Métal alcalino-terreux

Métaux alcalino-terreux
les métaux alcalins ←    → groupe 3
Numéro de groupe IUPAC 2 Nom Par élément groupe de béryllium Nom trivial métaux alcalino-terreux Numéro de groupe CAS (US) IIA ancien numéro UICPA (européenne) IIA
↓ Période
2	Béryllium (Be) 4
3	Magnésium (Mg) 12
4	Calcium (Ca) 20
5	Strontium (Sr) 38
6	Baryum (Ba) 56
7	Radium (Ra) 88
Légende Métal alcalino-terreux élément primordial élément radioactif naturel Atomique couleur de nombre: noir = solide

Les métaux alcalino-terreux sont un groupe d' éléments chimiques dans la table périodique avec des propriétés très similaires. Ils sont tous brillant, blanc argenté, un peu des métaux réactifs à température et pression normales et perdent leur facilement deux électrons ultrapériphériques pour former des cations avec la charge 2. Dans le moderne Nomenclature IUPAC, les métaux alcalino-terreux comprennent deux éléments du groupe.

Les métaux alcalino-terreux sont le béryllium (Be), le magnésium (Mg), le calcium (Ca), strontium (Sr), baryum (Ba), et le radium (Ra). Ce groupe se situe dans la s-bloc de la classification périodique des éléments comme les métaux alcalino-terreux ont leur électron externe dans un s-orbital.

Tous les métaux alcalino-terreux découvertes se produisent dans la nature. Des expériences ont été menées pour tenter la synthèse de élément 120, qui est susceptible d'être le prochain membre du groupe, mais ils ont tous été des échecs. Cependant, l'élément 120 peut ne pas être un métal alcalino-terreux en raison de effets relativistes, qui sont prévus pour avoir une grande influence sur les propriétés chimiques de éléments super-lourds.

Caractéristiques

Chimique

Comme d'autres groupes, les membres de cette famille dans son show modèles configuration électronique, en particulier les coquilles ultrapériphériques, résultant des tendances dans le comportement chimique:

La plupart de la chimie a été observée seulement pour les cinq premiers membres du groupe. La chimie du radium ne est pas bien établie en raison de sa la radioactivité; Ainsi, la présentation de ses propriétés ici est limité.

Les métaux alcalino-terreux sont tous de couleur argentée, doux, et avoir relativement faibles densités , des points de fusion et les points d'ébullition . En termes chimiques , tous les métaux alcalins réagissent avec les atomes d'halogène pour former les halogénures de métaux alcalino-terreux, qui sont toutes composés cristallins ioniques (à l'exception de le chlorure de béryllium, qui est covalente). Tous les métaux alcalino-terreux à l'exception de béryllium réagissent également avec l'eau pour former fortement alcalines hydroxydes et donc doivent être manipulés avec beaucoup de soin. Les métaux lourds alcalino-terreux réagissent plus vigoureusement que les plus légers. Les métaux alcalins ont le deuxième plus bas en premier énergies d'ionisation dans leurs périodes respectives de la classification périodique des éléments en raison de leur faible quelque peu charges nucléaires efficaces et la capacité d'atteindre un configuration complète de coque extérieure en perdant seulement deux électrons . La seconde énergie d'ionisation de l'ensemble des métaux alcalins est également quelque peu faible.

Le béryllium est une exception: Il ne réagit pas avec de l'eau ou à la vapeur, et ses halogénures sont covalente. Si le béryllium fait forment des composés avec un état de deux d'ionisation, il serait polariser nuages d'électrons qui sont près de lui très fortement et causerait vaste chevauchement orbitale, depuis le béryllium a une densité de charge élevée. Tous les composés qui comprennent le béryllium ont une liaison covalente. Même le composé le fluorure de béryllium, qui est le composé de béryllium plus ionique, possède un bas point de fusion et une faible conductivité électrique lorsqu'il est fondu.

Tous les métaux alcalino-terreux ont deux électrons dans leur couche de valence, de sorte que l'état énergiquement préféré de réalisation d'un rempli shell électron est de perdre deux électrons pour former doublement chargée positifs ions .

Les composés et réactions

Les métaux alcalino-terreux tous réagissent avec les halogènes pour former des halogénures ioniques, tels que le chlorure de calcium (CaCl _2), ainsi que la réaction avec l'oxygène pour former des oxydes tels que l'oxyde de strontium (SrO). Le calcium, le strontium, le baryum et réagissent avec l'eau pour produire de l'hydrogène gazeux et leurs respectifs hydroxydes , et subissent également réactions de transmétallation à échanger ligands.

Physique atomique et

Le tableau ci-dessous est un résumé des propriétés physiques et atomiques clés des métaux alcalino-terreux.

Métal alcalino-terreux	Standard masse atomique ( u)	Point de fusion ( K )	Point de fusion ( ° C )	Point d'ébullition ( K )	Point d'ébullition ( ° C )	Densité (G / cm 3)	Électronégativité ( Pauling)	Première énergie d'ionisation ( kJ · mol -1)	Rayon covalente ( h)	Couleur test flamme
Béryllium	9.012182 (3)	1560	1287	2742	2469	1,85	1,57	899,5	105	Blanc
Magnésium	24,3050 (6)	923	650	1363	1090	1,738	1,31	737,7	150	Blanche brillante
Calcium	40,078 (4)	1115	842	1757	1484	1,54	1,00	589,8	180	Rouge brique
Strontium	87,62 (1)	1050	777	1655	1382	2,64	0,95	549,5	200	Cramoisi
Baryum	137,327 (7)	1000	727	2170	1897	3,594	0,89	502,9	215	Vert pomme
Radium	[226]	973	700	2010	1737	5.5	0,9	509,3	221	Crimson rouge

La stabilité nucléaire

Tous les métaux alcalino-terreux à l'exception du magnésium et du strontium ont au moins un état naturel radio-isotope: béryllium 7, béryllium-10, et calcium 41 sont radio-isotopes de traces, calcium-48 et baryum-130 ont de très longues demi-vies et ainsi se produisent naturellement, et tout isotopes du radium sont radioactifs. Calcium-48 est le nucléide le plus léger de subir la double désintégration bêta.

Le radio-isotope naturel de calcium, calcium-48, représente environ 0,1874% de calcium naturel, et de calcium donc naturel est faiblement radioactifs. Baryum-130 représente environ 0,1062% de baryum naturel, et donc de baryum est faiblement radioactifs ainsi.

Histoire

Étymologie

Les métaux alcalino-terreux sont nommés d'après leur oxydes, les terres alcalines, dont les noms étaient démodé- oxyde de béryllium, la magnésie, citron vert, strontiane et baryte. Ces oxydes sont basiques (alcalines) lorsqu'il est combiné avec de l'eau. "Terre" est un vieux terme appliqué par les premiers chimistes non métalliques substances qui sont insolubles dans l'eau et résistant à chauffants propriétés partagées par ces oxydes. La réalisation que ces terres ne étaient pas des éléments mais composés est attribuée au chimiste Antoine Lavoisier . Dans son Traité élémentaire de chimie (Eléments de chimie) de 1789, il les a appelés éléments de terre formant un sel. Plus tard, il a suggéré que les terres alcalines pourraient être des oxydes métalliques, mais a admis que ce était une simple conjecture. En 1808, sur l'idée de Lavoisier, Humphry Davy est devenu le premier à obtenir des échantillons des métaux par électrolyse de leurs terres en fusion, soutenant ainsi l'hypothèse de Lavoisier et provoquant le groupe d'être nommé les métaux alcalino-terreux.

Découverte

Les composés de calcium calcite et la chaux ont été connus et utilisés depuis les temps préhistoriques. Le même est vrai pour les composés de béryllium béryl et émeraude. Les autres composés de métaux alcalino-terreux ont été découverts commencent au début du 15ème siècle. Le composé de magnésium sulfate de magnésium a été découvert en 1618 par l'agriculteur au Epsom en Angleterre. carbonate de strontium a été découvert en minéraux dans le village écossais de Strontian en 1790. Le dernier élément est la moins abondante radioactive du radium qui a été extrait à partir de uraninite en 1898.

Tous les éléments, à l'exception de béryllium ont été isolés par électrolyse de composés fondus. Le magnésium, le calcium et le strontium ont d'abord été produites par Humphry Davy en 1808, alors que le béryllium est indépendamment isolé Friedrich Wöhler et Antoine Bussy en 1828 par réaction de composés de béryllium avec le potassium. En 1910, le radium a été isolé sous forme d'un métal pur par Curie et André-Louis Debierne aussi par électrolyse.

Béryllium

Emerald, une variété de béryl, le minéral dans laquelle le béryllium a d'abord été connu pour être dans.

