Реферати та курсові
Загальна характеристика групи. Берилій та магній. Історія, поширеність, здобуття, особливості, фізичні властивості, застосування лужноземельних металів. Хімічні властивості лужноземельних металів та їх сполук.
Ключові слова:лужноземельний метал
Частина друга. Берилій та магній.
З'єднання берилію у вигляді дорогоцінного каміння були відомі ще в давнину. З давніх-давен люди шукали і розробляли родовища блакитних аквамаринів, зелених смарагдів, зеленувато-жовтих берилів і золотистих хризоберилів. Але лише наприкінці 18 століття хіміки запідозрили, що у берилах є якийсь новий невідомий елемент. У 1798 році французький хімік Льюїс Ніколас Воклен виділив з берила окис "La terree du beril", що відрізнявся від окису алюмінію. Цей окис надавав солям солодкий смак, не утворював галунів, розчинявся в розчині карбонату амонію і не осаджувався оксалатом калію. Металевий берилій був уперше отриманий у 1829 році відомим німецьким ученим Веллером і одночасно французьким ученим Бюссі, який отримав порошок металевого берилію відновленням хлористого берилію металевим калієм. Початок промислового виробництва належить до 30-40 років. минулого сторіччя.
Свою назву елемент отримав територією Магнезія в Стародавній Греції. Природні магнійсодержащие матеріали магнезит і доломіт здавна використовувалися у будівництві.
Перші спроби виділити металеву основу магнезії у чистому вигляді було зроблено на початку ХІХ ст. знаменитим англійським фізиком і хіміком Гемфрі Деві (1778-1829) після того, як він піддав електролізу розплави їдкого калі та їдкого натру і отримав металевий Na і K. Він вирішив спробувати аналогічним чином здійснитирозкладання оксидів лужноземельних металів та магнезії. У своїх початкових дослідах Деві пропускав струм через вологі оксиди, оберігаючи їх від зіткнення з повітрям шаром нафти; проте при цьому метали сплавлялися з катодом та їх не вдавалося відокремити.
Деві пробував застосовувати безліч різних методів, але вони з різних причин виявлялися малоуспішними. Нарешті, в 1808 р. його спіткала удача - він змішав вологу магнезію з оксидом ртуті, помістив масу на платівку з платини та пропустив через неї струм; амальгаму переніс у скляну трубку, нагрів, щоб видалити ртуть, і одержав новий метал. Тим самим способом Деві вдалося отримати барій, кальцій та стронцій. Промислове виробництво магнію електролітичним способом було розпочато Німеччині наприкінці 19 століття. Теоретичні та експериментальні роботи з отримання магнію електролітичним способом нашій країні було виконано П.П. Федотєва; процес відновлення оксиду магнію кремнієм у вакуумі досліджував П.Ф. Антипін.
Основний (близько 70%) спосіб одержання магнію - електроліз розплавленого карналіту або MgCl2 під шаром флюсу для захисту від окиснення. Термічний спосіб отримання магнію (близько 30%) полягає у відновленні обпаленого магнезиту або доломіту. Берилієві концентрати переробляють в оксид або гідроксид берилію, з яких одержують фторид або хлорид. При отриманні металевого берилію здійснюють електроліз розплаву BeCl2 (50 вага.%) і NaCl. Така суміш має температуру плавлення 300 про проти 400 про для чистого ВеCl2. Також берилій отримують магній або алюмотермічно при 1000-1200 0 C з Na2[BeF4]: Na2[BeF4] + 2Mg = Be + 2Na + МgF2. Особливо чистий берилій (в основному для атомної промисловості) отримують зонною плавкою, дистиляцією у вакуумі та електролітичним.рафінуванням.
Берилій є “чистим” елементом. У природі магній зустрічається у вигляді трьох стабільних ізотопів: 24 Mg (78,60%), 25 Mg (10,11%) та 26 Mg (11,29%). Штучно були отримані ізотопи з масами 23, 27 та 28.
