Лекция 20. Металлы главной подгруппы II группы. Жесткость воды

Ключевые слова: физические и химические свойства металлов, оксиды, гидроксиды, соли металлов IIА группы. Жесткость воды, устранение жесткости.

В главную подгруппу II группы входят металлы бериллий Ве, магний Mg и щелочноземельные металлы кальций Са, стронций Sr, барий Ва. Электронное строение этих металлов:

₁₂Mg 2s²2p⁶3s² - радиус атомов увеличивается

₂₀Ca …3s²3p⁶4s² - прочность связи электрона внешнего

₃₈Sr …4s²4p⁶5s² слоя с ядром уменьшается

₅₆Ba …5s²5p⁶6s² - способность атомов к отдаче электрона

(т.е. восстановительные св-ва) усиливаются

Физические свойства.В свободном состоянии магний и щелочноземельные металлы представляют собой серебристо-белые вещества, более твердые, чем щелочные металлы.

Нахождение в природе.Как и щелочные металлы, магний и щелочноземельные металлы в природе встречаются только в виде соединений. Их природные соединения: CaCO₃∙MgCO₃ –доломит; MgCO₃ –магнезит; KCl∙MgCl₂· 6Н₂O – карналлит; MgSO₄·7Н₂O – горькая (английская) соль; CaCO₃ - кальцит (известняк, мел, мрамор); СаF₂ – флюорит; Ca₃(PO₄)₂ – фосфорит; BaSO₄ - барит.

2Са + O₂ → 2СаO; 2Mg + O₂ → 2MgO

Mg + Cl₂ → MgCl₂; Ca + H₂ → CaH₂; 3 Mg + N₂ → Mg ₃N₂

Щелочноземельные металлы активно взаимодействуют с холодной водой, а магний реагирует только с кипящей водой:

Са + 2Н₂O → Са(OH)₂ + Н₂ ↑

Соединения s- металлов и их применение.Оксиды s-металлов – типичные основные оксиды. За исключением оксидов бериллия и магния оксиды, пероксиды остальных элементов легко реагируют с водой, образуя сильнощелочные растворы: BaO₂ + 2H₂O → Ba(OH)₂ + H₂O₂

CaO – негашеная известь. Негашеная жженая известь применяется в строительстве: приготовление известкового раствора, исходный продукт для получения СаС₂ и NН₃, используется в качестве добавки в процессе переработки руды, компонент цемента, удобрение.

CaO + H₂O → Са(ОН)₂ + 65 кДж (гашение извести).

Сульфат кальция- CaSO₄ – применяется при производстве алебастра, состоящего из CaSO₄ · 0,5H₂O и высокодисперсного CaSO₄. Его получают частичным обезвоживанием (при 160ºС) гипса CaSO₄·2H₂О. При добавлении воды к алебастру снова образуется CaSO₄·2Н₂O, кристаллы которого переплетаются, образуя прочную массу:

CaSO₄·0,5Н₂О + 1,5Н₂O → CaSO₄ · 2H₂O

На этом свойстве основано использование алебастра в строительстве, а также в медицинской практике для накладывания гипсовых повязок.

Растворимые соли кальция и магния (CaSO₄, MgCl₂, MgSO₄, CaSO₄, Са(НСО₃)₂ и т.д.) обусловливает жесткость воды, которая выражается в мг-экв/л. Вода с жесткостью меньше 4 мг-экв/л считается мягкой, а выше 12 мг-экв/л - очень жесткой. Различают временную и постоянную жесткость воды.

Гидрокарбонат кальция Са(НСO₃)₂ и гидрокарбонат магния - Mg(НСO₃)₂ обуславливают временную (карбонатную) жесткостьводы. Образование гидрокарбоната кальция в природных условиях имеет место, когда породы, содержащие СаСО₃, подвергаются воздействию воды и растворенного в ней углекислого газа СO₂:

Удалить временную жесткость воды можно несколькими способами:

1) кипячение: Са(НСO₃)₂ → CaCO₃ + CO₂↑ + H₂O;

2) известковый способ: Са(ОН)₂ + Mg(НСО₃)₂ → MgCO₃ + CaCO₃;

3) содовый способ: Ca(HCO₃)₂ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + 2NaHCO₃;

4) щелочной способ: Ca(HCO₃)₂+2NaOH → CaCO₃+Na₂CO₃+2H₂O.

Растворимые кальциевые и магниевые соли сильных кислот обусловливаютнекарбонатную или постоянную жесткость.Методы устранения постоянной жесткости:

CaSO₄ + Na₂CO₃ = CaCО₃↓ +Na₂ SO₄;

CaCl₂ + Na₂CO₃ = CaCО₃↓+ 2NaCl

MgCl₂ + Na₂CO₃ = MgCO₃↓ + 2NaCl;

MgSO₄ + Ca(OH)₂ = Mg(ОH)₂↓ + CaSO₄

MgCl₂ + Ca(OH)₂= Mg(OH)₂↓ + CaCl₂

MgSO₄ + 2NaOH = Mg(OH)₂↓ + 2Na₂SO₄

Контрольные вопросы:

1. Общая характеристика элементов IIA гр.

2. Основные соединения кальция.

3. Чем обусловлена жесткость воды? Виды жесткости.

4. Способы умягчения воды.

Список рекомендуемой литературы:

1. Глинка Н.Л. Общая химия: учеб. пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: КНОРУС, 2009. - С. 623 - 635.

2. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направл. и спец. вузов - 7-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2006. - С. 358 - 362.

Е.А. Буйлова, Д.Р. Галиева