Гипермаркет знаний>>Химия>>Химия 9 класс>> Химия: Бериллий, магний и щелочноземельные металлы

Строение и свойства атомов. Бериллий Ве, магний Мё и щелочноземельные металлы кальций Са, стронций Sr, барий Ва и радий Ra — элементы главной подгруппы II группы Периодической системы. Атомы этих элементов содержат на внешнем энергетическом уровне два электрона, которые они отдают при химических взаимодействиях, и поэтому являются сильнейшими восстановителями. Во всех соединениях они имеют степень окисления +2. С ростом порядкового номера сверху вниз в подгруппе восстановительные свойства элементов усиливаются, что связано с увеличением радиусов их атомов.

Радий — радиоактивный элемент, содержание его в природе невелико.

Бериллий, магний и щелочноземельные металлы — простые вещества. Легкие серебристо-белые металлы, стронций имеет золотистый оттенок. Он значительно тверже щелочных металлов, барий же по мягкости напоминает свинец.

На воздухе при обычной температуре поверхность бериллия и магния покрывается защитной оксидной пленкой. Щелочноземельные металлы взаимодействуют с кислородом воздуха более активно, поэтому их хранят под слоем керосина или в запаянных сосудах, как и щелочные металлы.

При нагревании на воздухе все рассматриваемые металлы энергично сгорают с образованием оксидов. Для записи уравнений реакций также воспользуемся общим обозначением металлов М:

Реакция сжигания магния сопровождается ослепительной вспышкой, раньше она применялась при фотографировании объектов в темных помещениях. В настоящее время используют электрическую вспышку.

Бериллий, магний и все щелочноземельные металлы взаимодействуют при нагревании с неметаллами — хлором, серой, азотом и т. д., образуя соответственно хлориды, сульфиды, нитриды:

Из всех металлов главной подгруппы II группы только бериллий практически не взаимодействует с водой (препятствует защитная пленка на его поверхности), магний реагирует с ней медленно, остальные металлы бурно взаимодействуют с водой при обычных условиях:

Подобно алюминию магний и кальций способны восстанавливать редкие металлы — ниобий, тантал, молибден, вольфрам, титан и др. — из их оксидов.

Такие способы получения металлов по аналогии с алюминотермией называют магниетермией и кальциетермией.

Магний и кальций применяют для производства редких металлов и легких сплавов. Например, магний входит в состав дюралюминия, а кальций — один из компонентов свинцовых сплавов, необходимых для изготовления подшипников и оболочек кабелей.

Соединения бериллия, магния и щелочноземельных металлов. В природе щелочноземельные металлы, как и щелочные металлы, находятся только в форме соединений вследствие своей высокой химической активности.

Оксиды МО — твердые белые тугоплавкие вещества, устойчивые к воздействию высоких температур.

Проявляют основные свойства, кроме оксида бериллия, имеющего амфотерный характер.

Оксид магния малоактивен в реакции с водой, все остальные оксиды очень бурно взаимодействуют с ней:

МО + Н20 = М(ОН)2

Оксиды получают обжигом карбонатов: МС03 = МО + С02

В технике оксид кальция СаО называют негашеной известью, а МgО — жженой магнезией. Оба этих оксида используют в производстве строительных материалов.

Гидроксиды щелочноземельных металлов относятся к щелочам. Их растворимость в воде растет от Са(ОН)2 к Ва(ОН)2. Эти гидроксиды получают взаимодействием соответствующего оксида с водой.

Реакция оксида кальция с водой сопровождается выделением большого количества теплоты и называется гашением извести (рис. 11), а образующийся Са(ОН)2 — гашеной известью:

СаО + Н20 = Са(ОН)2

Прозрачный раствор гидроксида кальция называется известковой водой, а белая взвесь Са(ОН)2 в воде — известковым молоком. Гашеная известь широко используется в строительстве. Известковое молоко применяют в сахарной промышленности для очистки свекловичного сока.

Соли бериллия, магния и щелочноземельных металлов получают взаимодействием их с кислотами. Галогениды (фториды, хлориды, бромиды и иодиды) этих металлов — белые кристаллические вещества, большинство из них растворимо в воде.

