Наука, которая изучает эти элементы, — химия. Таблица Менделеева, опираясь на которую можно изучать данную науку, показывает нам, что протонов и нейтронов, содержащихся в атоме магния, по двенадцать. Это можно определить по порядковому номеру (он равен количеству протонов, а электронов будет столько же, если это нейтральный атом, а не ион).
Химические особенности магния также изучает химия. Таблица Менделеева также необходима для их рассмотрения, так как она показывает нам валентность элемента (в данном случае она равняется двум). Она зависит от группы, к которой относится атом. Кроме того, с ее помощью можно узнать, что молярная масса магния равняется двадцати четырем. То есть один моль данного металла весит двадцать четыре грамма. Формула магния очень проста — он состоит не из молекул, а из атомов, объединенных кристаллической решеткой.
Характеристика магния с точки зрения физики
Как и все металлы, кроме ртути, данное соединение имеет твердое агрегатное состояние в нормальных условиях. Оно обладает светло-серой окраской со своеобразным блеском. Данный металл имеет довольно высокую прочность. На этом физическая характеристика магния не заканчивается.
Рассмотрим температуру плавления и кипения. Первая равняется шестисот пятидесяти градусам по шкале Цельсия, вторая составляет тысяча девяносто градусов Цельсия. Можно сделать вывод, что это достаточно легкоплавкий металл. Кроме того, он очень легкий: его плотность — 1,7 г/см3.
Магний. Химия
Зная физические особенности данного вещества, можно перейти ко второй части его характеристики. Данный металл обладает средним уровнем активности. Это можно увидеть из электрохимического ряда металлов — чем пассивнее он, тем правее находится. Магний является одним из первых слева. Рассмотрим по порядку, с какими веществами он реагирует и как это происходит.
С простыми
К таковым относятся те, молекулы которых состоят только из одного химического элемента. Это и кислород, и фисфор, и сера, и многие другие. Сначала рассмотрим взаимодействие с оксигеном. Оно называется горением. При этом образуется оксид данного металла. Если сжечь два моля магния, потратив при этом один моль кислорода, получим два моля оксида. Уравнение данной реакции записывается следующим образом: 2Mg + О 2 = 2MgO. Кроме того, при горении магния на открытом воздухе образуется также его нитрид, так как данный металл параллельно реагирует с азотом, содержащимся в атмосфере.
При сжигании трех молей магния тратится один моль нитрогена, и в результате получаем один моль нитрида рассматриваемого металла. Уравнение такого рода химического взаимодействия можно записать таким образом: 3Mg + N 2 = Mg 3 N 2 .
Кроме того, магний способен реагировать и с другими простыми веществами, такими как галогены. Взаимодействие с ними происходит только при условии нагревания компонентов до очень высоких температур. В таком случае происходит реакция присоединения. К галогенам относятся такие простые вещества: хлор, йод, бром, фтор. И реакции называются соответствующе: хлорирование, йодирование, бромирование, фторирование. Как уже можно было догадаться, в результате таких взаимодействий можно получить хлорид, йодид, бромид, фторид магния. К примеру, если взять один моль магния и столько же йода, получим один моль йодида данного металла. Выразить эту химическую реакцию можно с помощью следующего уравнения: Mg + І 2 = MgI 2 . По такому же принципу проводится и хлорирование. Вот уравнение реакции: Mg + Cl 2 = MgCl 2 .
Кроме этого, металлы, в том числе и магний, реагируют с фосфором и серой. В первом случае можно получить фосфид, во втором — сульфид (не путать с фосфатами и сульфатами!). Если взять три моля магния, добавить к нему два моля фосфора и разогреть до нужной температуры, образуется один моль фосфида рассматриваемого металла. Уравнение данной химической реакции выглядит следующим образом: 3Mg + 2Р = Mg 3 P 2 . Точно так же, если смешать магний и серу в одинаковых молярных пропорциях и создать необходимые условия в виде высокой температуры, получим сульфид данного металла. Уравнение подобного химического взаимодействия можно записать так: Mg + S = MgS. Вот мы и рассмотрели реакции этого металла с другими простыми веществами. Но химическая характеристика магния на этом не заканчивается.
