Berylowce to pierwiastki drugiej grupy układu okresowego. Są miękkimi i łatwo topliwymi ciałami stałymi barwy szarej lub srebrzystoszarej. Wszystkie występują na Ziemi naturalnie, choć bar tylko w ilościach niewielkich, a rad w śladowych.

RC8xbdnN3Chv2

Zdjęcie przedstawiające kawałek berylu ma on obły kształt. Ma czarny, miejscami ciemnoszary kolor i jest połyskiwy.

R1Z30wul3C4U9

Zdjęcie przedstawiające błyszczące, srebrzystobiałe wiórki magnezowe znajdujące się na szalce Petriego. Ujęcie od góry.

RMtXph7CvTEw2

Zdjęcie przedstawiające wapń zatopiony w szklanej ampułce w atmosferze gazu ochronnego. Kawałki metalu mają nieregularne kształty są szare i połyskliwe.

RNQETfKHstvkm

Zdjęcie przedstawiające srebrzystoszary, połyskliwy metal, którym jest stront. Kawałki są drobne i nieregularne. Metal zatopiony jest w szklanej ampułce.

R1Rt6obtVftzQ

Zdjęcie przedstawiające próbkę baru. Kawałek ma nieregularny kształt. Jest ciemnoszary i połyskliwy.

Rj9pVhg3NSuBj

Zdjęcie przedstawiające próbkę radu. Ma on podłużny kształt, jest koloru srebrzystobiałego.

Zawartość pierwiastków 2. grupy układu okresowego w postaci jonów lub związków chemicznych w skorupie ziemskiej przedstawiono w poniższej tabeli.

Indeks dolny Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, PWN, Warszawa 1977, s. 390. Indeks dolny koniec_{Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, PWN, Warszawa 1977, s. 390.}

Berylowce są aktywne chemicznie, dlatego trudno jest je wydzielić z ich związków w postaci metalicznej. Występują w związkach wyłącznie na stopniu utlenienia +II. Aktywność berylowców rośnie w dół grupy. Beryl i magnez mogą być przechowywane z dostępem do powietrza, natomiast wapń, stront i bar, podobnie do sodu czy potasu, przechowuje się pod naftą.

Poniżej przedstawiono zapisy konfiguracji podpowłokowych skróconych (zawierających rdzeń gazu szlachetnego) atomów berylowców stanie podstawowym:

• ${}_4\mathrm{Be}: \left[\mathrm{He}\right]2s^2$

• ${}_{12}\mathrm{Mg}: \left[\mathrm{Ne}\right]3s^2$

• ${}_{20}\mathrm{Ca}: \left[\mathrm{Ar}\right]4s^2$

• ${}_{38}\mathrm{Sr}: \left[\mathrm{Kr}\right]5s^2$

• ${}_{56}\mathrm{Ba}: \left[\mathrm{Xe}\right]6s^2$

• ${}_{88}\mathrm{Ra}: \left[\mathrm{Rn}\right]7s^2$

Analizując przedstawione konfiguracje można zauważyć, że atomy wszystkich pierwiastków drugiej grupy posiadają dwa elektrony walencyjne. Oba obsadzone na orbitalach typu s. Berylowce, jako pierwiastki silnie elektrododatnie, zwykle chętnie oddają elektrony, tworząc wiązania jonowe i uzyskując konfigurację gazów szlachetnych poprzedzających je w układzie okresowym. W związkach takich występują wtedy w postaci jonów $M{e}^{2+ }$. Wyjątkowo pod tym względem zachowuje się beryl, który w przypadku większości związków tworzy wiązania kowalencyjne, zamiast, wydawałoby się bardziej korzystnych wiązań jonowych. Fluorek berylu wykazuje wprawdzie charakter jonowy, ale już chlorek berylu jest związkiem o budowie kowalencyjnej. Substancja ta w stanie stałym zawiera w swej sieci długie łańcuchy, w których beryl ma liczbę koordynacyjną 4, a atomy chloru tworzą mostki pomiędzy atomami berylu.

RuxsqFvOdUoMJ

Ilustracja przedstawiająca fragment struktury chlorku berylu. Zaznaczono cztery atomy berylu znajdujące się w jednej linii. Pomiędzy nimi rozmieszczone są po dwa tomy chloru jeden powyżej, zaś drugi poniżej linii, w której to osadzone są atomy berylu. Od każdego atomu odchodzą po cztery wiązania do sąsiadujących atomów chloru. Dwa w prawo po skosie do góry i po skosie w dół i dwa w lewo po skosie do góry i po skonie w dół.

Wapń, stron i bar w sposób widoczny reagują z wodą w temperaturze pokojowej - reaktywność rośnie w dół grupy. Magnez z zimną wodą reaguje bardzo wolno, ale szybkość tej reakcji rośnie znacznie po ogrzaniu. Beryl jako jedyny z pierwiastków należących do 2 grupy układu okresowego nie reaguje z wodą zarówno na zimno, jak i  po ogrzaniu. Produktami tych reakcji są odpowiednie wodorotlenki i wodór.

R1V0gakOv8FeX

Ilustracja przedstawiająca pięć probówek wypełnionych do połowy różowo‑fioletowym roztworem. W każdej probówce znajduje się woda oraz fenoloftaleina. W pierwszej probówce znajduje się beryl, w drugiej, magnez, w trzeciej, wapń, w czwartej stront, zaś w piątej bar. Pod probówką pierwszą zawierającą beryl znajduje się płomień palnika.