Из сульфатов хорошо растворимы в воде только сульфаты бериллия и магния. Растворимость сульфатов уменьшается от ВеSO4 к ВaSO4. Карбонаты этих металлов малорастворимы или совсем нерастворимы в воде.

Сульфиды щелочноземельных металлов, содержащие в малых количествах примеси тяжелых металлов, после предварительного освещения начинают светиться различным цветом — красным, оранжевым, голубым, зеленым. Они входят в состав специальных светящихся красок, которые называют фосфорами. Их используют для изготовления светящихся дорожных знаков, циферблатов и т. п.

Рассмотрим наиболее важные соединения элементов главной подгруппы II группы периодической системы.

СаС03 — карбонат кальция — одно из самых распространенных на Земле соединений. Вам хорошо известны такие содержащие его минералы, как мел, мрамор, известняк.

Самый важный из этих минералов — известняк, без которого не обходится ни одно строительство. Во-первых, он сам является прекрасным строительным камнем (вспомните знаменитые одесские катакомбы — бывшие каменоломни, в которых добывали камень для строительства города), во-вторых, это сырье для получения других материалов: цемента, гашеной и негашеной извести, стекла и др.

Известковой щебенкой укрепляют дороги, а порошком — уменьшают кислотность почв.

Природный мел представляет собой остатки раковин древних животных (рис. 12). Один из примеров его использования вы хорошо знаете — это школьные мелки, зубные пасты. Мел применяют в производстве бумаги и резины, а также для побелки.

Мрамор — это минерал скульпторов, архитекторов и облицовщиков. Из него создавал свои прекрасные творения Микеланджело (рис. 13), стены всемирно известного индийского мавзолея-Тадж-Махал выложены из мрамора, им же облицованы многие станции московского метро.

МgС03 — карбонат магния, необходим в производстве стекла, цемента, кирпича, а также в металлургии для перевода пустой породы, т. е. не содержащей соединения металла, в шлак.

СаS04 — сульфат кальция, встречается в природе в виде минерала гипса СаSO4 • 2Н20, представляющего собой кристаллогидрат. Используется в строительстве, в медицине для наложения неподвижных гипсовых повязок, для получения слепков.

Для этого применяют полуводный гипс 2СаS04 • Н20 — алебастр, который при взаимодействии с водой образует двувод-ный гипс:

2СаS04 • Н20 + Н20 = 2СаS04 • 2Н2О

Эта реакция идет с выделением теплоты.

— сульфат магния, известный под названием горькая, или английская, соль, используемый в медицине в качестве слабительного средства. Содержится в морской воде и придает ей горький вкус.

ВаS04 — сульфат бария благодаря нерастворимости и способности задерживать рентгеновские лучи применяется в рентгенодиагностике («баритовая каша») при заболеваниях желу-дочно-кишечного тракта.

Са3(РO4)2 — фосфат кальция, входит в состав фосфоритов (горная порода) и апатитов (минерал), а также в состав костей и зубов. В организме взрослого человека содержится более 1 кг кальция в виде соединения Са3(Р04)2.

Кальций имеет важное значение для живых организмов, это материал для постройки костных скелетов. Он играет существенную роль и в самих процессах жизнедеятельности: ионы кальция регулируют работу сердца, участвуют в процессах свертывания крови.

На долю кальция приходится более 1,5% от массы тела человека, 98% кальция содержится в костях скелета. Однако кальций не только делает наши кости крепче, но и способствует работе нервной системы. При недостатке кальция руки теряют способность удерживать предметы, мышцы начинают судорожно сокращаться, кровь перестает свертываться, нервная система приходит в негодность, а сердечная мышца отказывается нормально работать.

Чтобы не было проблем со здоровьем из-за нехватки кальция, здоровый человек должен получать в день 1,5 г его. Необходимо при этом помнить, что организм усваивает кальций только в присутствии жиров: на каждые 0,06 г кальция нужно съесть 1 г жира. Наибольшее количество кальция содержится в сыре, твороге, петрушке, салате и других продуктах.

