Элементы главной подгруппы II-ой группы периодической системы

Размещено на http://www.allbest.ru/

4

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Новосибирский государственный технический университет

РЕФЕРАТ

«Элементы главной подгруппы II-ой группы периодической системы»

Выполнил: студент группы Эн2-11

Хаимчиков Б.

19 вариант

Проверила: доцент кафедры химии

Андрюшкова О.В.

Новосибирск 2011г.

Оглавление

Введение

Элементы II группы главной подгруппы

Кальций, химические и физические свойства

Соединения кальция в природе

Полибензимидазол

Интересные факты

Терминология

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение

Известняк, мрамор и гипс уже в глубокой древности (5000 лет назад) применялись египтянами в строительном деле. Вплоть до конца 18 века химики считали известь простым веществом. В 1746 г. И. Потт получил и описал довольно чистую окись кальция. В 1789 году Лавуазье предположил, что известь, магнезия, барит - вещества сложные. Еще задолго до открытия стронция и бария их “нерасшифрованные” соединения применяли в пиротехнике для получения соответственно красных и зеленых огней. До середины 40-х годов прошлого века стронций был прежде всего металлом “потешных огней”. В 1787 г. в свинцовом руднике близ шотландской деревни Стронциан был найден новый минерал, который назвали стронцианитом SrCO₃. А. Крофорд предположил существование еще неизвестной «земли». В 1792 г. Т. Хоп доказал что в состав найденного минерала входит новый элемент - стронций. В то время что с помощью Sr(OH)₂ выделяли нерастворимый дисахарат стронция (С₁₂Н₂₂О₄·2SrO ), при получения сахара из мелассы. Добыча Sr возрастала. Однако скоро было замечено, что аналогичный сахарит кальция тоже не растворим, а окись кальция была несомненно дешевле. Интерес к стронцию сразу же пропал и вновь возрос к нему лишь в 40-х годах прошлого века. Тяжелый шпат был первым известным соединением бария. Его открыл в начале XVII в. итальянский алхимик Касциароло. Он же установил, что этот минерал после сильного нагревания с углем светится в темноте красным светом и дал ему название «lapis solaris» (солнечный камень). В 1808 году Дэви, подвергая электролизу с ртутным катодом смесь влажной гашеной извести с окисью ртути, приготовил амальгаму кальция, а отогнав из неё ртуть, получил металл, названный «кальций» (от лат. Calх, род. падеж calcis - известь). Тем же способом Дэви были получены Ва и Sr. Промышленный способ получения кальция разработан Зутером и Редлихом в 1896 г. на заводе Ратенау (Германия). В 1904 г. начал работать первый завод по получению кальция.

Радий был предсказан Менделеевым в 1871 г. и открыт в 1898 г. супругами Марией и Пьером Кюри. Они обнаружили, что урановые руды обладают большей радиоактивностью, чем сам уран. Причиной были соединения радия. Остатки урановой руды они обрабатывали щелочью, а что не растворялось - соляной кислотой. Остаток после второй процедуры обладали большей радиоактивностью, чем руда. В этой фракции и был обнаружен радий. О своем открытии супруги Кюри сообщили в докладе за 1898 г.

свойство строение группа элемент кальций

Элементы II группы главной подгруппы

Са и его аналоги представляют собой серебристо-белые металлы. Кальций из них самый твердый. Стронций и особенно барий значительно мягче кальция. Все щелочноземельные металлы пластичные, хорошо поддаются ковке, резанью и прокатке. Электропроводность щелочноземельных металлов с повышением давления падает, вопреки обратному процессу у остальных типичных металлов. В приложении №1 приведены некоторые константы для щелочноземельных металлов.

Металлы главной подгруппы II группы - сильные восстановители; в соединениях проявляют только степень окисления +2. Активность металлов и их восстановительная способность увеличивается в ряду: Be-Mg-Ca-Sr-Ba

Реакция с водой.

В обычных условиях поверхность Be и Mg покрыты инертной оксидной пленкой, поэтому они устойчивы по отношению к воде. В отличие от них Ca, Sr и Ba растворяются в воде с образованием гидроксидов, которые являются сильными основаниями:

Mg + 2H₂O>Mg(OH)₂ + H₂

Ca + 2H₂O=>Ca(OH)₂ + H₂

Реакция с кислородом.

Все металлы образуют оксиды RO:

2Mg + O₂=>2MgO

С другими неметаллами образуются бинарные соединения:

Be + Cl₂=>BeCl₂ (галогениды) Ba + S=>BaS (сульфиды)

3Mg + N₂=>Mg₃N₂ (нитриды)

Ca + H₂=>CaH₂ (гидриды)

Ca + 2C=>CaC₂ (карбиды)

3Ba + 2P=>Ba₃P₂ (фосфиды)

Бериллий и магний сравнительно медленно реагируют с неметаллами.