Реакции со сложными соединениями
К таким веществам относятся вода, соли, кислоты. С разными группами металлы реагируют по-разному. Рассмотрим все по порядку.
Магний и вода
При взаимодействии данного металла с самым распространенным химическим соединением на Земле образуется оксид и водород в виде газа с резким неприятным запахом. Для проведения такого рода реакции компоненты также нужно нагреть. Если смешать по одному молю магния и воды, получим по столько же оксида и водорода. Уравнение реакции записывается следующим образом: Mg + Н 2 О = MgO + Н 2 .
Взаимодействие с кислотами
Как и другие химически активные металлы, магний способен вытеснять атомы гидрогена из их соединений. Такого рода процессы называются В таких случаях происходит замена атомами металлов атомов гидрогена и формирование соли, состоящей из магния (или другого элемента) и кислотного осадка. Например, если взять один моль магния и добавить его к в количестве два моля, образуется один моль хлорида рассматриваемого металла и столько же водорода. Уравнение реакции будет выглядеть так: Mg + 2HCl = MgCl 2 + Н 2 .
Взаимодействие с солями
Как из кислот образуются соли, мы уже рассказали, но характеристика магния с точки зрения химии подразумевает и рассмотрение его реакций с солями. В данном случае взаимодействие может произойти, только если металл, входящий в состав соли, менее активен, чем магний. К примеру, если взять по одному молю магния и сульфата меди, получим сульфат рассматриваемого металла и чистую медь в равном молярном соотношении. Уравнение такого рода реакции можно записать в следующем виде: Mg + CuSO 4 = MgSO 4 + Cu. Здесь проявляются восстановительные свойства магния.
Применение данного металла
Благодаря тому что он по многим параметрам превосходит алюминий — легче его приблизительно в три раза, но при этом в два раза прочнее, он получил широкое распространение в различных отраслях промышленности. В первую очередь это авиастроение. Здесь сплавы на основе магния занимают первое место по популярности среди всех используемых материалов. Кроме того, он используется в химической промышленности в качестве восстановителя для добывания некоторых металлов из их соединений. Благодаря тому что при горении магний образует очень мощную вспышку, его используют в военной промышленности для изготовления сигнальных ракет, светошумовых боеприпасов и др.
Получение магния
В основном сырьем для этого служит хлорид рассматриваемого металла. Делается это путем электролиза.
Качественная реакция на катионы данного металла
Это специальная процедура, предназначенная для того, чтобы определить присутствие ионов какого-либо вещества. Чтобы протестировать раствор на наличие соединений магния, можно добавить к нему карбонат калия или натрия. В результате образуется белый осадок, который легко растворяется в кислотах.
Где этот металл можно найти в природе?
Данный химический элемент является довольно распространенным в природе. Земная кора почти на два процента состоит из этого металла. Он встречается в составе многих минералов, таких как карналлит, магнезит, доломит, тальк, асбест. Формула первого минерала выглядит так: KCl.MgCl 2 .6Н 2 О. Он выглядит как кристаллы голубоватого, бледно-розового, блекло-красного, светло-желтого либо прозрачного цвета.
Магнезит — это его химическая формула — MgCO 3 . Он имеет белую окраску, но в зависимости от примесей, может иметь серый, бурый или желтый оттенок. Доломит имеет следующую химическую формулу: MgCO 3 .СаСО 3 . Это желтовато-серый либо минерал, обладающий стеклянным блеском.
Тальк и асбест имеют более сложные формулы: 3MgO.4SiO 2 .Н 2 О и 3MgO.2SiO 2 .2Н 2 О соответственно. Благодаря своей высокой жароустойчивости они широко используются в промышленности. Кроме того, магний входит в химический состав клетки и структуру многих органических веществ. Это мы рассмотрим подробнее.
Роль магния для организма
Данный химический элемент важен как для растительных, так и для животных существ. Магний для организма растений просто жизненно необходим. Так же, как железо является основой гемоглобина, нужного для жизни животных, так магний представляет собой главный компонент хлорофилла, без которого не может существовать растение. Данный пигмент участвует в процессе фотосинтеза, при котором в листьях синтезируются из неорганических соединений питательные вещества.
