Die Teile des Periodensystems (2023)

Gruppe 2A(oderIIA) des Periodensystems sind dieErdalkalimetalle: Beryllium (Be), Magnesium (Mg), Calcium (Ca), Strontium (Sr), Barium (Ba) und Radium (Ra). Sie sind härter und weniger reaktiv als die Alkalimetalle der Gruppe 1A. Der Name rührt von der Tatsache her, dass die Oxide dieser Metalle beim Auflösen in Wasser basische Lösungen ergaben und bei den Temperaturen, die den antiken Alchemisten zur Verfügung standen, fest blieben. Wie die Elemente der Gruppe 1A sind auch die Erdalkalimetalle zu reaktiv, um in ihrer elementaren Form in der Natur vorzukommen.

Die Erdalkalimetalle haben zwei Valenzelektronen in ihren Orbitalen mit der höchsten Energie (ns²). Sie sind kleiner als die Alkalimetalle derselben Zeit und haben daher höhere Ionisierungsenergien. In den meisten Fällen werden die Erdalkalimetalle ionisiert, um eine 2+-Ladung zu bilden.

Die Erdalkalimetalle haben viel höhere Schmelzpunkte als die Alkalimetalle: Beryllium schmilzt bei 1287 °C, Magnesium bei 649 °C, Kalzium bei 839 °C, Strontium bei 768 °C, Barium bei 727 °C und Radium bei 700 °C. Sie sind härtere Metalle als die Elemente der Gruppe 1A, aber im Vergleich zu vielen Übergangsmetallen weich und leicht.

Salze der Metalle der Gruppe 2A sind aufgrund der höheren Ladungsdichten der 2+-Kationen in Wasser weniger löslich als die der Gruppe 1A; Dennoch sind viele Salze der Gruppe 2A zumindest mäßig löslich. Einige Salze der Gruppe 2A binden stark an Wassermoleküle und kristallisieren dabeispendet Feuchtigkeit; Dazu gehören Bittersalz und MgSO₄·7H₂O und Gips, CaSO₄2h₂Ö.

Beryllium(Be, Z=4).

Beryllium ist ein silberweißes, weiches Metall. Sein Name leitet sich vom griechischen Wort für das Mineral Beryll ab,beryllo. Es kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von 2,6 ppm vor und ist damit das 47. häufigste Element. Die primären Berylliumerze sind Beryl [Berylliumaluminiumsilikat, Be₃Al₂(SiO₃)₆] und Bertrandit [Berylliumsilikathydroxid, Be₄Und₂Ö₇(OH)₂]. Zu den Beryllen in Edelsteinqualität gehören Smaragde und Aquamarin; Die grüne Farbe dieser Edelsteine ​​entsteht durch Spuren von Chrom.

Aufgrund seiner geringen Größe und hohen Ladungsdichte bindet Beryllium durch kovalente Bindung statt durch ionische Bindung. Elementares Beryllium reagiert selbst bei hohen Temperaturen kaum mit Luft und Wasser.

Beryllium wird zur Herstellung von Fenstern für Röntgenröhren verwendet (es ist für Röntgenstrahlen transparent) und wird in Legierungen mit anderen Metallen wie Kupfer und Nickel zur Herstellung von funkensicheren Werkzeugen und Uhrfedern verwendet. Aufgrund seiner Fähigkeit, Neutronen zu reflektieren, wird Beryllium auch in Gehäusen von Atomwaffen und in Kernkraftwerken verwendet. Beryllium reichert sich in den Knochen an; Eine langfristige Exposition gegenüber Beryllium führt zu einer Entzündung der Lunge und Atemnot (eine Erkrankung, die Berylliose genannt wird).

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Gruppe 2: Allgemeine Eigenschaften18.4: Elemente der Gruppe 2A

Magnesium(Mg, Z=12).

Magnesium ist ein silberweißes, relativ weiches Metall. Der Name des Elements leitet sich von Magnesia ab, einem Bezirk in Thessalien in Zentralgriechenland. Es kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von 2,3 % vor und ist damit das siebthäufigste Element. Auch in den Mineralien des Erdmantels sind große Mengen Magnesium enthalten. Es wird aus Meerwasser, Carnalit [MgKCl], gewonnen₃·6h₂O], Dolomit [eine Mischung aus Calcium- und Magnesiumcarbonat, CaMg(CO₃)₂] und Magnesit [Magnesiumcarbonat, MgCO₃].

Mit Aluminium und Spuren anderer Metalle legiertes Magnesium wird im Automobil- und Flugzeugbau verwendet; Magnesiumlegierungen werden auch in anderen leichten Geräten wie Leitern, Kameras, Fahrradrahmen, Festplattenlaufwerken usw. verwendet. Magnesium oxidiert leichter als Eisen und wird in verwendetOpferanodenzum Schutz von Eisenrohren und anderen Strukturen, die leicht korrodieren.

Magnesium brennt an der Luft mit Bravourweiße Flammeund wird in Feuerwerkskörpern und Brandbomben verwendet. (Früher wurde es in Einweg-Blitzlampen verwendet, aber diese Verwendung wurde durch andere Beleuchtungsarten ersetzt.) Magnesiumbrände sind sehr schwer zu löschen, da brennendes Magnesium auch unter Luftabschluss mit Stickstoff reagiert und Magnesiumnitrid bildet ( Mg₃N₂) und mit Wasser zur Herstellung von Magnesiumhydroxid und Wasserstoffgas.

Magnesium kommt in einer Reihe bekannter Verbindungen vor. Magnesiumoxid, MgO, wird in feuerfesten Steinen verwendet, die den hohen Temperaturen in Kaminen und Öfen standhalten (Magnesiumoxid schmilzt bei 2800 °C). Magnesiumsulfat-Heptahydrat, MgSO₄·7H₂O, besser bekannt als Bittersalz, ist ein Muskelrelaxans und ein mildes Abführmittel. Magnesiumhydroxid, Mg(OH)₂, auch Magnesiamilch genannt, ist ein Abführmittel und Antazidum. (Das „Milch“ in „Magnesiamilch“ bezieht sich auf die Tatsache, dass Magnesiumhydroxid, da es in Wasser nicht sehr löslich ist, dazu neigt, eine kalkhaltige, weiße Suspension zu bilden, die wie Milch aussieht – aber deutlich andere physiologische Wirkungen hat.)

Grüne Pflanzen enthalten ein Molekül namensChlorophyll, das aus einem flachen Ring aus Kohlenstoff- und Stickstoffatomen mit einem großen offenen Raum in der Mitte besteht, in dem ein Magnesiumion gebunden ist, das von den Stickstoffatomen an Ort und Stelle gehalten wird. Das Chlorophyllmolekül absorbiert Sonnenlicht und im Prozess der Photosynthese wird die Energie des Lichts in chemische Energie umgewandelt, die die Pflanze für eine Vielzahl von Prozessen nutzen kann.

In der organischen Chemie reagiert Magnesium mit Bromalkanen (Kohlenwasserstoffen, die Kohlenstoff-Brom-Bindungen enthalten) und bildet Organomagnesiumverbindungen, die als bekannt sindGrignard-Reagenzien(nach ihrem Entdecker Victor Grignard, der 1912 den Nobelpreis für Chemie erhielt). Diese Verbindungen sind äußerst nützlich bei der Bildung neuer Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen und werden häufig bei der Synthese organischer Verbindungen verwendet. Grignard-Reagenzien sind bekanntermaßen empfindlich gegenüber Wasser, und es muss darauf geachtet werden, dass die Apparatur, in der die Reaktion durchgeführt wird, äußerst trocken ist.

Kalzium(Ca, Z=20).

Calcium ist ein silberfarbenes, relativ weiches Metall. Der Name des Elements leitet sich vom lateinischen Wort für Kalk ab,Kalk. Es kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von 4,1 % vor und ist damit das fünfthäufigste Element. Die Hauptquellen für Kalzium sind Calcit und Kalkstein [Calciumcarbonat, CaCO₃], Anhydrit [Calciumsulfat, CaSO₄], Gips [Calciumsulfat-Dihydrat, CaSO₄·2h₂O] und Dolomit [eine Mischung aus Calcium- und Magnesiumcarbonat, CaMg(CO₃)₂].

Calciumsalze bilden die harten Körperteile der meisten Lebewesen, aus den Schalen von Meeresorganismen und den Korallen von Korallenriffen (in Form von Calciumcarbonat, CaCO).₃) zu den Knochen und Zähnen von Landlebewesen (in Form von Hydroxylapatitkristallen, Ca₃(NACH₄)₂]₃·Ca(OH)₂).

Da Kalzium solch harte Mineralien bildet, ist es in Baumaterialien wie Gips, Mörtel und Zement nützlich. Mörtel wird aus Kalziumoxid, CaO, auch Kalk oder Branntkalk genannt, hergestellt. Wenn Calciumoxid mit Wasser behandelt wird, entsteht Calciumhydroxid, Ca(OH)₂oder gelöschter Kalk, der Kohlendioxid aus der Luft aufnimmt und nach und nach Calciumcarbonat, CaCO, bildet₃. Kalk wird durch die Verbrennung von Wasserstoff in Sauerstoff erhitzt und brennt mit strahlend weißem Licht, das zu einem schmalen, über weite Entfernungen sichtbaren Strahl gebündelt werden kann. Diese Art der Beleuchtung wurde in Leuchttürmen, bei der Vermessung und in Theatern verwendet, um Scheinwerfer zu erzeugen (wodurch der Schauspieler „im Rampenlicht“ stand).

Calciumchlorid ist einzerfließend(es nimmt so viel Wasser aus der Luft auf, dass es sich in der Lösung auflöst) und wird verwendet, um der Luft in feuchten Kellern Feuchtigkeit zu entziehen. (Es bräuchte einen stärkeren Menschen als mich, um zu widerstehen, eine frisch geöffnete Schachtel Kalziumchlorid, die sich nicht richtig verhielt, als „jugendlich zerfließend“ zu bezeichnen.)