Beryl, un minéral qui contient du béryllium, est connue depuis l'époque de la Dynastie ptolémaïque en Egypte. Bien que l'on pensait à l'origine que le béryl était un silicate d'aluminium, le béryl a été trouvé plus tard pour contenir un élément alors inconnu quand, en 1797, Louis-Nicolas Vauquelin dissous hydroxyde d'aluminium à partir de béryl dans une solution alcaline. En 1828, Friedrich Wöhler et Antoine Bussy indépendamment isolé ce nouvel élément, le béryllium, par la même méthode, qui implique une réaction de avec du chlorure de béryllium métallique potassium ; cette réaction n'a pas pu produire de grands lingots de béryllium. Ce ne est qu'en 1898, lorsque Paul Lebeau effectue une électrolyse d'un mélange de le fluorure de béryllium et le fluorure de sodium que de grands échantillons purs de béryllium ont été produites.

Magnésium

Le magnésium a été produit la première fois par Sir Humphry Davy en Angleterre en 1808 par électrolyse d'un mélange de magnésie et l'oxyde mercurique. Antoine Bussy préparé en forme cohérente en 1831. première suggestion de Davy pour un nom était magnium, mais le nom de magnésium est maintenant utilisé.

Calcium

Lime a été utilisé en tant que matériau pour la construction depuis 7000 à 14.000 BCE, et fours utilisés pour la chaux ont été datés à 2500 BCE dans Khafaja, la Mésopotamie . Calcium comme matériau est connue depuis au moins le premier siècle, comme les anciens Romains étaient connus pour avoir utilisé l'oxyde de calcium en le préparant à partir de la chaux. Le sulfate de calcium a été connu pour être en mesure de mettre les os brisés depuis le dixième siècle. Calcium lui-même, cependant, n'a pas été isolé jusqu'en 1808, quand Humphry Davy , en Angleterre , utilisé l'électrolyse sur un mélange de chaux et l'oxyde de mercure, après avoir entendu que Jöns Jakob Berzelius avait préparé un amalgame de calcium à partir de l'électrolyse de chaux de mercure.

Strontium

En 1790, le médecin Adair Crawford, qui avait travaillé avec le baryum, réalisé que les minerais Strontian ont montré des propriétés différentes de celles d'autres minerais supposés de baryum. Par conséquent, il a conclu que ces minerais figurent de nouveaux minéraux, qui ont été nommés en 1793 par strontiane Thomas Charles Hope, un professeur de chimie à la Université de Glasgow, qui a confirmé la découverte de Crawford. Strontium a finalement été isolé en 1808 par Sir Humphry Davy par électrolyse d'un mélange de le chlorure de strontium et l'oxyde mercurique. La découverte a été annoncée par Davy le 30 Juin 1808 lors d'une conférence à la Royal Society.

Baryum

Barytine, dans lequel le matériau de baryum a été connu pour être dans.

Barytine, un minéral contenant du baryum, a d'abord été reconnu comme contenant un élément nouveau en 1774 par Carl Scheele, même se il n'a pu isoler l'oxyde de baryum. L'oxyde de baryum a été isolé à nouveau deux ans plus tard Johan Gottlieb Gahn. Plus tard, au 18ème siècle, William Withering remarqué une minéraux lourds dans le Cumberland mines de plomb, qui est maintenant connu pour contenir de baryum. Baryum se est finalement isolé en 1808 lorsque Sir Humphry Davy utilisé l'électrolyse avec des sels fondus, et Davy nommé l'élément de baryum, après baryte. Plus tard, Robert Bunsen et Auguste Matthiessen isolé baryum pur par électrolyse d'un mélange de chlorure de baryum et le chlorure d'ammonium.

Radium

Pendant ses études uraninite, le 21 Décembre 1898, Marie et Pierre Curie a découvert que même après l'uranium ait diminué, le matériau créé était encore radioactive. Le matériau se est comporté de manière similaire à un peu composés de baryum, bien que certaines propriétés, telles que la couleur de l'essai à la flamme et des lignes spectrales, étaient très différentes. Ils ont annoncé la découverte d'un nouvel élément, le 26 Décembre 1898 à Académie française des sciences. Radium a été nommé en 1899 du mot rayon, ce qui signifie ray, le radium émis pouvoir dans la forme de rayons.

Occurrence

Série de métaux alcalino-terreux.