Магний также является необходимым биоэлементом, играя роль стимулятора обмена веществ, содержится в печени, костях, крови, нервной ткани и мозге. Магния в человеческом организме намного меньше, чем кальция, — всего около 40 г. Однако ему отведена очень важная роль: ионы магния «сшивают» молекулы белка в клубочки, обеспечивая тем самым присущую для живых организмов структуру этих молекул. Магний входит в состав хлорофилла, а следовательно, участвует в процессах фотосинтеза. Без хлорофилла не было бы жизни, а без магния — хлорофилла, ведь в нем содержится 2% этого элемента.

Открытие магния и кальция. Магний был впервые получен Г. Дэви в 1808 г. из белой магнезии — минерала, найденного близ греческого города Магнезия. По названию минерала и дали название простому веществу и химическому элементу.

Полученный Г. Дэви металл был загрязнен примесями, а чистый магний получил француз А. Бюсси в 1829 г.

Кальций был впервые получен также Г. Дэви в 1808 г., название элемента происходит от лат. слова кальс, что означает «известь, мягкий камень».

1. Строение атомов бериллия и магния, щелочноземельных металлов.

2. Химические свойства бериллия, магния и щелочноземельных металлов: образование оксидов, хлоридов, сульфидов, нитридов, гидридов и гидроксидов.

3. Магииетермия и кальциетермия.

4. Оксиды кальция — негашеная известь и магния — жженая магнезия.

5. Гидроксиды кальция — гашеная известь, известковая вода, известковое молоко — и других щелочноземельных металлов.

6. Соли: карбонаты кальция — мел, мрамор, известняк — и магния; сульфаты — гипс, горькая соль, «баритовая каша»; фосфаты.

Массовая доля костей человека составляет 20% от общей массы организма. На долю фосфата кальция, входящего в состав костей, приходится также 20% от массы костей. Зная свой вес, рассчитайте, сколько килограммов фосфата кальция содержится в вашем организме. Сколько килограммов кальция содержится в нем?

Вспомните из курса анатомии, что такое гемофилия. Почему гемофиликам вводят при кровотечениях раствор хлорида кальция?

Какое количество вещества гашеной извести может быть получено из 2 т известняка, содержащего 25% примесей?

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

МСO3 -> МО -> М(ОН)2 -> МSO3 -> МS04

Какие металлы главной подгруппы II группы могут быть использованы для этих превращений, а какие — нет? Почему?

Напишите уравнения реакций для осуществления превращений:

Уравнение последней реакции запишите также в ионной форме.

Используя в качестве примера приведенное в предыдущем параграфе сочинение ученицы, напишите свое сочинение о химическом веществе или процессе, посвященное химии щелочноземельных металлов.

Почему для гипсовых повязок используется не гипс СаSO4 • 2Н20, а алебастр 2СаS04 • Н20? Какой процесс происходит при наложении такой повязки?

Подберите условия для смещения химического равновесия системы

СаС03 -> СаО + С02 - Q

вправо, руководствуясь принципом Ле Шателье.

_{методические рекомендации по химии, дополнения к школьной программе по химии 9 класса, шпаргалки и конспекты уроков}

Содержание урока
 конспект урока                       
 опорный каркас  
 презентация урока
 акселеративные методы 
 интерактивные технологии 

Практика
 задачи и упражнения 
 самопроверка
 практикумы, тренинги, кейсы, квесты
 домашние задания
 дискуссионные вопросы
 риторические вопросы от учеников

Иллюстрации
 аудио-, видеоклипы и мультимедиа 
 фотографии, картинки 
 графики, таблицы, схемы
 юмор, анекдоты, приколы, комиксы
 притчи, поговорки, кроссворды, цитаты

Дополнения
 рефераты
 статьи 
 фишки для любознательных 
 шпаргалки 
 учебники основные и дополнительные
 словарь терминов                          
 прочие 

Совершенствование учебников и уроков
 исправление ошибок в учебнике
 обновление фрагмента в учебнике 
 элементы новаторства на уроке 
 замена устаревших знаний новыми 

Только для учителей
 идеальные уроки 
 календарный план на год  
 методические рекомендации  
 программы
 обсуждения


Интегрированные уроки

Если у вас есть исправления или предложения к данному уроку, напишите нам.

Если вы хотите увидеть другие корректировки и пожелания к урокам, смотрите здесь - Образовательный форум.