Магний для организма животных также очень нужен. Массовая доля данного микроэлемента в клетке — 0,02-0,03%. Несмотря на то что его так мало, он выполняет очень важные функции. Благодаря ему поддерживается структура таких органоидов, как митохондрии, отвечающие за клеточное дыхание и синтез энергии, а также рибосомы, в которых образуются белки, необходимые для жизнедеятельности. Кроме того, он входит в химический состав многих ферментов, которые нужны для внутриклеточного обмена веществ и синтеза ДНК.
Для организма в целом магний необходим, чтобы принимать участие в обмене глюкозы, жиров и некоторых аминокислот. Также с помощью данного микроэлемента может передаваться нервный сигнал. Кроме всего вышеперечисленного, достаточное содержание магния в организме снижает риск сердечных приступов, инфарктов и инсультов.
Симптомы повышенного и пониженного содержания в организме человека
Недостаток магния в организме проявляется такими основными признаками, как повышенное артериальное давление, усталость и низкая работоспособность, раздражительность и плохой сон, ухудшение памяти, частое головокружение. Также может наблюдаться тошнота, судороги, дрожь в пальцах, спутанность сознания — это признаки очень пониженного уровня поступления с едой данного микроэлемента.
Недостаток магния в организме приводит к частым респираторным заболеваниям, нарушениям в работе сердечно-сосудистой системы, а также диабету второго типа. Далее рассмотрим содержание магния в продуктах. Чтобы избежать его недостатка, нужно знать, какая еда богата данным химическим элементом. Нужно учитывать еще и то, что многие из этих симптомов могут проявляться и при обратном случае - избытке магния в организме, а также при недостатке таких микроэлементов, как калий и натрий. Поэтому важно внимательно пересмотреть свой рацион и разобраться в сути проблемы, лучше всего это сделать с помощью специалиста-диетолога.
Как было упомянуто выше, данный элемент является основной составляющей хлорофилла. Поэтому можно догадаться, что большое его количество содержится в зелени: это сельдерей, укроп, петрушка, цветная и белокочанная капуста, листья салата и т. д. Также это многие крупы, в особенности гречка и пшено, а еще овсянка и ячневая. Кроме того, данным микроэлементом богаты орехи: это и кешью, и грецкий орех, и арахис, и фундук, и миндаль. Также большое количество рассматриваемого металла содержится в бобовых, таких как фасоль и горох.
Немало его содержится и в составе водорослей, к примеру в морской капусте. Если употребление данных продуктов происходит в нормальном количестве, то ваш организм не будет испытывать недостатка в рассмотренном в этой статье металле. Если же у вас нет возможности регулярно кушать еду, перечисленную выше, то лучше всего приобрести пищевые добавки, в состав которых входит этот микроэлемент. Однако перед этим нужно обязательно проконсультироваться с врачом.
Вывод
Магний - один из самых важных металлов в мире. Он нашел широкое применение в многочисленных отраслях промышленности - от химической до авиационной и военной. Более того, он очень важен с биологической точки зрения. Без него невозможно существование ни растительных, ни животных организмов. Благодаря данному химическому элементу, осуществляется процесс, дающий жизнь всей планете, - фотосинтез.
IIA группа содержит только металлы – Be (бериллий), Mg (магний), Ca (кальций), Sr (стронций), Ba (барий) и Ra (радий). Химические свойства первого представителя этой группы — бериллия — наиболее сильно отличаются от химических свойств остальных элементов данной группы. Его химические свойства во многом даже более схожи с алюминием, чем с остальными металлами IIA группы (так называемое «диагональное сходство»). Магний же по химическим свойствами тоже заметно отличается от Ca, Sr, Ba и Ra, но все же имеет с ними намного больше сходных химических свойств, чем с бериллием. В связи со значительным сходством химических свойств кальция, стронция, бария и радия их объединяют в одно семейство, называемое щелочноземельными металлами .
Все элементы IIA группы относятся к s -элементам, т.е. содержат все свои валентные электроны на s -подуровне. Таким образом, электронная конфигурация внешнего электронного слоя всех химических элементов данной группы имеет вид ns 2 , где n – номер периода, в котором находится элемент.
