Бериллий и магний

9 заданий

Бериллий

Бериллий — лёгкий (1,85 г/см³), прочный и тугоплавкий (1287 °C) металл. Он почти прозрачен для рентгеновских лучей, поэтому из него делают окна рентгеновских трубок. Бериллиевые бронзы не искрят при ударе; из них изготавливают инструмент для взрывоопасных производств.

Свойства соединений бериллия связаны с малым размером иона \(\ce{Be^2+}\) (27 пм). Этот ион сильно поляризует связанные с ним частицы, поэтому связи в соединениях бериллия в значительной степени ковалентны. Например, твёрдый \(\ce{BeCl2}\) состоит из полимерных цепей с мостиковыми атомами хлора, а в паре присутствуют линейные мономеры. Расплав \(\ce{BeCl2}\) плохо проводит электрический ток.

В отличие от соединений магния, оксид и гидроксид бериллия реагируют со щелочами. Способность реагировать и с кислотами, и со щелочами называют амфотерностью. По этому признаку бериллий сходен с алюминием.

scienceАмфотерные свойства бериллия

\(\ce{Be + 2HCl -> BeCl2 + H2}\) — при реакции бериллия с соляной кислотой образуются хлорид бериллия и водород.
\(\ce{Be + 2NaOH + 2H2O -> Na2[Be(OH)4] + H2}\) — при реакции бериллия со щёлочью образуются тетрагидроксобериллат натрия и водород; сходным образом реагирует алюминий.
\(\ce{BeO + 2NaOH ->[t] Na2BeO2 + H2O}\) — при нагревании оксида бериллия со щёлочью образуются бериллат натрия и вода.
\(\ce{Be(OH)2 + 2OH- -> [Be(OH)4]^2-}\) — при реакции гидроксида бериллия с гидроксид-ионами образуется комплексный анион.

errorБериллиоз

Пыль бериллия и его соединений вызывает тяжёлое хроническое заболевание лёгких — бериллиоз. Соли бериллия сладкие на вкус: первое название элемента, «глюциний», происходит от греческого слова «сладкий». Однако пробовать соли бериллия категорически нельзя.

auto_awesomeИзумруд и аквамарин

Главный минерал бериллия — берилл \(\ce{Be3Al2Si6O18}\), кольцевой силикат (урок 149). Зелёный берилл с примесью хрома называют изумрудом, а голубой берилл с примесью железа — аквамарином.

Магний

Магний — лёгкий (1,74 г/см³) серебристый металл. Его поверхность покрыта оксидной плёнкой. С холодной водой магний почти не реагирует, поскольку на его поверхности дополнительно образуется плёнка \(\ce{Mg(OH)2}\). С горячей водой реакция идёт медленно: \(\ce{Mg + 2H2O ->[t] Mg(OH)2 + H2}\). В кислотах магний растворяется с выделением водорода.

При горении магний вступает в реакции не только с кислородом, но и с азотом и углекислым газом. Поэтому углекислый газ не прекращает его горение.

scienceРеакции магния

\(\ce{2Mg + O2 -> 2MgO}\) — при горении магния в кислороде образуется оксид магния и возникает ослепительное белое пламя; это свойство использовали в фотовспышках XIX века и осветительных ракетах.
\(\ce{3Mg + N2 -> Mg3N2}\) — при горении магния на воздухе часть металла реагирует с азотом с образованием нитрида магния.
\(\ce{2Mg + CO2 -> 2MgO + C}\) — горящий магний реагирует даже с углекислым газом с образованием оксида магния и углерода (урок 144).
\(\ce{Mg + 2H2O ->[t] Mg(OH)2 + H2}\) — с горячей водой магний образует гидроксид магния и водород; с водяным паром горящий магний даёт \(\ce{MgO + H2}\), поэтому тушить его водой нельзя.
\(\ce{Mg + 2NH4Cl -> MgCl2 + 2NH3 + H2}\) — магний растворяется даже в растворе хлорида аммония; при этом образуются хлорид магния, аммиак и водород.

Гидроксид магния \(\ce{Mg(OH)2}\) — малорастворимое основание (\(K_s = 5{,}6\cdot10^{-12}\)). В отличие от гидроксида бериллия, он не амфотерен, но растворяется в растворах солей аммония (урок 75). Оксид магния \(\ce{MgO}\), или жжёная магнезия, является огнеупорным веществом: его температура плавления составляет 2830 °C.

auto_awesomeХлорофилл

В центре молекулы хлорофилла находится ион магния, окружённый четырьмя атомами азота хлоринового кольца. Без магния невозможен фотосинтез: при его недостатке растения желтеют. Такое пожелтение называют хлорозом.

Магний из моря

Морская вода служит источником магния: в каждом её кубометре содержится около 1,3 кг этого элемента. В 1941 году компания Dow Chemical запустила в Техасе производство магния из морской воды. Во время Второй мировой войны магний был стратегическим металлом: его использовали в самолётах и зажигательных бомбах.

Чтобы получить металл, ионы магния сначала осаждают из морской воды в виде гидроксида. Затем осадок растворяют в соляной кислоте, а полученный хлорид магния подвергают электролизу в расплаве. Эти стадии составляют способ Доу.

scienceСпособ Доу

\(\ce{CaCO3 ->[t] CaO + CO2}\); \(\ce{CaO + H2O -> Ca(OH)2}\) — при нагревании раковин устриц получают оксид кальция, а при его реакции с водой образуется гидроксид кальция.
\(\ce{Mg^2+ + Ca(OH)2 -> Mg(OH)2 v + Ca^2+}\) — при добавлении гидроксида кальция к морской воде ионы магния осаждаются в виде гидроксида.
\(\ce{Mg(OH)2 + 2HCl -> MgCl2 + 2H2O}\) — при растворении осадка в соляной кислоте образуется хлорид магния.
\(\ce{MgCl2 ->[эл. ток] Mg + Cl2}\) — при электролизе расплава получают магний и хлор; хлор используют для получения HCl, необходимого на стадии 3.

boltПочему известь осаждает магний

\(K_s(\ce{Mg(OH)2}) = 5{,}6\cdot10^{-12}\) намного меньше, чем \(K_s(\ce{Ca(OH)2}) = 5\cdot10^{-6}\). Поэтому гидроксид кальция служит источником \(\ce{OH-}\), а гидроксид магния выпадает в осадок. Это пример превращения осадков (урок 72).

auto_awesomeМагниевые сплавы

Магний — самый лёгкий конструкционный металл: его сплавы в 1,5 раза легче алюминиевых. Из магниевых сплавов делают корпуса ноутбуков, детали двигателей и ободья колёс. Их применение ограничивают коррозия и горючесть стружки.

push_pinГлавное

Малый ион бериллия обладает сильным поляризующим действием, поэтому \(\ce{BeCl2}\) имеет преимущественно ковалентные связи и образует полимерные цепи. Оксид \(\ce{BeO}\) и гидроксид \(\ce{Be(OH)2}\) амфотерны; в этом проявляется диагональное сходство бериллия с алюминием. Соединения бериллия ядовиты. Магний защищён поверхностной плёнкой, но реагирует с горячей водой с образованием \(\ce{Mg(OH)2}\) и водорода. Он горит ослепительным пламенем и вступает в реакции в том числе с \(\ce{CO2}\) и азотом. Гидроксид \(\ce{Mg(OH)2}\) является основанием: он не растворяется в щелочах, но растворяется в солях аммония. Для получения магния из морской воды его осаждают известью, переводят в \(\ce{MgCl2}\) и подвергают электролизу расплава.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.