2 skupina PS ns 2 Beryllium hok vpnk

2. skupina PS, ns 2 Beryllium, hořčík, vápník, stroncium, baryum, (radium) Kovy alkalických zemin Ø typické kovy Ø chemie Be a Mg se poněkud liší od chemie alkalických zemin Ø Be tvoří řadu sloučenin s kovalentní vazbou Ø elektropozitivita ve skupině roste směrem dolů Ø typický oxidační stupeň II+

s 2 prvky Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra + kovy alkalických zemin Výskyt: • magnezit - Mg. CO 3, dolomit Mg. CO 3·Ca. CO 3, olivín (Mg, Fe)2 Si. O 4, mastek Mg 3 Si 4 O 10(OH)2, v mořské vodě Mg. Cl 2, zelené barvivo rostlin – chlorofyl (Mg), Kovy alkalických zemin Ca, Sr, Ba, Ra Výskyt: • jen ve formě sloučenin (vápenec - Ca. CO 3 - kalcit (šesterečná soustava) + aragonit (kosočtverečná soustava), sádrovec - Ca. SO 4. 2 H 2 O, kazivec (fluorit) - Ca. F 2, apatity - 3 Ca 3(PO 4)2. Ca. Cl 2 nebo 3 Ca 3(PO 4)2. Ca. F 2, smolinec…)

Některé vlastnosti prvků 2. skupiny PS Prvek Be Mg Ca Sr Ba Ra atomové číslo 4 12 20 38 56 88 hustota (g cm 3) 1, 848 1, 738 1, 55 2, 63 3, 62 5, 5 teplota tání °C 1287 649 839 768 727 700 teplota varu °C 2500 1105 1494 1381 (1850) (1700) kovový poloměr [pm] 112 160 197 215 222 ? I. ionizační energie [e. V] 9, 32 4, 64 6, 11 5, 69 5, 21 5, 28 II. ionizační energie[e. V] 18, 21 15, 03 11, 87 10, 98 9, 95 10, 10 elektronegativita (Allred-Rochow) 1, 47 1, 20 1, 04 0, 99 0, 97

Beryllium Výskyt beryllia: Ø t. t. 1300 °C Ø Chemie Be se podobá chemii Al – diagonální podobnost Ø S vodou reaguje neochotně (pokrývá se vrstvičkou tvorby špatně rozpustného hydroxidu na povrchu) Ø Rozpouští se v kyselinách za vzniku H 2, ve vodných roztocích neexistuje jako Be 2+, ale pouze v podobě hydratovaných iontů [Be(H 2 O)4]2+ Ø V konc. HNO 3 se pasivuje Ø Rozpouští se v roztocích alkalických hydroxidů – je amfoterní Ø Rozpustné sloučeniny beryllia jsou jedovaté !!

Sloučeniny beryllia Jednoduché sloučeniny beryllia: Mohsova stupnice tvrdosti 9 Halogenidy beryllia voda Be(OH)2 + 2 HF Be. F 2. 4 H 2 O Be. F 2 + 2 F- [Be. F 4]2 - Ostatní halogenidy se připravují přímou syntézou nebo reakcí se suchým halogenovodíkem – jsou polymerní s charakterem „elektronově deficitních vazeb“

Sloučeniny beryllia Hydrid beryllnatý Příprava: (nelze připravit přímou syntézou) Be. Cl 2 + 2 Li. H Be. H 2 + 2 Li. Cl Hydrolýza: Be. H 2 + H 2 O Be(OH)2 + H 2 Solvolýza: zde konkrétně methanolýza vysoce polymerní Be. H 2 + CH 3 OH Be(OCH 3)2 + H 2

Použití beryllia a jeho sloučenin Ø okénka rtg. a GM trubic – Be málo absorbuje záření Ø berylliové bronzy, např. Be/Cu Ø výroba tritia 9 4 Be + 2 1 H ------> 2 42 He + Ø neutronový zdroj 241 Am / Be 3 1 H

Hořčík Výskyt hořčíku: Výroba hořčíku: 300 000 tun/rok elektrolýza taveniny Mg. Cl 2

Vlastnosti hořčíku Ø Tvorba Ø S vodou reaguje neochotně (pokrývá se vrstvičkou tvorby špatně rozpustného hydroxidu na povrchu) Ø Rozpouští se v kyselinách za vzniku H 2, ve vodných roztocích existuje v podobě akvakomplexu se 6 molekulami vody Ø Nerozpouští se roztocích alkalických hydroxidů – není amfoterní Ø Hoří i ve vodních parách (nelze hasit vodou)

Hydrid hořečnatý Mg + H 2 Mg. H 2 Přímá syntéza za tlaku 20 MPa a katalýzy Mg. I 2 Reakce s vodou a alkoholy: (analogicky jako u Be) Mg. H 2 + H 2 O Mg(OH)2 + H 2 Mg. H 2 + CH 3 OH Mg(OCH 3)2 + H 2

Ostatní binární sloučeniny hořčíku Karbidy: Halogenidy: Nitrid: bezvodé jsou méně stabilní jako beryllnatá analoga Fluorid je špatně rozpustný 2 Mg. Cl 2 + H 2 O Mg 2 OCl 2 + 2 HCl (termický rozklad) podstata tuhnutí tzv. Sorellova cementu …. směs žíhaného Mg(OH)2 a konc. roztoku Mg. Cl 2 – tuhne během několika hodin Hydroxid: Sulfid: Mg + S Mg. S ve vodě hydrolyzuje 2 Mg. S + 2 H 2 O Mg(OH)2 + Mg(HS)2 + H 2 O Mg(OH)2 + H 2 S

