Fysikaalinen ja kemiallinen käyttäytyminen

admin 0 Comments Articles

Fysikaalinen ja kemiallinen käyttäytyminen

Emäksiset maametallit ovat erittäin metallisia ja hyviä sähkönjohtimia. Niillä on tuoreeltaan harmaanvalkoinen kiilto, mutta ne himmenevät helposti ilmassa, erityisesti ryhmän raskaammat jäsenet. Beryllium on riittävän kova naarmuttamaan lasia, mutta barium on vain hieman lyijyä kovempi. Ryhmän sulamis- (mp) ja kiehumispisteet (bp) ovat korkeammat kuin vastaavien alkalimetallien; ne vaihtelevat epäsäännöllisesti siten, että magnesiumilla on matalin sulamispiste (mp 650 °C ja bp 1 090 °C ) ja berylliumilla korkein sulamispiste (mp 1 287 °C ja bp noin 2 471 °C ). Alkuaineet kiteytyvät yhteen tai useampaan kolmesta säännöllisestä tiiviisti pakatusta metallikidemuodosta.

Kemiallisesti ne ovat kaikki vahvoja pelkistimiä. Vapaat metallit liukenevat nestemäiseen ammoniakkiin, ja kalsiumin, strontiumin ja bariumin tummansiniset liuokset herättävät huomattavaa kiinnostusta, koska niiden uskotaan sisältävän metalli-ioneja ja mitä epätavallisimpia lajeja, liuenneita elektroneja eli metallin ja liuottimen vuorovaikutuksesta syntyviä elektroneja. Näiden alkuaineiden erittäin väkevät liuokset näyttävät metallisilta, kuparin kaltaisilta, ja edelleen haihduttamalla saadaan ammoniakkia sisältäviä jäämiä (ammoniatteja), jotka vastaavat yleiskaavaa M(NH3)6. Ajan myötä ammoniaatit hajoavat muodostaen amideja, M(NH2)2. Nämä liuokset ovat voimakkaita pelkistimiä, ja ne ovat käyttökelpoisia useissa kemiallisissa prosesseissa.

Maa-alkalielementtien atomeilla on kaikilla samanlaiset elektronirakenteet, jotka koostuvat uloimmassa orbitaalissa olevasta elektroniparista (nimetty s-elektroniksi), jonka sisällä on jalokaasun elektronikonfiguraatiota vastaava stabiili elektronikokoonpano. Jalokaasuelementeillä – heliumilla (He), neonilla (Ne), argonilla (Ar), kryptonilla (Kr), ksenonilla (Xe) ja radonilla (Rn) – on yleensä täydet elektronikuoret. Strontiumilla on konfiguraatio 1s22s22p63s23p63d104s24p65s2, joka voidaan kirjoittaa muodossa 5s2. Vastaavasti beryllium voidaan kirjoittaa 2s2, magnesium 3s2, kalsium 4s2, barium 6s2 ja radium 7s2. Alkuaineiden atomispektreissä näkyvät näkyvät viivat, jotka saadaan, kun alkuaineita kuumennetaan tietyissä olosuhteissa, johtuvat atomin tiloista, joissa toinen kahdesta s-elektronista on siirtynyt korkeamman energian orbitaaliin.

S-elektronit ionisoituvat suhteellisen helposti (poistuvat atomista), ja tämä ionisoituminen on ominainen piirre alkaalien maametallien kemialle. Ionisaatioenergia (energia, joka tarvitaan elektronin irrottamiseen atomista) laskee yhtäjaksoisesti sarjassa berylliumista (9,32 elektronivolttia ) bariumiin (5,21 eV); radiumin, ryhmän raskaimman, ionisaatioenergia on hieman korkeampi (5,28 eV). Pienet epäsäännöllisyydet, joita havaitaan muutoin tasaisessa muutoksessa, kun edetään alaspäin ryhmässä, sellaisena kuin se näkyy jaksollisessa järjestelmässä, selittyvät elektronikuorien epätasaisella täyttymisellä taulukon peräkkäisillä riveillä. S-elektronit voivat myös siirtyä saman pääkvanttiluvun p-orbitaaleille (saman kuoren sisällä) samanlaisilla energioilla kuin mitä tarvitaan kemiallisten sidosten muodostamiseen; kevyemmät atomit kykenevät siis muodostamaan stabiileja kovalenttisesti sidottuja rakenteita, toisin kuin helium, jolla on muutoin vastaava elektronikonfiguraatio 1s2.

Useimmissa tapauksissa näiden alkuaineiden kemiaa hallitsee kaksoismääräisesti varattujen M2+-ionien muodostuminen ja niiden ominaisuudet, joissa ulkoisimmat s-elektronit on irrotettu metallisesta atomisesta. Syntynyt ioni stabiloituu sähköstaattisessa vuorovaikutuksessa liuottimen, kuten veden, kanssa, jolla on suuri dielektrisyysvakio ja suuri kyky absorboida sähkövarausta, tai yhdistymällä vastakkaisen varauksen omaaviin ioneihin ioniverkossa, jollainen on suoloissa. Toisen s-elektronin poistamiseen tarvittava ylimääräinen energia (toisen ionisaatioenergian ollessa noin kaksinkertainen ensimmäiseen verrattuna) on enemmän kuin kompensoitu kaksinkertaisesti varautuneessa ionissa olevalla ylimääräisellä sidosenergialla. Kolmannen elektronin poistaminen emäksisestä maa-atomista edellyttäisi kuitenkin suurempaa energiankulutusta kuin mitä voitaisiin saada takaisin mistään tunnetusta kemiallisesta ympäristöstä. Tämän seurauksena emäksiset maametallit osoittavat yhdisteissään hapetusastetta, joka ei ole suurempi kuin +2.

Kuten niiden sisäisten ytimien koon kasvaessa, emäksisten maametallien ionien säteet kasvavat tasaisesti Be2+:sta, jonka säde on 0,27 angströmiä (Å; 1 Å = 10-8 cm) koordinaatioluvun ollessa 4 (ts, johon on sitoutunut neljä ionia tai muuta molekyyliä), Ra2+:aan, jonka säde on 1,48 Å ja koordinaatioluku 8.

Taulukossa on esitetty joitakin emäksisten maametallien ominaisuuksia.