LEGNAGYOBB TANANYAG ADATBÁZIS
MAGYARORSZÁGON

Dokument keresése a további nyelveken: SK CZ HU

Összes beszámoló: (5793)

Külföldi nyelvtanfolyamok és középiskolai tanulmányok
Belépés Belépés Regisztráció
Töltse fel munkáját

Beszámoló Az alkáli földfémek és vegyületeik

Küldje el ismerősének Letölteni Hiba jelentése Légy az első, aki hozzászól!

Doplnkové informace o referáte:

Kategória:Kémia

Szerző: antiskola@antiskola.eu

Szavak száma:2262

Karakterek száma:16,044

Nyelv:Magyar nyelv

Oldalszám (A4):8.91

Megtekintések / letöltések száma:8317 / 72

Méret:18.15 kB

Az alkáli földfémek

Az alkáli földfémek fizikai és kémiai tulajdonságaik alapján átmenetet képeznek az alkáli fémek (I. focsoport) és a földfémek (III. focsoport között). Nagyon reakcióképes elemek. Jól oldja oket a folyékony ammónia. Oxigén jelenlétében valamennyien meggyújthatók és elégethetok. A hidrogénnel sószeru hidrideket képeznek. Hevesen reagálnak a vízre. Szívesen egyesülnek a halogénekkel. Higanyban is oldódnak, amalgámok keletkezése közben. Különbözo sói nagyon fontosak biológiai szempontból. A természetben nem találhatóak elemi állapotban, csak vegyületeik alakjában fordulnak elo. Oxidációs számuk +2. Erosen pozitív jellemuek. Kis elektronnegativitásuk miatt csak igen eros redukcióval, általában olvadék-elektrolízissel állíthatóak elo. Ionjainak töltése nagyobb, mérete viszont kisebb, mint az alkáli fémek ionjaié. Vegyületeikben ionos kötésuek.
Ebbe a focsoportba a 4-es rendszámú berillium, a 12-es rendszámú magnézium, a 20-as rendszámú kalcium, a 38-as rendszámú stroncium, az 56-os rendszámú bárium és a 88-as rendszámú rádium.
A berillium (Be) egy szürkés színu, kis fajsúlyú, igen kemény, rideg fém. Kémiai tulajdonságai leginkább az alumíniuméhoz hasonlíthatóak. Nevét a Beryll nevu ásványról kapta, amelyben 1798-ban megtalálták. Atomtömege 9,0122. Surusége 1,85 g/ml. Olvadáspontja (1277oC) és forráspontja (2770oC) a legmagasabb az alkáli földfémek között. Fémfényét megtartja a levegon, felületén igen vékony védo oxidréteg képzodik. Vízben oldható vegyületei mérgezoek. A berillium az egyetlen a csoportjában, amely nem képez ionos kötést és kationt. A Be2+ ionnak annyira eros a polarizálóhatása, hogy még a legnehezebben polarizálható anionok elektronfelhoit is deformálja, kovalens kötést létesítve velük. A természetben eloforduló ásványai a berill, Be3Al2(Si6O18) és a krizoberill, BeOAl2O3. Ez utóbbi Brazíliában, az Urálban és Norvégiában található. Rendkívül rugalmas ötvözeteket képez, ezért fontos hajtómuvek, rugók és más gépalkatrészek készítésénél. Rendkívül magas olvadáspontja miatt rakéták csúcsának anyagához használják. Nemcsak neutronforrásként alkalmazható az atomiparban, hanem azért is, mert a láncreakciók szempontjából igen fontos lassú neutronokat könnyen átengedi (neutronszuro), és magas homérsékleten is stabil.
A magnézium (Mg) egy fehér színu, kis fajsúlyú, lágy, eléggé nyújtható fém. A földkéreg nyolcadik leggyakoribb eleme. Legeloször Bussy állította elo 1775-ben fedezték fel. Nevét Magnesia városáról kapta. A földkéreg 8. leggyakoribb eleme. Égéshoje igen nagy (144 kcal). Égés közben vakító fehér fényt bocsát ki, mely bovelkedik ibolyántúli sugarakban. Nagy az oxigénhez való affinitása. Fémfényét már szobahomérsékleten is hamar elveszti, mert oxidréteggel vonódik be. Atomtömege 24,305. Eloállítható olvadékelektrolízissel. Egyes esetekben használják redukálószerként (pl.: SiO2+2Mg=Si+2MgO). Az alkáli földfémek között neki van a legalacsonyabb olvadás- és forráspontja (650 és 1107oC). Surusége 1,74 g/ml. Por vagy fólia formájában égetik el tüzijátékokon, világítóbombákban és világítófény céljára. Nagyon fontos biológiai szempontból. A magnéziumiánynak ugyanolyan tünetei lehetnek, mint az alkoholizmusnak. Az intravénásan a szervezetbe juttatott magnézium nyugtató, altató hatású. A zöld növények levelében található klorofill és számos enzim alkotórésze.
