Zapisz jako PDF

Berylowce
Spis treści
1 Właściwości fizyczne
2 Wodorki berylowców
3 Tlenki berylowców
4 Nadtlenki
5 Wodorotlenki
6 Iloczyn rozpuszczalności
7 Chlorki, fluorki, węglany
8 Siarczany
9 Twardość wody
10 Analiza jonów berylowców
11 Jony metali bloku s w strukturach biologicznych
Właściwości fizyczne
Promienie jonowe berylowców są mniejsze niż promienie jonowe litowców (w tym samym
okresie) ze względu na większy ładunek jądra.
Berylowce zawierają dwa elektrony walencyjne, mają więc wyższe temperatury topnienia i
wrzenia oraz większą gęstość.
Berylowce są elektrododatnie, reaktywne chemicznie i mają wysokie ujemne standardowe
potencjały redoks.
Beryl tworzy wiązania kowalencyjne spolaryzowane w większości związków.
Magnez wykazuje właściwości pośrednie pomiędzy berylem a pozostałymi metalami grupy,
których związki mają charakter całkowicie jonowy.
Wapń, stront i bar tworzą grupę blisko spokrewnionych pierwiastków, których właściwości
chemiczne i fizyczne zmieniają się systematycznie ze wzrostem rozmiarów jonu.
Wodorki berylowców
Wszystkie berylowce ogrzewane w atmosferze gazowego wodoru tworzą wodorki typu MH2 (M
oznacza atom metalu)
M + H2 → MH2.
Są to bezbarwne ciała stałe, które reagują z wodą wydzielając wodór:
MH2 + 2H2O → M2+ + 2OH¯ + 2H2.
Wodorki BeH2 i MgH2 są związkami o charakterze pośrednim między jonowym a
kowalencyjnym.
Wodorki wapnia, strontu i baru należą do wodorków jonowych typu soli.
Tlenki berylowców
Tlenki berylowców otrzymuje się w wyniku ogrzewania metali w tlenie lub przez termiczny
rozkład węglanów bądź wodorotlenków:
MCO3 → MO + CO2,
M(OH)2 → MO + H2O.
BeO tworzy sieć przestrzenną charakterystyczna dla substancji w znacznym stopniu
kowalencyjnych; dalsze tlenki mają strukturę jonową i tworzą sieci przestrzenne typu chlorku
sodowego.
BeO nie reaguje z wodą, MgO reaguje tylko wówczas, gdy ma silnie rozwiniętą powierzchnię,
pozostałe tlenki łatwo reagują z wodą
MO + H2O → M(OH)2.
Tlenki berylowców mają wysokie temperatury topnienia (są używane do wykładania wnętrz
pieców używanych do produkcji stali).
Nadtlenki
Beryl nie tworzy nadtlenku, magnez tworzy tylko uwodniony nadtlenek, pozostałe metale
tworzą nadtlenki MO2 podczas ogrzewania odpowiednich tlenków w strumieniu powietrza w
temp. 500°C.
Nadtlenek baru rozkłada się w temperaturze powyżej 700°C:
BaO2 → BaO + ½ O2.
Nadtlenek baru rozkłada się w rozcieńczonych roztworach kwasów z wydzieleniem nadtlenku
wodoru:
BaO2 + 2H+ → Ba+ + H2O2.
Ze względu na przebieg tych reakcji nadtlenek baru wykorzystuje się do otrzymywania tlenu i
nadtlenku wodoru.
Wodorotlenki
Wodorotlenki berylowców otrzymuje się w egzotermicznym procesie nazywanym gaszeniem
MO + H2O → M(OH)2,
ΔH = -67kJ.
Wodorotlenki słabo rozpuszczają się w wodzie, o czym świadczą ich iloczyny rozpuszczalności.
Iloczyn rozpuszczalności
Iloczyn rozpuszczalności jest wielkością charakteryzującą roztwory pozostające w równowadze
z osadem.
Jeżeli jon M+ reaguje z jonem A¯ tworząc trudno rozpuszczalny związek MA, to równowagę
reakcji
M+ + A¯ ⇔ MA(¯)
można opisać stałą równowagi strącania osadu
.
lub stałą równowagi rozpuszczania osadu
[MA] jest wielkością stałą (faza stała, którą jest wytrącony z roztworu osad), zatem stałe
można wyrazić tylko za pomocą stężeń jonów.
Iloczyn
i
jest nazywany iloczynem rozpuszczalności.
