Alkáliföldfémek. Elõf:

Átírás

1 Rohonczy J.: Szervetlen Kémia I. (1998) 69 Alkáliföldfémek Vegyjel Név Op( C) Fp( C) EN Rács/vezetés Lángfestés Be Berillium fémes - Mg Magnézium fémes - Ca Kálcium fémes téglavörös Sr Stroncium fémes kárminpiros Ba Bárium fémes fakózöld Ra Rádium fémes élénk vörös Felfed: Be Haüy (1789) berill ásványban (Latin: berillus) Wöhler (1828): BeCl K Be(fém) + 2 KCl Bussy (1890): elektrolízissel tiszta fém. Mg, Ca vegyület ismertek voltak. Mg: magnézia: talkum, zsírkõ (görög) Ca: calx, calcis: mészkõ, mész (latin) (Vakolat: Egyiptom: gipsz (CaSO 4 2 H 2 O; Róma: mész) Davy (1808): mindkét fémet elektrolízissel. Sr Crawford ( ): stroncianit (Strontian bánya Skóciában) Davy (1808) elektrolízis: elemi fém Ba ásványa: barit XVI. szd. óta ismert. Név: barit: nehéz(görög) Ra Elõf: Be Davy (1808) elektrolízis: elemi fém P. és M. Curie (1898): uránszurok-érc. Név: sugárzás(latin) M. Curie (1910) elektrolízis: elemi fém Li,B-hoz hasonlóan ritka: 2 ppm (Sn,Eu,As) Ásványa: berill (dúsul): Be 3 Al 2 Si 6 O 18 Mg nagyon gyakori: oldhatatlan karbonát, szulfát, szilikátok Ca után 6. elem. (Na, K elõtti) Ásványok: dolomit: MgCa(CO 3 ) 2, magnezit: MgCO 3, epsomit: MgSO 4 7 H 2 O, olivin: (Mg,Fe)SiO 4, talkum: Mg 3 Si 4 O 10 (OH) 2, azbeszt: Mg 3 Si 2 O 5 (OH) 4, spinel: MgAl 2 O 2 Élõ természetben: klorofill Ca 5. legyakoribb elem mészkõ: CaCO 3 (üledékes): romboéderes: kalcit, ortorombos: aragonit gipsz: CaSO 4 7 H 2 O, anhidrit: CaSO 4, fluorit: CaF 2, apatit: Ca 5 (PO 4 ) 3 (OH) Sr / Ba elemek ( kén és fluor közötti gyakoriság) Ásv: celesztit: SrSO 4, stroncianit: SrCO 3 barit: BaSO 4 Ra Csak urán kisérõje. Ritka: 10 t U-ércben: 1 mg Ra. Eá./felh: Be Eá: a) Be 3 Al 2 Si 6 O 18 + Na 2 SiF 6 BeF 2 / AlF 3 / NaF. berill, 750 C BeF 2 + H 2 O + 2 NaOH Be(OH) NaF kicsapódik b1) BeF 2 + Mg Be + MgF 2 b2) BeCl 2 / KCl elektrolízis: Be + Cl 2 KCl: Op-csökkentõ Tul: könnyû, magas Op, kemény fém

2 Rohonczy J.: Szervetlen Kémia I. (1998) 70 Felh: a) Cu / 2% Be: kemény réz ötvözet: 6x keményebb, mint a Cu. jó vezetõ, rugalmas, nem mágneses, nem szikrázik! b) Ni / 2% Be: magas hõmérsékleten: rugó, kapocs, csatlakozó c) Be: atomreaktorban: n-moderátor, n-reflektor d) Röntegen-ablak: jó áteresztõ. e) Ra + Be n n felfed: Chadwick: 9 Be(α,n) 12 C Mg Eá: a) 2 CaO MgO + FeSi 2 Mg + Ca 2 SiO 4 + Fe szilikoterm b) MgCl 2 x H 2 O olvadék elektrolízis: Mg + Cl 2 Term:300 et/év Tul: könnyû, lágy, képlékeny fém Felh: a) motorblokk-öntvény, rûlõgép törzs, szárny: tipikus ötvözet: 90% Mg/7%Al/2%Zn/1%Mn+Pr/Nd/Th b) 95% Al / 5% Mg: kemény, korrózióálló, hegeszthetõ c) katódos fémvédelem d) oxigén elnyelõ, redukálószer: Be/Ti/Zr/Hf/U fémek eá. Ca Eá: CaCl 2 olvadék elektrolízis Tul: felületen fém-oxid/-nitrid: megmunkálható Felh: Al ötvözõ (keményít), öntöttvasban szén grafitizálása, Pb-ból Bi eltávolítása, acél: O/S/P eltávolítása, getter: Ar-ban N 2 /O 2 nyomok eltáv, redukálószer: Cr/Zr/Th/U eá., CaH 2 eá Term: ezer t/év Sr / Ba Eá: a) 3 SrO + 2 Al 3 Sr + Al 2 O 3 b) SrCl 2 olvadék elektrolízis Felh: getter, Ni-Ba ötvözet: autógyertya vezeték Ra Felh: α-sugárforrás, n-forrás Atomi, fiz.: rendszám páros: több stabil izotóp. Stabilak: Stabil izotópok (Ra: természetes) Sûrûség (g/cm 3 ) Ioniz.energia (kj/mol) Be 1 1, Mg 3 1, Ca 6 1, Sr 4 2, Ba 7 3, Ra (4) 5,5 509 Be 2+ ion nincs, Mg 2+ -tól vannak, reaktivitásuk nõ! Tul: ezüst fehérek, fénylõk, viszonylag lágy fémek. Be: Al-hoz hasonlóan levegõn stabil (védõ oxid-réteg) Mg elég stabil, Ca-tól gyorsan mattulnak (oxidáció) Kém. tul.: Be nem nagyon reaktív Mg < Ca < Sr < Ba elektropozitív jelleg nõ. Pl: Be + H 2 O nem reagál Mg + 2 H 2 O H 2 + Mg(OH) 2 kb. 100 C-on Be Ca + 2H 2 O Ca(OH) 2 + H 2 Be + H 2 O nem reagál Be + O 2 BeO Be(por) + O 2 /N 2 BeO / Be 3 N 2 Be + X 2 BeX 2 Be + S BeS Be + C Be 2 C hevesen!

3 Rohonczy J.: Szervetlen Kémia I. (1998) 71 Be + NH 3 Be 3 N 2 Be + H 2 nem reagál, de van BeH 2 (BeMe 2 BeH 2 + C 2 H 4 ) Be + cc. HNO 3 nem reagál (passzivál) Be + 2 HCl(aq) BeCl 2 + H 2 híg sav jól oldja Be + 2 NaOH(aq) + 2 H 2 O Na 2 [Be(OH) 4 ] + H 2 Mg pozitívabb, hasonlít a Zn-hez. Mg + X 2 MgX 2 égés Mg + O 2 /N 2 MgO + Mg 3 N 2 égés Mg + P/S/C reagál, mint Be Mg + H 2 MgH 2 direkt reakcióban Mg + H 2 O(gõz) Mg(OH) 2 / MgO + H 2 Mg + MeOH Mg(OMe) 2 + H 2 Mg + RX R-Mg-X Grignard-reagens Ca / Sr / Ba még hevesebben reagálnak. Ca + N 2 Ca 3 N 2 Ca + H 2 CaH 2 stabil, szárítószer Ca + 2 C CaC 2 kevésbbé stabil 2 Ca + O 2 2 CaO csak oxid Ba + O 2 BaO 2 Ba-peroxid Ca + NH 3 (foly) kék színnel fizikailag oldódnak (instabil) [Ca(NH 3 ) 6 ] Ca(NH 2 ) NH 3 + H 2 katal. bomlás Termikus stabilitás: CO 3 2-, NO 3 -, SO 2-4 polariz. anionok. Be: kis atomtörzs/nagy töltés erõsen polarizál bomlik (nem stabil) BeCO 3 MgCO 3 CaCO 3 SrCO 3 BaCO C 540 C 900 C 1289 C 1360 C Komplex stabilitás: arányos a polarizáló erõvel: Be > Mg > Ca,Sr,Ba Oldhatóság: F -,CO 3 2-,SO 2-4 kisebb, mint az alkáli-fémeké CaF 2, CaSO 4, CaCO 3 csapadékok: ásványok kivétel: BeF 2 jól oldódik: [Be(H 2 O) 4 ] 2+ nagyon stabil Alkáliföldfém-hidridek Eá: M + H 2 MH 2 (M Be) Fiz: fehér, krist, sztöch, szilárd. Szerk: BeH 2 kovalens polimer: amorf, fehér, levegõn stabil, savban H 2 -t fejleszt. MgH 2 (rutil-rács, mint TiO 2 ), kovalens kötés Eá: CaH 2... BaH 2 (rombos). Sószerûek: H - ion a) BeCl LiH BeH LiCl b) BeCl LiBH 4 BeB 2 H LiCl öngyulladó, vízzel robban Reak: CaH H 2 O Ca(OH) H 2 felh: CHCl 3 szárításra H - + H 3 O + H 2 + H 2 O Term.stabil: kovalensek: BeH 2 (250 C) > MgH 2 (85 C) sószerûek: CaH 2 (885 C) > SrH 2 (585 C) > BaH 2 (230 C) Alkáliföldfém-halogenidek BeX 2 Eá: a) [Be(H 2 O) 4 ]X 2 BeO + 3 H 2 O + 2 HX nem megy b) Be + X 2 BeX 2 X=Cl/Br/I c) BeO + C + Cl 2 BeCl 2 + CO F 2 -al is! BeF 2 Eá: Be + 2 (NH 4 ) HF2 (NH 4 ) 2 BeF 4 + H 2 BeF NH 4 F Szerk: BeF 2 üvegszerû, {BeF 4 } egységek krist. BeF 2 (ld: SiO 2 kvarc)

4 Rohonczy J.: Szervetlen Kémia I. (1998) 72 olódik vízben! BeCl 2 BeH 2 szerû végtelen lánc. Felh: Be-org. vegyületekhez. Lewis bázisok hasítják: [BeCl 2 2 Et 2 O], [Be(H 2 O) 4 ]Cl 2 MgF 2 rutil-rács, {MgF 6 } 6-os koord CaF 2... BaF 2 fluorit-rács {CaF 8 } 8-as koord (nagy törzs), magas Op, rossz vízold. CaF 2 fluorit, folypát, Term: 5 Mt/év, F 2 forrás. Tul: fehér krist, Op=1418 C magas, vízben rosszul oldódik. MX 2 M=Mg/Ca/Sr/Ba X=Cl/Br/I: Tul: fehér, vízoldható, higroszkópos: hidrátok, akva-komplexek. Op alacsonyabb: (Br/I mégkisebb) Eá: M + X 2 MX 2 égés Szerk: nem fluorit. Kisebb koord: pl rutil/cdcl 2 /CdI 2... rácsok) Felh: Mg eá: MgCl 2 6 H 2 O tenger vízben ( Mg(OH)Cl + HCl + H 2 O) CaCl 2 utak sózása, eutektikus hõm: CaCl 2 /H 2 O = -55 C CaCl 2 6 H 2 O CaCl H 2 O szárítószer. de: CaCl NH 3 [Ca(NH 3 ) 6 ] Cl - NH 3 -ra nem jó BaCl 2 : nem higroszkópos, oldódik, nagyon mérgezõ. Alkáliföldfém-oxidok/hidroxidok Eá: a) MCO 3 MO + CO 2 b) M(OH) 2 MO + H 2 O BeO Tul: krist, fehér (wurtzit-rács), magas Op(2530 C), tûzálló, kicsi tenzió, jó hõvezetõ (mint a fémeké!), vízben nem oldódik. Peroxidja nem ismert. Be(OH) 2 Eá: BeX H 2 O Be(OH) HX nagyon rosszul oldódik Reak: Be(OH) H 3 O + [Be(H 2 O) 4 ] 2+ 2 Be(OH) OH - [Be 2 (OH) 6 ] 2- + {2 OH - } 2 [Be(OH) 4 ] 2- MgO Fehér, magas Op (2826 C), tûzálló, jó hõvezetõ, rossz el.vezetõ Felh: tûzálló tégelyek, MgO + C + Cl 2 MgCl 2 + CO Mg(OH) 2 (ásvány: brucit) rosszul oldódik. CaO Felh: MgO + MgCl 2 6 H 2 O + fûrészpor + víz "magnézia-cement" égetett mész. Magas Op= 2613 C. Term= ezer Mt/év Eá: CaCO 3 CaO + CO 2 Felh: CaO + H 2 O Ca(OH) 2 oltott mész, cement-gyártás, acélipar: P/S/Si eltáv.(salak), szilikoterm Mg gyártás (dolomit + FeSi Mg/Fe Ca 2 SiO 4 ), olcsó bázis: sav közömbösítés, vízlágyítás, papíripar: Ca(OH) 2 Lecsapott CaCO 3 por (fogkrémben is) CaC 2 eá, üveggyártás. Lecsapás: Ca(OH) 2 + CO 2 CaCO 3 + H 2 O MgCl 2 eá: CaCl 2 MgCl 2 + CaO MgO + 2 CO 2 2 CaCO MgCl 2 SrO / BaO bázisok jobban oldódnak: Sr(OH) 2, Ba(OH) 2 erõs bázis! Ba(OH) 2 + CO 2 BaCO 3 + H 2 Orosszul oldódik Bázis-erõsség: Be(OH) 2 Mg(OH) 2 < Ca(OH) 2 Sr(OH) 2 < Ba(OH) 2 Alkáliföldfém-karbonátok MgCO 3 magnezit (Ca,Mg)CO 3 dolomit CaCO 3 kalcit, aragonit, márvány Vízben roszul oldódnak, de: CaCO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3 ) 2 Vízkeménység: oldott Ca 2+, Mg 2+ ionok. HCO 3 - változó, Cl, SO 4 2- stb. állandó. Egysége: 1 NK = 10 mg CaO-val egyenértékû só 1l vízben. (Iható: NK ) Ipari vizet lágyítani kell: Változó: Ca(HCO 3 ) 2 + Ca(OH) 2 2 CaCO H 2 O

5 Rohonczy J.: Szervetlen Kémia I. (1998) 73 MgCO 3 + Ca(OH) 2 Mg(OH) 2 + CaCO 3 állandó: CaCl 2 + Na 2 CO 3 CaCO NaCl szóda kb 1 NK -ig Sómentesre: ioncserélõ gyanták. Labor: 2x deszt., kvarcüveg berendezés. Alkáliföldfém-peroxidok CaO 2 / SrO 2 / BaO 2 peroxidok Nincs még: Be/Mg-peroxid Ca(O 2 ) 2 / Sr(O 2 ) 2 / Ba(O 2 ) 2 szuperoxidok (sárgák) CaO 3 / BaO 3 ozonidok (nem tiszták) Eá: Ba + O 2 BaO 2 Felh: BaO 2 + H 2 SO 4 BaSO 4 + H 2 O 2 hidrogén-peroxid Egyéb vegyületeik: CaC 2, CaNCN kalcium-karbid, kalcium-ciánamid voltak. CaCl(OCl) Ca(OH) 2 kalcium-hipoklorit, klórmész fehérít, oxidál CaCl(OCl) + CO 2 CaCO 3 + Cl 2 szárazon is klórt fejleszt CaSO 4 2 H 2 O gipsz, alabástrom100 Mt/év CaSO 4 1/2 H 2 O hemihidrát: elõbbibõl 150 C-on. (reverzibilis) CaSO 4 anhidrit: 200 C-on hemihidrátból irreverzibilisen Tovább hevítve CaSO 4 CaO + SO 3 MgSO 4 7 H 2 O keserûsó: hashajtó CaS, SrS, BaS világító festékek (1% átmenetifém szennyezéssel) Ca(NO 3 ) 2, Ba(NO 3 ) 2 pirotechnikai anyagok Ca 3 (PO 4 ) 2 savban/vízben nem oldódó tercier-foszfát CaHPO 4 savban már oldódik, Ca(H 2 PO 4 ) 2 méginkább oldódik Komplexek Be 2,3,4-es koord. ismertek Mg ritkább: pl. klorofill Ca/Sr/Ba gyenge komplex-képzõk, csak koronaéterek üregeiben. Elemorganikus vegyületek Ca/Sr/Ba Túl reaktívak, elemorg. származékok nem nagyon ismertek. Eá: HgR 2 + Ca CaR 2 + Hg alacsony hõmérsékleten! BeR 2 Eá: BeCl LiR BeR LiCl BeCl R-Mg-Cl BeR MgCl 2 Ismertek: Be(η 5 -Cp)Y Y=H,Hlg,acetilén,BH 4 MgR 2 Eá: RMgCl + LiR MgR 2 + LiCl nem a legfontosabbak. RMgX Grignard-reagens (1900) Eá: Mg + R-X(éter) R-Mg-X(éter) Felh: RMgX + 1/2 O 2 RO-MgX {+HX} ROH + MgX 2 alkohol RMgX + R'CHO RR'CHOH aldehid alkohol Szerk: RMgX + R'CN RR'CO RMgX + 1/8S 8 RSMgX Et 2 O R Et 2 O Mg X X Mg OEt 2 R OEt 2 cianid keton { + HX} RSH { + RMgX} R 2 S { + R'I} RR'S