Významné soli hořčíku Uhličitany: Analyticky významná reakce pro gravimetrické stanovení fosforu: Chloristan hořečnatý jako jedno z nejlepších sušidel: nerozpustné soli

Významné komplexní sloučeniny hořčíku Porfin Chlorofyl sendvičový komplex hořčíku s cyklopentadienem

Použití hořčíku Ø Hořčík je technicky velmi důležitý kov, slitiny Ø zejména ve slitinách jako konstrukční materiál zvláště v letectví, automobilovém průmyslu a v raketové technice. Ø Mg. O jako pálená magnézie Ø Výroba Grignardových činidel pro alkylace a arylace v organické syntéze

Organokovové sloučeniny hořčíku Grignardova činidla: RX = alkyl- nebo arylhalogenid krystalují jako dietherát Používají se k alkylacím nebo arylacím: R—X + R´— Mg. X R — R´ + Mg. X 2 2 R — Mg. X + Cd. Br 2 R 2 Cd + Mg. Br 2 4 Ph — Mg. Br + K[BF 4] K[B(Ph)4] + 4 Mg. Br. F

Vápník, stroncium, baryum Zdroje vápníku: vápenec (kalcit) fluorit X = F, OH, aj Zdroje stroncia: Zdroje barya: Výroba kovů alkalických zemin : elektrolýza tavenin chloridů Pozn. : rozpustné sloučeniny barya jsou jedovaté

Barvení plamene Li Na K Rb, Cs Ca Sr Ba

Sloučeniny kovů alkalických zemin Hydridy MH 2: přímá syntéza, reagují s vodou – pohotový zdroj vodíku Karbid a kyanamid vápenatý: slouží jako hnojivo Nitridy: výroba deuterovaného amoniaku Sulfidy: Ca + S Ca. S Ba. SO 4 + 2 C Ba. S + CO 2

Sloučeniny kovů alkalických zemin Oxidy: připravují se kalcinací (žíháním) uhličitanů při cca 900 °C Ca. CO 3 Ca. O + CO 2 pálené vápno hašení vápna, součást malty Hydroxidy: Ca. O + H 2 O Ca(OH)2 + CO 2 Ca. CO 3 + H 2 O tvrdnutí malty karbonatace Ca(OH)2 + Mg. Cl 2 Mg(OH)2 + Ca. Cl 2 slouží k získávání Mg z mořské vody Peroxidy: 2 Ba. O + O 2 2 Ba. O 2 žíhání při 500 °C Ba. O 2 + H 2 SO 4 H 2 O 2 + Ba. SO 4 tato reakce dříve sloužila k výrobě H 2 O 2

Sloučeniny kovů alkalických zemin Fluoridy: obecně málo rozpustné Ca. F 2 se někdy používá pro výrobu fluoru elektrolýzou jeho taveniny Chloridy: Ca. Cl 2. 2 H 2 O Ca. Cl 2 bezv. – používá se jako sušidlo (lze jej zahřátím regenerovat) Všechny bezvodé halogenidy kovů alkalických zemin jsou rozpustné v řadě organických rozpouštědel (alkoholy, ethery aj. ). Dusičnan vápenatý (ledek vápenatý): slouží jako hnojivo

Soli kovů alkalických zemin Uhličitan vápenatý: tvoří celá pohoří (vápenec , dolomit, křída) Krystalické podoby : kalcit aragonit Hydrogenuhhličitan vápenatý Ca(HCO 3)2 je mj. také příčinou přechodné tvrdosti pitné vody, která se dá odstranit varem. Komplexy kovů alkalických zemin Ø Tvorba komplexů není typická. Ø Jsou známy komplexy s vícedentátními ligandy s EDTA a s makrocyklickými ligandy.

Krasový jev – vznik krápníků • uhličitan vápenatý je prakticky nerozpustný ve vodě • pokud je ve vodě protékající přes vápencové skály rozpuštěn oxid uhličitý, dochází k přeměně nerozpustného uhličitanu vápenatého na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý: Ca. CO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca(HCO 3)2 • roztok hydrogenuhličitanu po malých kapkách dopadá na skálu a pomalu se z něj odpařuje voda a uvolňuje oxid uhličitý • reakce probíhá tedy v opačném směru a dochází ke vzniku krápníků: Ca(HCO 3)2 → Ca. CO 3 + CO 2 + H 2 O

Krasový jev: Ca. CO 3 + H 2 O + CO 2 Ca(HCO 3)2 stalaktit stalagmit stalagnát

Kyslíkaté sloučeniny kovů alkalických zemin Fosforečnany: nerozpustný Sírany: málo rozpustné sloučeniny Ca. SO 4 – jeho přítomnost ve vodě způsobuje její trvalou tvrdost Pozn. : Nedodržení režimu dehydratace vede ke vzniku bezvodého Ca. SO 4, který pak vede k tomu, že sádra netuhne. Ba. SO 4 (baryt) – velmi nerozpustná sloučenina (gravimetr. Ické stanovení síranů nebo barya) Používá se jako pigment a jako kontrastní látka při rtg. vyšetření trávicího traktu.

Tendence v rozpustnostech sloučenin kovů alkalických zemin Málo rozpustné jsou: hydroxidy, sírany, oxaláty, uhličitany, chromany, fosforečnany, fluoridy Hydroxidy Sírany Šťavelany malá rozpustnost oxaláty růst Be Mg Ca Ca Ca Sr Sr Sr Ba Ba Ba velká rozpustnost