A kalciumot (Ca) 1808-ban fedezték fel. Ez a földkéreg 5. Leggyakoribb eleme. Neve a calx (mész) szóból származik. Késsel karcolható, fehér színu, mérsékelten nyújtható, kis fajsúlyú fém. Közönséges homérsékleten felületét oxid- és nitridréteg vonja be. Magas homérsékleten egyesül kénnel, szelénnel, foszforral és arzénnal. Illékony vegyületei a lángot narancsszínure festik. Színállapotban nem található, de vegyületei elterjedtek. Leggyakoribb a kalcit (CaCO3), melynek sok változata van. Ezek közül a legtisztább az izlandipát (kettozopát). Atomsúlya 40,08. Surusége nagyon kicsi; 1,55 g/ml. Olvadáspontja 838oC, forráspontja 1440oC. Olvadékelektrolízissel állítják elo. Alkalmazzák redukálószerként is (pl.: TiO2+2Ca=Ti+2CaO). A kalcium-vegyületek nélkülözhetetlenek az élo szervezetek számára. A kalcium elsosorban az emberi és állati szervezetek támasztószöveteinek, valamint a fogaknak a felépítésében vesz részt. Ez szabályozza többek között a szívverést. Az emberi testnek kb. 1,90%-át teszi ki ez az elem. Ez a felnotteknél normális esetben 1,5 kg. Az alacsonyabbrendu, foleg tengeri állatok (kagylók, csigák) külso vázát foleg kalcium-karbonát építi fel. A kalcium oldott ionjai foleg a sejtek közötti folyadékban találhatóak - fontosak a véralvadásban és az ingerületi folyamatokban.
A stroncium (Sr) fizikai és kémiai tulajdonságai erosen hasonlítanak a kalciuméhoz, de jelleme erosebben pozitív. Fényét a levegon hamar elveszti. Nevét egy Strontian nevu svédországi településrol kapta. Illékony vegyületei a lángot vörösre festik. Atomsúlya 87,62. Surusége 2,6 g/ml. Olvadáspontja 768oC, forráspontja 1380oC. Nevezetesebb ásványai: stroncianit (SrCO4) és a cölesztin (SrSO4). Urán hasadásakor, atonrobbanáskor keletkezik (többek közt) egy 28 éves felezési ideju béta-sugárzó 90Sr. Ez a csontokba beépülve hosszan tartó sugárkárosodást, gerincroncsolást vagy rákot okoz.
A bárium (Ba) tulajdonságai nagyon hasonlítanak a stronciuméihez, de jóval lágyabb és reakcióképesebb annál. A legképlékenyebb elem a csoportjában. Csak levegotol elzárt helyen tárolható, mert különben rögtön oxidálódna. A vizet nagyon hevesen bontja. A lángot fakózöldre festi. Fontosabb ásványai: barit BaSO4 (súlypát) és a witherit (BaCO3). 1808-ban fedezték fel. Neve a barys (súlyos) szóból alakult ki. Vízben oldható vegyületei mérgezoek. Az elemi báriumot kis mennyiségben a vákuumtechnikában az elektroncsövek gyártásában használják getterként (olyan szilárd halmazállapotú anyag, amely lezárt térben a levego kiszivattyúzása utána még visszamaradó, vagy esetleg utólag felszabaduló gázt megköti, és ezzel biztosítja a kívánt kis nyomást biztosítják. Fehér szulfátját a gyógyászatban használják, kontrasztanyagként. Így teszik láthatóvá a gyomrot és a bélrendszert a röntgenfelvételeken. Atomtömege 137,37. Surusége 3,5 g/ml. Olvadáspontja 714oC, forráspontja 1640oC.
A rádiumot (Ra) 1898-ban fedezte fel Pierre és Marie Curie. Igen ritka radioaktív elem; egyike a hat legritkább elemnek. Sajátságai emlékeztetnek az alkáli fémekre. A lángot élénk vörösre festi. Nevét sugárzásáról kapta (radius=sugár). Alkalmazzák a gyógyításban is, foleg rákos daganatok kezelésére. A természetben legelterjedtebb izotópja, az alfa-sugárzó 226Ra. Felezési ideje 1622 év. Uránércbol nyerik; savas vagy lúgos feltárása után a rádium a nem oldódó részben marad vissza. Ebbol báriumhordozóval vonják ki, majd frakcionizált kristályosítással vagy ioncserélo gyantával választják el. Atomtömege 226,05. Surusége igen nagy; 5,0g/ml. Olvadáspontja 700oC.