Béryllium se produit dans la croûte de la terre à une concentration de deux à six parties par million (ppm), dont une grande partie est dans les sols, où il dispose d'une concentration de six ppm. Le béryllium est un des éléments les plus rares dans l'eau de mer, encore plus rare que des éléments tels que le scandium , avec une concentration de 0,2 parties par billion. Cependant, dans l'eau douce, de béryllium est un peu plus commun, avec une concentration de 0,1 partie par milliard.

Le magnésium et le calcium sont à la fois incroyablement abondant dans la croûte terrestre, avec le calcium est le cinquième élément le plus abondant, et de magnésium la huitième. Bien qu'aucun des métaux alcalino-terreux sont jamais trouvé dans leur état élémentaire, magnésium et calcium sont trouvés dans de nombreuses roches et minéraux. Le magnésium est souvent trouvé dans carnellite, magnésite, et dolomite, tandis que le calcium est souvent trouvé dans craie, le calcaire, le gypse , et anhydrite.

Le strontium est aussi incroyablement répandu sur la terre, étant l'élément le plus abondant dans la croûte quinzième. La plupart de strontium dans la croûte est dans les minéraux célestine et strontianite. Le baryum est légèrement inférieur commun, et une grande partie est située dans le minéral barytine.

Radium, étant un produit de désintégration de l'uranium , se trouve dans toutes uranifère minerais. En raison de sa demi-vie relativement courte, ne radium qui était présent lorsque la terre a été formée est encore là aujourd'hui, et a lieu tous issus de la désintégration progressive de l'uranium.

Production

Emerald, une variété de béryl, est un composé naturel de béryllium.

La plupart béryllium est extrait de l'hydroxyde de béryllium. Une façon de créer cette substance est un Procédé de frittage, qui est fait en mélangeant béryl, fluorosilicate de sodium, et de la soude à haute température, qui forme fluorobérylliate de sodium, l'oxyde d'aluminium et dioxyde de silicium . Une solution de fluorobérylliate de sodium et l'hydroxyde de sodium dans l'eau est ensuite utilisée pour former l'hydroxyde de béryllium par précipitation. Une autre méthode utilisée est connue comme la méthode de fusion. Dans ce document, le béryl est chauffé à des températures élevées alors que dans une forme de poudre, puis est refroidi avec de l'eau. Il est ensuite chauffé à nouveau légèrement, tandis que dans l'acide sulfurique , donnant finalement l'hydroxyde de béryllium. L'hydroxyde de béryllium créé à partir de ces deux méthodes est alors utilisé pour créer le fluorure de béryllium et chlorure de béryllium par un peu long processus. L'électrolyse ou le chauffage de ces composés peuvent ensuite être utilisés pour obtenir le béryllium.

le carbonate de strontium est généralement extraite de la matière minérale célestine. Cela peut être fait à travers deux méthodes: soit l'lessivage avec célestine le carbonate de sodium, ou par un procédé plus compliqué impliquant charbon .

Baryum peut être produit à partir de minerai de barytine. Une fois que le minerai a été extrait, il doit être séparé de quartz, parfois méthodes de flottation par mousse, résultant en barytine relativement pur. carbone est ensuite utilisé pour réduire la baryte dans sulfure de baryum. Le sulfure de baryum peut ensuite être dissous avec d'autres éléments pour former d'autres composés, tels que nitrate de baryum, qui à son tour peut être décomprimé dans thermiquement l'oxyde de baryum, qui peut éventuellement céder baryum pur après une réaction avec l'aluminium . Le plus important fournisseur de baryum est la Chine , qui produit plus de 50% de la baryum du monde.

Applications

Le béryllium est principalement utilisé pour des applications militaires, mais il ya d'autres utilisations du béryllium ainsi. En électronique, le béryllium est utilisé comme type p dopant dans certains semi-conducteurs, et l'oxyde de béryllium est utilisé comme haute résistance isolant électrique et conducteur de chaleur. En raison de son poids léger et d'autres propriétés, le béryllium est également utilisé en mécanique quand la rigidité, poids léger, et la stabilité dimensionnelle sont requis à larges plages de température.

Le magnésium a de nombreux usages différents. L'une de ses utilisations les plus courantes a été dans l'industrie, où il a de nombreux avantages structurels par rapport aux autres matériaux tels que l'aluminium , bien que cet usage est tombé en disgrâce récemment en raison de l'inflammabilité de magnésium. Le magnésium est également souvent allié avec de l'aluminium ou du zinc pour former des matériaux ayant des propriétés plus souhaitables que ne importe quel métal pur. Le magnésium a de nombreuses autres utilisations dans les applications industrielles, comme ayant un rôle dans la production de fer et d' acier et la production de titane .

