Лекция №19. II a группа металлов



Скачать 79.36 Kb.
Дата06.09.2014
Размер79.36 Kb.
ТипЛекция
ЛЕКЦИЯ №19.

II A группа металлов

Общая характеристика элементов, нахождение в природе. Жесткость воды и способы её устранения. Применение соединений Mg в органическом синтезе. Получение оксидов и гидроксидов Mg, Ca, Ba, и их свойства.

II Б подгруппа металлов

Zn, Cd, Hg

Характерные степени окисления и важнейшие соединения: Элементы IIA группы – это Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra[радий]. Для всех элементов характерна степень окисления +2. Важнейшие соединения:



Природные ресурсы: соединения в земной коре составляют:



Mg и Ca широко распространены,

Sr, Ba, – мало распространены.

Be – редкий элемент

Ra – сопутствует урану, при распаде которого он образуется.

В свободном виде эти Ме не встречаются. Mg и Ca входят в состав многих алюмосиликатов.



2MgO·SiO2 – оливин

MgO·Al2O3 – шпинель

СaO·4SiO2·H2O – тальк

СaCO3 – известняк (мрамор, мел, ракушечник, жемчуг)

Mg и Ca много в морской воде.

MgCl2·KCl·6H2O – карналлит

MgCl2·6H2O – бишовит

MgCO3·CaCO3 – доломит, MgCO3 – магнезит

CaSO4·2H2O – гипс

3BeO·Al2O3·6SiO2 – берилл

берилл + Fe+3 → аквамарин

берилл + Cr+3 → изумруд

SrSO4 – целестин

BaSO4 – барит

BaCO3 – витерит

Жесткость воды

Содержание в природной воде ионов Ca+2 и Mg+2 обуславливает её жесткость. В жесткой воде плохо пенится мыло, при испарении жесткой воды образуется накипь, состоящая из CaCO3 и MgCO3 и CaSO4·2H2O. Применение жесткой воды невозможно в ряде производств (текстильной и т.д.

)

Жесткость принято выражать числом милли эквивалентов Mg+2 и Ca+2 в 1л воды.

4 мгэкв/л – мягкая вода

4-8 мгэкв/л – средняя вода

> 8 – жесткая вода.

Различают временную жесткость, обусловленную содержанием гидрокарбонатов, и постоянную, связанную с присутствием других солей Mg и Ca (сульфаты, хлориды).

Временную жесткость можно устранить t˚ воды, при этом происходит разложение гидрокарбонатов:

Постоянную жесткость устраняют введением NaCO3 или Ca(OH)2; при этом образуются малорастворимые CaCO3 или Mg(OH)2. Используется метод ионного обмена, жесткую воду пропускают через слой катионита, обменивающего Na+ или H+ на Ca+2 и Mg+2.

Кроме того широко применяется обработка воды магнитным полем для удаления накипи. В трубопровод встраивают магнит. Осадок образуется в виде легко удаляемой взвеси, а не плотной корки накипи. Природа и механизм действия магнитного поля не ясны.

Получение металлов II А группы



Mg

1) Получают электролизом расплава MgCl2 с KCl → обезвоженный карналлит



K (сталь)

A (графит)





2) иногда:



Mg выделяется в виде пара, его быстро охлаждают (закаливают).

От примесей Mg очищают перегонкой.

Ca

1) Электролиз расплава KCl + CaF2



Катод (–) жидкий сплав Ca с Cu, содержащий:

A (+)

30-35% Ca вначале и 60-65% в конце.

графит

2) Алюмотермия:

Sr и Ba


получают также алюмотермией



Mg получают сотни тысяч тонн в год

Ca – меньше

Ba и Sr – десятки тонн в год

Be – производство невелико из-за дороговизны сырья.

Be

получают



1
расплав 350˚С
) вскрывают берилл 3BeO·Al2O3·6SiO2 спекают с известью, образуют H2SO4 → BeSO4 из него делают Be(OH)2, затем BeO хлорируют его в смеси с углем до BeCl2, смесь BeCl2 с NaCl подвергают электролизу.

