Кальций, стронций и барий
Противоположные тенденции
| Mg | Ca | Sr | Ba | |
|---|---|---|---|---|
| \(\ce{M(OH)2}\), г/100 г воды | 0,001 | 0,17 | 0,8 | 3,9 |
| \(\ce{MSO4}\), г/100 г воды | 35 | 0,2 | 0,013 | 0,0002 |
| \(\ce{MCO3}\) разлагается, °C | 350 | 900 | 1100 | 1360 |
| пламя | — | кирпично-красное | карминовое | жёлто-зелёное |
Растворимость гидроксидов растёт вниз по группе, а сульфатов — падает. Объяснение — в уроке 167 (конкуренция энергий решётки и гидратации): для маленького аниона (\(\ce{OH-}\)) решающим оказывается ослабление решётки, для крупного (\(\ce{SO4^2-}\)) — ослабление гидратации катиона.
auto_awesomeФейерверк
Цвета салюта — это спектры металлов: соли стронция дают красный, бария — зелёный, натрия — жёлтый, меди — синий (с хлоридами), кальция — оранжевый. Окислитель (перхлорат или нитрат калия) и горючее разогревают смесь, а атомы металлов излучают на своих длинах волн.
scienceБарий и его соединения
- \(\ce{BaCl2 + H2SO4 -> BaSO4 v + 2HCl}\) — качественная реакция на сульфат.
- \(\ce{Ba(OH)2 + CO2 -> BaCO3 v + H2O}\) — баритовая вода чувствительнее известковой.
- \(\ce{BaO2 + H2SO4 -> BaSO4 v + H2O2}\) (урок 101).
- \(\ce{2BaO + O2 <=> 2BaO2}\) — способ Брина.
Металлы и соединения
Кальций, стронций и барий — активные металлы: хранят под керосином. С водой реагируют с выделением водорода (кальций спокойно, барий бурно), при нагревании — с водородом, азотом, углеродом.
scienceЩёлочноземельные металлы
- \(\ce{Ca + 2H2O -> Ca(OH)2 + H2 ^}\).
- \(\ce{Ca + H2 ->[t] CaH2}\) — гидролит (урок 98).
- \(\ce{3Ca + N2 ->[t] Ca3N2}\).
- \(\ce{CaO + 3C ->[2000 °C] CaC2 + CO}\).
- \(\ce{3BaO + 2Al ->[t] 3Ba + Al2O3}\) — барий получают алюминотермией (летучий металл отгоняют в вакууме).
- \(\ce{CaH2 + 2H2O -> Ca(OH)2 + 2H2 ^}\) — полевой источник водорода: килограмм гидрида даёт около кубометра газа.
- \(\ce{Ca3N2 + 6H2O -> 3Ca(OH)2 + 2NH3 ^}\) — нитриды активных металлов гидролизуются до аммиака (отсюда запах у горевшего на воздухе кальция).
errorСтронций-90
При ядерных взрывах и авариях образуется радиоактивный \(\ce{^90Sr}\) (\(T_{1/2} = 28{,}8\) года). Химически он похож на кальций и встраивается в кости и зубы, облучая костный мозг. В 1960-е годы исследование молочных зубов американских детей (Baby Tooth Survey) показало рост стронция-90 и помогло принять договор о запрещении ядерных испытаний в атмосфере (1963).
boltКальций, стронций, барий в анализе
Сульфаты: \(\ce{CaSO4}\) заметно растворим (осаждается только из концентрированных растворов), \(\ce{SrSO4}\) и \(\ce{BaSO4}\) — нерастворимы. Хроматы: \(\ce{BaCrO4}\) выпадает в уксуснокислой среде, \(\ce{SrCrO4}\) и \(\ce{CaCrO4}\) — нет. Оксалаты: \(\ce{CaC2O4}\) — определение кальция.
Где тенденции ломаются
Бериллий и магний часто выпадают из общих тенденций группы:
- \(\ce{Be(OH)2}\) амфотерен, остальные — основания;
- \(\ce{MgSO4}\) хорошо растворим, а \(\ce{MgCO3}\) и \(\ce{MgF2}\) — плохо;
- \(\ce{BeCl2}\) ковалентен, \(\ce{MgCl2}\) частично гидролизуется при нагревании;
- магний горит в \(\ce{CO2}\) и азоте, но реагирует с холодной водой медленно.
boltМалый первый элемент
В каждой группе первый элемент (Li, Be, B, C, N, O, F) отличается от остальных: маленький размер, нет низколежащих d-орбиталей, высокая электроотрицательность, склонность к кратным связям. Поэтому аналогии «сверху вниз» лучше начинать со второго элемента группы.
scienceОсобенности бериллия и магния
- \(\ce{Be(OH)2 + 2NaOH -> Na2[Be(OH)4]}\) — амфотерность.
- \(\ce{MgCl2*6H2O ->[t] MgO + 2HCl + 5H2O}\) — гидролиз при нагревании.
- \(\ce{MgCO3 ->[350 °C] MgO + CO2}\) — самый нестойкий карбонат группы.
auto_awesomeГидроксид бария — сильное основание
Раствор \(\ce{Ba(OH)2}\) («баритовая вода») — удобный титрант, свободный от карбоната: любой карбонат сразу выпадает в осадок \(\ce{BaCO3}\). Им раньше определяли углекислый газ в воздухе.
push_pinГлавное
Щёлочноземельные металлы активны: реагируют с водой (кальций — умеренно, барий — бурно), образуя гидроксиды. Растворимость гидроксидов вниз по группе растёт (\(\ce{Mg(OH)2}\) почти нерастворим, \(\ce{Ba(OH)2}\) — хорошо), а сульфатов — падает (\(\ce{MgSO4}\) растворим, \(\ce{BaSO4}\) практически нерастворим). Карбонаты разлагаются тем труднее, чем крупнее катион. Пламя: Ca — кирпично-красное, Sr — карминово-красное, Ba — жёлто-зелёное. \(\ce{^90Sr}\) из радиоактивных осадков накапливается в костях, как кальций.
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.