منو
 کاربر Online
906 کاربر online

عناصر گروه IIA

تازه کردن چاپ
علوم طبیعت > شیمی
(cached)



این مطلب از بخش آموزش وب‌سایت المپیاد شیمی رشد،انتخاب شده که با فرمت pdf نیز در وب‌سایت المپیاد رشدموجود می‌باشد. برای مشاهده این موضوعات در وب‌سایت المپیاد، به آدرس فهرست مطالب شیمی مراجعه کنید. همچنین می‌توانید با کلیک اینجا‌ ، با ویژگی‌های بخش آموزش این وب‌سایت آشنا شوید.


عناصر گروه IIA


گروه قلیایی خاکی شامل بریلیم، منیزیم، کلسیم، استرانسیم، باریم و رادیم است. رادیم یک عنصر پرتوزاست و توسط واکنشهای هسته‌ای به وجود می‌آید. واژه قلیایی بازگوکننده این واقعیت است که پاره‌ای از ترکیبهای این عنصرها بازی یا قلیایی‌ هستند و واژه خاکی از نظر تاریخی برای بیان این مطلب بوده است که بسیاری از ترکیبهای این عنصرها در آب انحلال ناپذیرند.


وجود در طبیعت


بریلیم به صورت به نام بریل، منیزیم به صورتهای به نام دولومیت و به نام کارنالیت و نیز در سیلیکاتهای طبیعی در پوسته جامد زمین و نیز به صورت نمکهای محلول در آب دریا وجود دارد. کلسیم به صورت در سنگهای آهکی، به نام ژیپس (سنگ گچ)، دولومیت و سیلیکاتها یافت می‌شود. استرانسیم، به طور عمده به صورت به نام استرنسیت و باریم به صورت به نام باریت وجود دارد. رادیم نسبتاً کمیاب است (در سنگ معدن اورانیم به صورت ناخالصی یافت می‌شود).
خواص کلی این فلزها در جدول زیر گردآوری شده است.

پاره‌ای از خواص فیزیکی عنصرهای گروه IIA
عدد اتمی
4 12 20 38 56
آرایش الکترونی
انرژی نخستین یونش
899 738 590 549 503
انرژی دومین یونش
1757 14511145 1064 965
انرژی سومین یونش
14810 7733 4916 4140 3470
شعاع اتمی
1.111.6 1.97 2.15 2.22
شعاع یونی
0.31 0.7 1.06 1.27 1.43
الکترونگاتیوی (مقیاس پائولینگ)
1.56 1.31 1.00 0.95 0.89
دمای ذوب
1287 649 839 768 727
دمای جوش
2484 1105 1494 1381 1640
چگالی
1.85 1.73 1.55 2.6 3.62
پتانسیل الکترودی استاندارد،
-1.85-2.73 -2.87 -2.89 -2.90

