Zachowanie fizyczne i chemiczne

admin 0 Comments Articles

Zachowanie fizyczne i chemiczne

Pierwiastki ziem alkalicznych są bardzo metaliczne i są dobrymi przewodnikami elektryczności. Mają szarobiały połysk, gdy są świeżo cięte, ale łatwo matowieją w powietrzu, zwłaszcza cięższych członków grupy. Beryl jest wystarczająco twardy, aby zarysować szkło, ale bar jest tylko nieco twardszy niż ołów. Temperatury topnienia (mp) i wrzenia (bp) grupy są wyższe niż odpowiadające im metale alkaliczne; różnią się one w sposób nieregularny, przy czym magnez ma najniższą (mp 650 °C i bp 1.090 °C), a beryl najwyższą (mp 1.287 °C i bp około 2.471 °C). Pierwiastki krystalizują w jednej lub więcej z trzech regularnych, blisko upakowanych form kryształów metalicznych.

Chemicznie wszystkie są silnymi reduktorami. Wolne metale są rozpuszczalne w ciekłym amoniaku, ciemnoniebieskie roztwory wapnia, strontu i baru wzbudzają duże zainteresowanie, ponieważ uważa się, że zawierają one jony metali i najbardziej niezwykłe gatunki, elektrony rozpuszczalne lub elektrony wynikające z oddziaływania metalu i rozpuszczalnika. Wysoko stężone roztwory tych pierwiastków mają metaliczny, miedziopodobny wygląd, a dalsze odparowanie daje pozostałości zawierające amoniak (amoniany), które odpowiadają ogólnemu wzorowi M(NH3)6. Z czasem amoniany rozkładają się, tworząc amidy, M(NH2)2. Roztwory te są silnymi reduktorami i są przydatne w wielu procesach chemicznych.

Atomy pierwiastków ziem alkalicznych mają podobne struktury elektroniczne, składające się z pary elektronów (oznaczonych elektronami s) w skrajnym orbitalu, wewnątrz którego znajduje się stabilna konfiguracja elektronowa odpowiadająca konfiguracji gazu szlachetnego. Pierwiastki gazów szlachetnych – hel (He), neon (Ne), argon (Ar), krypton (Kr), ksenon (Xe) i radon (Rn) – mają na ogół kompletne powłoki elektronowe. Stront ma konfigurację 1s22s22p63s23p63d104s24p65s2, która może być zapisana jako 5s2. Podobnie, beryl może być oznaczony jako 2s2, magnez jako 3s2, wapń jako 4s2, bar jako 6s2 i rad jako 7s2. Wyraźne linie w widmach atomowych pierwiastków, uzyskane, gdy elementy są ogrzewane w pewnych warunkach, powstają ze stanów atomu, w którym jeden z dwóch elektronów s został promowany do wyższej energii orbital.

Elektrony s są stosunkowo łatwo jonizowane (usunięte z atomu), a to jonizacja jest charakterystyczną cechą chemii alkalicznej ziemi. Energia jonizacji (energia potrzebna do usunięcia elektronu z atomu) spada w sposób ciągły w serii od berylu (9,32 elektronowoltów ) do baru (5,21 eV); rad, najcięższy w grupie, ma nieco wyższą energię jonizacji (5,28 eV). Niewielkie nieregularności obserwowane w skądinąd płynnej zmianie w miarę postępu w dół grupy, jak to widać w układzie okresowym, tłumaczy się nierównomiernym wypełnianiem powłok elektronowych w kolejnych rzędach tabeli. Elektrony s mogą być również promowane do p orbitali o tej samej głównej liczbie kwantowej (w tej samej powłoce) przez energie podobne do tych wymaganych do tworzenia wiązań chemicznych; lżejsze atomy są zatem w stanie tworzyć stabilne struktury wiązań kowalencyjnych, w przeciwieństwie do helu, który ma skądinąd analogiczną konfigurację elektronową 1s2.

W większości przypadków chemia tych pierwiastków jest zdominowana przez tworzenie i właściwości podwójnie naładowanych jonów M2+, w których skrajne elektrony s zostały usunięte z atomu metalu. Powstały jon jest stabilizowany przez elektrostatyczne oddziaływanie z rozpuszczalnikiem, jak woda, która ma wysoką stałą dielektryczną i dużą zdolność do absorbowania ładunku elektrycznego, lub przez połączenie z jonami o przeciwnym ładunku w sieci jonowej, takich jak znajduje się w soli. Dodatkowa energia wymagana do usunięcia drugiego elektronu s (druga energia jonizacji jest w przybliżeniu dwukrotnie większa od pierwszej) jest z nadwyżką kompensowana przez dodatkową energię wiązania obecną w podwójnie naładowanym jonie. Usunięcie trzeciego elektronu z atomu ziemi alkalicznej wymagałoby jednak wydatkowania energii większej niż ta, która mogłaby być odzyskana z jakiegokolwiek znanego środowiska chemicznego. W rezultacie metale ziem alkalicznych wykazują w swoich związkach stan utlenienia nie większy niż +2.

Jak przystało na rosnące rozmiary ich wewnętrznych rdzeni, promienie jonów pierwiastków ziem alkalicznych systematycznie rosną od Be2+, który ma promień 0,27 angstremów (Å; 1 Å = 10-8 cm) dla liczby koordynacyjnej 4 (tzn, z czterema jonami lub innymi cząsteczkami związanymi z nim), do Ra2+, o promieniu 1,48 Å i liczbie koordynacyjnej 8.

Niektóre właściwości metali ziem alkalicznych są przedstawione w tabeli.