Fysisk og kemisk opførsel

admin 0 Comments Articles

Fysisk og kemisk opførsel

De jordalkaliske grundstoffer er stærkt metalliske og gode ledere af elektricitet. De har en gråhvid glans, når de er nyskårne, men anløber let i luft, især de tungere medlemmer af gruppen. Beryllium er tilstrækkeligt hårdt til at ridse glas, men barium er kun lidt hårdere end bly. Gruppens smeltepunkter (mp) og kogepunkter (bp) er højere end for de tilsvarende alkalimetaller; de varierer uregelmæssigt, idet magnesium har det laveste (mp 650 °C og bp 1.090 °C ) og beryllium det højeste (mp 1.287 °C og bp ca. 2.471 °C ). Elementerne krystalliserer i en eller flere af de tre regelmæssige tætpakkede metalliske krystalformer.

Kemisk set er de alle sammen stærke reduktionsmidler. De frie metaller er opløselige i flydende ammoniak, og de mørkeblå opløsninger af calcium, strontium og barium vækker stor interesse, fordi man mener, at de indeholder metalioner og de mest usædvanlige arter, solvaterede elektroner eller elektroner som følge af vekselvirkningen mellem metallet og opløsningsmidlet. Højkoncentrerede opløsninger af disse grundstoffer har et metallisk, kobberlignende udseende, og yderligere fordampning giver rester, der indeholder ammoniak (ammoniater), som svarer til den generelle formel M(NH3)6. Med tiden nedbrydes ammoniaterne og danner amiderne, M(NH2)2. Opløsningerne er stærke reduktionsmidler og er nyttige i en række kemiske processer.

Atomer fra de jordalkaliske grundstoffer har alle ens elektroniske strukturer, der består af et elektronpar (betegnet s-elektroner) i en yderste orbital, inden for hvilken der er en stabil elektronisk konfiguration svarende til en ædelgas. Ædelgaselementerne – helium (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), xenon (Xe) og radon (Rn) – har generelt fuldstændige elektronskaller. Strontium har konfigurationen 1s22s22p63s23p63d104s24p65s2, som kan skrives som 5s2. På samme måde kan beryllium betegnes som 2s2, magnesium som 3s2, calcium som 4s2, barium som 6s2 og radium som 7s2. De fremtrædende linjer i grundstoffernes atomspektrer, der opnås, når grundstofferne opvarmes under visse betingelser, stammer fra atomtilstande, hvor en af de to s-elektroner er blevet forfremmet til en orbital med højere energi.

S-elektronerne er relativt let ioniserede (fjernet fra atomet), og denne ionisering er det karakteristiske træk ved alkalisk-jordisk kemi. Ioniseringsenergien (den energi, der kræves for at fjerne en elektron fra atomet) falder kontinuerligt i serien fra beryllium (9,32 elektronvolt ) til barium (5,21 eV); radium, der er den tungeste i gruppen, har en lidt højere ioniseringsenergi (5,28 eV). De små uregelmæssigheder, der observeres i den ellers jævne ændring, når man bevæger sig nedad i gruppen, sådan som den vises i det periodiske system, kan forklares ved den ujævne fyldning af elektronskaller i de på hinanden følgende rækker i systemet. s-elektronerne kan også blive fremmet til p-orbitaler med samme hovedkvantetal (inden for samme skal) med energier svarende til dem, der kræves for at danne kemiske bindinger; de lettere atomer er derfor i stand til at danne stabile kovalent bundne strukturer, i modsætning til helium, som har den ellers analoge elektroniske konfiguration 1s2.

I de fleste tilfælde domineres kemien af disse grundstoffer af dannelsen og egenskaberne af de dobbelt ladede M2+-ioner, hvor de yderste s-elektroner er blevet fjernet fra metalatomet. Den resulterende ion stabiliseres ved elektrostatisk vekselvirkning med et opløsningsmiddel, som f.eks. vand, der har en høj dielektrisk konstant og en stor evne til at absorbere elektrisk ladning, eller ved kombination med ioner med modsat ladning i et ionisk gitter, som det findes i salte. Den ekstra energi, der kræves for at fjerne den anden s-elektron (den anden ioniseringsenergi er ca. dobbelt så stor som den første), er mere end opvejet af den ekstra bindingsenergi, der er til stede i den dobbelt ladede ion. Fjernelse af en tredje elektron fra et alkalisk-jordisk atom ville imidlertid kræve et større energiforbrug end det, der kan genvindes fra noget kendt kemisk miljø. Som følge heraf viser de jordalkalimetaller en oxidationstilstand ikke større end +2 i deres forbindelser.

Som det passer til den stigende størrelse af deres indre kerner, øges radius af ionerne af de jordalkaliske grundstoffer støt fra Be2+, som har en radius på 0,27 angstrom (Å; 1 Å = 10-8 cm) for et koordinationsnummer på 4 (dvs, med fire ioner eller andre molekyler bundet til den) til Ra2+ med en radius på 1,48 Å og et koordineringstal på 8.

Nogle egenskaber ved de jordalkalimetaller er vist i tabellen.