Берилій має атомний номер 4 та атомну вагу 9,0122. Він знаходиться у другому періоді періодичної системи та очолює головну підгрупу 2 групи. Електронна структура атома берилію - 1s 2 2s 2 . При хімічній взаємодії атом берилію збуджується (що вимагає витрати 63 ккал/гатом) і один з 2s-електронів переходить на 2р-орбіталь що визначає специфіку хімії берилію: він може проявляти максимальну ковалентність, рівну 4, утворюючи зв'язку 2 по обмінному механізму, і 2 з донорно-акцепторного. На кривій потенціалів іонізації берилій займає одне із верхніх місць. Останнє відповідає його малому радіусу і характеризує берилій як елемент, що не дуже охоче віддає свої електрони, що в першу чергу визначає малий ступінь хімічної активності елемента. З точки зору електронегативності берилій може розглядатися як типовий перехідний елемент між електропозитивними атомами металів, що легко віддають свої електрони, і типовими комплексоутворювачами, що мають тенденцію до утворення ковалентного зв'язку. Берилій виявляє діагональну аналогію з алюмінієм більшою мірою, ніж Li c Mg і є кайносиметричним елементом. Берилій та його сполуки дуже токсичні. ГДК у повітрі - 2 мкг/м 3 .
У періодичній системі елементів магній розташовується у головній підгрупі II групи; порядковий номер магнію – 12, атомна вага 24,312. Електронна конфігурація незбудженого атома - 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2; будова зовнішніх електронних оболонок атома Mg (3s 2 ) відповідає його нульвалентного стану.Порушення до двовалентного 3s 1 3p 1 вимагає витрати 62 ккал/г-атом. Іонізаційні потенціали магнію менші, ніж берилію, тому сполуки магнію характеризуються більшою часткою іонності зв'язку. За комплексоутворювальною здатністю магній теж поступається берилію. Взаємодія з елементами III групи з недобудованими d-оболонками має деякі особливості. У цю групу входять Sc, Y, Ln та Th. Ці елементи утворюють з магнієм ряд проміжних фаз і добре розчиняються в ньому рідкому стані. Діаграми стану сумішей цих елементів з магнієм – евтектичного характеру. Розчинність цих елементів у магнії у твердому стані не велика (2 - 5 % за масою). З лужноземельними і особливо з лужними металами магній не утворює значної області розчинності у твердому стані, що пов'язано з великою відмінністю атомних радіусів. Винятком є літій, атомний радіус якого відрізняється від атомного радіусу магнію на 2%. Системи магнію з міддю, сріблом та золотом – евтектичного типу. Розчинність срібла за температури евтектики -16 % за масою.
Берилій- метал сріблясто-білого кольору. Досить твердий і тендітний. Має діамагнітні властивості. На повітрі він покривається тонкою окисною плівкою, що здає металу сірий, матовий колір і захищає від подальшої корозії. Стисливість берилію дуже мала. Найменше металів (у 17 разів менше Аl) затримує рентгенівське випромінювання. Він кристалізується в ГПУ-структурі з періодами а=0,228 нм, і з=0,358 нм, КЧ=6. При 1254 про С гексагональна модифікація переходить у кубічну. Берилій утворює евтектичні метали з Al і Si.
Магній- також має сріблясто-білий колір. Щодо берилію він більш м'який і пластичний. На повітрі тьмяніє за рахунок окиснення. Магнійдобре розчиняє водень. На відміну від берилію парамагнітний. Пари магнію містять молекули Mg2, енергія дисоціації яких оцінюється в 7ккал/моль. Стисливість Mg мала, під тиском 100 тис.атмйого обсяг зменшується до 0,85 вихідного. Магній кристалізується у ГПУ-структурі. Для магнію характерне перекриття першої та другої зон Бріллюєна.
Деякі фізичні константи металів наведені нижче у таблиці: