Erdalkalimetalle (Gruppe 2)

Zwei Außenelektronen

Jedes Erdalkalimetall hat zwei Außenelektronen in einem s-Orbital, seine Elektronenkonfiguration endet also auf ns²: Magnesium ist [Ne] 3s² und Calcium [Ar] 4s². Geben sie beide ab, entsteht die Anordnung des vorangehenden Edelgases, und es bilden sich Ionen wie Mg²⁺ und Ca²⁺. Zwei Elektronen zu entfernen kostet mehr Energie als eines, deshalb reagieren diese Metalle weniger heftig als die Alkalimetalle.

Der Name stammt aus der frühen Chemie: Ihre Oxide, früher „Erden“ genannt, lösen sich in Wasser zu alkalischen Lösungen, zum Beispiel CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Physikalische Eigenschaften

Die Erdalkalimetalle sind silbrig weiß, leiten Strom gut und schmelzen bei deutlich höheren Temperaturen als die Alkalimetalle: Magnesium bei 650 °C und Beryllium bei 1287 °C. Mehrere ihrer Verbindungen färben Flammen, und zwar Calcium ziegelrot, Strontium karminrot und Barium hellgrün; deshalb verwendet man Strontium- und Bariumsalze in Feuerwerken.

Reaktionen und Trends innerhalb der Gruppe

Die Reaktivität nimmt in der Gruppe nach unten zu, weil die Außenelektronen weiter vom Kern entfernt und leichter abzugeben sind. Beryllium reagiert nicht mit Wasser, Magnesium reagiert mit kaltem Wasser nur sehr langsam, verbrennt aber in Wasserdampf, und Calcium reagiert gleichmäßig mit kaltem Wasser: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂. Strontium und Barium reagieren noch schneller.

Magnesium verbrennt an der Luft mit blendend weißer Flamme: 2Mg + O₂ → 2MgO. Nach unten in der Gruppe werden die Hydroxide besser löslich, die Sulfate dagegen schlechter, sodass sich Bariumsulfat kaum noch löst.

Verwendung der Erdalkalimetalle

Calciumphosphat bildet Knochen und Zähne, und Calciumcarbonat bildet Kreide, Kalkstein, Marmor und Muschelschalen; aus Kalkstein wird Zement hergestellt. Gelöste Calcium- und Magnesiumionen verursachen hartes Wasser und Kalkablagerungen. Magnesium ist ein Leichtmetall, das in Legierungen für Autos, Flugzeuge und Laptops verwendet wird, und jedes Chlorophyllmolekül in grünen Pflanzen trägt ein Magnesiumion in seinem Zentrum.

Beryllium ist leicht und steif, daher wird es in Teilen für die Raumfahrt verwendet und bildete die Spiegel des James-Webb-Weltraumteleskops, doch sein Staub ist giftig. Bariumsulfat wird vor Röntgenaufnahmen des Darms geschluckt und ist unbedenklich, weil es unlöslich ist. Radium ließ einst Zifferblätter von Uhren leuchten, und Radium-223 behandelt heute Prostatakrebs, der in die Knochen gestreut hat.