Berylowce są miękkimi, srebrzystobiałymi metalamimetalemetalami, które, będąc aktywne chemicznie, występują w przyrodzie wyłącznie w postaci związków chemicznych. Wapń, bar oraz stront, ze względu na dużą reaktywność, przechowuje się w nafcie. W związkach chemicznych berylowce przyjmują II stopień utlenienia.

bg‑gray2

Konfiguracje elektronowe wybranych berylowców

1

Berylowiec

Konfiguracja elektronowa

Konfiguracja elektronowa (zapis z użyciem rdzenia gazu szlachetnego)

Konfiguracja elektronowa (pełna)

Be4

K2L2

H2e 2s2

1s22s2

Mg12

K2L8M2

N10e 3s2

1s22s22p63s2

Ca20

K2L8M8N2

A18r 4s2

1s22s22p63s23p64s2

bg‑gray2

Otrzymywanie berylowców

Magnez można otrzymać w wyniku elektrolizyelektrolizaelektrolizy stopionego chlorku magnezu. Wapń i stront otrzymuje się podczas elektrolizy soli, takich jak chlorek wapnia czy chlorek strontu.

bg‑gray1

Elektroliza stopionego MgCl2

A+2 Cl-Cl2+2 e-

K- Mg2++2 e-Mg

bg‑gray1

Elektroliza stopionego SrCl2

RZEUyRGbLdtiL
Ćwiczenie 1
Dostępne opcje do wyboru: Sr, Cl-, e-, Sr2+, 2, 2. Polecenie: Zapisz równanie elektrolizy stopionego SrCl2. Elektroliza stopionego SrCl2
A+ luka do uzupełnienia luka do uzupełnienia Cl2+ luka do uzupełnienia luka do uzupełnienia
K- luka do uzupełnienia +2e- luka do uzupełnienia
bg‑gray2

Właściwości chemiczne

Berylowce reagują z tlenem. Magnez w reakcji z tlenem tworzy tlenek magnezu, podobnie jak wapń, bar i stront. Natomiast bar i stront mogą tworzyć nadtlenki.

2 Mg+O22 MgO
2 Ca+O22 CaO
2 Ba+O22 BaO
2 Sr+O22 SrO
2 Ba + 2 O22 BaO2

Wśród tlenków berylowców tylko tlenek berylu ma właściwości amfoteryczne, a pozostałe mają charakter zasadowy. Tlenki te w reakcji z kwasami tworzą sole, np.:

MgO+2 HNO3MgNO32+H2O
3 CaO +2 H3PO4Ca3PO42+3 H2O

Tlenek berylu, jako tlenek amfoterycznyamfoterycznośćamfoteryczny, reaguje z kwasami i zasadami, nie reaguje natomiast z wodą:

BeO+2 HClBeCl2+H2O
BeO+2 NaOH+H2ONa2BeOH4

Tlenki berylowców (z wyjątkiem tlenku berylu) reagują z wodą, tym samym tworząc zasady. Większość berylowców (z wyjątkiem berylu i magnezu) tworzy mocne zasady. Wodorotlenki berylowców można otrzymać na różne sposoby, np. w reakcjach:

  • metali z wodą:

Mg+2 H2OMgOH2+H2
Ca+2H2OCaOH2+H2
  • tlenków metali z wodą:

MgO+H2OMgOH2reakcja strąceniowa
CaO+H2OCaOH2
  • strąceniowych:

MgCl2 + 2 NaOH  2 NaCl + MgOH2
Mg2++2OH-MgOH2

Wodorotlenki wapnia i magnezu mają charakter zasadowy. Wodorotlenek berylu ma właściwości amfoteryczne.

Nasycony roztwór wodorotlenku wapnia nazywany jest wodą wapienną i służy do wykrywania tlenku węgla(IV ). Zawiesina wodorotlenku wapnia w wodzie to mleko wapienne (układ nietrwały). Nasycony roztwór BaOH2 to inaczej woda barytowa. Analizując tablicę rozpuszczalności, można łatwo zauważyć, że rozpuszczalność wodorotlenków berylowców wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej berylowca.

Na szczególną uwagę zasługują sole berylowców – siarczany(VI) i węglany:

  • węglany berylowców, poddane prażeniu, tworzą odpowiedni tlenek oraz CO2, np.:

CaCO3prażenieCaO+CO2
  • siarczany(VI) berylowców słabo rozpuszczają się w wodzie, a ich rozpuszczalność maleje w miarę wzrostu liczby atomowej berylowca. Dla przykładu, rozpuszczalność siarczanu(VI) baru jest tak niska, że powstawanie tej soli wykorzystuje się jako bardzo czułą reakcję strąceniową, mającą na celu oznaczanie stężenia jonów baru w roztworze:

Ba2++SO42-BaSO4

Berylowce tworzą także związki chemiczne z wodorem, czyli wodorki. Wodorki berylowców to zwykle białe ciała stałe. Wodorki berylu i magnezu są kowalencyjne, a wodorki wapnia, strontu i baru to wodorki typu soli. Wodorki wapnia i magnezu można otrzymać w wyniku bezpośredniej syntezy z pierwiastków w odpowiednich warunkach ciśnienia i temperatury:

Mg+H2 MgH2  
Ca+H2CaH2  

Wodorek wapnia łatwo reaguje z wodą:

 CaH2+2 H2OCaOH2+2 H2

Reakcja ta służy do otrzymywania wodoru.

bg‑gray2

Zmiany właściwości berylowców związane ze wzrostem liczby atomowej

RAuRuHWiCu46x
wzrasta promień atomowy: Ilustracja przedstawia wzrost promienia atomowego następujących pierwiastków: beryl 111 pikometrów, magnez 160 pikometrów, wapń 197 pikometrów, stront 215 pikometrów, bar 217 pikometrów, rad 223 piknometry., maleje elektroujemność: Ilustracja przedstawia wykres słupkowy elektroujemności według teorii Paulinga. Beryl 1,6, magnez 1,3, wapń 1,0, stront 1,0, bar 0,9, rad 0,9., rośnie aktywność chemiczna: Ilustracja przedstawia wzrost aktywności chemicznej. Rosnąco: beryl, magnez, wapń, stront, bar, rad., zmniejsza się temperatura topnienia: Ilustracja przedstawia wykres temperatury topnienia. Wartości są następujące: beryl 1278 stopni Celsjusza, magnez 649 stopni Celsjusza, wapń 839 stopni Celsjusza, stront 769 stopni Celsjusza, bar 729 stopni Celsjusza, rad 700 stopni Celsjusza., rośnie charakter zasadowy tlenków: na ilustracji znajduje się strzałka z grotem po prawej stronie. Od lewej do prawej tlenki: MgO, CaO, SrO, BaO., rośnie moc zasad: na ilustracji znajduje się strzałka z grotem po prawej stronie. Od lewej do prawej zasady: MgOH2, CaOH2, SrOH2, BaOH2. , zmniejsza się energia jonizacji: na ilustracji przedstawiono wykres słupkowy energii jonizacji. Na osi X symbole pierwiastków od berylu do radu. Na osi Y wartości pierwszej i drugiej energii jonizacji od 0 stopni do 1600 kilodżula na mol. Beryl pierwsza wartość 900, druga 1700. Magnez 7501500, wapń 6001150, stront 5501100, bar 5001000, rad 5001000., rośnie promień jonowy: na ilustracji przedstawiono w szeregu coraz większe koła. Pod nimi wartości. Be2+ 78 34 pikometrów, Mg2+ 78 pikometrów, Ca2+ 106 pikometrów, Sr2+ 127 pikometrów, Ba2+ 143 pikometrów, Ra2+ 78 152 pikometrów.
Zmiany berylowców wraz ze wzrostem liczby atomowej
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.
bg‑gray2

Sole berylowców wprowadzone do płomienia palnika barwią go w charakterystyczny sposób

Podczas wprowadzenia roztworu soli berylowców do płomienia następuje wzbudzenie atomuatom wzbudzonywzbudzenie atomu metalu, co skutkuje zabarwieniem się płomienia na odpowiedni kolor. Tą metodę wykorzystuje się do analizy kationów.

RW5xsr2qo8GFc
Różne barwy płomieni roztworów soli berylowców
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

metale
metale

(łac. metallum, gr. métallon „kopalnia”, „kruszec”) substancje odznaczające się dobrym przewodnictwem elektrycznym i cieplnym, charakterystycznym połyskiem, dużą wytrzymałością mechaniczną oraz plastycznością

elektroliza
elektroliza

(gr. ḗlektron „bursztyn”, lýsis „rozłożenie”) podstawowy proces elektrochemiczny polegający na chemicznej przemianie składników elektrolitu (często i materiału elektrod), przebiegającej na elektrodach pod wpływem przepływu prądu elektrycznego

atom wzbudzony
atom wzbudzony

atom, którego elektrony znajdują się na wyższych poziomach energetycznych niż w stanie podstawowym; przeskokowi elektronów na niższe poziomy energetyczne, podczas powracania atomu do stanu podstawowego, towarzyszy emisja kwantów promieniowania elektromagnetycznego (światła, promieniowania rentgenowskiego)

amfoteryczność
amfoteryczność

(gr. amphóteros „dwustronny”) właściwość niektórych związków chemicznych i jonów, polegająca na wykazywaniu przez nie zarówno kwasowego, jak i zasadowego charakteru

Bibliografia

M. Krzeczkowska, J. Loch, A. Mizera, Repetytorium chemia: Liceum – poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa – Bielsko–Biała 2010.