„Hartes Wasser“ enthält gelöste Mineralien mit 2+ oder 3+ Ladungen, wie z. B. Kalzium und Magnesium; Diese Salze führen dazu, dass einige Seifen und Reinigungsmittel als „Seifenschaum“ ausfallen; Diese Mineralien fallen mit der Zeit aus und bilden „Ablagerungen“ in Warmwasserbereitern und Töpfen. Das Kalzium kann durch Wasserenthärter entfernt werden, die die Kalziumionen gegen Natriumionen austauschen, die eine Ladung von 1+ haben und nicht leicht ausfallen.

Strontium(Sr, Z=38).

Strontium ist ein glänzendes, relativ weiches Metall. Der Name des Elements leitet sich von Strontian ab, einer Stadt in Schottland, in der das Mineral Strontianit entdeckt wurde, aus dem Strontium erstmals isoliert wurde. Es kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von 370 ppm vor und ist damit das 16. häufigste Element. Es kommt in den Erzen Celestit vor [Strontiumsulfat, SrSO₄] und Strontianit [Strontiumcarbonat, SrCO₃].

Strontiumsalze erzeugen beim Erhitzen leuchtend rote Farben und werden aus diesem Grund in Feuerwerkskörpern und Fackeln verwendet. Bei nuklearen Explosionen entsteht radioaktives Strontium-90 (ein Betastrahler); Da es chemisch dem Kalzium ähnelt, wird es bei Menschen, die ihm ausgesetzt sind, in die Knochen eingebaut. Strontium-90 ist ein Betastrahler und stört die Produktion roter Blutkörperchen.

Barium(Ba, Z=56).

Barium ist ein glänzendes, weiches Metall. Der Name des Elements leitet sich vom griechischen Wort abBarys, was „schwer“ bedeutet und sich auf die hohe Dichte einiger Bariummineralien bezieht. Es kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von 500 ppm vor und ist damit das 14. häufigste Element. Es kommt in den Erzen Baryt [Bariumsulfat, BaSO] vor₄] und Witherit [Bariumcarbonat, BaCO₃].

Barium wurde im 16. Jahrhundert in Form der „Bologna-Steine“ (heute bekannt als Bariumsulfat, BaSO) entdeckt₄) in der Nähe von Bologna, Italien, entdeckt. Diese Steine ​​leuchteten in Gegenwart von Licht und auch beim Erhitzen. Bariumsalze geben beim Erhitzen eine grüne Farbe ab und werden in Feuerwerkskörpern verwendet (in Form von Bariumnitrat, Ba(NO).₃)₂).

Bariumsulfat, BaSO₄ist giftig, aber so unlöslich, dass es den Körper passiert, bevor Barium absorbiert werden kann. Es wird bei der Diagnose einiger Darmprobleme in Form von „Bariumeinläufen“ eingesetzt: Bariumsulfat ist für Röntgenstrahlen undurchlässig und kann für Röntgenaufnahmen des Verdauungstrakts verwendet werden.

Radium(Ra, Z=88).

Radium ist ein weiches, glänzendes, radioaktives Metall. Der Name des Elements wurde vom lateinischen Wort für „Strahl“ abgeleitet.Radius, aufgrund seiner Fähigkeit, im Dunkeln mit einem schwachen blauen Licht zu leuchten. Es kommt in der Erdkruste in einer Konzentration von 0,6 ppt (parts per trillion) vor und ist damit das 84. häufigste Element. Es kommt in Spuren in Uranerzen vor, kommerziell genutztes Radium lässt sich jedoch leichter aus abgebrannten Kernbrennstoffen gewinnen.

Radium wurde 1898 von Pierre und Marie Curie entdeckt; Sie extrahierten ein Milligramm Radium aus drei Tonnen Uranerz. Radium entsteht beim radioaktiven Zerfall von Uran-235, Uran-238, Thorium-232 und Plutonium-241. Nach seiner Entdeckung und bevor man die Gefahren der Strahlung erkannte, wurde Radium in vielen Quacksalberheilmitteln und Patentarzneimitteln verwendet. Radium wurde zu Beginn des 20. Jahrhunderts zur Herstellung von im Dunkeln leuchtenden Zifferblättern verwendet; Die vom Radium emittierten Alphateilchen trafen auf Zinksulfidteilchen und ließen diese leuchten, wurden aber vom Gehäuse der Uhr durch das Glas im Zifferblatt gestoppt. Viele der Arbeiter, die diese Zifferblätter bemalten, wurden krank oder starben an der Strahlenkrankheit.

Verweise

John Emsley,Die Elemente, 3. Auflage. Oxford: Clarendon Press, 1998.

John Emsley,Bausteine ​​der Natur: Ein A-Z-Leitfaden zu den Elementen. Oxford: Oxford University Press, 2001.

David L. Heiserman,Erforschung chemischer Elemente und ihrer Verbindungen. New York: TAB Books, 1992.