Щёлочноземельные металлы (2-я группа)

Два внешних электрона

У каждого щёлочноземельного металла на внешнем уровне два электрона на s-орбитали, поэтому его конфигурация заканчивается на ns²: у магния [Ne] 3s², у кальция [Ar] 4s². Потеря обоих даёт конфигурацию предыдущего благородного газа и ионы, такие как Mg²⁺ и Ca²⁺. Удаление двух электронов требует больше энергии, чем удаление одного, поэтому эти металлы реагируют менее бурно, чем щелочные.

Название пришло из ранней химии: их оксиды, называвшиеся «землями», растворяются в воде, образуя щелочные растворы, например CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Физические свойства

Щёлочноземельные металлы серебристо-белые, хорошо проводят электричество и плавятся при гораздо более высоких температурах, чем щелочные металлы: магний при 650 °C, а бериллий при 1287 °C. Некоторые их соединения окрашивают пламя: кальций в кирпично-красный, стронций в карминово-красный, а барий в бледно-зелёный, поэтому соли стронция и бария используют в фейерверках.

Реакции и закономерности вниз по группе

Реакционная способность растёт вниз по группе, по мере того как внешние электроны удаляются от ядра и их легче отдать. Бериллий не реагирует с водой, магний лишь очень медленно реагирует с холодной водой, но горит в водяном паре, а кальций равномерно реагирует с холодной водой: Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂. Стронций и барий реагируют ещё быстрее.

Магний горит на воздухе ослепительно белым пламенем: 2Mg + O₂ → 2MgO. Вниз по группе гидроксиды становятся более растворимыми, а сульфаты — менее, поэтому сульфат бария почти не растворяется.

Применение щёлочноземельных металлов

Фосфат кальция строит кости и зубы, а карбонат кальция образует мел, известняк, мрамор и ракушки; из известняка делают цемент. Растворённые ионы кальция и магния вызывают жёсткость воды и накипь. Магний — лёгкий металл, используемый в сплавах для автомобилей, самолётов и ноутбуков, и в центре каждой молекулы хлорофилла в зелёных растениях находится ион магния.

Бериллий лёгкий и жёсткий, поэтому его используют в деталях аэрокосмической техники, и из него были сделаны зеркала космического телескопа «Джеймс Уэбб», но его пыль токсична. Сульфат бария принимают внутрь перед рентгеном кишечника, и он безопасен, потому что нерастворим. Радий когда-то заставлял светиться циферблаты часов, а сейчас радий-223 лечит рак предстательной железы с метастазами в кости.