Fyzikální a chemické vlastnosti

admin 0 Comments Articles

Fyzikální a chemické vlastnosti

Alkalické zeminy jsou vysoce kovové a dobře vedou elektrický proud. Na čerstvém řezu mají šedobílý lesk, ale na vzduchu snadno dehtují, zejména těžší členové skupiny. Beryllium je dostatečně tvrdé, aby poškrábalo sklo, ale baryum je jen o málo tvrdší než olovo. Teploty tání (mp) a varu (bp) této skupiny jsou vyšší než u příslušných alkalických kovů; liší se nepravidelně, nejnižší má hořčík (mp 650 °C a bp 1 090 °C ) a nejvyšší beryllium (mp 1 287 °C a bp asi 2 471 °C ). Prvky krystalizují v jedné nebo více ze tří pravidelných těsně uspořádaných kovových krystalových forem.

Z chemického hlediska jsou to všechno silné redukční činidla. Volné kovy jsou rozpustné v kapalném amoniaku, přičemž tmavě modré roztoky vápníku, stroncia a barya vzbuzují značný zájem, protože se předpokládá, že obsahují ionty kovů a nejneobvyklejší druhy, solvatované elektrony nebo elektrony vzniklé interakcí kovu a rozpouštědla. Vysoce koncentrované roztoky těchto prvků mají kovový, mědi podobný vzhled a jejich dalším odpařováním vznikají zbytky obsahující amoniak (amoniaky), které odpovídají obecnému vzorci M(NH3)6 . Časem se amoniaky rozkládají za vzniku amidů, M(NH2)2. Tyto roztoky jsou silnými redukčními činidly a jsou užitečné v řadě chemických procesů.

Všechny atomy prvků alkalické zeminy mají podobnou elektronickou strukturu, která se skládá z páru elektronů (označovaných s elektrony) ve vnějším orbitalu, uvnitř kterého je stabilní elektronická konfigurace odpovídající konfiguraci vzácného plynu. Prvky vzácných plynů – helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) a radon (Rn) – mají obecně úplné elektronové obaly. Stroncium má konfiguraci 1s22s22p63s23p63d104s24p65s2, kterou lze zapsat jako 5s2. Podobně lze beryllium označit jako 2s2, hořčík jako 3s2, vápník jako 4s2, baryum jako 6s2 a radium jako 7s2. Výrazné čáry v atomových spektrech prvků, které se získají při zahřívání prvků za určitých podmínek, vznikají ze stavů atomu, v nichž byl jeden ze dvou elektronů s povýšen na orbital s vyšší energií.

Elektrony s se poměrně snadno ionizují (odstraňují z atomu) a tato ionizace je charakteristickým rysem chemie alkalických zemin. Ionizační energie (energie potřebná k odebrání elektronu z atomu) plynule klesá v řadě od berylia (9,32 elektronvoltu ) po baryum (5,21 eV); radium, nejtěžší ve skupině, má o něco vyšší ionizační energii (5,28 eV). Drobné nepravidelnosti pozorované v jinak plynulé změně při postupu po skupině, jak se objevuje v periodické tabulce, se vysvětlují nerovnoměrným zaplněním elektronových obalů v po sobě jdoucích řádcích tabulky. Elektrony s mohou být také povýšeny na orbitaly p se stejným hlavním kvantovým číslem (v rámci téže slupky) energiemi podobnými těm, které jsou potřebné pro tvorbu chemických vazeb; lehčí atomy jsou proto schopny vytvářet stabilní kovalentně vázané struktury, na rozdíl od helia, které má jinak analogickou elektronickou konfiguraci 1s2.

Ve většině případů chemii těchto prvků dominuje tvorba a vlastnosti dvojnásobně nabitých iontů M2+, v nichž byly atomu kovu odebrány krajní elektrony s. V případě, že jsou elektrony s nabitější než elektrony s, mohou být elektrony s nabitější než elektrony s nabitější. Vzniklý iont je stabilizován elektrostatickou interakcí s rozpouštědlem, jako je voda, která má vysokou dielektrickou konstantu a velkou schopnost absorbovat elektrický náboj, nebo kombinací s ionty opačného náboje v iontové mřížce, jaká se nachází v solích. Dodatečná energie potřebná k odstranění druhého elektronu s (druhá ionizační energie je přibližně dvakrát větší než první) je více než kompenzována dodatečnou vazebnou energií přítomnou v dvojnásobně nabitém iontu. Odstranění třetího elektronu z atomu alkalické zeminy by však vyžadovalo vynaložení větší energie, než jakou lze získat zpět z jakéhokoli známého chemického prostředí. V důsledku toho kovy alkalických zemin nevykazují ve svých sloučeninách oxidační stav větší než +2.

Jak se sluší na rostoucí velikost jejich vnitřních jader, poloměry iontů prvků alkalických zemin se postupně zvětšují od Be2+, který má poloměr 0,27 angstromu (Å; 1 Å = 10-8 cm) pro koordinační číslo 4 (tj, se čtyřmi ionty nebo jinými molekulami, které jsou na něj vázány), až po Ra2+ s poloměrem 1,48 Å a koordinačním číslem 8.

Některé vlastnosti kovů alkalických zemin jsou uvedeny v tabulce.