Zemnoalkalni metali

Zemnoalkalni metali su elementi druge grupe periodnog sistema. Po osobinama su donekle slični alkalnim metalima, ali im je reakivnost manja. Svi grade baze koje se slabije rastvaraju u vodi od alkalija osim berilijuma, koji je amfoteran element.

 

 

 

Berilijum

• atomski broj: 4
• A_r: 9
• grupa: 2
• perioda: L
• blok: s
• osobine: zemnoalkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 3243 K
• T.T: 1551 K
• gustina: 1,85g/cm³
• elektronegativnost: 1,5
• otkriće:F. Wohler, A. A. Bussy, 1828.
• lat. naziv: berilium
• oksidaciona stanja: +2
• raspored elektrona po nivoima:2, 2
• elektronska konfiguracija: [He]2s²
• atomski poluprečnik: 105 pm
• brzina zvuka: 12870 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Be -> Be⁺, 899
  • Be⁺ -> Be²⁺, 1757
• izotopi:
  1. Be-9
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Be-10
     • zastupljenost u prirodi: u tragovima
     • raspad: beta^-
     • vreme poluraspada: 1,51 * 10⁶ godina
     • raspada se na: B-10
  3. Sintetizovan je još izotop berilijuma - 7.

 

Magnezijum

• atomski broj: 12
• A_r: 24,3
• grupa: 2
• perioda: M
• blok: s
• osobine: zemnoalkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1363 K
• T.T: 923 K
• gustina: 1,738g/cm³
• elektronegativnost: 1,2
• otkriće:Sir H. Davy, 1808.
• lat. naziv: magnesium
• oksidaciona stanja: +2 (+1)
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 2
• elektronska konfiguracija: [Ne]3s²
• atomski poluprečnik: 150 pm
• brzina zvuka: 4940 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Mg -> Mg⁺, 738
  • Mg⁺ -> Mg²⁺, 1451
• izotopi:
  1. Mg-24
     • zastupljenost u prirodi: 79%
     • raspad: stabilan
  2. Mg-25
     • zastupljenost u prirodi: 10%
     • raspad: stabilan
  3. Mg-26
     • zastupljenost u prirodi: 11%
     • raspad: stabilan

 

Kalcijum

 

• atomski broj: 20
• A_r: 40
• grupa: 2
• perioda: N
• blok: s
• osobine: zemnoalkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1757 K
• T.T: 1115 K
• gustina: 1,55g/cm³
• elektronegativnost: 1
• otkriće: Sir H. Davy, 1808.
• lat. naziv: calcium
• oksidaciona stanja: +2
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 8, 2
• elektronska konfiguracija: [Ar]4s²
• atomski poluprečnik: 180 pm
• brzina zvuka: 3810 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Ca -> Ca⁺, 590
  • Ca⁺ -> Ca²⁺, 1145
• izotopi:
  1. Ca-40
     • zastupljenost u prirodi: 97%
     • raspad: stabilan
  2. Ca-42
     • zastupljenost u prirodi: 0,65%
     • raspad: stabilan
  3. Ca-43
     • zastupljenost u prirodi: 0,14%
     • raspad: stabilan
  4. Ca-44
     • zastupljenost u prirodi: 2,01%
     • raspad: stabilan
  5. Ca-46
     • zastupljenost u prirodi: 0,004%
     • raspad: dupli beta^-
     • vreme poluraspada: 2,8 * 10¹⁵ godina
     • raspada se na: Ti-46
  6. Ca-48
     • zastupljenost u prirodi: 0,19%
     • raspad: dupli beta^-
     • vreme poluraspada: 4 * 10¹⁹ godina
     • raspada se na: Ti-48
  7. Sintetisani su i izotopi kalcijuma - 41, 45, 47.