Le calcium a également de nombreuses utilisations. Une de ses utilisations est comme un agent réducteur dans la séparation d'autres métaux forment minerai, tels que l'uranium . Il est également utilisé dans la production d'alliages de nombreux métaux tels que l'aluminium et le cuivre alliages, et est également utilisé pour désoxyder et alliages. Le calcium a également un rôle dans la fabrication de fromage , mortiers, et ciment.

Strontium et le baryum ne ont pas autant d'applications que les métaux légers alcalino-terreux, mais qui ont encore des utilisations. le carbonate de strontium est souvent utilisé dans la fabrication de rouge feux d'artifice, et le strontium pur est utilisé dans l'étude de la libération de neurotransmetteurs dans les neurones. Baryum a une certaine utilité dans tubes à vide pour éliminer les gaz, et le sulfate de baryum a de nombreuses utilisations dans le pétrole industrie, ainsi que d'autres industries.

En raison de sa radioactivité, le radium n'a plus de nombreuses applications, mais il l'habitude d'avoir plusieurs. Radium utilisé pour être souvent utilisé dans peintures lumineuses, bien que cet usage a été arrêté après que les travailleurs sont tombés malades. Comme les gens l'habitude de penser que la radioactivité était une bonne chose, le radium utilisé pour être ajouté à l'eau potable , dentifrice, et de nombreux autres produits, bien qu'ils ne sont pas non plus utilisés en raison de leurs effets sur la santé. Radium ne est même plus utilisé pour ses propriétés radioactives, comme il ya des émetteurs plus puissants et plus sûrs que le radium.

Rôle et précautions biologique

Le magnésium et le calcium sont omniprésent et indispensable pour tous les organismes vivants connus. Ils sont impliqués dans plus d'un rôle, avec, par exemple, de magnésium ou de calcium ions pompes à jouer un rôle dans certains processus cellulaires, le fonctionnement de magnésium comme le centre actif dans certains des enzymes, des sels de calcium et jouant un rôle structurel, en particulier dans les os.

Strontium joue un rôle important dans la vie aquatique marine, coraux durs en particulier, qui utilisent du strontium pour construire leur exosquelettes. Il baryum et ont des utilisations en médecine, par exemple " baryum repas »dans l'imagerie radiographique, tandis que les composés de strontium sont utilisés dans certains dentifrices. Des quantités excessives de strontium-90 sont toxiques en raison de sa radioactivité.

Le béryllium et le radium, cependant, sont toxiques. Faible solubilité aqueuse de béryllium signifie qu'il est rarement disponible pour les systèmes biologiques; il n'a pas de rôle connu dans les organismes vivants, et quand rencontrés par eux, est généralement très toxique. Radium a une faible disponibilité et est hautement radioactif, ce qui rend toxique pour la vie.

Extensions

La prochaine métal alcalino-terreux après le radium est pensé pour être élément 120, même si cela peut ne pas être vrai en raison de effets relativistes. La synthèse de l'élément 120 comme d'abord tenté en Mars 2007, quand une équipe à la Flerov Laboratoire de réactions nucléaires dans Dubna bombardé plutonium -244 avec le fer -58 ions; toutefois, aucun des atomes ont été produites, ce qui conduit à une limite de 400 fb pour la section transversale à l'énergie étudié. En Avril 2007, une équipe à la GSI a tenté de créer l'élément 120 en bombardant l'uranium -238 avec le nickel -64, bien que pas d'atomes ont été détectés, conduisant à une limite de 1,6 pb pour la réaction. La synthèse a été de nouveau tenté aux sensibilités élevées, bien que pas d'atomes ont été détectés. D'autres réactions ont été essayées, mais tous ont été soldées par un échec.

La chimie de l'élément 120 est prévu pour être plus proche de celle de calcium ou de strontium au lieu de baryum ou de radium . Ce est inhabituel que tendances périodiques ne prédisent élément 120 d'être plus réactif que le baryum et le radium. Ce réduit réactivité est due aux énergies attendues de l'élément de 120 les électrons de valence, ce qui augmente de l'élément 120 de énergie d'ionisation et en diminuant la métallique et rayons ioniques.