Вследствие особенностей электронного строения металлов IIA группы, данные элементы, помимо нуля, способны иметь только одну единственную степень окисления, равную +2. Простые вещества, образованные элементами IIA группы, при участии в любых химических реакциях способны только окисляться, т.е. отдавать электроны:
Ме 0 – 2e — → Ме +2
Кальций, стронций, барий и радий обладают крайне высокой химической активностью. Простые вещества, образованные ими, являются очень сильными восстановителями. Также сильным восстановителем является магний. Восстановительная активность металлов подчиняется общим закономерностям периодического закона Д.И. Менделеева и увеличивается вниз по подгруппе.
Взаимодействие с простыми веществами
с кислородом
Без нагревания бериллий и магний не реагируют ни с кислородом воздуха, ни с чистым кислородом ввиду того, что покрыты тонкими защитными пленками, состоящими соответственно из оксидов BeO и MgO. Их хранение не требует каких-либо особых способов защиты от воздуха и влаги, в отличие от щелочноземельных металлов, которые хранят под слоем инертной по отношению к ним жидкости, чаще всего керосина.
Be, Mg, Ca, Sr при горении в кислороде образуют оксиды состава MeO, а Ba – смесь оксида бария (BaO) и пероксида бария (BaO 2):
2Mg + O 2 = 2MgO
2Ca + O 2 = 2CaO
2Ba + O 2 = 2BaO
Ba + O 2 = BaO 2
Следует отметить, что при горении щелочноземельных металлов и магния на воздухе побочно протекает также реакция этих металлов с азотом воздуха, в результате которой, помимо соединений металлов с кислородом, образуются также нитриды c общей формулой Me 3 N 2 .
с галогенами
Бериллий реагирует с галогенами только при высоких температурах, а остальные металлы IIA группы — уже при комнатной температуре:
Мg + I 2 = MgI 2 – иодид магния
Са + Br 2 = СаBr 2 – бромид кальция
Ва + Cl 2 = ВаCl 2 – хлорид бария
с неметаллами IV–VI групп
Все металлы IIA группы реагируют при нагревании со всеми неметаллами IV–VI групп, но в зависимости от положения металла в группе, а также активности неметаллов требуется различная степень нагрева. Поскольку бериллий является среди всех металлов IIA группы наиболее химически инертным, при проведении его реакций с неметаллами требуется существенно бо льшая температура.
Следует отметить, что при реакции металлов с углеродом могут образовываться карбиды разной природы. Различают карбиды, относящиеся к метанидам и условно считающимися производными метана, в котором все атомы водорода замещены на металл. Они так же, как и метан, содержат углерод в степени окисления -4, и при их гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями одним из продуктов является метан. Также существует другой тип карбидов – ацетилениды, которые содержат ион C 2 2- , фактически являющийся фрагментом молекулы ацетилена. Карбиды типа ацетиленидов при гидролизе или взаимодействии с кислотами-неокислителями образуют ацетилен как один из продуктов реакции. То, какой тип карбида – метанид или ацетиленид — получится при взаимодействии того или иного металла с углеродом, зависит от размера катиона металла. С ионами металлов, обладающих малым значением радиуса, образуются, как правило, метаниды, с ионами более крупного размера – ацетилениды. В случае металлов второй группы метанид получается при взаимодействии бериллия с углеродом:
Остальные металлы II А группы образуют с углеродом ацетилениды:
С кремнием металлы IIA группы образуют силициды — соединения вида Me 2 Si, с азотом – нитриды (Me 3 N 2), фосфором – фосфиды (Me 3 P 2):
с водородом
Все щелочноземельные металлы реагируют при нагревании с водородом. Для того чтобы магний прореагировал с водородом, одного нагрева, как в случае со щелочноземельными металлами, недостаточно, требуется, помимо высокой температуры, также и повышенное давление водорода. Бериллий не реагирует с водородом ни при каких условиях.
Взаимодействие со сложными веществами
с водой
Все щелочноземельные металлы активно реагируют с водой с образованием щелочей (растворимых гидроксидов металлов) и водорода. Магний реагирует с водой лишь при кипячении вследствие того, что при нагревании в воде растворяется защитная оксидная пленка MgO. В случае бериллия защитная оксидная пленка очень стойкая: с ним вода не реагирует ни при кипячении, ни даже при температуре красного каления:
c кислотами-неокислителями
Все металлы главной подгруппы II группы реагируют с кислотами-неокислителями, поскольку находятся в ряду активности левее водорода. При этом образуются соль соответствующей кислоты и водород. Примеры реакций:
Ве + Н 2 SO 4(разб.) = BeSO 4 + H 2
Mg + 2HBr = MgBr 2 + H 2
Ca + 2CH 3 COOH = (CH 3 COO) 2 Ca + H 2
c кислотами-окислителями
− разбавленной азотной кислотой
С разбавленной азотной кислотой реагируют все металлы IIA группы. При этом продуктами восстановления вместо водорода (как в случае кислот-неокислителей) являются оксиды азота, преимущественно оксид азота (I) (N 2 O), а в случае сильно разбавленной азотной кислоты – нитрат аммония (NH 4 NO 3):
4Ca + 10HNO 3( разб .) = 4Ca(NO 3) 2 + N 2 O + 5H 2 O
4Mg + 10HNO 3(сильно разб.) = 4Mg(NO 3) 2 + NН 4 NO 3 + 3H 2 O
− концентрированной азотной кислотой
Концентрированная азотная кислота при обычной (или низкой) температуре пассивирует бериллий, т.е. в реакцию с ним не вступает. При кипячении реакция возможна и протекает преимущественно в соответствии с уравнением:
Магний и щелочноземельные металлы реагируют с концентрированной азотной кислотой с образованием большого спектра различных продуктов восстановления азота.
− концентрированной серной кислотой
Бериллий пассивируется концентрированной серной кислотой, т.е. не реагирует с ней в обычных условиях, однако реакция протекает при кипячении и приводит к образованию сульфата бериллия, диоксида серы и воды:
Be + 2H 2 SO 4 → BeSO 4 + SO 2 + 2H 2 O
Барий также пассивируется концентрированной серной кислотой вследствие образования нерастворимого сульфата бария, но реагирует с ней при нагревании, сульфат бария растворяется при нагревании в концентрированной серной кислоте благодаря его превращению в гидросульфат бария.
Остальные металлы главной IIA группы реагируют с концентрированной серной кислотой при любых условиях, в том числе на холоду. Восстановление серы может происходить до SO 2 , H 2 S и S в зависимости от активности металла, температуры проведения реакции и концентрации кислоты:
Mg + H 2 SO 4( конц .) = MgSO 4 + SO 2 + H 2 O
3Mg + 4H 2 SO 4( конц .) = 3MgSO 4 + S↓ + 4H 2 O
4Ca + 5H 2 SO 4( конц .) = 4CaSO 4 +H 2 S + 4H 2 O
с щелочами
Магний и щелочноземельные металлы со щелочами не взаимодействуют, а бериллий легко реагирует как растворами щелочей, так и с безводными щелочами при сплавлении. При этом при осуществлении реакции в водном растворе в реакции участвует также и вода, а продуктами являются тетрагидроксобериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и газообразный водород:
Be + 2KOH + 2H 2 O = H 2 + K 2 — тетрагидроксобериллат калия
При осуществлении реакции с твердой щелочью при сплавлении образуются бериллаты щелочных или щелочноземельных металлов и водород
Be + 2KOH = H 2 + K 2 BeO 2 — бериллат калия
с оксидами
Щелочноземельные металлы, а также магний могут восстанавливать менее активные металлы и некоторые неметаллы из их оксидов при нагревании, например:
Метод восстановления металлов из их оксидов магнием называют магниетермией.
К семейству щёлочноземельных элементов относят кальций, стронций, барий и радий. Д. И. Менделеев включал в это семейство и магний. Щёлочноземельными элементы именуются по той причине, что их гидроксиды, подобно гидроксидам щелочных металлов, растворимы в воде, т. е. являются щелочами. «…Земельными же они названы потому, что в природе они встречаются в состоянии соединений, образующих нерастворимую массу земли, и сами в виде окисей RO имеют землистый вид», - пояснял Менделеев в «Основах химии».
Общая характеристика элементов II а группы
Металлы главной подгруппы II группы имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns², и являются s-элементами.