Az alkáli földfémek vegyületei:

Hidridek: A berillium-hidrid (BeH2)n egy láncszeru polimer. Berilliumatomjait két-két hidrogénkötés kapcsolja össze. Sima BeH2 nem is létezik. H a polimer berillium-hidridet melegítjük, olvadás és szublimálás nélkül, azonnal elemeire bomlik. Átmenetet képez a sószeru lítium-hidrid és a bór hidrogénvegyületei között.
A többi alkáli földfém ionos szerkezetu, sószeru hidrideket alkot. Ezek fehér, kristályos, magas olvadáspontú vegyületek, melyekben a hidrogén negatív töltésu ion alakjában van jelen. Ha olvadékukat elektrolizáljuk az anódon fejlodik a hidrogén.
Legfontosabb közülük a kalcium-hidrid (CaH2). Fémkalcium hidrogénáramban való hevítésével állítják elo. Vízzel eros hidrogénfejlodés közben reagál. Hidrogéntárolásra és -szállításra használják. 1g kalcium-hidrid a sósavból 1060 ml hidrogént fejleszt.
Oxidok, hidroxidok: Az alkáliföldfém-hidroxidok általában rétegrácsos szerkezetuek.
A magnézium-oxidot (MgO) más néven keseruföldnek, vagy égetett magnéziának nevezik. Kosórácsú ionvegyület. Az alkáli földfémek oxidjai közül ez a leginkább tuzálló, ezért téglákat, tégelyeket készítenek belole.
A magnézium-peroxid (MgO2) magnézium-hidroxid és hidrogén-peroxidból készül.
A magnézium-hidroxid Mg(OH)2 elofordul, mint ásvány is, gyöngyházfényu, hajlékony, lemezes kristályok formályában (brucit).
A kalcium-oxid (CaO), vagy égetett mész egy fehér, apró szemcsés anyag. Leginkább az építoipar használja. Eloállítása mészkobol történik. A mészkövet ún. körkemencében vagy aknás kemencében égetik (hevítik) 900oC-on. Reakcióegyenlete:
CaCO3=CaO+CO2
A kalcium-hidroxid Ca(OH)2, vagy oltott mész az égetett mész "oltásakor" keletkezik:
CaO+H2O=Ca(OH)2

