Группа 2: элементы, периодическая таблица, свойства
В 2020 году космический телескоп Спитцер был выведен из эксплуатации НАСА после 17 лет службы. Он наблюдал за инфракрасной активностью Вселенной, что дало нам уникальную возможность заглянуть в ранее скрытые области космоса. В нем были инструменты, которые могли обнаруживать длины волн от 3,6 мкм до 160 мкм в длину, и использовалось зеркало диаметром почти 1 метр для фокусировки и отражения света. Это зеркало было охлаждено до холодных 5,5 К — это -268 °С!
Но это не причина нашего интереса. Нет, нас больше волнует, из чего он построен. Зеркало было изготовлено из бериллия , примера элемента группы 2 .
- Эта статья о группе 2 в неорганической химии.
- Мы начнем с обзора элементов группы 2 .
- Затем мы рассмотрим свойств элементов группы 2 , включая их атомный радиус, первая энергия ионизации, растворимость и реакционная способность .
- После этого мы рассмотрим применений группы 2 .
- Наконец, мы рассмотрим, как тестировать для элементов группы 2 .
Металлические элементы группы 2
Взгляните на периодическую таблицу ниже. Столбец розового цвета показывает одну конкретную группу, group 2 .
Рис. 1 – Группа 2 в периодической таблице
Группа 2 группа металлов в периодической таблице. Они также известны как щелочноземельные металлы .
Группа 2 содержит шесть элементов:
- Bererllium (BE)
- Магний (Mg)
- кальций (CA)
- Strontium (SR)
- Barium (BA)
- Radium (RA)
9 RA)
Однако это не очень распространено. В одном килограмме земной коры содержится всего 900 пикограмм радия – это 9 х 10 -10 грамма!Единственным коммерческим применением радия в настоящее время является его использование в ядерной медицине, где его можно использовать для лечения определенных видов рака. Однако в начале двадцатого века он прославился как источник радиации для радиоактивных шарлатанов . Это лженаука , которая неправильно продвигает радиацию как лекарство от многих болезней. По сей день вы все еще можете найти курорты, которые с гордостью рекламируют свои содержащие радий воды как средство от всевозможных болезней и недомоганий.
Напротив, металл группы 2 кальций является пятым наиболее распространенным элементом в земной коре. Он имеет множество применений, например, в производстве мыла и цемента. Тем не менее, его самая важная функция, возможно, в организме. Кальций является важным элементом для многих организмов.
Например, ионы кальция помогают регулировать сокращение мышц и нервную функцию у животных. Наши кости действуют как хранилища этих ионов. Дефицит кальция может привести к остеопорозу. Ионы кальция также играют структурную роль в растениях, помогая формировать клеточную стенку, клеточную мембрану и среднюю пластинку.
Вы можете узнать больше о влиянии ионов кальция в Теория скользящих нитей .
Свойства группы 2
Элементы группы 2 очень похожи. Физически все они мягкие, блестящие, серебристо-белые металлы , с относительно низкими температурами плавления и кипения и плотностями. Давайте рассмотрим некоторые другие их свойства более подробно.
Структура и связь группы 2
Все элементы группы 2 имеют два электрона на внешней оболочке . Эти электроны находятся на внешней s-орбитали .
Не знаете, о чем мы говорим? Ознакомьтесь с Электронная конфигурация , чтобы узнать больше о различных электронных орбиталях.
Рис. 2. Электронная конфигурация магния
При взаимодействии элементы группы 2 теряют два своих внешних электрона с образованием катионов с зарядом 2+ и степенью окисления +2. Это означает, что элементы группы 2 образуют ионных соединений .
Есть одно исключение из правил – бериллий. Этот элемент на самом деле образует ковалентные молекулы, а не ионные соединения. Мы рассмотрим, почему это так, когда перейдем к тенденции электроотрицательности группы 2.
Атомный радиус группы 2
Если вы читали Периодические тенденции , вы сможете предсказать, как изменяется атомный радиус элементов группы 2 по мере продвижения вниз по группе. Как вы можете видеть на графике ниже, атомный радиус увеличивается на при движении вниз по группе. Это потому, что каждый последующий элемент имеет больше электронов с большим количеством электронных оболочек.
Рис. 3 – Атомный радиус элементов группы 2
Мы уже видели электронную структуру магния: он имеет 12 электронов, находящихся в трех электронных оболочках.
Следующий элемент в группе, кальций, имеет 20 электронов в четырех электронных оболочках. Следовательно, он имеет больший атомный радиус.
Рис. 4 – Электронная структура и атомный радиус магния и кальция
Точки плавления группы 2
В целом температуры плавления элементов группы 2 уменьшайте по мере продвижения вниз по группе. В твердом состоянии металлы образуют металлических решеток , состоящих из положительных катионов металлов , окруженных морем отрицательных делокализованных электронов , как показано ниже.
Рис. 5 – Металлическая решетка кальция
Эта решетка поддерживается сильным электростатическим притяжением между отрицательными электронами и ядрами положительных катионов. Помните, что атомный радиус увеличивается по мере продвижения вниз по группе. Это означает, что ядра находятся дальше от делокализованных электронов. Следовательно, электростатическое притяжение слабее.
А значит, для его преодоления и расплавления твердого тела требуется меньше энергии.
Рис. 6 – Температура плавления элементов группы 2
Вы заметите, что точка плавления магния не соответствует общей тенденции. К сожалению, этому нет простого объяснения. Точно так же температуры кипения металлов группы 2 также не имеют четкой тенденции. Еще раз, нет простого объяснения. Да, мы знаем – глубоко раздражает!
Нужна дополнительная информация о металлических решетках? Metallic Bonding поможет вам!
Группа 2 первая энергия ионизации
Теперь мы перейдем к рассмотрению первых энергий ионизации элементов группы 2.
Энергия первой ионизации — это энергия, необходимая для удаления одного моля наиболее слабо удерживаемых электронов из одного моля атомов газа. Каждый атом образует катион с зарядом +1.
Можете ли вы угадать тенденцию?
Первая энергия ионизации уменьшается по мере того, как вы спускаетесь по группе 2.
Опять же, это связано с увеличением атомного радиуса. По мере продвижения вниз по группе самый внешний электрон оказывается дальше от ядра. Это означает, что притяжение между ядром и электроном слабее, поэтому его легче преодолеть.
Рис. 7 – Первая энергия ионизации элементов группы 2
Эта тема более подробно раскрыта в Тенденции в Энергия ионизации .
Группа 2 электроотрицательность
Теперь давайте посмотрим на электроотрицательность .
Электроотрицательность — это способность атома притягивать связывающую пару электронов.
Опять же, в Полярность гораздо больше подробностей. Но основные принципы электроотрицательности применимы и здесь. Электроотрицательность уменьшается на по мере того, как вы спускаетесь по группе в периодической таблице. Как известно, атомный радиус увеличивается по мере продвижения вниз по группе. Это означает, что любые связанные электроны находятся дальше от ядра, поэтому притяжение между ними слабее.
Возможно, вы помните из Полярность , что на электроотрицательность влияет заряд ядра — количество протонов в ядре атома. По мере того, как вы спускаетесь вниз по группе, заряд ядра увеличивается, поэтому вы можете подумать, что электроотрицательность также будет увеличиваться.
Чтобы объяснить это, вернемся к структуре магния и кальция. Магний с атомным номером 12 имеет в ядре 12 протонов. У кальция, с другой стороны, их 20. Однако у магния есть 10 электронов внутренней оболочки, которые экранируют заряд 10 из этих протонов. Напротив, кальций имеет 18 электронов внутренней оболочки, которые экранируют заряд его протонов. Таким образом, в обоих элементах любая связывающая пара будет чувствовать притяжение только двух оставшихся неэкранированных протонов. Эффективный заряд ядра одинаков. Но поскольку кальций имеет больший атомный радиус, он имеет более низкую электроотрицательность.
Помните, мы упоминали, что бериллий ведет себя немного странно? Он образует ковалентных молекул вместо ионных соединений .
Это потому, что это такой маленький атом; таким образом, он имеет более высокую электроотрицательность, чем все остальные члены группы.
Например, хлорид бериллия и хлорид магния. Хлор гораздо более электроотрицательный, чем магний, и большая разница в электроотрицательности вызывает ионную связь . Атомы хлора так сильно притягивают электроны магния, что магний полностью их отдает. Оба элемента образуют ионы.
Рис. 8 — Хлорид магния — ионное соединение
С другой стороны, электроотрицательность бериллия достаточно высока, чтобы он не хотел терять свои электроны. Вместо этого он цепляется за них и делит их с хлором посредством ковалентной связи . Вот почему бериллий образует ковалентные молекулы вместо ионных соединений.
Рис. 9 – Хлорид бериллия – ковалентная молекула
Растворимость группы 2
Как и все металлы, элементы группы 2 нерастворимы в воде. Однако их соединения имеют различную растворимость.
Вы можете узнать больше в Группа 2 Соединения , но вот обзор:
Рис. 10 – Растворимость соединений группы 2
Hy d оксиды становятся более растворимыми по мере использования
9 d6
6 группа, в то время как
u р u лфаты становятся более растворимыми по мере продвижения в группе.Реактивность группы 2
Последнее свойство, которое мы рассмотрим, это реактивность . Как и большинство металлов, элементы группы 2 довольно реакционноспособны. Их реактивность увеличивается на по мере продвижения вниз по группе. Как мы выяснили ранее, элементы группы 2 (кроме бериллия) всегда реагируют с образованием ионов с зарядом 2+. Для этого необходимо удалить два электрона внешней оболочки, иначе говоря, процессы первой и второй ионизации. Энергия ионизации уменьшается по мере продвижения вниз по группе, поэтому эти электроны легче удалить.
