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.
Химические свойства.По химическим свойствам щелочноземельные металлы очень похожи на щелочные металлы, а магний имеет существенные отличия.
|
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 сильно щелочные 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 процесс 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:
|
СаСО3+Н2O+СO2 → Са(НСО3)2
Удалить временную жесткость воды можно несколькими способами:
1) Кипячение: Са(НСO3)2 →CaCO3 + CO2↑ + H2O;
2) Известковый способ: Ca(OH)2+Mg(HCO3)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.
Рекомендуемая литература
1. Глинка Н.Л. Общая химия: Учебное пособие для вузов / Н.Л. Глинка. - М.: КНОРУС, 2009. - с. 623 - 635.
2. Коровин Н.В. Общая химия. Учебник для технических направ. и спец. Вузов - 7-е изд., испр. - М.: Высшая школа, 2006 - с. 358 - 362.
Е.А. Буйлова, Д.Р. Галиева