 

Stroncijum

• atomski broj: 38
• A_r: 87,62
• grupa: 2
• perioda: O
• blok: s
• osobine: zemnoalkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 1655 K
• T.T: 1050 K
• gustina: 1,64g/cm³
• elektronegativnost: 1
• otkriće: A. Crawford, 1790.
• lat. naziv: strontium
• oksidaciona stanja: +2
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 8, 2
• elektronska konfiguracija: [Kr]5s²
• atomski poluprečnik: 200 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Sr -> Sr⁺, 550
  • Sr⁺ -> Sr²⁺, 1064
• izotopi:
  1. Sr-84
     • zastupljenost u prirodi: 0,56%
     • raspad: stabilan
  2. Sr-86
     • zastupljenost u prirodi: 9,86%
     • raspad: stabilan
  3. Sr-87
     • zastupljenost u prirodi: 7%
     • raspad: stabilan
  4. Sr-88
     • zastupljenost u prirodi: 82,6%
     • raspad: stabilan
  5. Sintetisani su i izotopi stroncijuma - 82, 83, 85, 89, 90.

 

Barijum

• atomski broj: 56
• A_r: 137,33
• grupa: 2
• perioda: P
• blok: s
• osobine: zemnoalkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 2171 K
• T.T: 1002 K
• gustina: 3,51g/cm³
• elektronegativnost: 0,9
• otkriće:Sir H. Davy, 1808.
• lat. naziv: barium
• oksidaciona stanja: +2
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 18, 8, 2
• elektronska konfiguracija: [Xe]6s²
• atomski poluprečnik: 215 pm
• brzina zvuka: 1620 m/s
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Ba -> Ba⁺, 503
  • Ba⁺ -> Ba²⁺, 965
• izotopi:
  1. Ba-130
     • zastupljenost u prirodi: 0,106%
     • raspad: stabilan
  2. Ba-132
     • zastupljenost u prirodi: 0,101%
     • raspad: stabilan
  3. Ba-134
     • zastupljenost u prirodi: 2,417%
     • raspad: stabilan
  4. Ba-135
     • zastupljenost u prirodi: 6,592%
     • raspad: stabilan
  5. Ba-136
     • zastupljenost u prirodi: 7,854%
     • raspad: stabilan
  6. Ba-137
     • zastupljenost u prirodi: 11,23%
     • raspad: stabilan
  7. Ba-138
     • zastupljenost u prirodi: 71,7%
     • raspad: stabilan
  8. Ukupno je poznato 22 izotopa barijuma, od kojih su većina sintetički i radiaktivni sa veoma malim vremenima poluraspada. Najvažniji je Ba-133 čije je vreme poluraspada preko 10 godina.

Radijum

• atomski broj: 88
• A_r: 226
• grupa: 2
• perioda: Q
• blok: s
• osobine: zemnoalkalni metal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 2010 K
• T.T: 973 K
• gustina: 5,5g/cm³
• elektronegativnost: 0,9
• otkriće:P. i M. Currie, 1898.
• lat. naziv: radium
• oksidaciona stanja: +2
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 32, 18, 8, 2
• elektronska konfiguracija: [Rn]7s²
• atomski poluprečnik: 233 pm
• energija jonizacije (kJ/mol):
  • Ra -> Ra⁺, 509
  • Ra⁺ -> Ra²⁺, 979
• izotopi:
  1. Ra-224
     • zastupljenost u prirodi: ?
     • raspad: alfa
     • vreme poluraspada: 3,63 dana
     • raspada se na: Rn-220
  2. Ra-226
     • zastupljenost u prirodi: možda 100%
     • raspad: alfa
     • vreme poluraspada: 1602 godine
     • raspada se na: Rn-222
  3. Izotopi radijuma nastaju raspadom torijuma ili uranijuma. Izotop 228 je sintetički.

 

Dobijanje

Elementi druge grupe se u prirodi ne nalaze u slobodnom stanju, već u obliku soli. Njihov osnovni izvor je zemljina kora (najviše Mg i Ca, zatim Sr i Ba i najmanje Be i Ra) i morska voda (rastvorene soli).

Metali se iz soli dobijaju elektrolizom rastopa, obično hlorida. Najbolji primer je elektroliza magnezijum hlorida. Elektroliza se mora izvoditi u sudu bez pritoka vazduha (kiseonika).

Mg²⁺ + 2e^- -> Mg

2Cl^- -> Cl₂ + 2e^-

Ili zbirno:

MgCl₂ -> Mg + Cl₂

Berilijum se nalazi u alumino-silikatu, mineralu berilu [AlBe₃(Si₆O₁₈)]. Izvori magnezijuma su magnezit (MgCO₃), odnosno dolomit (CaCO₃*MgCO₃). Umorskoj vodi se nalazi kao rastvoren MgCl₂, dok u mineralnim vodama dolazi u obliku MgSO₄.