Легко отдают два валентных электрона, и во всех соединениях имеют степень окисления +2
Сильные восстановители
Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду: Be–Mg–Ca–Sr–Ba
К щёлочноземельным металлам относят только кальций, стронций, барий и радий, реже магний
Бериллий по большинству свойств ближе к алюминию
Физические свойства простых веществ
Щелочноземельные металлы (по сравнению со щелочными металлами) обладают более высокими t°пл. и t°кип., потенциалами ионизации, плотностями и твердостью.
Химические свойства щелочноземельных металлов + Be
1. Реакция с водой.
В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде. В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием щелочей:
Mg + 2H 2 O – t° → Mg(OH) 2 + H 2
Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2
2. Реакция с кислородом.
Все металлы образуют оксиды RO, барий-пероксид – BaO 2:
2Mg + O 2 → 2MgO
Ba + O 2 → BaO 2
3. С другими неметаллами образуют бинарные соединения:
Be + Cl 2 → BeCl 2 (галогениды)
Ba + S → BaS (сульфиды)
3Mg + N 2 → Mg 3 N 2 (нитриды)
Ca + H 2 → CaH 2 (гидриды)
Ca + 2C → CaC 2 (карбиды)
3Ba + 2P → Ba 3 P 2 (фосфиды)
Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами.
4. Все щелочноземельные металлы растворяются в кислотах:
Ca + 2HCl → CaCl 2 + H 2
Mg + H 2 SO 4 (разб.) → MgSO 4 + H 2
5. Бериллий растворяется в водных растворах щелочей:
Be + 2NaOH + 2H 2 O → Na 2 + H 2
6. Летучие соединения щёлочноземельных металлов придают пламени характерный цвет:
соединения кальция - кирпично-красный, стронция - карминово-красный, а бария - желтовато-зелёный.
Бериллий, также как и литий, относится к числу s-элементов. Четвертый электрон, появляющийся в атоме Be, помещается на 2s-орбитали. Энергия ионизации бериллия выше, чем у лития, из-за большего заряда ядра. В сильных основаниях он образует ион-бериллат ВеО 2- 2 . Следовательно, бериллий ‑ металл, но его соединения обладают амфотерностью. Бериллий, хотя и металл, но значительно менее электроположительный, по сравнению с литием.
Высокой энергией ионизации атома бериллий заметно отличается от остальных элементов ПА-подгруппы (магния и щелочноземельных металлов). Его химия во многом сходна с химией алюминия (диагональное сходство). Таким образом, это элемент с наличием у его соединений амфотерных качеств, среди которых преобладают все же основные.
Электронная конфигурация Mg: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 по сравнению с натрием имеет одну существенную особенность: двенадцатый электрон помещается на 2s-орбитали, где уже имеется 1е — .
Ионы магния и кальция ‑ незаменимые элементы жизнедеятельности любой клетки. Их соотношение в организме должно быть строго определённым. Ионы магния участвуют в деятельности ферментов (например, карбоксилазы), кальция – в построении скелета и обмена веществ. Повышение содержания кальция улучшает усвоение пищи. Кальций возбуждает и регулирует работу сердца. Его избыток резко усиливает деятельность сердца. Магний играет отчасти роль антагониста кальция. Введение ионов Mg 2+ под кожу вызывает наркоз без периода возбуждения, паралич мышц, нервов и сердца. Попадая в рану в форме металла, он вызывает долго незаживающие гнойные процессы. Оксид магния в лёгких вызывает так называемую литейную лихорадку. Частый контакт поверхности кожи с его соединениями приводит к дерматитам. Самые широко используемые в медицине соли кальция: сульфат СаSO 4 и хлорид CaCL 2 . Первый используется для гипсовых повязок, а второй применяется для внутривенных вливаний и как внутреннее средство. Он помогает бороться с отёками, воспалениями, аллергией, снимает спазмы сердечно-сосудистой системы, улучшает свертываемость крови.
Все соединения бария, кроме BaSO 4 , ядовиты. Вызывают менегоэнцефалит с поражением мозжечка, поражение гладких сердечных мышц, паралич, а в больших дозах – дегенеративные изменения печени. В малых же дозах соединения бария стимулируют деятельность костного мозга.