Ez a folyamat hofelszabadulással jár. Oltott mész és homok összekeverésével kapjuk a habarcsot, melyet az építoiparban használnak nagy mennyiségben. A kalcium-hidroxid és a nátrium-hidroxid keveréke a nátronmész, amelyet szén-dioxid megkötésére használnak.
Ha az oltott meszet állni hagyjuk, az leülepszik, s fölötte telített vizes oldata, a meszes víz foglal helyet.
A bárium-oxidot (BaO), vagy baritföldet bárium-karbonát
A bárium-peroxidból (BaO2) állítják elo kénsavval a hidrogén-peroxidot.
A bárium-hidroxid Ba(OH)2.8H2O sokkal jobban oldódik vízben, mint a kalcium- és a stroncium-hidroxid. O maga a bárium-oxidból alakul ki 500oC-ra hevítve.
A berillium-oxid (BeO) wurtzit rácsban kristályosodik. A berilliumionokat négy oxigénion veszi körül tetraéderesen, és a BeO4 tetraéderek közös oxigénionokkal kapcsolódnak egymáshoz. A berillium-oxid olvadáspontja igen magas (2530oC). Vízben oldhatatlan, nagy hoállóságú, kedvezo nukleáris tulajdonságokkal rendelkezik. Ezért használják atomreaktorok szerkezeti anyagaként. Hovezetési képessége igen jó, elektromos vezetoképessége és tágulási együtthatója pedig csekély ipari indukciós kemencékben használják. Jó bélésanyag a vákuumkályháknak kismértéku párolgása miatt. Alkalmazzák még tuzálló anyagok, különleges kerámiák és üvegek gyártására is.
A berillium-hidroxid Be(OH)2 vízben nem oldódik. Berilliumsók oldatából hidroxidionok hatására fehér csapadék alakjában lecsapolható. Savak és lúgok is oldják.
A stroncium-oxid (SrO) rácsenergia értéke nagyobb, mint a bárium-oxidé, de kisebb, mint a kalcium- és a magnézium-oxidé. Hozzájuk hasonlóan ez is egy kosórácsú vegyület.
Halogenidek: A berillium-fluorid (BeF2) kristályrácsa (BeF4) tetraéderes koordinációs egységekbol épül fel. Minden egyes fluoratom két berilliumatomhoz tartozik, vagyis a rács alapját képezo BeF4 tetraéderek közös fluoratomokkal függnek össze. Olvadáspontja viszonylag magas (800oC).
A kalcium-fluorid (CaF2) egy vízben oldhatatlan, kristályos anyag. A természetben ásványként található (fluorit, folypát). A kohászatban ömlesztoszerként alkalmazzák, ércek és a salak olvadáspontjának csökkentésére használják. Alkalmazzák az opálüveg gyártásában, a zománciparban, hidrogénfluorid és egyéb fluorvegyületek eloállítására. Színtelen, jól fejlett kristályai az ultraibolya sugárzást átengedik, ezért megfelelo csiszolás után optikai készülékek fontos alkatrészei. Kristályrácsa köbös, lapcentrált, a ionokat kocka alakban nyolc fluoridion veszi körül, az egyes fluoridionokat pedig tetraéderesen négy kalciumion.
A magnézium-klorid (MgCl2.H2O) vezeti a villamos áramot. A víz rendkívül jól oldja. Kristályos vegyület. Alkalmazzák az úgynevezett Sorel-cement és a xiolit készítésénél. Töményebb oldatát magnézium-oxiddal és furészporral megfelelo arányban keverve elobb folyékony, majd keményedo masszát kapunk, amely késobb kokemény lesz. Vizes oldata forraláskor bázisos magnézium-kloridra és sósavra bomlik.
A kalcium-kloridot (CaCl2) mészkobol, kalcitból állítják elo, vagy a Solvay-féle szódagyártás hulladékából nyerik. Erosen nedvszívó, ezért exszikátorok és gázszárító csövek töltésére használják. Jéggel jó hutokeveréket ad.
A bárium-klorid (BaCl2.2H2O) egy vízben jól oldódó, színtelen só. Oldata semleges kémhatású, s mint minden oldható bárium-vegyület, mérgezo. Eloállításakor a bárium-szulfátot szénnel hevítve bárium-szulfáttá redukálják, majd azt sósavban oldják.
