Щелочноземельные металлы и магний

IIA группа — это Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra. На внешнем уровне у всех два электрона ( конфигурация ns²), поэтому в соединениях они проявляют единственную степень окисления +2. Щелочноземельными строго называют только кальций, стронций, барий и радий: их оксиды при растворении в воде дают щёлочи. Бериллий и магний в этот список не входят, но на экзамене их разбирают вместе с группой.

Сверху вниз растёт радиус атома, два внешних электрона всё слабее удерживаются ядром — значит, падает электроотрицательность и энергия ионизации, а металлические и восстановительные свойства усиливаются. По той же причине усиливаются основные свойства оксидов и гидроксидов: от амфотерного Be(OH)₂ до сильного основания Ba(OH)₂.

• Единственная степень окисления в соединениях — +2.
• Щелочноземельные — только Ca, Sr, Ba (и Ra); Be и Mg к ним не относят.
• В природе в свободном виде не встречаются — только в виде солей.
• Получают электролизом расплавов хлоридов: CaCl₂ → Ca + Cl₂.

Различие в отношении к воде — самая частая проверка на задании 6. Бериллий с водой не реагирует вообще (мешает прочная оксидная плёнка), магний реагирует только с горячей водой, а кальций, стронций и барий — уже при комнатной температуре.

С кислородом все металлы группы дают оксиды состава ЭО. Исключение, которое любят спрашивать: барий при горении в избытке кислорода образует пероксид BaO₂. Магний горит ослепительно-белым пламенем и, что важно, продолжает гореть даже в углекислом газе — отнимая у CO₂ кислород.

Гидриды и нитриды этих металлов полностью гидролизуются водой — этот сюжет постоянно встречается в цепочках превращений: CaH₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + 2H₂↑, а Mg₃N₂ + 6H₂O → 3Mg(OH)₂↓ + 2NH₃↑.

Оксиды ЭО — твёрдые тугоплавкие вещества. BeO амфотерен, MgO — слабоосновный (с водой реагирует медленно и неохотно), а CaO, SrO, BaO — типичные основные оксиды, бурно соединяющиеся с водой с образованием щелочей.

Амфотерность бериллия проверяют почти в каждом варианте. Be(OH)₂ и BeO реагируют и с кислотами, и со щелочами, причём продукт зависит от условий: в растворе получается комплексная соль, при сплавлении — бериллат.

Цепочка CaCO₃ → CaO → Ca(OH)₂ → CaCO₃ — самый узнаваемый сюжет неорганики. К ней примыкает ветка с гидрокарбонатом: именно она объясняет и карстовые пещеры, и накипь в чайнике. Пройдите по схеме и посмотрите, какие условия нужны каждому переходу.

Жёсткость — это содержание в воде ионов Ca²⁺ и Mg²⁺. Она бывает временной (карбонатной), вызванной гидрокарбонатами, и постоянной (некарбонатной), вызванной сульфатами и хлоридами. Сумма двух видов — общая жёсткость. Соберите условие в интерактиве и проверьте, сработает ли выбранный способ.

Зачем вообще бороться с жёсткостью: накипь в котлах и трубах резко ухудшает теплопередачу и приводит к перерасходу топлива, а в жёсткой воде плохо мылится мыло — оно связывается ионами кальция в нерастворимые соли и осаждается хлопьями.

Качественная реакция на ион бария — действие сульфат-иона: выпадает белый мелкокристаллический осадок BaSO₄, который не растворяется ни в воде, ни в кислотах. Эта же реакция служит качественной на сульфат-ион. Кальций даёт с сульфатом лишь слабое помутнение: CaSO₄ малорастворим, но всё же заметно растворим по сравнению с BaSO₄.

Нерастворимость сульфата бария и объясняет его применение: BaSO₄ дают пациенту внутрь как рентгеноконтрастное вещество («бариевая каша»). Ион Ba²⁺ ядовит, но из BaSO₄ он в раствор не переходит — соединение проходит через организм неизменным. Растворимые соли бария (BaCl₂, Ba(NO₃)₂) сильно токсичны.

• Все элементы IIA группы имеют конфигурацию ns² и степень окисления только +2.
• Активность растёт Be → Ba: Be с водой не реагирует, Mg — с горячей, Ca…Ba — с холодной.
• Be и его гидроксид амфотерны; Mg(OH)₂ — слабое основание, Ba(OH)₂ — сильная щёлочь.
• Цикл извести: CaCO₃ →t° CaO →H₂O Ca(OH)₂ →CO₂ CaCO₃; избыток CO₂ даёт Ca(HCO₃)₂.
• Временную жёсткость снимает кипячение и Ca(OH)₂, постоянную — только Na₂CO₃, Na₃PO₄ и ионный обмен.
• Ba²⁺ + SO₄²⁻ → BaSO₄↓ — белый осадок, нерастворимый в кислотах; отсюда и медицинское применение.
• Окраска пламени: Ca — кирпично-красная, Sr — карминовая, Ba — жёлто-зелёная.