При введении в желудок соединений стронция наступает его расстройство, паралич, рвота; поражения по признакам сходны с поражениями от солей бария, но соли стронция менее токсичны. Особую тревогу вызывает появление в организме радиоактивного изотопа стронция 90 Sr. Он исключительно медленно выводится из организма, а его большой период полураспада и, следовательно, длительность действия могут служить причиной лучевой болезни.
Радий опасен для организма своим излучением и огромным периодом полураспада (Т 1/2 = 1617 лет). Первоначально после открытия и получения солей радия в более или менее чистом виде его стали использовать довольно широко для рентгеноскопии, лечения опухолей и некоторых тяжёлых заболеваний. Теперь с появлением других более доступных и дешевых материалов применение радия в медицине практически прекратилось. В некоторых случаях его используют для получения радона и как добавку в минеральные удобрения.
В атоме кальция завершается заполнение 4s-орбитали. Вместе с калием он образует пару s-элементов четвертого периода. Гидроксид кальция ‑ довольно сильное основание. У кальция - наименее активного из всех щелочноземельных металлов - характер связи в соединениях ионный.
По своим характеристикам стронций занимает промежуточное положение между кальцием и барием.
Свойства бария наиболее близки к свойствам щелочных металлов.
Бериллий и магний широко используют в сплавах. Бериллиевые бронзы – упругие сплавы меди с 0,5-3% бериллия; в авиационных сплавах (плотность 1,8) содержится 85-90% магния («электрон»). Бериллий отличается от остальных металлов IIА группы – не реагирует с водородом и водой, зато растворяется в щелочах, поскольку образует амфотерный гидроксид:
Be+H 2 O+2NaOH=Na 2 +H 2 .
Магний активно реагирует с азотом:
3 Mg + N 2 = Mg 3 N 2 .
В таблице приведена растворимость гидроксидов элементов II группы.
Традиционная техническая проблема – жесткость воды , связанная с наличием в ней ионов Mg 2+ и Ca 2+ . Из гидрокарбонатов и сульфатов на стенках нагревательных котлов и труб с горячей водой оседают карбонаты магния и кальция и сульфат кальция. Особенно мешают они работе лабораторных дистилляторов.
S-элементы в живом организме выполняют важную биологическую функцию. В таблице приведено их содержание.
Во внеклеточной жидкости содержится в 5 раз больше ионов натрия, чем внутри клеток. Изотонический раствор («физиологическая жидкость») содержит 0,9% хлорида натрия, его применяют для инъекций, промывания ран и глаз и т. п. Гипертонические растворы (3-10% хлорида натрия) используют как примочки при лечении гнойных ран («вытягивание» гноя). 98% ионов калия в организме находится внутри клеток и только 2% во внеклеточной жидкости. В день человеку нужно 2,5-5 г калия. В 100 г кураги содержится до 2 г калия. В 100 г жареной картошки – до 0,5 г калия. Во внутриклеточных ферментативных реакциях АТФ и АДФ участвуют в виде магниевых комплексов.
Ежедневно человеку требуется 300-400 мг магния. Он попадает в организм с хлебом (90 мг магния на 100 г хлеба), крупой (в 100 г овсяной крупы до 115 мг магния), орехами (до 230 мг магния на 100 г орехов). Кроме построения костей и зубов на основе гидроксилапатита Ca 10 (PO 4) 6 (OH) 2 , катионы кальция активно участвуют в свертывании крови, передаче нервных импульсов, сокращении мышц. В сутки взрослому человеку нужно потреблять около 1 г кальция. В 100 г твердых сыров содержится 750 мг кальция; в 100 г молока – 120 мг кальция; в 100 г капусты – до 50 мг.
К 4-й аналитической группе относятся катионы Mg 2+ , Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ .
Гидроксиды катионов IV группы не растворимы в избытке щелочей и растворе аммиака. Они количественно осаждаются избытком раствора NaOH, в присутствии пероксида водорода, который является групповым реагентом на ионы данной группы. Все катионы образуют трудно растворимые фосфаты, оксалаты, сульфиды (кроме Mg 2+). Mn 2+ , Fe 2+ , Fe 3+ проявляют окислительно–восстановительные свойства.
