盐，然后碳酸盐将与水一起形成。由于它们的不溶性，这些碳酸盐不能溶解在水中。碱土金属的碳酸盐以固相形式存在，这些碳酸盐对热稳定。碳酸氢盐可以通过碳酸盐与CO 2反应而容易地形成，而且这些碳酸盐本质上是离子的。

X(OH) 2 + CO 2 → XCO 3 + H 2 O

硫酸盐

碱土金属在与硫酸反应时具有形成硫酸盐的能力。这些硫酸盐耐热并具有白色外观。这些硫酸盐以固相形式存在，很容易溶于水。碱土金属硫酸盐的溶解度趋势取决于水合焓，其具有给定的趋势 Be> Mg> Ca> Sr> Ba> Ra，因此相应的硫酸盐也遵循相同的趋势：

BeSO 4 > MgSO 4 > CaSO 4 > SrSO 4 > BaSO 4 > RaSO 4

硝酸盐

碱土金属的硝酸盐可以通过在硝酸中混合碳酸盐来形成，除了碳酸盐之外，氧化物和氢氧化物也可以与硝酸一起使用来形成硝酸盐。所使用的硝酸在性质上应该是稀释的。硝酸盐可溶于水。这些硝酸盐对热不稳定，并在加热时分解成相应的碱土金属氧化物。硝酸盐受热分解产生氧气、金属氧化物和呈棕色的二氧化氮。

2X(NO 3 ) 2 → 2XO + 4NO 2 + O 2

示例问题

问题 1：铍和镁会与氧气或水反应吗？解释。

回答：

问题 2：如何测试碱土金属？

回答：

问题3：BeH 2是如何形成的？

回答：

铍不与氢结合形成氢化物，因此不能与氢直接形成BeH 2 ，但我们可以通过BeCl 2与LiAlH 4反应制备BeH 2 。

2BeCl 2 + LiAlH 4 → 2BeH 2 + LiCl + AlCl 3

问题4：氢氧化铍的性质是什么？

回答：

问题 5：为什么碱土金属氢氧化物的溶解度随组而增加？

回答：