Бериллий, магний и щелочноземельные Ме.
Кальций, стронций, барий и радий – s- металлы IIA группы периодической системы – содержат на внешнем уровне по два электрона (ns2), которые они стремятся отдать и поэтому во всех соединениях проявляют только одну степень окисления +2.
В соответствии с общей закономерностью способность отдавать электроны у этих Ме увеличивается сверху вниз по группе от Be до Ra. Щелочноземельные Ме, хотя и менее реакционноспособные, чем соответствующие щелочные Ме, из-за уменьшения атомного радиуса все равно являются сильными восстановителями и располагаются вначале ряда напряжений Ме.
Восстановительные свойства.
s-металлы IIA группы по восстановительным свойствам подобны щелочным Ме, но они менее активно реагируют с неметаллами, образуя галогениды (MeCl2), оксиды(MeO), сульфиды(MeS), нитриды(Me3N2), карбиды(MeC2)и даже гидриды (МеН2). С водой и растворами кислот щелочноземельные Ме реагируют подобно щелочным , но менее активно, что соответствует их положению в ряду напряжений.
Из всех s-элементов IIА группы только бериллий реагирует и с кислотами и с водными растворами щелочей, так как оксид и гидроксид бериллия амфотерны:
Be + 2HCl = BeCl2 + H2↑
Be0 + 2H2+O + 2NaOH = Na2[Be+2(OH)4] + H20↑
В обеих реакциях восстановителем является бериллий, а окислителем – катион Н+, входящий в состав или кислоты, или воды.
Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов.
Свойства соединений элементов IIА группы, в отличие от соединений IА группы, при движении сверху вниз изменяются более резко. Так, во IIА группе при движении сверху вниз резко усиливаются основные свойства, растворимость и термическая устойчивость оксидов и гидроксидов Ме.
Из этих Ме только бериллий образует амфотерные оксид и гидроксид, которые реагируют как с кислотами, так и со щелочами. В воде эти соединения бериллия не растворяются.
Be(OH)2 + H2SO4 = BeSO4 + 2H2O
Be(OH)2 + 2NaOH = Na2[Be(OH)4]
Оксид и гидроксид магния также не растворимы в воде, но проявляют уже только основные свойства: реагируют с кислотными оксидами и кислотами, со щелочами и водой не взаимодействуют. Кальций, стронций и барий образуют оксиды и гидроксиды с сильными основными свойствами. Они растворяются в воде, образуя растворы сильных оснований – щелочи. Отсюда произошла первая часть названия Ме кальция, стронция, бария –« щелочноземельные», вторая часть названия произошла из-за сходства термической устойчивости оксидов CaO, SrO, BaO и оксида алюминия, именовавшегося «землей».
Наибольшее практическое применение из оксидов щелочноземельных Ме имеет оксид кальция СаО (техническое название «негашеная известь»). Известняк, мел, мрамор – карбонатные породы, имеющие общую формулу СаСО3. Многие соли s-элементов IIА группы находят применение в медицине.CaCl2*6H2O применяют для снятия сердечно-сосудистого спазма, для улучшения свертываемости крови, при переломах костей и ревматизме.MgSO4*7H2O (горькая соль, магнезия) используется при гипертонии, как слабительное и желчегонное средство.BaSO4 применяют как контрастное вещество при рентгеноскопии пищевода и желудка. 2CaSO4*H2O (алебастр) широко используется в травматологии, стоматологии и строительстве, т.к. при замешивании его с водой образуется нерастворимый CaSO4*2H2O (гипс)
2CaSO4*H2O + 3H2O= 2(CaSO4*2H2O)
Жесткость воды.
Содержание в природной воде растворимых солей кальция и магния характеризуется жесткостью воды. Различают временную и постоянную жесткость, из которых складывается общая жесткость.
Общая жесткость воды:
- временная (гидрокарбонатная)жесткость воды – Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, Fe(HCO3)2;
- постоянная (некарбонатная) жесткость воды – CaCl2, MgCl2, CaSO4, MgSO4
Жесткая вода непригодна для использования во многих технологических процессах и в быту, она наносит вред организму, т.к. при длительном употреблении приводит к образованию камней в почках. В природной жесткой воде резко уменьшается моющее действие мыла вследствие образования нерастворимых кальциевых и магниевых солей высших жирных кислот, из-за чего мыло плохо пенится в такой воде:
2C17H35COONa(мыло) + CaCl2 = (C17H35COO)2Ca↓ + 2NaCl
Способы устранения жесткости воды:
а). Кипячение применяют для устранения только временной жесткости воды:
Ca(HCO3)2 = CaCO3 ↓ + CO2↑ + H2O
Ma(HCO3)2 = Mg(OH)2↓ + CO2↑
Разложение гидрокарбоната магния происходит иначе, чем гидрокарбоната кальция, вследствие гидролиза соли по катиону и выпадения в осадок гидроксида магния, менее растворимого, чем карбонат магния.
Остальные способы применяют для устранения общей жесткости воды, как временной, так и постоянной.
б). Известково-содовый способ. При этом методе применяют химические реагенты: известь Са(ОН)2 или соду Na2CO3.
Устранение временной жесткости:
Ca(HCO3)2 + Са(ОН)2 = 2СаСО3↓ + 2Н2О
Ca(HCO3)2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaHCO3
Устранение постоянной жесткости:
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3↓ + 2NaCl
MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3↓ + Na2SO4
в). Фосфатный способ. Реагент – фосфат натрия:
3CaCl2 + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2↓ + 6NaCl