اتمهای عنصرهای گروه دو الکترون لایه ظرفیت خود را در یک واکنش شیمیایی از دست داده، یونهای پایداری با آرایش الکترونی یک گاز نجیب تشکیل می‌دهند. مثلاً،
با توجه به جدول بالا ملاحظه‌ می‌شود که به عنوان مثال در مورد منیزیم، نسبت انرژی دومین یونش به انرژی نخستین یونش در حدود دو برابر،‌ اما نسبت انرژی سومین یونش به انرژی دومین یونش بیش از پنج برابر است. این مقایسه می‌رساند که پس از جدا کردن دو الکترون اول که الکترونهای ظرفیت منیزیم هستند، الکترون سوم را باید از یک آرایش الکترونی پایدار مانند آرایش الکترونی گاز نجیب نئون جدا کنیم که این عمل انرژی زیادی نیاز دارد. افزایش انرژی دومین یونش نسبت به انرژی نخستین یونش برای این است که در مورد جدا کردن نخستین الکترون، این الکترون را از یک اتم گازی خنثی جدا می‌کنیم،‌ حال آنکه در مورد دومین یونش،‌ الکترون را باید از یون یک بار مثبت جدا کنیم و برای غلبه بر نیروی جاذبه بین یون گازی و الکترونی که جدا می‌شود، باید انرژی بیشتری صرف شود. پس در مورد عنصرهای گروه به این نتیجه می‌رسیم که پایدارترین عدد اکسایش این عنصرها در ترکیبهای آنها عدد اکسایش +2 است.
همه فلزهای قلیایی خاکی جلای سفید نقره‌ای دارند و نسبتاً نرمند. مقایسه خواص فیزیکی آنها با فلزهای قلیایی نشان می‌دهد که دماهای ذوب، جوش، چگالی، آنتالپی ذوب و تبخیر آنها از فلزهای قلیایی، ‌به طور بارزی بالاتر است. این به علت بیشتر بودن تعداد الکترونها لایه ظرفیت، کوچکتر بودن شعاع فلزی و متبلور شدن در سیستمهای انباشته‌تر است.
فلزهای قلیایی خاکی فقط به صورت کاتیون +2 در طبیعت یافت می‌شوند. بیشتر این یونها با آنیونهایی با بار -2 مانند کربنات و سولفات ترکیبهای انحلال‌ناپذیر تشکیل می‌دهند و در طبیعت به صورت کربنات، سولفات و سیلیکات یافت می‌شوند. بریلیم به مقدار قابل توجه در کانی بریل،‌ ، وجود دارد. منیزیم به طور گسترده به صورت کربنات،، و دولومیت، و همچنین به صورت سیلیکات در کانیهایی چون آزبست (پنبه‌نسوز)، و به صورت در آب دریا وجود دارد. مقدار زیادی کلسیم به صورت کربنات در گل سفید، سنگ آهک و مرمر یافت می‌شود. مقداری کلسیم نیز به صورت و ژیپس، ، وجود دارد. ژیپس یا گچ بر اثر گرمای ملایم به گچ بنایی یا گچ شکسته‌بندی به فرمول تبدیل می‌شود.
img/daneshnameh_up/9/97/mch0133a.jpg
این واکنش برگشت‌پذیر است و با ریختن اندکی آب بر آن به گچ متبلور و سخت تبدیل می‌شود. استرانسیم و باریم کمیابترند و کانیهای متداول آنها است. رادیم آخرین عنصر گروه بسیار کمیاب است و در طبیعت به صورت عنصری پرتوزا یافت می‌شود و از واپاشی هسته‌ای عنصرهای سنگینتر مانند اورانیم بوجود می‌آید.


خواص شیمیایی



در هیچ ترکیب غیرکمپلکس، شناخته نشده است. در محلولهای آبی پتانسیل کاهش از فلزهای هم‌گروه خود بسیار کمتر است و بر همین اساس فعالیت فلزی آن بسیار کم است. در مقابل، پتانسیل کاهش کلسیم، استرانسیم، باریم و رادیم نسبتاً بالا و در حدود پتانسیل کاهش فلزهای قلیایی سنگین است. البته منیزیم وضعیت حدواسط دارد. به علت کوچکتر بودن شعاع اتمی و بیشتر بودن بار مؤثر هسته آنها نسبت به فلزهای قلیایی،‌ انرژی اولین یونش آنها از فلزهای قلیایی هم دوره خود بیشتر است.
انرژیهای اولین و دومین یونش آنها نسبتاً کم، ولی انرژی سومین یونش آنها بسیار بالا است. از این رو، در محلول و در تشکیل ترکیبات یونی به آسانی دو الکترون لایه ظرفیت اتم خود را از دست می‌دهند و به کاتیون با آرایش الکترونی گاز بی‌اثر تبدیل می‌شوند، با عدد اکسایش دیگری، در ترکیبها شرکت نمی‌کنند. اصولاً بعد از فلزهای قلیایی فعالترین فلزها محسوب می‌شوند. به طوری که در طبیعت به حالت آزاد یافت نمی‌شوند. قابل توجه است که اگرچه انرژی اولین و دومین یونش آنها نسبت به انرژی یونش فلزهای قلیایی بیشتر است، ولی در مقابل، انرژی آبپوشی و انرژی شبکه بلور ترکیبهای آنها نیز از فلزهای قلیایی بیشتر است. از این رو، در محلول به آسانی به کاتیون تبدیل می‌شوند.
در میان این عنصرها بریلیم خواص نسبتاً متفاوتی دارد. زیرا شعاع اتمی آن نسبتاً کوچک و پتانسیل یونی کاتیون بسیار زیاد است. از این رو، مانند آلومینیم (تشابه قطری) آنیونها را بیشتر پلاریزه کرده و به طور عمده پیوند کوالانسی تشکیل می‌دهد (در صورتی که فلزهای دیگر این گروه به طور عمده پیوندهای یونی تشکیل می‌دهند). برای مثال، کوالانسی است و در فاز جامد به صورت پلیمر با ساختار زنجیری (با عدد کوئوردیناسیون 4) در می‌آید.
اکسید بریلیمدر فاز گازی کوالانسی است و مانند بلاند روی در حالت جامد شبکه فضایی با عدد کوئوردیناسیون 4 به وجود می‌آورد (همین‌طور ) افزون بر آن، با مواد آلی قطبی مانند الکل ترکیب اضافی می‌دهد و نیز با آنیونهایی مانند، یون کمپلکس چهاروجهی تشکیل می‌دهد که خواص آن مانند است ( مانند در آب نامحلول است).
یون آبپوش شده آن به علت بالا بودن پتانسیل یونی کاتیون،‌ خاصیت اسیدی دارد:
منیزیم خواصی حدواسط بریلیم و عنصرهای دیگر این گروه دارد. برای مثال، هیدروکسید آن مانند هیدروکسید بریلیم در آب حل می‌شود. غیر از بریلیم و منیزیم، عنصرهای دیگر آن گروه در دمای معمولی با آب واکنش می‌دهند. با بسیاری از نافلزها نیز در دمای معمولی یا بر اثر گرما واکنش می‌دهند. تفاوت عمده آنها با فلزهای قلیایی در این است که بسیاری از ترکیبهای آنها در آب نامحلولند. برای مثال، غیر از نیترات، استات و هالید (بجز‌ ) نمکهای دیگر آنها در آب حل نمی‌شوند. حلالیت اکسید و هیدروکسید آنها با افزایش عدد اتمی افزایش ولی حلالیت سولفات و کرومات آنها با افزایش عدد اتمی کاهش می‌یابد (اصولاً‌ با افزایش عدد اتمی انرژی آبپوشی آنها بیش از انرژی شبکه بلور آنها کاهش می‌یابد). برخی از ترکیبهای آنها مانند در حلالهای آلی قطبی مانند الکل، بر اثر تشکیل ترکیبهای اضافی حل می‌شوند.
پایداری کربنات و نیترات آنها در مقابل گرما با افزایش عدد اتمی افزایش می‌یابد. برای مثال، کربنات بریلیم در ولی کربنات باریم در تجزیه می‌شود.
خواص شیمیایی فلزهای قلیایی خاکی را می‌توان چنین خلاصه کرد:

با تمام هالوژنها:



img/daneshnameh_up/b/be/mch0133b.jpg

(بخار آب جوش)

(بریلیم حتی در دمای سرخ با آب واکنش نمی‌دهد).


(تنها با)



روشهای تهیه



بریلیم را از کاهش کلرید یا اکسید آن به وسیله یا تهیه می‌کنند.
منیزیم که بین فلزهای قلیایی خاکی بیشتر از همه مصرف دارد، از آب دریا به دست می‌آید. یون منیزیم به میزان0.13% در آب دریا وجود دارد. این یون را ابتدا به وسیله آب آهک به صورت منیزیم هیدروکسید رسوب می‌دهند، سپس آن را در هیدروکلریک اسید حل می‌کنند. از تغلیظ محلول اخیر، نمک منیزیم به فرمول متبلور می‌شود. از الکترولیز مذاب این نمک در دمای، منیزیم در کاتد و گاز کلر در آند بدست می‌آید. روش دیگر تهیه فلز منیزیم، واکنش دولومیت


