Fizikai és kémiai viselkedés

admin 0 Comments Articles

Fizikai és kémiai viselkedés

A lúgos-földfémek erősen fémesek és jó áramvezetők. Frissen vágva szürkésfehér fényük van, de levegőn könnyen mattulnak, különösen a csoport nehezebb tagjai. A berillium elég kemény ahhoz, hogy megkarcolja az üveget, de a bárium csak kevéssel keményebb az ólomnál. A csoport olvadáspontja (mp) és forráspontja (bp) magasabb, mint a megfelelő alkálifémeké; ezek szabálytalanul változnak, a magnéziumé a legalacsonyabb (mp 650 °C és bp 1 090 °C ), a berilliumé a legmagasabb (mp 1 287 °C és bp kb. 2 471 °C ). Az elemek a három szabályos, szoros csomagolású fémes kristályforma közül egy vagy több kristályosodik.

Kémiailag mindegyik erős redukálószer. A szabad fémek oldódnak folyékony ammóniában, a kalcium, a stroncium és a bárium sötétkék oldatai nagy érdeklődést keltenek, mert úgy gondolják, hogy fémionokat és a legszokatlanabb fajokat, szolvált elektronokat, vagyis a fém és az oldószer kölcsönhatásából származó elektronokat tartalmaznak. Ezeknek az elemeknek a nagy koncentrációjú oldatai fémes, rézszerű megjelenésűek, és további párologtatásuk során ammóniatartalmú maradékok (ammóniátok) keletkeznek, amelyek megfelelnek az M(NH3)6 általános képletnek. Idővel az ammóniátok bomlanak, és az amidok, M(NH2)2 képződnek. Az oldatok erős redukálószerek, és számos kémiai folyamatban hasznosak.

Az alkáliföldfémek atomjai mind hasonló elektronszerkezettel rendelkeznek, amely egy legkülső orbitálon egy elektronpárból (s-elektronoknak nevezett) áll, amelyen belül a nemesgázokéhoz hasonló stabil elektronkonfiguráció található. A nemesgáz-elemek – hélium (He), neon (Ne), argon (Ar), kripton (Kr), xenon (Xe) és radon (Rn) – általában teljes elektronhéjjal rendelkeznek. A stroncium konfigurációja 1s22s22p63s23p63d104s24p65s2, amely 5s2-ként írható. Hasonlóképpen a berilliumot 2s2-nek, a magnéziumot 3s2-nek, a kalciumot 4s2-nek, a báriumot 6s2-nek, a rádiumot pedig 7s2-nek lehet jelölni. Az elemek atomi színképében az elemek bizonyos körülmények között történő hevítésekor kapott kiemelkedő vonalak az atom olyan állapotaiból származnak, amelyekben a két s elektron közül az egyik magasabb energiájú pályára került.

Az s elektronok viszonylag könnyen ionizálhatók (eltávolíthatók az atomból), és ez az ionizáció az alkáliföldfémek kémiájának jellegzetes vonása. Az ionizációs energia (az elektron atomból való eltávolításához szükséges energia) folyamatosan csökken a sorban a berilliumtól (9,32 elektronvolt ) a báriumig (5,21 eV); a rádium, a csoport legnehezebb tagja, valamivel magasabb ionizációs energiával rendelkezik (5,28 eV). A periódusos rendszerben megjelenő csoportban lefelé haladva az egyébként egyenletes változásban megfigyelhető kis szabálytalanságok a táblázat egymást követő soraiban az elektronhéjak egyenlőtlen kitöltésével magyarázhatók. Az s elektronok az azonos főkvantumszámú p pályákra (ugyanazon héjon belül) a kémiai kötések kialakításához szükséges energiákhoz hasonló energiákkal is feljuttathatók; a könnyebb atomok ezért képesek stabil kovalens kötésű szerkezetek kialakítására, ellentétben a héliummal, amelynek egyébként analóg elektronkonfigurációja 1s2.

A legtöbb esetben ezen elemek kémiáját a kétszeresen töltött M2+ ionok kialakulása és tulajdonságai uralják, amelyekben a legkülső s elektronokat a fématomtól megfosztották. A keletkező iont egy oldószerrel, például vízzel való elektrosztatikus kölcsönhatás stabilizálja, amelynek nagy a dielektromos állandója és nagy az elektromos töltés elnyelésére való képessége, vagy egy ionrácsban ellentétes töltésű ionokkal való kombináció, mint amilyen a sókban található. A második s elektron eltávolításához szükséges többletenergiát (a második ionizációs energia körülbelül kétszerese az elsőnek) bőven kompenzálja a kétszeresen töltött ionban jelenlévő extra kötési energia. A harmadik elektron eltávolítása egy alkáli-föld atomból azonban nagyobb energiaráfordítást igényelne, mint amennyit bármely ismert kémiai környezetből vissza lehetne nyerni. Ennek eredményeként az alkáliföldfémek vegyületeikben nem mutatnak +2-nél nagyobb oxidációs állapotot.

A belső magjuk növekvő méretének megfelelően az alkáliföldfémek ionjainak sugara folyamatosan növekszik a Be2+-tól, amelynek sugara 0,27 angström (Å; 1 Å = 10-8 cm) 4-es koordinációs szám esetén (azaz, négy ion vagy más molekula kötődik hozzá), a Ra2+ -ig, amelynek sugara 1,48 Å és koordinációs száma 8.

A táblázatban az alkáliföldfémek néhány tulajdonságát mutatjuk be.