Najvažniji izvori kalcijuma su krečnjak (CaCO₃ - kreda, mermer) i gips (CaSO₄*2H₂O), stroncijuma stroncionit (SrCO₃) i celesit (SrSO₄), a barijuma witherit (BaCO₃) i barit (BaSO₄).

Radijum dolazi u malim količinama u rudama urana i torijuma.

Reakcije

Reaktivnost zemnoalkalnih metala povećava se porastom atomske težine, jer valenti elektroni postaju udaljeniji od jezgra i time se lakše otpuštaju.

Svi zemnoalkalni metali, izuzimajući berilijum i magnezijum koji reaguje s vodenom parom, reaguju s vodom gradeći baze. Reakcija nije burna (kod Ca) kao reakcija alkalnih, ali povećanjem atomske težine postaje burnija (kao kod Ba).

Ca + 2H₂O -> Ca(OH)₂ + H₂

Zemnoalkalni metali reaguju i sa kiseonikom i sa azotom iz vazduha gradeći okside i nitride. Barijum gradi i superoksid. Nisu korozivni, jer se pri dužem stajanju na metalu stvara tanka prevlaka oksida koja sprečava dalju reakciju.

2Mg + O₂ -> 2MgO

3Ca + N₂ -> Ca₃N₂

Ba + O₂ -> BaO₂

Svi zamnoalkalni metali reaguju i sa halogenima i vodonikom (što je reaktivniji halogen i što je reaktivniji metal reakcija se lakše odvija) gradeći halogenide i hidride.

M + X₂ -> MX₂

Reaguju i sa kiselinama (berilijum samo kao prah, jer ga prevlaka oksida štiti).

M + 2HA -> MA₂ + H₂ ...

Berilijum, kao amfoteran element, reaguje i sa jakim bazama (poput NaOH).

Be + 2NaOH + H₂O -> Na₂Be(OH)₄ + H₂

Reaguju i sa CO₂ iz vazduha:

2M + O₂ + 2CO₂ -> 2 MCO₃

Primena

Pošto reaguju sa svim glavnim sastojcima vazduha - O₂, N₂ i CO₂, zemnoalkalni metali se koriste za odstranivanje tragova vazduha iz visokovakuumskih cevi. Najčešće se u ovu svrhu upotrebljava kalcijum.

Magnezijum ima veliku tehničku primenu kao laka legura. Vrlo se jeftino dobija iz morske vode - u jednom km³ morske vode ima 5000 tona magnezijuma.

Daleko širu primenu imaju jedinjenja alkalnih metala.

Jedinjenja

Jedinjenja ovih metala, osim belirijuma su jonske, čvrste supstance, često kristalne i hidratisane. Možemo ih podeliti na hidrokside i soli - najvažnije su karbonati i bikarbonati, hloridi, sulfati, nitrati...

Hidroksidi zemnoalkalnih metala su slabije rastvorni u vodi od alkalnih. Kao alkaliju možemo upotrebiti samo Ba(OH)₂. Be(OH)₂ je amfoteran, Mg(OH)₂ slabo bazan, dok su hidroksidi težih metala jače baze.

Karbonati su najrasprostranjenije soli metala druge grupe. Praktično su nerastvorni. Delovanjem vode koja sadrži rastvorenog ugljenik(IV)oksida prelaze u bolje rastvorne bikarbonate, koji su pak stabilni samo u rastvoru, a pri taloženju se ponovo izdvajaju karbonati. Ovo je proces kojim se u prorodi prenose velike količine kalcijum karbonata (izgrađeni planinski venci).

CaCO₃ + CO₂ + H₂O <-> Ca(HCO₃)₂

Karbonati se pri žarenju raspadaju:

MCO₃ -> MO + CO₂

Hloridi metala druge grupe su veoma hidrofilni (navlače vodu). Dobro s rastvorni u vodi.

Sulfati zemnoalkalnih metala su slabo rastvorni u vodi, pri čemu izuzetak čini MgSO₄.

Nitrati su rastvorni u vodi, a zagrevanjem se raspadaju:

M(NO₃)₂ -> MO + O₂ + N₂O₃

Literatura:

- Periodic Table (mini)

- PSE sa Sveta Hemije