Все металлы растворяются в кислотах:

Ca + 2HCl=>CaCl₂ + H₂

Mg + H₂SO₄(разб.)=>MgSO₄ + H₂

Бериллий также растворяется в водных растворах щелочей:

Be + 2NaOH + 2H₂O=>Na₂[Be(OH)₄] + H₂

Качественная реакция на катионы щелочноземельных металлов - окрашивание пламени в следующие цвета:

Ca2+ - темно-оранжевый

Sr2+- темно-красный

Ba2+ - светло-зеленый

Катион Ba2+ обычно открывают обменной реакцией с серной кислотой или ее солями: сульфат бария - белый осадок, нерастворимый в минеральных кислотах.

Кальций. Физические и химические свойства

При постепенном повышении давления начинает проявлять свойства полупроводника, но не становится полупроводником в полном смысле этого слова (металлом уже тоже не является). При дальнейшем повышении давления возвращается в металлическое состояние и начинает проявлять сверхпроводящие свойства (температура сверхпроводимости в шесть раз выше, чем у ртути, и намного превосходит по проводимости все остальные элементы). Уникальное поведение кальция похоже во многом на стронций (т. е. параллели в периодической системе сохраняются).

Кальций -- типичный щелочноземельный металл. Химическая активность кальция высока, но ниже, чем всех других щелочноземельных металлов. Он легко взаимодействует с кислородом, углекислым газом и влагой воздуха, из-за чего поверхность металлического кальция обычно тускло серая, поэтому в лаборатории кальций обычно хранят, как и другие щелочноземельные металлы, в плотно закрытой банке под слоем керосина или жидкого парафина.

Кальций активно реагирует с водой, но без воспламенения:

Ca + 2Н₂О=>Ca(ОН)₂ + Н₂ + Q.

С активными неметаллами (кислородом, хлором, бромом) кальций реагирует при обычных условиях:

2Са + О₂=>2СаО

Са + Br₂=>CaBr₂.

При нагревании на воздухе или в кислороде кальций воспламеняется. С менее активными неметаллами (водородом, бором, углеродом, кремнием, азотом, фосфором и другими) кальций вступает во взаимодействие при нагревании, например:

Са + Н₂=>СаН₂,

3Ca + N₂=>Ca₃N₂,

Са + 2С > СаС₂,

3Са + 2Р =>Са₃Р₂,

2Ca + Si => Ca₂Si.

Протекание указанных выше реакций, как правило, сопровождается выделением большого количества теплоты (то есть эти реакции -- экзотермические). Во всех соединениях с неметаллами степень окисления кальция +2. Большинство из соединений кальция с неметаллами легко разлагается водой, например:

СаН₂ + 2Н₂О => Са(ОН)₂ + 2Н₂,

Ca₃N₂ + 6Н₂О => 3Са(ОН)₂ + 2NH₃.

Нахождение в природе

Из-за высокой химической активности кальций в свободном виде в природе не встречается. На долю кальция приходится 3,38 % массы земной коры (5-е место по распространенности после кислорода, кремния, алюминия и железа). Содержание элемента в морской воде -- 400 мг/л.

Встречается в природе в виде смеси шести изотопов: ⁴⁰Ca, ⁴²Ca, ⁴³Ca, ⁴⁴Ca, ⁴⁶Ca и ⁴⁸Ca, среди которых наиболее распространённый -- ⁴⁰Ca -- составляет 96,97 %.

Большая часть кальция содержится в составе силикатов и алюмосиликатов различных горных пород (граниты, гнейсы и т. п.), особенно в полевом шпате -- Ca[Al₂Si₂O₈].

В виде осадочных пород соединения кальция представлены мелом и известняками, состоящими в основном из минерала кальцита (CaCO₃). Кристаллическая форма кальцита -- мрамор -- встречается в природе гораздо реже. Довольно широко распространены такие минералы кальция, как ангидрит CaSO₄, алебастр CaSO₄·0.5H₂O и гипс CaSO₄·2H₂O, флюорит CaF₂, апатиты, доломит MgCO₃·CaCO₃. Присутствием солей кальция и магния в природной воде определяется её жёсткость.

Кальций, энергично мигрирующий в земной коре.

Миграция в земной коре

В естественной миграции кальция существенную роль играет «карбонатное равновесие», связанное с обратимой реакцией взаимодействия карбоната кальция с водой и углекислым газом с образованием растворимого гидрокарбоната:

СаСО₃ + H₂O + CO₂ - Са (НСО₃)₂ - Ca²⁺ + 2HCO₃^?

(равновесие смещается влево или вправо в зависимости от концентрации углекислого газа).