Поэтому реактивность возрастает.
Мы исследуем некоторые характерные реакции металлов группы 2 в разделе «Реакции группы 2».
Тестирование для группы 2
В самом начале статьи мы упомянули, что все элементы группы 2 очень похожи внешне. Это все серебристые металлы. Это может затруднить их различение. Однако одним из способов различения металлов группы 2 является использование испытаний пламенем . Различные металлы горят, образуя разноцветное пламя в захватывающем световом шоу.
Возьмите чистую металлическую петлю и окуните ее в кислоту. Держите петлю в пламени горелки Бунзена, пока не перестанет изменяться цвет. Это очищает цикл. Затем окуните петлю в твердый образец вашего металла и снова держите ее в горелке Бунзена. Обратите внимание на цвет образовавшегося пламени. Если повезет, вы получите следующие результаты:
| Металл | Цвет |
| Кальций | Оранжево-красный |
| Стронций | Красный |
| Барий | Зеленый |
Обратите внимание, что бериллий и магний не дают цветного пламени. Вам придется полагаться на другие химические тесты, чтобы отличить их друг от друга.
Использование элементов группы 2
Наконец, давайте сосредоточимся на некоторых из применений группы 2 .
- Кальций является пятым по распространенности элементом в организме человека и играет важную роль в здоровье костей, сокращении мышц и нейротрансмиссии.
- Соединения кальция используются в сельском хозяйстве для повышения рН почвы. Их также можно использовать для удаления серы из дымовых газов.
- Соединения бария используются в рентгеновских лучах, а сплавы бериллия используются в механических деталях.
- Магний является третьим наиболее часто используемым конструкционным металлом, в основном используемым в легких сплавах.
Check out Группа 2 Соединения для большего количества применений группы 2.
Группа 2 – Основные выводы
- Группа 2 , также известный как щелочноземельных металлов , представляет собой группу металлов в периодической таблице.
- Группа 2 содержит элементы бериллий , магний , кальций , стронций , барий и радий .
- Каждый элемент группы 2 имеет два электрона на внешней оболочке .
- Атомный радиус , реакционная способность, и растворимость гидроксидов группы 2 увеличивайте по мере продвижения вниз по группе.
- Температура плавления , первая энергия ионизации , электроотрицательность, и растворимость сульфатов группы 2 уменьшаются по мере продвижения вниз по группе.
- Вы можете отличить некоторые элементы группы 2 с помощью испытаний на пламя .
неорганическая химия – группы периодической таблицы
Несмотря на то, что за ваш вопрос проголосовали отрицательно, я думаю, что это законный вопрос для людей, чтобы понять тенденцию. Я считаю, что номенклатура римских цифр I-VIII относится к системе CAS, в то время как группы арабских цифр 1-18 рекомендуются IUPAC (Ref.1). Периодическая таблица, рекомендованная ИЮПАК, приведена ниже (не обращайте внимания на римские цифры, которые я привел здесь для пояснения):
Согласно ссылке 1, путаница в Периодической таблице элементов была устранена следующим образом:
Г. Г. Деминг использовал длинную периодическую таблицу в своем учебнике «Общая химия» (см. следующую диаграмму только с римскими цифрами; ссылка 2), который впервые появился в США в 1923 г. и обозначил первые две и последние пять основных групп. с обозначением «A», а промежуточные группы переходов с обозначением «B». Нумерация выбрана таким образом, чтобы характерные оксиды групп В соответствовали оксидам групп А. Группы железа, кобальта и никеля не обозначались ни А, ни В. Группа благородных газов первоначально была помещена Уэмингом в левую часть периодической таблицы. Позже группа была переключена на правую сторону и обычно обозначалась как группа VIIA.
Эта версия таблицы Менделеева в течение многих лет распространялась компанией Sargent-Welch Scientific Company, Скоки, Иллинойс, США. $[\cdot\cdot\cdot]$ Тем временем обозначения А и В широко и довольно произвольно использовались в учебниках и публикациях. Исследование применения обозначений подгрупп А и В во всех статьях, появившихся в период с 1972 по 1981 год и опубликованных в Chemical Abstracts, выявило совершенно произвольное использование этого обозначения. Более того, более чем в 10% статей было почти невозможно по формулировке текста определить, какие элементы обсуждались без дополнительной информации (ссылка 3).
Комиссия ИЮПАК по номенклатуре неорганической химии (CNIC) предложила обозначать группы арабскими цифрами в 1984 г. (ссылка 4), что было одобрено Комиссией по номенклатуре Американского химического общества (ACS), а остальные история.
Таким образом, можно с уверенностью сказать, что эта номенклатура в настоящее время устарела и не заслуживает обсуждения.