Chlorki, fluorki, węglany
Chlorek i fluorek berylu nie przewodzą prądu elektrycznego w stanie stopionym, z czego
wynika, że mają one budowę cząsteczkową.
Chlorki i fluorki pozostałych metali grupy II są związkami jonowymi.
CaF2 jest nierozpuszczalny w wodzie, CaCl2 wykazuje tak duże powinowactwo do wody, że jest
stosowany jako środek suszący i odwadniający.
Wszystkie węglany berylowców są nierozpuszczalne w wodzie, wskutek czego występują w
dużych ilościach jako minerały (CaCO3, znany pod nazwą wapienia, jest najbardziej
rozpowszechnionym niekrzemianowym minerałem).
Wapień łatwo rozpuszcza się w wodach gruntowych, które zawierają CO2
CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3¯.
Siarczany
Siarczany wykazują szeroki zakres rozpuszczalności (bardzo dobrze rozpuszczalny BeSO4 do
praktycznie nierozpuszczalnego RaSO4).
Rozpuszczalność siarczanów zmniejsza się w miarę przechodzenie w dół grupy (efekt
przeciwny do rozpuszczalności wodorotlenków).
MgSO4∙7H2O (sól gorzka) ma zastosowanie w medycynie.
CaSO4∙2H2O (gips) ma zastosowanie w budownictwie.
BaSO4 ma zastosowanie w diagnostyce medycznej jako środek kontrastujący oraz w przemyśle
jako biały pigment.
Twardość wody
Twardość wody jest związana z obecnością jonów Ca2+, Mg2+, Fe2+.
Rozróżnia się 2 rodzaje twardości wody: przemijającą (węglanową) spowodowana obecnością
jonów HCO3¯ łącznie z wymienionymi jonami oraz trwałą (niewęglanową) spowodowaną
obecnością tylko jonów dwudodatnich .
Twardość wody jest niepożądana ze względu na fakt wytrącania się węglanu wapnia na skutek
reakcji
Ca2+ + 2HCO3¯ ⇔ CaCO3 + H2O + CO2.
Dla celów przemysłowych konieczne jest zmiękczanie wody, polegające na usuwaniu kationów
na drodze reakcji chemicznej (kompleksowania jonów metali lub wytrącania ich z roztworów w
postaci soli trudno rozpuszczalnych) bądź na drodze wymiany jonowej.
Analiza jonów berylowców
W analizie jakościowej jonów berylowców wykorzystuje się różnice w rozpuszczalności
poszczególnych związków.
Procedura analityczna identyfikacji poszczególnych jonów w roztworze zawierającym Mg2+,
Ca2+, Sr2+, Ba2+:
wytrącanie żółtego osadu BaCrO4 za pomocą K2CrO4 w buforze octanowym (Ks = 1,5 x
10-9),
wytrącanie jasnożółtego osadu SrCrO4 po dodaniu do roztworu NH3 w celu zmiany
środowiska oraz alkoholu dla zmniejszenia rozpuszczalności (Ks = 7,6 x 10-7),
wytrącanie białego osadu CaC2O4 (Ks = 1,3 x 10-9) po dodaniu NH4C2O4,
wytrącanie osadu MgNH4PO4 po dodaniu NH3 oraz Na2HPO4.
Jony metali bloku s w strukturach biologicznych
Wśród litowców największe znaczenie w strukturach biologicznych mają jony Na+ i K+. Są
niezbędnym elementem działania pompy sodowo-potasowej. Jest to jeden z podstawowych
systemów transportu jonów przez błony biologiczne, umożliwiający regulację stężeń obu jonów
w cytoplazmie i na zewnątrz komórki. Zmiany stężeń jonów sodu i potasu po obu stronach błon
komórkowych decydują o zmianach potencjału błonowego, który reguluje działanie kanałów
jonowych.
Jony Ca2+ pełnią funkcję sygnałową. Zmiany stężeń jonów wapniowych uruchamiają systemy
przekazywania sygnałów w komórkach. Działanie jonów Ca2+ związane jest z tworzeniem
kompleksów ze specyficznym białkiem kalmoduliną.
Jony Mg2+ są składnikami wielu białek enzymatycznych oraz chlorofilu, barwnika
fotosyntetycznego roślin zielonych. Obecność jonów Mg2+ w centrach wiążących białek ułatwia
wiązanie substratów i przebieg reakcji.