Mg

в виде чешуек отмывают от электролита и сплавляют в атмосфере аргона.



2) магнийтермическое восстановление фторида.

Свойства


Металлы IIA группы серебристо-белого цвета, быстро покрывается пленкой из оксидов и нитридов. t˚пл и твердость выше, чем у щелочных.

Ra сильно радиоактивен P1/2 = 1620 лет

Ca, Sr, Ba и Ra называются щелочноземельными (алхимики «земями» называли их)

Строение внешних электронных оболочек ns2. Внешние электроны сильно притянуты к ядру, поэтому они имеют более высокую энергию ионизации и меньшую химическую активность, кроме того у них более прочная кристаллическая решетка.

Металлы подгруппы IIA – сильные восстановители. Средние значения координационных чисел ионов


Be+2

Mg+2

Ca+2

Sr+2

Ba+2

4

6

7

8

8

Большинство соединений бесцветны.

Соли Ca, Sr, Ba, Ra, содержащие анион сильной кислоты гидролизу не подвергаются.

Be – резко отличаются от других Me, т.к. он имеет всего одну электронную оболочку и имеет малый радиус.

Химические свойства Be во многом сходны с Al (диагональное сходство). Он растворяется в растворах щелочей, но не реагирует с HNO3 (пассивируется).

Химические свойства

1) Ca, Sr, Ba при t˚ реагирует с Н2.





Be не реагирует с H2 непосредственно.

2) Реакция с О2



В промышленности и лаборатории оксиды получают не из Металлов, а термическим разложением их карбонатов и гидроксидов.





ЭО – твердые, тугоплавкие соединения. Их химическая активность увеличивается от BeO к BaO. BeO при комнатной t˚ не реагирует с H2O, кислотами и щелочами.

MgO легко реагирует с:

3) Реакция с Н2О (возможна для всех Me)



но у Be имеется оксидная пленка, и он не реагирует с водой.

Гидроксиды щелочноземельных Me более слабые, чем щелочных. Основные свойства увеличиваются от Be(OH)2 к Ba(OH)2.

Be(OH)2 и Mg(OH)2 – слабые основания

Ba(OH)2 – щелочь

а) гидроксиды растворяются в NH4Cl



т.к. Mg(OH)2 более сильное основание, чем NH4OH, диссоциацию которого подавляет NH4Cl

б) Обезвоживание Be(OH)2Ba(OH)2

требует повышения t°.

4) Me группы IIA легко растворяются в кислотах с выделением водорода

но с разбавленной HNO3 образуется NH4NO3

5) Be взаимодействует со щелочами:

6) с галогенами, образуются галогениды



7) с серой, образуются сульфиды



или их получают из солей



8) с азотом, образуются нитриды



9) с углеродом образуются карбиды при высокой t°



Применение Mg в органическом синтезе



Mg применяется в реакции Гриньяра. Его используют для получения других Me (Ti, U, редкоземельных элементов).

Be – в космической технике (легкий, твердый и корроз. стойкий) в атомной промышленности (замедлитель нейтронов).

Сплав меди с 2% Beбериллиевая руда.

II Б подгруппа (Zn, Cd, Hg)

Для Zn и Cd характерна степень окисления +2. Для Hg + 1 и +2.



Природные ресурсы:

Zn – 2,0·10-2 % ZnS – цинковая обманка (сфалерит) – минерал

Получение: после обогащения концентрат

1)

2) бедные руды перерабатывают гидрометаллическим методом



ZnSO4 подвергают гидролизу.


K (+) Al

A (–) Pb






Zn очищают перегонкой, производство его млн тонн в год.

Свойства


Серебристо – белый металл., легкоплавкий Me. Строение внешних электронных оболочек.

Zn – 3d104s2

Связь d-электронов с ядром прочнее, чем у Cu, Ag, Au, поэтому степени окисления выше, чем +2 не проявляются, т.к. на внешнем слое только 2 электрона.