Powstające w reakcji z wodą wodorotlenki berylowców, począwszy od magnezu, tworzą roztwory zasadowe. Wodorotlenek magnezu jest wprawdzie bardzo słabo rozpuszczalny, a wodorotlenek wapnia słabo rozpuszczalny, niemniej ich wodne roztwory i tak przyjmują mocno zasadowy odczyn. Dzieje się tak dlatego, że wodorotlenki berylowców (z wyjątkiem wodorotlenku berylu) są mocnymi wodorotlenkami, o charakterze zasadowym, praktycznie całkowicie zdysocjowanymi w roztworze wodnym na jony.

Wodorotlenek berylu jest praktycznie nierozpuszczalny w wodzie, a charakter chemiczny tego wodorotlenku jest amfoteryczny.

Reakcję magnezu z wodą można przeprowadzić w bardzo widowiskowy sposób. Jak wykonać takie doświadczenie i co będzie potrzebne?

RFjHIpA6W4WT5

Potrzebne będą: - Kolba destylacyjna o pojemności 250 cm3 z rurką, - krystalizator, - duża probówka do zbierania gazu, - łyżka do spalań, - korek z otworem na łyżkę do spalań, - palnik, - płaszcz grzejny, - łuczywko, - wióry magnezowe. Co należy zrobić? - Przygotuj zestaw do doświadczenia (rysunek). - Do kolby nalej ok 30-50 cm3 wody. - Przygotuj na łyżce osadzonej w korku trochę wiórów magnezowych. - Podgrzewaj wodę do wrzenia. - Gdy woda zacznie wrzeć zapal wióry magnezowe i wprowadź do kolby. - Zbieraj wydzielający się gaz. - Obserwuj co się dzieje. - Przeprowadź próbę z zapalonym łuczywkiem, aby zidentyfikować wydzielający się gaz.

RXa2LD6rOPYPZ

Ilustracja przedstawiająca schemat aparatury składający się z kolby wyposażonej w korek z wmontowanym wężykiem, która to znajduje się w łapie połączonej ze statywem. Pod kolbą znajduje się płomień palnika. W kolbie znajduje się woda, a do kolby dodany został magnez. Wężyk połączony z wnętrzem kolby, jest z niej wyprowadzony do cylindra miarowego odwróconego do góry dnem i zanurzonego misce z wodą. W cylindrze zbiera się gaz, to jest wodór.

Indeks dolny Piosik R., Karawajczyk B., Technika demonstracji i ćwiczenia laboratoryjne z metodyki nauczania chemii i ochrony środowiska, Wydawnictwo UG, Gdańsk 2004, s. 69. Indeks dolny koniec_{Piosik R., Karawajczyk B., Technika demonstracji i ćwiczenia laboratoryjne z metodyki nauczania chemii i ochrony środowiska, Wydawnictwo UG, Gdańsk 2004, s. 69.}

R175ZsMLJwpEB

Obserwacje W atmosferze pary wodnej magnez pali się jasnym płomieniem. Na łyżce pozostał biały proszek. Zebrany w probówce gaz zapalił się z charakterystycznym dla wodoru dźwiękiem. Wniosek: Przebieg reakcji można zapisać równaniem: Mg+2 H2O→Mg(OH)2+H2↑.

Przebieg reakcji można zapisać równaniem:

$$\mathrm{Mg}+2 {\mathrm{H}}_2\mathrm{O}\to \mathrm{Mg}{\left(\mathrm{OH}\right)}_2+{\mathrm{H}}_2\uparrow$$

Ciekawostka

Rad jest pierwiastkiem promieniotwórczympierwiastki promieniotwórczepierwiastkiem promieniotwórczym, występującym w przyrodzie w znikomych ilościach. Został odkryty przez Marię Curie‑Skłodowską i Piotra Curie, a ich odkrycie uhonorowano w 1903 r. nagrodą Nobla w dziedzinie fizyki. Maria Curie‑Skłodowska była pierwszą kobietą wyróżnioną tą nagrodą.

Jak doszło do odkrycia radu?

Jako surowiec do wyodrębnienia nowego pierwiastka, służyły naukowcom odpady blendy uranowej, które zostały sprowadzone (w ilości 10 ton) z kopalni uranu w czeskim Jachimkowie. W 1902 r., po 3 latach pracy, udało się wydzielić 10 miligramów radu i określić jego liczbę atomową (88).

RZgUPPvLdIL2t

Fotografia czarno‑biała przedstawiająca Pierre'a Curie oraz Marię Skłodowską-Curie. Znajdują się w laboratorium. Mężczyzna stoi za stołem laboratoryjnym. Ma krótki, proste włosy, ciemne oczy. Jest ubrany w garnitur, białą koszulę i ciemny krawat. Maria siedzi przy stole laboratoryjnym (prawa część fotografii). Ma upięte do góry włosy, lekko zaokrągloną twarz. Ma na sobie białą bluzkę z żabotem. Patrzy w prawą stronę.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 3, Warszawa 1987.

Czerwińska A., Jelińska‑Kazimierczuk M., Kuśmierczyk K., Chemia 1. Podręcznik, Warszawa 2002.

Hasssa R., Mrzigod A., Mrzigod J., Sułkowski., Chemia 2, Warszawa 2003.

Piosik R., Karawajczyk B., Technika demonstracji i ćwiczenia laboratoryjne z metodyki nauczania chemii i ochrony środowiska, Gdańsk 2004, s. 89.

Sołoniewicz R., Pierwiastki chemiczne grup głównych, Warszawa 1989, s. 199.

Trzebiatowski W., Chemia nieorganiczna, Warszawa 1977.

encyklopedia PWN