Полибезимидазолы

Полибензимидазолы - синтетические полимеры, содержащие в молекуле бензимидазольные циклы (приложение №2 а); образуются при взаимодействии тетраминов с эфирами дикарбоновых кислот; твердые бесцветные или темные вещества. Отличаются высокой термостойкостью. Из полибензимидазолов изготовляют клеи, термостойкие плёнки и волокна, связующее для стеклопластиков, используемых в самолето- и ракетостроении, теплозащитные покрытия для космических кораблей. Ткани из полибензимидазолов обладают высокой термо- и огнестойкостью, гидрофильны, удобны в носке и стойки к истиранию.

Мономером является бензимидазол (фениленформамидин, ст. приложение №2 б). Бензимидазол -- бесцветные кристаллы, растворимые в спирте, воде и растворах щелочей. Проявляет амфотерные свойства, образуя с ионами некоторых переходных металлов (Ag, Cu) соли в аммиачном растворе.

Лабораторный метод синтеза бензимидазола - реакция о-фенилендиамина и муравьиной кислоты

Полибензимидазолы получают из ароматических тетраминов и дифениловых эфиров дикарбоновых кислот. Способ получения полибензимидазолов заключается в том, что проводят реакцию поликонденсации эфира и ароматического тетраамина при нагревании в среде реагента Итона при ступенчатом подъеме температуры от 80 до 150 °C. В процессе синтеза добавляют пентаоксид дифосфора в количестве от 1 до 2 моль на моль мономеров.

Полибензимидазольные клеи -- это одни из самых теплостойких клеев на основе органических полимеров. Они растворимы в сильнополярных растворителях. Полибензимидазолы термостойки в отсутствие кислорода воздуха и обладают исключительно высокой адгезией к металлам и некоторым другим материалам. Термостабильность полибензимидазолов составляет 1000 ч при 260 °С; в течение короткого времени (15 мин) они выдерживают нагревание до 540 °С.

Особенностью клеев на основе полибензимидазолов является их хорошая стойкость к воздействию влажного воздуха, тропического климата, агрессивных топлив и высокая прочность при криогенных температурах. К недостаткам полибензимидазольных клеев относится их очень низкая стойкость к нагреванию на воздухе при температурах выше 288°С и высокая температура отверждения при больших давлениях.

Интересные факты

Факты, которые показались мне интересными:

- Кальций образует 385 минералов (четвёртое место по числу минералов)

- В начале века, после своего открытия, радий считался полезным и включался в состав многих продуктов и бытовых предметов: хлеб, шоколад, питьевая вода, зубная паста, пудры и кремы для лица, краска циферблатов наручных часов, средство для повышения тонуса.

- В теле человека массой 70 кг содержание кальция -- около 1,7 кг.

- Оксиликвит на основе бериллия -- одно из мощнейших взрывчатых веществ, известных на сегодняшний день.

- Стронций легко режется ножом.

- Цены на металлический барий в слитках чистотой 99,9 % колеблются около 30 долларов за 1 кг.

Терминология

Полимераналогичные превращения - химические реакции функциональных групп макромолекул или отдельных атомов основной цепи, в ходе которых длина и строение скелета цепи сохраняются, но изменяются состав и строение боковых групп.

Деструкция полимеров - разрушение макромолекул под действием тепла, кислорода, влаги, света, проникающей радиации, механических напряжений, биологических факторов (например, при воздействии микроорганизмов) и др. В соответствии с фактором воздействия различают следующие виды : термическую, термоокислительную, фотохимическую, гидролитическую, радиационную и др.

Стабилизация полимеров - способ повышения стойкости полимеров к старению, основанный на применении веществ (стабилизаторов), способных тормозить развитие этого процесса.

Старение полимеров - необратимое изменение свойств полимеров под действием тепла, кислорода, солнечного света, озона, ионизирующих излучений и др. В соответствии с факторами воздействия различают следующие основные виды старения: термическое, термоокислительное, световое, озонное, радиационное.

Термопластичность - способность органических вяжущих и органоминеральных материалов изменять свое физическое состояние (от твердого до жидкого) под действием температуры.

Полимеры, которые при повышенной температуре приобретают пространственную (сетчатую) структуру и становятся неплавкими и нерастворимыми, называются термореактивными.

Заключение

В этой работе были рассмотрены элементы II-ой группы главной подгруппы периодической системы и высшее молекулярное соединение полибензимидазол (фениленформамидин). Были описаны физические и химические свойства данных металлов

Список литературы

1. Коровин Н.В. Общая химия: учебник для технических направлений и специальностей вузов/Н.В.Коровин.- 10-е изд., доп. - М.: Высшая школа, 2008. - 557с.:ил.

2. Википедия - свободная энциклопедия. [Электронный ресурс]: свободная энциклопедия/.- Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Заглавная_страница. Заголовок с экрана.

3. Словари и энциклопедии на Академике. [Электронный ресурс]: словари и энциклопедии/.- Режим доступа: http://dic.academic.ru/. - Заголовок с экрана.

4. Химик. [Электронный ресурс]: сайт о химии/.- Режим доступа: http://www.xumuk.ru/. - Заголовок с экрана.

Приложения

Размещено на Allbest.ru