A klórosmész úgy készül, hogy kissé nyirkos, porrá oltott mészre klórgázt vezetnek. Nem egységes anyag. Már a levego szén-dioxidjától is bomlik. Fertotleníto- és színtelenítoszerként használják.
A berillium-klorid (BeCl2) és a berillium-bromid (BeBr2) kristályrácsában BeCl4 és BeBr4 tetraéderek vannak, de ezek egydimenziós, láncszeru makromolekulákká kapcsolódnak össze.
A berillium-jodid (BeI2) molekulák már kevésbé polerizáltak, mint a berillium többi halogenidje. Kristályrácsában inkább különálló, kisebb molekulák találhatóak. A berillium-klorid, a berillium-bromid és a berillium-jodid olvadáspontja alacsonyabb (400-500oC), mint a berillium-fluoridé.
Szulfidok: Az alkáli földfémek hidrogén-szulfidjai jól oldódnak vízben. A földfémek szulfidjai kén felvételével poliszulfidokká válnak, majd ezek a levego hatására könnyen képeznek tioszulfátokat, majd szulfátokat.
A ma már nem használt Leblanc szódagyártás kellemetlen hulladéka volt a kalcium-szulfid (CaS).
Szulfátok: A magnézium-szulfát (MgSO4.7H2O), vagy másik nevén keserusó ismertebb ásványai: az epsomit, a kieserit és a kainit. Oldott állapotban tartalmazzák a természetes keseruvizek. Jól oldódik vízben. Hashajtó hatású, ezért a gyógyászatban használják.
A kalcium-szulfátot (CaSO4) közönséges néven gipsznek vagy anhidritnek nevezik. Egy vízben alig oldódó, fehér, kristályos só. Vékony lemezekre hasonlítható kristályai alkotják a máriaüveget, szemcsés kristályos, márványszeru változata az alabástrom. 107oC-ra hevítve kristályvizének nagy részét elveszti, és égetett gipsz (CaSO4.1/2H2O) lesz belole. Ezt péppé keverve szobrok, öntvények, kemény orvosi kötések készítésére használják.
A stroncium-szulfát (SrSO4) egy, a vízben a gipsznél kb. 20-szor rosszabbul oldódó fehér, kristályos por.
A bárium-szulfátot (BaSO4) witheritbol vagy baritból állítják elo. A természetben barit vagy súlypát nevu ásványként fordul elo. Ha báriumsók vizes oldatát kénsavval vagy más szulfát oldatával elegyítjük, por alakú csapadékként válik ki. Pigmentként használják fehér olajfesték készítésére. A papíriparban finom eloszlású bárium-szulfáttal tömítik a papír pórusait, hogy sima felületu legyen. Az így kapott papírt - a baritpapírt - foleg színes nyomatok készítésénél használják. A gyógyászatban kontrasztanyagként használják.
Nitrátok: Három nitrát vegyület van az alkáli földfémek között. Ezek közül az elso a kalcium-nitrát Ca(NO3)2, régebbi nevén mészsalétrom. Hármuk közül ez a legfontosabb. Kalcium-karbonát salétromsavban való oldásával készítik.
A stroncium-nitrátot Sr(NO3)2 más néven stroncián salétromnak hívják.
A bárium-nitrátból Ba(NO3)2 (baritsalétrom) leginkább barit-oxidot és -peroxidot állítanak elo.
Foszfátok: A kalcium-foszfát Ca2(PO4)2 a foszforsav- és a foszforgyártás alapanyaga. Mint foszforit, gyakori ásvány. Vízben gyakorlatilag oldhatatlan.
A kalcium-dihidrogén-foszfát Ca(H2PO4)2 kalcium-foszfát és gipsz keveréke. Vízben oldható, így a növények fel tudják szívni, ezért foszformutrágyaként használják.
A kalcium-hidrogén-foszfát, Ca2HPO4.2H2O vízben oldhatatlan. Gyenge savakban azonban (mint amit a növények gyökerei termelnek) jól oldódik. Lassúbb (de tartósabb) hatású mutrágya.
