2. skupina PS, ns2 Beryllium, hořčík, vápník, stroncium, baryum, (radium) • • Ø typické kovy Ø chemie Be a Mg se poněkud liší od chemie alkalických zemin Ø Be tvoří řadu sloučenin s kovalentní vazbou Ø elektropozitivita ve skupině roste směrem dolů Ø typický oxidační stupeň II+ •Kovy alkalických zemin s2 prvky Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Kovy alkalických zemin Ca, Sr, Ba, Ra •+ kovy alkalických zemin •Výskyt: •jen ve formě sloučenin (vápenec - CaCO3 - kalcit (šesterečná soustava) + aragonit (kosočtverečná soustava), sádrovec - CaSO4.2H2O, kazivec (fluorit) - CaF2, apatity - 3Ca3(PO4)2.CaCl2 nebo 3Ca3(PO4)2.CaF2, smolinec…) •Výskyt: • magnezit - MgCO3, dolomit MgCO3·CaCO3, olivín (Mg,Fe)2SiO4, mastek Mg3Si4O10(OH)2, v mořské vodě MgCl2, zelené barvivo rostlin – chlorofyl (Mg), •Vlastnosti: •elektropozitivní prvky •zásadotvorné •stříbrolesklé neušlechtilé kovy •rozpustné soli stroncia a barya jsou jedovaté •reaktivní, reagují s vodou podobně jako alkalické kovy (pomaleji) •některé barví plamen plyn horeni2 Některé vlastnosti prvků 2. skupiny PS • • • Prvek Be Mg Ca Sr Ba Ra atomové číslo 4 12 20 38 56 88 hustota (g cm3) 1,848 1,738 1,55 2,63 3,62 5,5 teplota tání °C 1287 649 839 768 727 700 teplota varu °C 2500 1105 1494 1381 (1850) (1700) kovový poloměr [pm] 112 160 197 215 222 ? I. ionizační energie [eV] 9,32 4,64 6,11 5,69 5,21 5,28 II. ionizační energie[eV] 18,21 15,03 11,87 10,98 9,95 10,10 elektronegativita (Allred-Rochow) 1,47 1,20 1,04 0,99 0,97 0,97 • •Beryllium •Výskyt beryllia: Ø t. t. ~ 1300 °C Ø Chemie Be se podobá chemii Al – diagonální podobnost Ø S vodou reaguje neochotně (pokrývá se vrstvičkou tvorby špatně rozpustného hydroxidu na povrchu) Ø Rozpouští se v kyselinách za vzniku H2, ve vodných roztocích neexistuje jako Be2+, ale pouze v podobě hydratovaných iontů [Be(H2O)4]2+ Ø V konc. HNO3 se pasivuje Ø Rozpouští se v roztocích alkalických hydroxidů – je amfoterní Ø Rozpustné sloučeniny beryllia jsou jedovaté !! •Sloučeniny beryllia •Jednoduché sloučeniny beryllia: •Mohsova stupnice tvrdosti 9 •Ostatní halogenidy se připravují přímou syntézou nebo reakcí se suchým halogenovodíkem – jsou polymerní s charakterem „elektronově deficitních vazeb“ •Halogenidy beryllia • Be(OH)2 + 2HF BeF2. 4H2O •BeF2 + 2F- [BeF4]2- •voda •Sloučeniny beryllia •Hydrid beryllnatý •Příprava: (nelze připravit přímou syntézou) •BeH2 + H2O Be(OH)2 + H2 •vysoce polymerní •Hydrolýza: •BeCl2 + 2 LiH BeH2 + 2 LiCl •Solvolýza: zde konkrétně methanolýza •BeH2 + CH3OH Be(OCH3)2 + H2 •Použití beryllia a jeho sloučenin Ø okénka rtg. a GM trubic – Be málo absorbuje záření Ø Ø berylliové bronzy, např. Be/Cu Ø Ø výroba tritia Ø Ø neutronový zdroj 241Am / Be 94Be + 21H -----------> 2 42He + 31H •Hořčík •Výskyt hořčíku: •Výroba hořčíku: •elektrolýza taveniny MgCl2 •300 000 tun/rok •Vlastnosti hořčíku Ø Tvorba Ø S vodou reaguje neochotně (pokrývá se vrstvičkou tvorby špatně rozpustného hydroxidu na povrchu) Ø Rozpouští se v kyselinách za vzniku H2, ve vodných roztocích existuje v podobě akvakomplexu se 6 molekulami vody Ø Nerozpouští se roztocích alkalických hydroxidů – není amfoterní Ø Hoří i ve vodních parách (nelze hasit vodou) •Přímá syntéza za tlaku 20 MPa a katalýzy MgI2 •Hydrid hořečnatý • •Mg + H2 MgH2 •MgH2 + H2O Mg(OH)2 + H2 • • •MgH2 + CH3OH Mg(OCH3)2 + H2 •Reakce s vodou a alkoholy: •Ostatní binární sloučeniny hořčíku •Karbidy: •Nitrid: •Halogenidy: •Hydroxid: •bezvodé jsou méně stabilní jako beryllnatá analoga •Fluorid je špatně rozpustný •2 MgCl2 + H2O Mg2OCl2 + 2 HCl (termický rozklad) •Mg + S MgS •Sulfid: •2 MgS + 2 H2O Mg(OH)2 + Mg(HS)2 • •Mg(HS)2 + H2O Mg(OH)2 + H2S •ve vodě hydrolyzuje •podstata tuhnutí tzv. Sorellova cementu …. směs žíhaného Mg(OH)2 a konc. roztoku MgCl2 – tuhne během několika hodin •Významné soli hořčíku •Analyticky významná reakce pro gravimetrické stanovení fosforu: •Chloristan hořečnatý jako jedno z nejlepších sušidel: •Uhličitany: •nerozpustné soli •Významné komplexní sloučeniny hořčíku •Porfin •Chlorofyl •sendvičový komplex hořčíku •s cyklopentadienem ØHořčík je technicky velmi důležitý kov, slitiny Øzejména ve slitinách jako konstrukční materiál zvláště v letectví, automobilovém průmyslu a v raketové technice. ØMgO jako pálená magnézie ØVýroba Grignardových činidel pro alkylace a arylace v organické syntéze • •Použití hořčíku •Organokovové sloučeniny hořčíku •Grignardova činidla: •RX = alkyl- nebo arylhalogenid •krystalují jako dietherát •Používají se k alkylacím nebo arylacím: •R—X + R´— MgX R — R´ + MgX2 • •2R — MgX + CdBr2 R2Cd + MgBr2 • •4 Ph — MgBr + K[BF4] K[B(Ph)4] + 4 MgBrF •Vápník, stroncium, baryum •Zdroje vápníku: •vápenec (kalcit) •Zdroje barya: •fluorit •X = F, OH, aj •Výroba kovů alkalických zemin : elektrolýza tavenin chloridů •Pozn.: rozpustné sloučeniny barya jsou jedovaté Barvení plamene •Li •Sr •Ca •Rb, Cs •K •Na •Ba •Sloučeniny kovů alkalických zemin • Hydridy MH2: přímá syntéza, reagují s vodou – pohotový zdroj vodíku •Karbid a kyanamid vápenatý: •Nitridy: •slouží jako hnojivo •výroba deuterovaného amoniaku •Sulfidy: •BaSO4 + 2 C BaS + CO2 •Ca + S CaS •Sloučeniny kovů alkalických zemin •Oxidy: připravují se kalcinací (žíháním) uhličitanů při cca 900 °C •CaCO3 CaO + CO2 •pálené vápno •Hydroxidy: •CaO + H2O Ca(OH)2 •hašení vápna, součást malty •slouží k získávání Mg z mořské vody •Ca(OH)2 + MgCl2 Mg(OH)2 + CaCl2 •Peroxidy: •2 BaO + O2 2 BaO2 •žíhání při 500 °C •BaO2 + H2SO4 H2O2 + BaSO4 •tato reakce dříve sloužila k výrobě H2O2 •Ca(OH)2 + CO2 CaCO3 + H2O •tvrdnutí malty - •karbonatace •Sloučeniny kovů alkalických zemin •Fluoridy: obecně málo rozpustné • CaF2 se někdy používá pro výrobu fluoru elektrolýzou jeho taveniny •Chloridy: •CaCl2. 2 H2O •CaCl2 bezv. – používá se jako sušidlo (lze jej zahřátím regenerovat) • •Všechny bezvodé halogenidy kovů alkalických zemin jsou rozpustné v řadě organických rozpouštědel (alkoholy, ethery aj.). •Dusičnan vápenatý (ledek vápenatý): slouží jako hnojivo •Soli kovů alkalických zemin •Uhličitan vápenatý: tvoří celá pohoří (vápenec , dolomit, křída) •kalcit •aragonit • •Hydrogenuhhličitan vápenatý Ca(HCO3)2 •je mj. také příčinou přechodné tvrdosti pitné vody, která se dá odstranit varem. •Krystalické podoby : •Komplexy kovů alkalických zemin ØTvorba komplexů není typická. ØJsou známy komplexy s vícedentátními ligandy s EDTA a s makrocyklickými ligandy. Krasový jev – vznik krápníků •uhličitan vápenatý je prakticky nerozpustný ve vodě • •pokud je ve vodě protékající přes vápencové skály rozpuštěn oxid uhličitý, dochází k přeměně nerozpustného uhličitanu vápenatého na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý: • –CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2 – •roztok hydrogenuhličitanu po malých kapkách dopadá na skálu a pomalu se z něj odpařuje voda a uvolňuje oxid uhličitý • •reakce probíhá tedy v opačném směru a dochází ke vzniku krápníků: • –Ca(HCO3)2 → CaCO3 + CO2 + H2O inka--brno-tipy-na-vylet-jeskyne-balcarka-04 •Krasový jev: •CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 •stalaktit •stalagmit •stalagnát •Kyslíkaté sloučeniny kovů alkalických zemin •Fosforečnany: •nerozpustný rozpustný •Sírany: málo rozpustné sloučeniny •CaSO4 – jeho přítomnost ve vodě způsobuje její trvalou tvrdost •Pozn.: Nedodržení režimu dehydratace vede ke vzniku bezvodého CaSO4, který pak vede k tomu, že sádra netuhne. •BaSO4 (baryt) – velmi nerozpustná sloučenina • (gravimetrIcké stanovení síranů nebo barya) •Používá se jako pigment a jako kontrastní látka při rtg. vyšetření trávicího traktu. •Tendence v rozpustnostech sloučenin kovů alkalických zemin Hydroxidy Sírany Šťavelany oxaláty Be Mg Ca Ca Ca Sr Sr Sr Ba Ba Ba •velká rozpustnost •malá rozpustnost •Málo rozpustné jsou: hydroxidy, sírany, oxaláty, uhličitany, chromany, fosforečnany, fluoridy