سیلیکات کلسیم و منیزیم (فرو سیلیسیم)


کاربردهای مهم


بریلیم، به علت شفاف بودن در مقابل پرتوهای ، در تهیه دریچه دستگاههای مولد پرتوهای ، به علت دیرگداز بودن، پوشانندگی و داشتن خواص سرامیکی در ساختار رآکتور اتمی و به صورت آلیاژ با نیکل (مقاوم در مقابل آب دریا) در کشتی‌سازی مصرف دارد.
منیزیم از گروه بیشترین کاربرد را دارد. منیزیم به طور گسترده در تهیه آلیاژهای سبک ‌وزن که استحکام کششی زیادی دارند؛ یعنی،‌ به علت کشیده‌شدن به آسانی پاره نمی‌شوند، به کار می‌رود و این آلیاژها در ساخت قطعات هواپیما و لوازم خانگی مصرف می‌شوند. اگرچه استحکام ساختاری منیزیم زیاد نیست، ولی می‌توان استحکام آن را به وسیله آلیاژ کردن منیزیم با آلومینیم، روی و منگنز افزایش داد. آلومینیم استحکام کششی آلیاژ را زیاد می‌کند،‌ فلز روی خواص ماشین‌کاری آلیاژ را بهبود می‌بخشد و فلز منگنز مقاومت آلیاژ را در برابر عوامل خوردگی زیاد می‌کند.
نظر به اینکه منیزیم با نور خیره‌کننده‌ای در هوا می‌سوزد، از گرد یا نوار آن در عکاسی به عنوان منبع نور شدید استفاده می‌شود. لامپ عکاسی دارای ورقه نازکی از فلز منیزیم یا آلومینیم در فضای اکسیژن است. با عبور جریان برق، این فلز گرم می‌شود و به طور ناگهانی در واکنش با اکسیژن مشتعل می‌شود. منیزیم اکسید، ، منیزیم هیدروکسید، ، و منیزیم سولفات آبپوشیده، ، از ترکیبهای متداول منیزیم هستند. منیزیم اکسید دمای ذوب زیادی دارد و واکنش‌پذیری آن کم است و به عنوان یک ماده دیرگداز برای پوشش داخلی کوره‌ها به کار می‌رود. منیزیم هیدروکسید یک باز بسیار ضعیف است و در خمیر دندان به کار می‌رود. این هیدروکسید موجب خنثی شدن اسیدها می‌شود و از کرم‌خوردگی دندانها جلوگیری می‌کند. منیزیم هیدروکسید به حالت تعلیق در آب همان «شیر منیزی» است که برای معالجه سوء‌هاضمه به کار می‌رود.
به علت زیاد بودن واکنش‌پذیری کلسیم، استرانسیم و باریم، این فلزها کاربرد محدودی دارند. به علت تمایل زیاد این فلزها به واکنش با اکسیژن از آنها در تولید فولاد جهت زدودن اکسیژن استفاده می‌شود. همچنین، این فلزها به عنوان «گاز زدا» (برای گرفتن مقدار ناچیز اکسیژن) در داخل لامپهای الکترونی و لامپ رادیو به کار می‌روند. از مهمترین ترکیبهای کلسیم می‌توان آهک، ، و سنگ آهک،، را نام برد. آهک را از گرم کردن سنگ‌آهک تهیه می‌کنند. سالیانه هزارها تن آهک را برای مقابله با خاصیت اسیدی خاک به کار می‌برند. از آهک در تهیه سیمان و ساروج نیز استفاده می‌شود. نمکهای کلسیم، استرانسیم و باریم در دمای زیاد رنگهای زیبایی به شعله می‌دهند. رنگ شعله نمکهای کلسیم قرمز، نمکهای استرانسیم قرمز تُند و نمکهای باریم سبز روشن است. از نمکهای فرار این فلزها در مراسم آتشبازی استفاده می‌شود.


پیوند های خارجی

http://Olympiad.roshd.ir/chemistry/content/pdf/0200.pdf





تعداد بازدید ها: 24475


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..