Karbonátok: A magnézium-karbonát (MgCO3) egy fehér, mikrokristályos por, mely vízben alig, savakban viszont jól oldódik. Jól oldódik viszont a szénsavas vízben. Bomlása már 300oC-on megkezdodik, és 450-500oC-on teljessé válik. Eloállítható bármelyik oldható magnéziumsóból szódával való lecsapolással, de ügyelni kell arra, hogy legyen bizonyos szénsavfelesleg. A természetben magnezitként fordul elo.
A természetben eloforduló kalcium-karbonát-féleségek (CaCO3) a kalcit, a mészko, a márvány, a kréta és az aragonit. Vízben nem, csak szénsavas vízben oldódik. Hegyek, cseppkövek, mésztufák, korallvázak, kagylók, csigaházak és igazgyöngyök épülnek fel belole. Építokonek használják, és meszet égetnek belole. A kémiai iparban szén-dioxid és kalciumvegyületek eloállítására szolgál. Készül belole csiszolópor, tisztítószer, fogpor és fogpép. Mész és cement eloállítására is használják. A magnézium-karbonáttal közösen alkotják a dolomitot.
A bárium-karbonát (BaCO3) ásványtani neve witherit.
Szilikátok: A kalcium-szilikát (CaSiO3)szilícium-dioxid és kalciumkarbonát összeömlesztésekor keletkezik. A természetben tiszta állapotban is elofordul (wollastonit). Számos kozetnek, az üvegnek és a cementnek fo alkotórésze.
A kalcium-karbid (CaC2) legfontosabb tulajdonsága, hogy vízzel acetiléngáz fejlodése közben reagál. Néhol kalcium-acetilidnek is nevezik. Két szénatomja között háromszoros kötés van. Eloállítása mészbol és kokszból történik, 10-20000 kW-os teljesítményu ívkemencékben. Reakcióegyenlete: CaO+3C=CaC2+CO Acetilén-gyártásra, a levego nitrogénjével reagáltatva pedig a mutrágyaként ismert kalcium-ciánamid eloállítására használnak.
A kalcium-cián-amidot (CaNCN) más néven mésznitrogénnek is nevezik. Kalcium-karbidból állítják elo. Régebben ammónia és salétromsav, valamint nitrátok gyártására alkalmazták, használják nitrogén- és kalcium-mutrágyának is. A növényzetre semmilyen káros hatással sincs.
A króm-trioxidból származtatható krómsav sói a kromátok. Ezek közé tartozik többek közt a bárium-kromát (BaCrO4) is, mely hasonlóan a bárium-szulfáthoz vízben oldhatatlan.
A titán-dioxidból származó titánsavak sói a titanátok. Ezek egyik képviseloje a bárium-titanát (BaTiO3). Ide tartozik még a sroncium-titanát (SrTiO3). Ezek szerkezete egy oktaéderhálózatból áll, amelynek hézagaiban foglalnak helyet a kationok (pl.: Sr2+, Ba2+).
A berilliumnak igen értékes ötvözetei vannak. Ilyen pl.: rézötvözete, a berilliumbronz, amely rendkívül szívós, kemény, korrózióval szemben ellenálló. Foleg rugókat gyártanak belole. Szép csengésük miatt berilliumötvözetekbol öntik a harangokat, készítik az órák ütoszerkezetét. A fémberillium kello szilárdságú, kis atomtömegu, a röntgensugárzást könnyen átengedi. Ezért alkalmas röntgencsövek kimeneti ablakának készítésére.
A volfrám-trioxid lúggal való oldása során keletkeznek a volframátok. Ezek közé tartozik a kalcium-volframát és a magnézium-volframát. Ezeket a röntgen-, katódsugár- és különösen a fénycsotechnikában alkalmazzák, ugyanis ellenáll az elektron- és ionsugárzásnak, kék színben világító, fluoreszkáló kristályos, vízben oldhatatlan anyagok.

Felhasznált irodalom:

Lengyel Béla, Proszt János, SzarvasPál: Általános és szervetlen kémia Tankönyvkiadó, Budapest 1971.
Nyilasi János: Szervetlen kémia Gondolat Kiadó, Budapest 1975.
Ralph E. Lapp: Az anyag Muszaki Könyvkiadó, Budapest 1979.

Véleménycsere

Légy az első, aki hozzászól!