Общая характеристика, нахождение и получение

Два валентных электрона и заметное отличие бериллия от остальных.

1. Общая характеристика

Элементы группы: Бериллий (Be), Магний (Mg), Кальций (Ca), Стронций (Sr), Барий (Ba), Радий (Ra).

Строение атома

Внешний электронный уровень имеет конфигурацию ns². Два s-электрона легко отдаются в химических реакциях, поэтому металлы проявляют сильные восстановительные свойства.

Закономерности в группе (Be → Ra)

Физические свойства

Это металлы серого цвета, тверже щелочных металлов. Обладают металлической кристаллической решеткой, высокой тепло- и электропроводностью.

Хранение: Бериллий, Магний и Кальций устойчивы на сухом воздухе (покрываются оксидной пленкой). Стронций и Барий более активны, их хранят под слоем керосина.

Вопрос 1: Закономерности изменения свойств

Проверка

Как изменяются радиус атома, энергия ионизации и восстановительные свойства в ряду: $Be \rightarrow Mg \rightarrow Ca \rightarrow Sr \rightarrow Ba$?

Ответ: Радиус атома увеличивается, энергия ионизации уменьшается, восстановительные свойства усиливаются.

Пояснение: С увеличением порядкового номера в подгруппе увеличивается число электронных слоев. Валентные электроны все дальше от ядра, поэтому их легче оторвать.

Вопрос 2: Аномалия бериллия

Проверка

К какой группе металлов по химическим свойствам относится бериллий, в отличие от остальных элементов IIA группы?

Ответ: К амфотерным металлам.

Пояснение: Бериллий и его соединения проявляют амфотерные свойства — реагируют как с кислотами, так и со щелочами.

2. Нахождение в природе

В природе встречаются исключительно в виде соединений (солей).

Название минерала	Формула / Химическое название
Доломит	Формула: CaCO₃ · MgCO₃ Химическое название: Карбонат кальция-магния
Магнезит	Формула: MgCO₃ Химическое название: Карбонат магния
Кальцит (Мел, Мрамор, Известняк)	Формула: CaCO₃ Химическое название: Карбонат кальция
Гипс	Формула: CaSO₄ · 2H₂O Химическое название: Дигидрат сульфата кальция
Барит	Формула: BaSO₄ Химическое название: Сульфат бария
Витерит	Формула: BaCO₃ Химическое название: Карбонат бария

Вопрос 1: Природные минералы

Проверка

Напишите химические формулы следующих природных минералов:
1) Мел (известняк, мрамор)
2) Доломит
3) Гипс
4) Магнезит

Ответ:
1) $CaCO_3$
2) $CaCO_3 \cdot MgCO_3$
3) $CaSO_4 \cdot 2H_2O$
4) $MgCO_3$

3. Способы получения

Способ / Металл	Описание процесса и уравнения реакций
Электролиз расплавов хлоридов (Mg, Ca, Sr)	Основной промышленный метод получения щелочноземельных металлов. Возможен только в расплавах, так как в водных растворах на катоде выделяется водород. Для снижения температуры плавления к хлоридам добавляют другие соли (например, NaCl или KCl). Магний получают электролизом расплавов обогащенного карналлита: MgCl_{2(распл.)} эл.→ Mg + Cl₂↑ Аналогично получают кальций электролизом расплава хлорида кальция: CaCl_{2(распл.)} эл.→ Ca + Cl₂↑
Металлотермия / Силикотермия (Be, Mg, Ca, Ba)	Метод восстановления металлов из их оксидов алюминотермией, магнийтермией или силикотермией. Реакции проводят при высокой температуре и часто в вакууме для отгонки паров металла. Силикотермическое получение магния из обожженного доломита (смеси оксидов): 2(CaO · MgO) + Si 1200°C→ 2Mg↑ + Ca₂SiO₄ Алюминотермическое получение стронция и бария в вакууме: 4BaO + 2Al 1200°C→ 3Ba↑ + Ba(AlO₂)₂

Способ / Металл

Описание процесса и уравнения реакций

Электролиз расплавов хлоридов
(Mg, Ca, Sr)

Основной промышленный метод получения щелочноземельных металлов. Возможен только в расплавах, так как в водных растворах на катоде выделяется водород. Для снижения температуры плавления к хлоридам добавляют другие соли (например, NaCl или KCl).
Магний получают электролизом расплавов обогащенного карналлита:

MgCl_{2(распл.)} эл.→ Mg + Cl₂↑

Аналогично получают кальций электролизом расплава хлорида кальция:

CaCl_{2(распл.)} эл.→ Ca + Cl₂↑

Металлотермия / Силикотермия
(Be, Mg, Ca, Ba)

Метод восстановления металлов из их оксидов алюминотермией, магнийтермией или силикотермией. Реакции проводят при высокой температуре и часто в вакууме для отгонки паров металла.
Силикотермическое получение магния из обожженного доломита (смеси оксидов):

2(CaO · MgO) + Si 1200°C→ 2Mg↑ + Ca₂SiO₄

Алюминотермическое получение стронция и бария в вакууме:

4BaO + 2Al 1200°C→ 3Ba↑ + Ba(AlO₂)₂

Вопрос 1: Получение металлов (Уравнения)

Проверка

Допишите уравнения реакций получения металлов и расставьте коэффициенты:

$CaCl_2(расплав) \xrightarrow{эл. ток} \dots + \dots\uparrow$
$BaO + Al \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots$
$MgO + C \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow$
$BeCl_2(расплав) \xrightarrow{эл. ток} \dots + \dots\uparrow$

Ответ:

$CaCl_2(расплав) \xrightarrow{эл. ток} Ca + Cl_2\uparrow$
$3BaO + 2Al \xrightarrow{t^\circ} 3Ba + Al_2O_3$ (алюминотермия)
$MgO + C \xrightarrow{t^\circ} Mg + CO\uparrow$ (карботермия)
$BeCl_2 \xrightarrow{эл. ток} Be + Cl_2\uparrow$

Пояснение: Щелочноземельные металлы получают электролизом расплавов. Алюминотермия применяется для бария и стронция в вакууме.