18.4. Лужноземельні метали та їхні сполуки

Метали другої групи періодичної системи — берилій, магній, кальцій, стронцій, барій і радій — називають лужноземельними металами*. Деякі властивості цих елементів наведено в табл. 18.2. Лужноземельні метали мають значно більшу твердість і меншу реакційну здатність, ніж лужні метали, оскільки мають удвічі більше валентних електронів. Сполуки лужноземельних елементів аналогічні за своїм складом; усі вони утворюють оксиди MO, гідроксиди M(OH)₂, карбонати MCO₃, сульфати MSO₄ та інші сполуки (M = Be, Mg, Ca, Sr, Ba і Ra).

Таблиця 18.2. Деякі властивості лужноземельних металів

^а Для цих металів надійні значення температур кипіння не одержано; вони приблизно на 600° вищі за температуру плавлення.

^б Для катіона, що має заряд 2+ і координаційне число 6.

^в Оцінка.

У давні часи хіміки називали «землями» багато неметалевих речовин. Коли було встановлено, що магній оксид і кальцій оксид мають лужну реакцію, ці сполуки стали називати лужними землями. Самі метали (магній, кальцій, стронцій і барій) було одержано Гемфрі Деві 1808 р. Берилій було відкрито в мінералі берилі (Be₃Al₂Si₆O₁₈) 1798 р. і виділено 1828 р.

* Зазвичай лужноземельними називають метали підгрупи кальцію. — Прим. ред.

Берилій — легкий сріблясто-білий метал, який можна одержати електролізом розплавленої суміші берилій хлориду BeCl₂ і натрій хлориду. Цей метал застосовують при виготовленні віконець для рентгенівських трубок (рентгенівські промені легко проникають крізь елементи з малим атомним номером, а металевий берилій має кращі механічні властивості з усіх найлегших елементів). Його використовують також як складову частину спеціальних сплавів. Якщо до міді додати близько 2% берилію, то виходить міцний сплав, придатний, зокрема, для виготовлення пружин.

Основна руда берилію — берил Be₃Al₂Si₆O₁₈. Смарагди — кристали берилу, що містять сліди хрому, який надає їм зеленого кольору. Аквамарин — блакитно-зелена різновидність берилу.

Сполуки Берилію особливої цінності не становлять, за винятком берилій оксиду BeO, який застосовують в атомних реакторах, призначених для одержання плутонію з урану (розд. 20).

Сполуки Берилію дуже отруйні. Навіть пил порошкоподібного металу або його оксиду при вдиханні може викликати дуже серйозні захворювання.

Металевий магній одержують електролізом розплавленого магній хлориду, а також відновленням магній оксиду вугіллям або феросиліцієм (сплавом заліза з кремнієм). За винятком кальцію і лужних металів, магній — найлегший з відомих металів; його застосовують при виробництві легких сплавів, наприклад магналію (10% Mg і 90% Al).

Магній реагує з киплячою водою, утворюючи при цьому магній гідроксид Mg(OH)₂ — сполуку, що має лужні властивості

Mg + 2H₂O → Mg(OH)₂ + H₂

Металевий магній на повітрі горить, даючи яскраве біле світло; при цьому утворюється магній оксид MgO (стара назва магнезія)

2Mg + O₂ → 2MgO

Суспензія магній оксиду у воді знаходить застосування в медицині («магнезіальне молоко») для нейтралізації надлишкової кислотності шлунка, а також як проносне. Магній сульфат MgSO₄×7H₂O, відомий як «епсомська сіль» або «англійська сіль», використовують як проносне.

Магній карбонат MgCO₃ трапляється в природі у вигляді мінералу магнезиту. Його використовують при виготовленні основних вогнетривів для футерування мідеплавильних конвертерів і мартенівських сталеплавильних печей (розд. 19).

Металевий кальцій одержують електролізом розплавленого кальцій хлориду CaCl₂. Це сріблясто-білий метал, що має дещо більшу твердість, ніж свинець. Він реагує з водою, а якщо його підпалити, то горить на повітрі з утворенням суміші кальцій оксиду CaO і кальцій нітриду Ca₃N₂.

Кальцій знаходить широке практичне застосування як розкислювач (речовина, що видаляє кисень) для заліза і сталі, міді та мідних сплавів, а також як складова частина свинцевих сплавів (метал для підшипників або для виготовлення оболонок електричних кабелів) і сплавів алюмінію; його використовують і як відновник при добуванні інших металів з їхніх оксидів.

Кальцій реагує з холодною водою, утворюючи кальцій гідроксид Ca(OH)₂, і швидко згоряє на повітрі, даючи кальцій оксид CaO.

Кальцій сульфат трапляється в природі у вигляді мінералу гіпсу CaSO₄·2H₂O. Цей мінерал являє собою білу речовину, що її застосовують у промисловості будівельних матеріалів для виготовлення сухої штукатурки і для виробництва алебастру. При нагріванні гіпсу трохи вище від 100° він втрачає ¾ кристалізаційної води і перетворюється на порошкоподібну речовину CaSO₄·½H₂O, яка й називається алебастром. (При нагріванні до вищих температур утворюється безводний CaSO₄; ця сполука реагує з водою набагато повільніше.) При змішуванні з водою дрібні кристали алебастру розчиняються, а потім кристалізуються у вигляді довгих голок CaSO₄·2H₂O. Голчасті кристали цієї речовини зростаються і утворюють тверду масу, що набуває обрисів тієї форми, в яку було поміщено зволожену масу CaSO₄·½H₂O.

Основними мінералами Стронцію є стронцій сульфат — целестин SrSO₄ — і стронцій карбонат — стронціаніт SrCO₃.

Стронцій нітрат Sr(NO₃)₂ одержують розчиненням стронцій карбонату в нітратній кислоті. Його застосовують у суміші з вугіллям і сіркою для одержання червоного вогню у феєрверках, сигнальних ракетах і світлових залізничних сигналах. Стронцій хлорат Sr(ClO₃)₂ застосовують для тих самих цілей. Інші сполуки Стронцію схожі на відповідні сполуки Кальцію. Металевий стронцій не має практичного застосування.

Металевий барій не знаходить широкого застосування. Найважливішими сполуками цього елемента є барій сульфат BaSO₄, дуже погано розчинний у воді та в розведених кислотах, і барій хлорид BaCl₂·2H₂O, розчинний у воді. Барій сульфат трапляється в природі у вигляді мінералу бариту.

Подібно до інших елементів із великими атомними номерами, барій дуже сильно поглинає рентгенівські промені. На цій його властивості ґрунтується застосування суміші барій сульфату і води у вигляді рідкуватої «баріївої каші» як контрастної речовини при рентгенологічному дослідженні травного тракту. Розчинність цієї речовини настільки мала, що дає змогу уникнути отруйної дії, властивої більшості сполук Барію.

Барій нітрат Ba(NO₃)₂ і барій хлорат Ba(ClO₃)₂ використовують для одержання зеленого кольору у феєрверках.

Сполуки Радію за властивостями дуже близькі до відповідних сполук Барію. Відмінною важливою властивістю радію та його сполук є радіоактивність, яку буде розглянуто в розд. 20.