Zn устойчив на воздухе из-за оксидной пленки.



Zn(OH)2 – сильное основание

1) Zn и Cd вытесняют Н2 из кислот



2) Атомы Zn имеют завершенную d-оболочку (d10), к.ч. = 4, хотя образование комплексов для него менее характерно, чем для Cu, Ag, Au.

3) С Н2 Zn химически не взаимодействует. Гидриды ZnH2 получают по реакции иодидов Zn с алюмогидридом лития.

4) Оксид ZnO – белый порошок, образуются:



5) Гидроксид Zn(OH)2 получают действием на соли цинка щелочью:



6) Zn(OH)2 типичное амфотерное соединение



7) Так как Zn стоит перед водородом, а его гидроксид амфотерен, то он вытесняет H2 из растворов щелочей.



8) Галогениды получают прямым синтезом или другими реакциями:



расплавленный ZnCl2 (при t° 28°) легко растворяет оксиды многих металлов и поэтому применяется в качестве флюса при пайке металлов.

9) При гидролизе ZnCl2 образует малорастворимый гидроксохлорид Zn(OH)Cl

10) Сульфид ZnS (белый цвет) получают синтезом или прямым действием H2S на растворы солей.



11) Известно очень много солей цинка: ZnSO4, Zn(NO3)2 и т.д.

Применение:

Zn входит в состав ряда важных сплавов, например, латуни. Цинкование Fe проводят с целью защиты от коррозии.

Из Zn делают аноды хим. источников тока. ZnS используют в качестве люминофора. ZnS применяется как пигмент в лаках и красках.

Похожие:

Лекция №19. II a группа металлов iconЛабораторная работа №4 Общие свойства металлов
Характер взаимодействия металлов с кислотами-окислителями. Способы получения металлов. Пирометаллургия. Восстановление углем (коксом),...
Лекция №19. II a группа металлов iconГруппа д 12-1 Металлургия черных металлов (доменное производство)

Лекция №19. II a группа металлов iconГруппа с 12-1 Металлургия черных металлов (производство стали)

Лекция №19. II a группа металлов iconЛекция Научно-технический, экономический, социальный и экологический аспекты проблемы теории коррозии и защиты металлов План лекции
Лекция Научно-технический, экономический, социальный и экологический аспекты проблемы теории коррозии и защиты металлов
Лекция №19. II a группа металлов iconОсновы электрохимии и коррозии металлов Электродные потенциалы металлов и эдс гальванических элементов
Для металлов характерен особый вид химической связи между атомами в кристалле, называемый металлической связью
Лекция №19. II a группа металлов iconЛекция для клезмеров (Валерий Дымшиц) Идиш для начинающих (Юрий Веденяпин)
Группа  — Мастер-класс (Лорин Скламберг, Ефим Черный, Сюзанна Гергус) Группа  — присоединяется к другим группам
Лекция №19. II a группа металлов iconПрограмма учебной дисциплины «коррозия и защита металлов» Направление: 150400 «Металлургия»
Цель дисциплины научить будущих бакалавров по металлургии цветных металлов методам теоретического и практического исследования коррозии...
Лекция №19. II a группа металлов iconЛекция Философия Д. ф н., доц. Антюшин С. С. Ауд. 407 Лекция Гражданское право
...
Лекция №19. II a группа металлов iconПеречень услуг и тарифы на опробование и клеймение изделий из драгоценных металлов, анализ драгоценных металлов, экспертизу драгоценных металлов и диагностику драгоценных камней
Услуги, предоставляемые Государственной пробирной палатой при Министерстве финансов
Лекция №19. II a группа металлов iconТелемост между спбгу и Францией
Тема: Группа ученых спбгу исследует включение наночастиц металлов в проводящие полимеры
Разместите кнопку на своём сайте:
ru.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©ru.convdocs.org 2016
обратиться к администрации
ru.convdocs.org