Реакции ионов магния
Реакция со щелочами.
Едкие щелочи образуют белый студенистый осадок гидроксида магния:
MgCl 2 + 2NaOH = Mg(OH) 2 + 2NaCl
Гидроксид магния растворим в кислотах и солях аммония, но не растворим в избытке щелочи.
Реакция с водным раствором NH 3 .
Аммиак с ионами магния образует осадок гидроксида магния:
Mg 2+ + 2NH 3 ˙ Н 2 О = Mg(OH) 2 + 2NH 4 + ,
который не осаждается полностью. К присутствии солей аммония диссоциация NH 3 ˙ Н 2 О настолько понижается, что концентрация ионов ОН – становится меньше необходимой для того, чтобы было превышено произведение растворимости Mg(OH) 2 . Иначе говоря, NH 4 Cl и NH 3 образуют буферный раствор с рН = 8,3, при котором гидроксид магния в осадок не выпадает.
3. Реакция с гидрофосфатом натрия.
MgCl 2 + Na 2 HPO 4 = MgHPO 4 + 2NaCl
Гидрофосфат магния – белый аморфный осадок, растворимый в минеральных кислотах, а при нагревании – в уксусной.
Выполнение реакции: при проведении реакции в присутствии NH 3 ˙ Н 2 О и NH 4 Cl выпадает белый кристаллический осадок фосфата магния и аммония. В пробирку помещают 3–4 капли соли магния (задачи) добавляют раствор аммиака до слабой мути, раствор NH 4 Cl до её растворения и 2–3 капли раствора Na 2 HPO 4. Пробирку охлаждают под холодной водой, потирая стеклянной палочкой о внутренние стенки пробирки. В присутствии ионов магния со временем выпадает белый кристаллический осадок:
MgCl 2 + Na 2 HPO 4 + NH 3 ˙ H 2 О = MgNH 4 PO 4 + 2NaCl + H 2 O
Реакцию можно проводить и как микрокристаллоскопическую. На предметное стекло наносят каплю соли магния (задачи), каплю NH 4 Cl, выдерживают над склянкой с концентрированным раствором NH 3 (каплей вниз), вносят кристаллик сухого Na 2 HPO 4 ·12Н 2 О и через минуту наблюдают кристаллы MgNH 4 PO 4 в виде дендритов (листков) под микроскопом.
Реакция с карбонатом аммония.
2MgCl 2 + 2(NH 4) 2 СО 3 + Н 2 О = Mg 2 (OH) 2 CO 3 + 4NH 4 Cl + СO 2
Осадок малорастворим в воде и выпадает только при рН > 9. Он растворим в солях аммония, что можно объяснить, исходя из следующего равновесия: Mg 2 (OH) 2 CO 3 Mg 2 (OH) 2 CO 3 2Mg 2+ + 2OН – + СО 3 2–
При введении NH 4 Cl происходит его диссоциация NH 4 Cl NH 4 + + Cl – . Ионы NH 4 + связываются с гидроксид–ионами в малодиссоциирующее соединение NH 3 ˙ Н 2 О, вследствие чего концентрация ионов OH – понижается инe достигается и происходит растворение осадка.
5. Реакция с 8-оксихинолином.
8–оксихинолин в аммиачной среде при рН 9,5–12,7 образует с ионами магния зеленовато-желтый кристаллический осадок внутрикомплексной соли оксихинолята магния Mg(C 9 H 6 NO) 2 ·2H 2 O:
Mg 2+ + 2C 9 H 6 NOH + 2NH 4 OH =Mg(C 9 H 6 NO) 2 + 2NH 4 +
Осадок растворим в уксусной и минеральных кислотах. Катионы щелочных и щелочноземельных металлов реакции не мешают.
Выполнение реакции: к 3–4 каплям исследуемого раствора прибавляют 2 капли раствора фенолфталеина и по каплям 2 М раствор аммиака до появления розовой окраски. Содержимое пробирки нагревают до кипения и прибавляют 4–5 капель 5%-ного спиртового раствора 8–оксихинолина. В присутствии магния выпадает зеленовато–желтый осадок. Реакции не мешают ионы щелочных и щелочноземельных металлов.
