Історія лужноземельних металів
Лужноземельні метали
Кальцій, стронцій, барій і радій звуться лужноземельних металів. Названі вони так, тому що їх окиси надають воді лужного середовища.
Історія лужноземельних металів.
Вапняк, мармур і гіпс вже в давнину (5000 років тому) застосовувалися єгиптянами в будівельній справі. Аж до кінця 18 століття хіміки вважали вапно простою речовиною. У 1746 р. І. Потт отримав і описав досить чистий окис кальцію. В 1789 Лавуазьє припустив, що вапно, магнезія, барит - речовини складні. Ще задовго до відкриття стронцію та барію їх “нерозшифровані” з'єднання застосовували в піротехніці для отримання відповідно червоних та зелених вогнів. До середини 40-х років минулого століття стронцій був насамперед металом “потішних вогнів”. У 1787 р. у свинцевому руднику поблизу шотландського села Стронціан було знайдено новий мінерал, який назвали стронціанітом SrCO3. А. Крофорд припустив існування ще невідомої землі. У 1792 р. Т. Хоп довів що у складі знайденого мінералу входить новий елемент – стронцій. У той час, що за допомогою Sr(OH)2 виділяли нерозчинний дисахарат стронцію (С12Н22О4.2SrO ), при отриманні цукру з меляси. Видобуток Sr зростала. Однак незабаром було помічено, що аналогічний сахарат кальцію теж не розчинний, а окис кальцію був, безперечно, дешевшим. Інтерес до стронцію одразу ж зник і знову зріс до нього лише у 40-х роках минулого століття. Тяжкий шпат був першим відомим з'єднанням барію. Його відкрив на початку XVII ст. італійський алхімік Касціароло. Він же встановив, що цей мінерал після сильного нагрівання з вугіллям світиться у темряві червоним світлом і дав йому назву "lapis solaris" (сонячний камінь). У 1808 році Деві, піддаючи електролізу з ртутним катодом, суміш вологою гашеною.вапна з окисом ртуті, приготував амальгаму кальцію, а відігнавши з неї ртуть, отримав метал, названий «кальцій» (від лат. Calх, рід. відмінок calcis - вапно). Тим самим способом Деві були отримані і Sr. Промисловий спосіб отримання кальцію розроблений Зутером та Редліхом у 1896 р. на заводі Ратенау (Німеччина). У 1904 р. почав працювати перший завод із отримання кальцію.
Радій був передбачений Менделєєвим у 1871 р. і відкритий у 1898 р. подружжям Марією та П'єром Кюрі. Вони виявили, що уранові руди мають більшу радіоактивність ніж сам уран. Причиною були з'єднання радію. Залишки уранової руди вони обробляли лугом, а що не розчинялося – соляною кислотою. Залишок після другої процедури мали більшу радіоактивність, ніж руда. У цій фракції і було виявлено радію. Про своє відкриття дружини Кюрі повідомили у доповіді за 1898 р.
Поширеність лужноземельних металів.
Вміст кальцію в літосфері становить 2,96% від загальної маси земної кори, стронцію-0,034%, барію-0,065%, радію-1.10-10%. У природі кальцій складається з ізотопів з масовими числами 40(96,97%), 42(0,64%), 43(0,14%), 44(2,06%), 46(0,003%), 48(0 19%); стронцій-84 (0,56%), 86 (9,86%), 87 (7,02%), 88 (82,56%); барій-130 (0,1%), 132 (0,1%), 134 (2,42%), 135 (6,59%), 136 (7,81), 137 (11, 32%), 138 (71,66). Радій радіоактивний. Найбільш стійкий природний ізотоп-226Ra. Основні мінерали лужноземельних елементів - вугле-і сірчанокислі солі: СаСО3 - кальцит, СаSO4 - андидрит, SrCO3 - стронціаніт, SrSO4 - целестин, BaCO3 - вітрит. BaSO4 – важкий шпат. Флюорит СаF2 теж корисний мінерал.
Са відіграє важливу роль у процесах життєдіяльності. Людський організм містить 0,7-1,4 вага.% кальцію, 99% якого припадає на кісткову та зубну тканину. Рослини також містять великікількості кальцію. З'єднання кальцію містяться в природних водах та ґрунті. Барій, стронцій та радій містяться в людському організмі у незначних кількостях.
Отримання лужноземельних металів.
Спочатку одержують окиси або хлориди Е. ЕО отримують прожарюванням ЕСО3, а ЕС12 дією соляної кислоти на ЕСО3. Усі лужноземельні метали можна отримати алюмотермічним відновленням їх оксидів при температурі 1200 оС за зразковою схемою: 3ЕО + 2Al = Al2O3 + 3Е. Процес при цьому ведуть у вакуумі, щоб уникнути окислення Е. Кальцій (як і всі інші Е) можна отримати електролізом розплаву СаСl2 з подальшою перегонкою у вакуумі або термічною дисоціацією СаС2. і Sr можна отримати піролізом Е2N3, Е(NH3)6, ЕН2. Радій добувають попутно із уранових руд.
Особливості лужноземельних металів.
Кальцій має атомний номер 20 і атомну вагу 40,08. Стронцій – 38 та 87,62. Барій – 56 та 137,33. Радій 88 та 226,02. Е характеризуються найбільшим подібністю між собою, т.к. їм характерна як групова і типова аналогія, а й шарова. В основному стані Е нульвалентні та мають структуру ns2. збудження до двовалентного стану може йти за схемами: ns2®nsnp або ns2®ns(n-1)d. Потенціали іонізації та ОЕО представлені нижче: